RU2637094C1

RU2637094C1 - Method for detecting fire or overheating with use of duplicated linear thermoresistive sensors and device for its implementation

Info

Publication number: RU2637094C1
Application number: RU2016141886A
Authority: RU
Inventors: Александр Иванович Завадский
Original assignee: Александр Иванович Завадский
Priority date: 2016-10-25
Filing date: 2016-10-25
Publication date: 2017-11-29

Abstract

FIELD: fire safety.

SUBSTANCE: method for detection of fire or overheating with the help of duplicated linear thermoresistive sensors, which consists in measuring the temperature by resistance of these sensors, monitoring their serviceability, determining the temperature in the monitored zone of fire or overheating, generating and transmitting information about fire or overheating, and about the detected malfunctions. Moreover, the resistance of groups of linear thermoresistive sensors, rather than of each sensor, is measured, and the missing information is calculated from the measurements taken, in addition, the composition of groups of linear thermoresistive sensors in the main and in the backup channels is different. A fire detection or overheating detection device comprising a fire detection unit consisting of a main and backup channels interconnected by an internal interface, and linear thermistor sensors. These sensors are integrated into the main and backup channels and are connected to the corresponding channels of the fire detection unit. In each of the channels of this unit, the resistance of linear thermoresistive sensors connected to it is measured, exchanging resulting information with another channel, calculating the temperature by the resistance of linear thermoresistive sensors, monitoring of the health of these sensors, formatting and transferring of information about fire or overheating to the fire protection system of control object, which are determined by the temperature in the zone of linear thermoresistive sensors location, as well as about the detected faults. Moreover, in the fire detection unit, the resistance of the groups of linear thermoresistive sensors, whose connection is different in the main and in the backup channels, is also measured, and the resistance of each linear thermoresistive sensor is calculated on the basis of these measurements.

EFFECT: increased availability for firefighting.

3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области пожарной безопасности, а именно к способам и устройствам обнаружения пожара или перегрева на различных технических объектах, в том числе в отсеках силовых установок воздушных судов. Известна система, включающая датчик с двумя чувствительными элементами (терморезистивным и термисторным) и устройство, подключенное к датчику. Способ, реализованный в данной системе, позволяет выявить неисправности датчика, а также определить по сопротивлениям двух чувствительных элементов среднюю температуру в контролируемой зоне, размер области датчика, подвергшейся локальному воздействию повышенной температуры, и оценить динамические изменения измеряемых параметров [Патент США №7098797, опубл. 29.08.2006]. Недостатком такой системы является низкая надежность, обусловленная тем, что система является одноканальной.The invention relates to the field of fire safety, and in particular to methods and devices for detecting a fire or overheating at various technical facilities, including in the compartments of aircraft power plants. A known system comprising a sensor with two sensitive elements (thermistor and thermistor) and a device connected to the sensor. The method implemented in this system allows to detect sensor malfunctions, as well as to determine the average temperature in the controlled area, the size of the sensor region exposed to local elevated temperature, and evaluate the dynamic changes in the measured parameters from the resistances of two sensitive elements [US Patent No. 7098797, publ. 08/29/2006]. The disadvantage of this system is the low reliability due to the fact that the system is single-channel.

Известен датчик обнаружения температуры при пожаре, содержащий стержень в качестве опорного элемента, на который по спирали намотан, для измерения средней температуры, проволочный чувствительный элемент. В качестве резерва на тот же стержень может наматываться второй чувствительный элемент [Патент США №3470744, опубл. 7.10.1969]. Для подключения такого датчика к устройству обработки по четырехпроводной или трехпроводной схеме, которые традиционно используются для подключения термопреобразователей сопротивления, потребуется большое количество проводов, которое значительно превышает суммарное число чувствительных элементов подключаемых датчиков, что существенно снижает надежность системы обнаружения пожара.A known sensor for detecting temperature during a fire, containing a rod as a support element, on which a wire sensor is wound in a spiral to measure the average temperature. As a reserve on the same rod, a second sensing element can be wound [US Patent No. 3470744, publ. 10/7/1969]. To connect such a sensor to a four-wire or three-wire processing device, which are traditionally used to connect resistance thermal converters, a large number of wires will be required, which significantly exceeds the total number of sensitive elements of the connected sensors, which significantly reduces the reliability of the fire detection system.

