消防自动报警感温探头

杨桂华

河北省丰宁满族自治县，河北承德 068350

人类社会自进入工业化和电气化时代以来，物质生活水平得到了飞速的发展，电气化和自动化也得到了广泛的普及，一方面这极大的丰富了我们的日常生活，也提高了生产生活效率，但同时也带来了巨大的消防隐患。当今社会，受到人口增长和城镇化加速趋势的影响，城市规模不断扩大，城市内的摩天高楼也是鳞次栉比，城市综合体等巨型建筑的出现，超大型单体工业建筑的生产运行，以及高人口密度的居民生活区等，这些都给消防工作带来了极大的难度。正是缘于这样的消防压力，消防自动报警装置成为当前消防前期工作的重点，在消防区域内，布置数量众多的自动报警装置，对明火、烟雾、不明气体、温度异常等等情况进行不间断监测，通过检测控制系统，能够及时将报警信号传输到消防部门，并及时进行消防抢救。在这整个自动报警系统中，最重要也最为核心的部件就是自动报警感应装置，本文将以温度感应装置为分析对象，细述感温探头的工作原理和典型感温探头的应用现状。

1 消防自动报警系统概述

消防自动报警系统主要包括了消防火警触发元件、火灾报警装置和控制中心等，通过感应装置可以将火灾现场的烟雾、热能、光辐射等环境变量，通过感温装置、感烟装置和感光装置等转换为电信号，在消防控制传输线路的辅助下触发消防报警设备，并且通过智能定位系统标定火场方位、火灾发生时间、起火原因等等重要火场信息。通常来说一旦消防自动报警系统触发，也会引起自动喷淋装置、消防栓装置和排烟空调装置和防火卷帘装置的联动。

2 消防自动报警感温探头的工作原理

2.1 火灾温度探测器类型

异常温度探测是火灾自动报警系统中常用的火场监测手段，根据感温装置的出发模式可以分为三类：定温式火灾探测器、差温式火灾探测器和差定温式火灾探测器。定温式火灾探测器的工作原理是预先设置好室内温度阈值，一旦室内温度超过预设值，就会触发消防自动报警系统，通常来说，定温式火灾探测器的分布方式主要有线性布置和点阵列布置两种；差温式火灾探测器是通过检测在特定时间周期内室内温度的增量和增加速率是否超过预设值，以此作为警报触发条件，通常来说此类火灾探测器会在消防区域内进行阵列排布，避免错漏局部火灾；差定温式火灾探测器则兼具上述两种火灾温度探测器的特定，对于大面积火灾和局部火灾都有较好的判断效果，是最常用的火灾温度探测器形式。

2.2 自动报警感温探头工作原理

消防自动报警系统中采用的感温探头的核心部件是温度传感器，历经数十年的发展，当前的温度传感器主要有接触型温度传感器和非接触性温度传感器两大类。当被测对象具有较好的导热性，并且能够在较短时间内达到热对流和热平衡时，接触式温度传感器能够发挥极大的作用，这时的温度测量精度较高，并且可以无延时的测量被测物体的温度变化趋势，但是它的弱势是对于运动对象和比热容较小的对象效果不佳，在强腐蚀性的工作环境下，也会影响温度测量精度，非接触式温度传感器主要是检测被测对象的辐射量变化，对于运动物体和温度场的测量精度较高，适用于大空间检测。

从工作原理来看，温度传感器主要有热电偶型、金属测温电阻型、半导体热敏电阻型等，用两种金属芯线搭成回路，在芯线连接点出现温度变化时，就会在电路中出现温度电势差，即塞贝克效应，由此制成的温度传感器就是热电偶，在消防自动报警的感温探头中，常常会采用铠装热电偶，在芯线外层包裹者氧化铝和氧化镁等金属物质，可以起到绝缘和气密作用。金属测温电阻则是利用了金属导热性，但是金属丝很难承受较大的振动和冲击，要避免在震动幅度大的区域使用，通过在外层包裹高温强化玻璃和高温陶瓷，能够承受600摄氏度以上的高温。热敏电阻主要采用BaTO3作为设计材料，当温度超过特定数值时，BaTO3的电阻将会发生相应的变化，由此可以进行温度测定。

3 消防自动报警感温探头应用分析

消防自动报警系统中，感温探头的核心部件是温度传感器，在实际的感温探头运用过程中，根据感温探头的使用环境、感温探测方式、安装特点和感温精度要求等常常将其分为集成式感温探头系统和分布式感温探头系统，下面将详细介绍两种感温探头的在消防自动报警系统中的应用现状。