Наиболее близкой к предлагаемому изобретению является двухканальная система обнаружения пожара на летательных аппаратах, принятая за прототип и содержащая два блока обнаружения пожара и дублированные датчики обнаружения пожара. Информационным параметром этих датчиков является сопротивление, которое дискретно изменяется в зависимости от состояния датчика. Датчик может находиться в исправном состоянии, в состоянии отказа и сигнализировать о пожаре. В данной системе обеспечивается возможность сокращения количества проводов, необходимых для подключения датчиков за счет применения различных номиналов резисторов, используемых для идентификации одного и того же состояния датчиков, установленных в разных местах контролируемой зоны. Причем, при выборе номиналов резисторов учитывается как их возможный технологический разброс, так и сопротивление проводов линии связи. Недостатком такой системы является низкая надежность, связанная с использованием реле, имеющих подвижные элементы, для коммутации резисторов, а также с тем, что реле и резисторы находятся постоянно в зоне повышенных температур.Closest to the proposed invention is a two-channel fire detection system on aircraft, adopted as a prototype and containing two fire detection units and duplicated fire detection sensors. The information parameter of these sensors is the resistance, which varies discretely depending on the state of the sensor. The sensor can be in good condition, in a state of failure and signal a fire. In this system, it is possible to reduce the number of wires required to connect the sensors through the use of different values of resistors used to identify the same state of the sensors installed in different places of the controlled area. Moreover, when choosing resistor ratings, both their possible technological spread and the resistance of the communication line wires are taken into account. The disadvantage of this system is the low reliability associated with the use of relays having movable elements for switching resistors, as well as the fact that the relays and resistors are constantly in the zone of elevated temperatures.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение надежности системы обнаружения пожара и уменьшение ее массы и габаритов.The task to which the invention is directed is to increase the reliability of the fire detection system and reduce its weight and dimensions.

Поставленная задача решается способом обнаружения пожара или перегрева с помощью дублированных линейных терморезистивных датчиков, который заключается в том, что измеряют температуру по сопротивлениям этих датчиков, контролируют их исправность, определяют по температуре в контролируемой зоне пожар или перегрев, формируют и передают информацию о пожаре или перегреве, а также об обнаруженных неисправностях. Новым в заявляемом изобретении является то, что измеряют сопротивления групп линейных терморезистивных датчиков, а недостающую информацию вычисляют по выполненным измерениям, причем, состав групп линейных терморезистивных датчиков в основном и резервном каналах различен. Поставленная задача решается также устройством обнаружения пожара или перегрева, содержащим блок обнаружения пожара, состоящий из основного и резервного каналов, связанных между собой внутренним интерфейсом, и линейные терморезистивные датчики, которые объединены в основной и резервный каналы и подключены к соответствующим каналам блока обнаружения пожара, в каждом из каналов этого блока осуществляется измерение сопротивлений подключенных к нему линейных терморезистивных датчиков, обмен полученной в результате этих измерений информацией с другим каналом, вычисление температуры по сопротивлению линейных терморезистивных датчиков, контроль исправности этих датчиков, формирование и передача в систему пожарной защиты объекта контроля информации о пожаре или перегреве, которые определяются по температуре в зоне расположения линейных терморезистивных датчиков, а также об обнаруженных неисправностях. Но, в отличие от известного технического решения, в блоке обнаружения пожара осуществляется измерение сопротивлений групп линейных терморезистивных датчиков, соединение которых различно в основном и в резервном каналах, а также вычисление сопротивления каждого линейного терморезистивного датчика на основе выполненных измерений.The problem is solved by a method of detecting a fire or overheating with the help of duplicated linear thermoresistive sensors, which consists in measuring the temperature by the resistances of these sensors, monitoring their health, determining the temperature of a fire or overheating, generating and transmitting information about a fire or overheating , and also about the found malfunctions. New in the claimed invention is that the resistance of the groups of linear thermoresistive sensors is measured, and the missing information is calculated from the measurements taken, moreover, the composition of the groups of linear thermoresistive sensors in the main and backup channels is different. The problem is also solved by a fire or overheating detection device containing a fire detection unit, consisting of a primary and backup channels interconnected by an internal interface, and linear thermistor sensors, which are combined into a primary and backup channels and connected to the corresponding channels of the fire detection unit, in each channel of this unit measures the resistance of the linear thermoresistive sensors connected to it, exchanges the information received as a result of these measurements mation with another channel, calculating the temperature from the resistance of linear RTD, control of serviceability of these sensors, the formation and transfer in the fire protection of the object control information about a fire or overheating, which are defined by a temperature of a location area linear RTD and the detected faults. But, unlike the known technical solution, in the fire detection unit, the resistance of groups of linear thermoresistive sensors is measured, the connection of which is different mainly in the backup channels, as well as the calculation of the resistance of each linear thermoresistive sensor based on the measurements taken.

Достигаемый технический результат - повышение надежности системы обнаружения пожара, обеспечивается, во-первых, за счет того, что для обнаружения пожара или перегрева в двухканальной системе используются линейные терморезистивные датчики, которые не имеют подвижных элементов и сами по себе обладают высокой надежностью. Во-вторых, за счет того, что вместо измерения сопротивления каждого линейного терморезистивного датчика, осуществляется измерение сопротивления групп этих датчиков, удается существенно уменьшить количество проводов, необходимых для их подключения. Это позволяет не только дополнительно повысить надежность системы обнаружения пожара или перегрева, но и уменьшить ее массу и габариты.The technical result achieved - increasing the reliability of a fire detection system, is ensured, firstly, due to the fact that linear thermoresistive sensors are used in fire detection or overheating in a two-channel system, which do not have moving elements and in themselves have high reliability. Secondly, due to the fact that instead of measuring the resistance of each linear thermoresistive sensor, measuring the resistance of the groups of these sensors, it is possible to significantly reduce the number of wires required to connect them. This allows not only to further increase the reliability of the fire or overheating detection system, but also to reduce its weight and dimensions.

В соответствии с п. 2 формулы изобретения в случае отказа в одной из групп линейных терморезистивных датчиков все дальнейшие расчеты выполняются с использованием информации о сопротивлении провода линии связи, которая была получена до момента возникновения отказа.In accordance with paragraph 2 of the claims in the event of a failure in one of the groups of linear thermoresistive sensors, all further calculations are performed using information on the resistance of the communication line wire, which was received before the failure occurred.

На чертеже представлен вариант двухканального устройства обнаружения пожара или перегрева. The drawing shows a variant of a two-channel device for detecting fire or overheating.

Устройство обнаружения пожара или перегрева содержит блок обнаружения пожара 1, состоящий из основного канала 2 и резервного канала 3, которые соединены между собой внутренним интерфейсом. На вход основного канала 2 блока обнаружения пожара 1 подключены линейные терморезистивные датчики, объединенные в основной канал датчиков 4, а на вход резервного канала 3 подключены линейные терморезистивные датчики, объединенные в резервный канал датчиков 5. С помощью внешнего интерфейса оба канала 2 и 3 связаны с системой пожарной защиты объекта контроля. Каждый из каналов 2 и 3 блока обнаружения пожара 1, как правило, представляет собой электронное устройство, содержащее аналого-цифровые преобразователи, источники опорного тока, микроконтроллеры с внутренним и внешним цифровыми интерфейсами и встроенной памятью, гальванически развязанные источники питания, реле и другие электронные компоненты. Линейные терморезистивные датчики в каналах 4 и 5 конструктивно представляют собой тонкостенную металлическую оболочку, например, из материала ХН78Т, длина которой может достигать 10 м и более. Диаметр оболочки равен 1,2 мм, а толщина ее стенки составляет 0,2 мм. Внутри оболочки размещается чувствительный элемент, выполненный из металла с положительным температурным коэффициентом сопротивления, например, никеля. Чувствительный элемент изготавливают из двух жил диаметром 0,2 мм, соединенных между собой с одного конца с помощью лазерной сварки и изолированных друг от друга и от оболочки теплопроводным материалом, заполняющим все свободное пространство внутри оболочки. В качестве материала, обладающего хорошими изолирующими свойствами и хорошей теплопроводностью, чаще всего используется окись магния. Сопротивление такого чувствительного элемента изменяется в рабочем диапазоне температур от нескольких десятков Ом до сотен Ом и зависит от длины чувствительного элемента.The fire or overheating detection device comprises a fire detection unit 1, consisting of a main channel 2 and a backup channel 3, which are interconnected by an internal interface. Linear thermoresistive sensors connected to the main channel of sensors 4 are connected to the input of the main channel 2 of the fire detection unit 1, and linear thermoresistive sensors connected to the backup channel of the sensors 5 are connected to the input of the backup channel 3. Both channels 2 and 3 are connected with the external interface fire protection system of the control object. Each of channels 2 and 3 of the fire detection unit 1, as a rule, is an electronic device containing analog-to-digital converters, reference current sources, microcontrollers with internal and external digital interfaces and built-in memory, galvanically isolated power supplies, relays and other electronic components . Linear thermoresistive sensors in channels 4 and 5 are structurally a thin-walled metal shell, for example, made of material ХН78Т, the length of which can reach 10 m or more. The diameter of the shell is 1.2 mm, and the thickness of its wall is 0.2 mm. Inside the shell is a sensitive element made of metal with a positive temperature coefficient of resistance, for example, nickel. The sensitive element is made of two conductors with a diameter of 0.2 mm, interconnected from one end by laser welding and isolated from each other and from the shell by a heat-conducting material that fills all the free space inside the shell. Magnesium oxide is most often used as a material with good insulating properties and good thermal conductivity. The resistance of such a sensitive element varies in the operating temperature range from several tens of ohms to hundreds of ohms and depends on the length of the sensitive element.