3.1 集成式感温探头

集成式感温探头利用PN结的温度特性，具备极高的线性度和极快的温度响应速度，在感温探头内部嵌入驱动电路、控制处理电路和逻辑控制电路，最终集成成为具备感温处理能力的IC处理芯片，尺寸小，能够适应不同的消防自动报警系统的使用需求。集成式感温探头是当前最为常见的感温探头产品，这不仅仅是因为集成式感温探头性能稳定，其价格也是巨大的竞争优势，但是集成式感温探头的缺点表现在感温范围有限，而且容易受到电磁辐射的干扰。

集成式温度探头主要是采用硅半导体集成工艺制造而成，以温度传感器为核心的感温芯片镶嵌在探头金属块中，可将温度变化量转换为模拟电信号输出量，信号输出主要是采用带隙基准电路为D/A转换器提供基准电压，以此模拟温度变化所带来的电压偏置量，基准源发生器对于制造工艺、电压负载波动幅度和电源抑制比要求较高。

3.2 分布式感温探头

易燃易爆场所的消防自动报警系统中常常采用高精度的感温探头系统，分布式光纤感温探头是其中最具代表性的产品。准分布式光纤感温探头主要是用光纤把预先设置在各个离散点的温度传感器(可以是光纤温度传感器)联结在一起，光纤起导光和连接器的作用，关键的问题是解决多路复用，其特点体现在仅通过寻址特定传感器即可获得各离散点的温度信息，但要求对待测场具备先验知识，以便确定所设置的各个点式温度传感器所放位置，并且光电检测部分比较复杂，目前准分布式光纤温度传感器所能联的传感器点数最多为 30个。本征型分布式光纤感温探头中，光纤集光传输和光传感于一体，这种传感器能获得光纤上任一点随时间及空间变化的温度信息，且探测距离长，而获得单位信息的成本可大大降低，这也正是分布式光纤温度传感器最引人注目的原因。

分布式光纤感温探头的选用主要考虑四个方面的因素：温度分辨率、空间分辨率、测量范围和测量时间。由于感温探头大多是将温度信号进行模数转换，因此对于数字信号中的电流信号信噪比的要求较高，温度分辨率就是指信噪比为1时的温度变化增量；空间分辨率表征测量系统区分传感光纤上相隔最近的两点拉曼(Raman)散射信号的能力，空间分辨率主要由系统探测光脉冲宽度、光纤色散、光电转换器件的响应时间、放大电路的频带宽度和 A/D 转换速度等因素决定。测量时间是指整个系统在给定的测量精度下，以一定的空间分辨率对整个传感光纤所处待测温度场完成一次测量所需要的最少时间，包括背向拉曼散射信号的获取时间，提高信号的信噪比所需的信号平均时间和其它数据处理时间。精度有效的温度可测上下限就是测量范围，分布式光纤感温探头的可测范围常常也会受到环境因素的影响。

3.3 智能感温探头技术分析

通过集成感温传感器和微处理器技术，可以实现智能感温探头的功能设计，通常来说智能感温探头能够对感温精度进行自动校准和自动补偿，这适用于温度环境变化范围极大的工厂、室外环境、易燃易爆场所、仓库等环境的消防自动报警系统；同时它能够实现温度数据自动采集、逻辑判断和数据分析处理，具备极强的自适应处理功能，对于非常规的消防现象如粉尘过量、瓦斯泄漏、电弧漏电等导致火灾的前兆也能有较好的处理效果；与此同时智能感温探头还具有双向通信和信号传输功能，消防控制中心可以实时的对感温探头进行标定、调整和开闭处理，通过嵌入特定算法还能实现智能化决策和决策学习过程，具备极强二次开发和模块化应用潜力，是当前最为高效、可靠性最强的感温探头系统。

4 结论

火灾自动报警装置是消防控制的重要技术手段，也是当前消防管控工作中着重运用的消防设备。火灾自动报警主要是针对火灾现场的特征现象进行监测分析，包括对烟雾浓度、室内温度、气体成分和辐射强度等，通过设置警报触发阈值实现自动报警功能。本文以温度监测为分析对象，从技术原理和应用方式的角度出发分析了自动报警感温探头的工作原理和典型感温探头的使用现状，为感温探头的进一步发展提供新的思路。

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