Двухканальное устройство обнаружения пожара или перегрева работает следующим образом. Из блока противопожарной защиты 1 осуществляется питание групп линейных терморезистивных датчиков от источников опорного тока. С помощью аналого-цифровых преобразователей выходные сигналы групп линейных терморезистивных датчиков преобразовываются в цифровые коды, по которым в микроконтроллере осуществляется вычисление сопротивления каждого линейного терморезистивного датчика и соответствующей ему температуры. Кроме того, в микроконтроллере реализуются алгоритмы допускового контроля исправности линейных терморезистивных датчиков и запоминаются результаты расчетов в предыдущем цикле. Все вычисленные в микроконтроллере значения температуры сравниваются с соответствующими пороговыми значениями, а по результатам сравнения формируется информация, которая по внешнему интерфейсу передается в систему пожарной защиты, которая включает в себя устройства индикации и регистрации, речевые извещатели, устройства управления огнетушителями и др. В том случае, если в устройстве обнаружения пожара или перегрева используется четыре дублированных линейных терморезистивных датчика, то вычисление значений сопротивления этих датчиков и сопротивления провода линии связи сводится к решению системы линейных уравнений, имеющей следующий вид:A two-channel device for detecting fire or overheating works as follows. From the fire protection unit 1, power is supplied to the groups of linear thermoresistive sensors from the reference current sources. Using analog-to-digital converters, the output signals of groups of linear thermoresistive sensors are converted into digital codes by which the resistance of each linear thermoresistive sensor and the corresponding temperature are calculated in the microcontroller. In addition, the microcontroller implements tolerance control algorithms for the health of linear thermoresistive sensors and stores the results of calculations in the previous cycle. All temperature values calculated in the microcontroller are compared with the corresponding threshold values, and the results of the comparison generate information that is transmitted via the external interface to the fire protection system, which includes indication and registration devices, voice detectors, fire extinguisher control devices, etc. if four redundant linear thermoresistive sensors are used in the fire or overheating detection device, then the calculation of the resistance values of these sensors coils and resistance of the communication line wire is reduced to solving a system of linear equations, having the following form:

где I1…I5 - токи питания;where I1 ... I5 are supply currents;

R1…R4 - сопротивления чувствительных элементов линейных терморезистивных датчиков;R1 ... R4 - resistance of the sensitive elements of linear thermoresistive sensors;

Rпр - сопротивление одного провода линии связи линейных терморезистивных датчиков с блоком обнаружения пожара;Rpr is the resistance of one wire of a communication line of linear thermoresistive sensors with a fire detection unit;

U1…U5 - измеренные напряжения.U1 ... U5 are the measured voltages.

По измеренным значениям напряжений и заданным значениям токов питания в блоке обнаружения пожара осуществляется вычисление искомых величин по формулам:Based on the measured voltage values and the set values of the supply currents in the fire detection unit, the sought values are calculated by the formulas:

Rпр=(U3/I3+U4/I4+U5/I5-U1/I1-U2/I2)K5, где все коэффициенты вычисляются заранее в соответствии с выражениями:Rpr = (U3 / I3 + U4 / I4 + U5 / I5-U1 / I1-U2 / I2) K5, where all the coefficients are calculated in advance in accordance with the expressions:

Таким образом, для подключения восьми (четырех дублированных) линейных терморезистивных датчиков по предлагаемому варианту необходимо и достаточно всего семь проводов, с учетом гальванического разделения каналов по питанию. Аналогично можно показать, что для подключения, например, четырнадцати (семи дублированных) линейных терморезистивных датчиков потребуется всего десять проводов. Такая экономия проводов обеспечивается, в том числе, за счет отказа от использования отдельных проводов для измерения сопротивления провода линии связи. При любом отказе одной из групп линейных терморезистивных датчиков вычисление сопротивлений исправных линейных терморезистивных датчиков осуществляются с использованием значения сопротивления провода линии связи, запомненного до момента отказа, по формулам, в которых не используются значения параметров отказавшей группы линейных терморезистивных датчиков. В этом случае вычисления осуществляются путем решения системы из четырех линейных уравнений, с четырьмя неизвестными. При этом погрешность, вносимая в расчеты за счет того, что при изменении окружающей температуры изменяется величина сопротивления провода линии связи, будет минимальной.Thus, to connect eight (four duplicated) linear thermoresistive sensors according to the proposed option, only seven wires are necessary and sufficient, taking into account the galvanic separation of the supply channels. Similarly, it can be shown that for connecting, for example, fourteen (seven duplicated) linear thermoresistive sensors, only ten wires are required. Such wire savings are achieved, inter alia, by eliminating the use of separate wires for measuring the resistance of a communication line wire. In case of any failure of one of the groups of linear thermoresistive sensors, the calculation of the resistances of serviceable linear thermoresistive sensors is carried out using the resistance value of the communication line wire, stored until the moment of failure, using formulas that do not use the parameters of the failed group of linear thermoresistive sensors. In this case, the calculations are carried out by solving a system of four linear equations, with four unknowns. In this case, the error introduced into the calculations due to the fact that when the ambient temperature changes, the resistance value of the communication line wire will be minimal.

Источники информацииInformation sources

1. Патент США №7098797.1. US patent No. 7098797.

2. Патент США №3470744.2. US patent No. 3470744.

3. Патент США №8094030.3. US patent No. 8094030.

Claims

1. Способ обнаружения пожара или перегрева с помощью дублированных линейных терморезистивных датчиков, заключающийся в том, что измеряют температуру по сопротивлениям этих датчиков, контролируют их исправность, определяют по температуре в контролируемой зоне пожар или перегрев, формируют и передают информацию о пожаре или перегреве, а также об обнаруженных неисправностях, отличающийся тем, что измеряют сопротивления групп линейных терморезистивных датчиков, а недостающую информацию вычисляют по выполненным измерениям, причем, состав групп линейных терморезистивных датчиков в основном и резервном каналах различен.1. A method for detecting a fire or overheating with the help of duplicated linear thermoresistive sensors, which consists in measuring the temperature by the resistances of these sensors, monitoring their serviceability, determining the fire or overheating by temperature in the controlled zone, generating and transmitting information about the fire or overheating, and also about the detected malfunctions, characterized in that the resistance of the groups of linear thermoresistive sensors is measured, and the missing information is calculated from the measurements taken, moreover, the composition groups of linear thermoresistive sensors in the main and backup channels is different.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что, в случае возникновения отказа в одной из групп линейных терморезистивных датчиков, дальнейшие вычисления сопротивления каждого линейного терморезистивного датчика выполняются с использованием той информации о сопротивлении провода линии связи, которая была получена до момента возникновения отказа.2. The method according to p. 1, characterized in that, in the event of a failure in one of the groups of linear thermoresistive sensors, further calculations of the resistance of each linear thermoresistive sensor are performed using the information about the resistance of the communication line wire that was received before the occurrence of the failure .

3. Устройство обнаружения пожара или перегрева, содержащее блок обнаружения пожара, состоящий из основного и резервного каналов, связанных между собой внутренним интерфейсом, и линейные терморезистивные датчики, которые объединены в основной и резервный каналы и подключены к соответствующим каналам блока обнаружения пожара, в каждом из каналов этого блока осуществляется измерение сопротивлений подключенных к нему линейных терморезистивных датчиков, обмен полученной в результате этих измерений информацией с другим каналом, вычисление температуры по сопротивлению линейных терморезистивных датчиков, контроль исправности этих датчиков, формирование и передача в систему пожарной защиты объекта контроля информации о пожаре или перегреве, которые определяются по температуре в зоне расположения линейных терморезистивных датчиков, а также об обнаруженных неисправностях, отличающийся тем, что в блоке обнаружения пожара осуществляется измерение сопротивлений групп линейных терморезистивных датчиков, соединение которых различно в основном и в резервном каналах, и вычисление сопротивления каждого линейного терморезистивного датчика на основе этих измерений.3. A fire or overheating detection device comprising a fire detection unit, consisting of a primary and backup channels interconnected by an internal interface, and linear thermistor sensors that are integrated into the primary and backup channels and connected to the respective channels of the fire detection unit, in each of the channels of this block, the resistance measurements of the linear thermoresistive sensors connected to it are carried out, the information received as a result of these measurements is exchanged with another channel, temperature by the resistance of linear thermoresistive sensors, monitoring the health of these sensors, generating and transmitting information about fire or overheating to the fire protection system of the monitoring object, which are determined by the temperature in the zone of location of the linear thermoresistive sensors, as well as about detected faults, characterized in that in the block fire detection measures the resistance of a group of linear thermoresistive sensors, the connection of which is different mainly in the backup channels, and calculates ix linear resistance of each RTD based on these measurements.