光电感烟火灾探测器抗粉尘污染试验研究

李立明 宋立巍 梅志斌 张曦

摘要：利用自研制的粉尘环境模拟试验装置开展光电感烟火灾探测器抗粉尘污染试验研究。研究表明，粉尘环境对感烟探测器的主要影响是使其响应阈值减小，灵敏度增加。点型感烟探测器污染试验后仍能保持基本功能，但独立式感烟探测器经过粉尘污染后有超过半数失去基本功能或不符合使用要求。

关键词：感烟探测器;粉尘污染;误报警;漏报警

光电感烟火灾探测器具有结构简单、成本低的优点，被广泛应用于火灾探测报警。光电感烟火灾探测器利用火灾烟雾粒子改变入射光的传播原理，检测烟雾浓度超过预警值时即发出火灾报警。然而，非火灾烟雾的气溶胶颗粒物也具有浓度，空气中悬浮的粉尘是引发点型感烟火灾探测器误报警的主要原因;同时，粉尘在火灾探测器的探测腔中长时间沉积，会导致火灾探测器的报警阈值发生漂移，进而引发漏报警或频繁误报警[1]。当具有腐蚀性的粉尘停留在探测器的电路板上时，就会腐蚀电路板，造成探测器故障[2-3]。因此，对火灾探测器进行粉尘污染试验，对评价长期运行状态下火灾探测器的抗粉尘污染、保持探测报警性能的能力具有重要意义。

1  试验装置和方法

试验在自主研发的粉尘环境模拟试验装置[4]中进行，如图1所示。其中，光学烟密度计用来测量探测器所处位置的减光系数m值（dB/m，即光电感烟探测器的响应阈值）;粉尘浓度仪用来测量探测器位置粉尘的浓度（mg/m3）;粉尘发生器通过微量补尘口向装置内送入粉尘以维持装置内的粉尘浓度。粉尘对于探测器的干扰，主要影响因素为粉尘的粒径分布以及粉尘浓度的增长速率，因此评估感烟探测器抗粉尘能力的试验应选用具有标准粒径分布并且粒径小于100μm的标准粉尘。本试验拟采用符合ISO标准[5]的A2细尘作为试验用尘，该尘源可以模拟自然尘，满足试验的需求。

1.测量区 2.光学烟密度计 3.探测器 4.粉尘浓度仪 5.温湿度传感器 6.气流 7.微量补尘 8.静电中和器 9.粉尘发生器 10.空气压缩机 11.循环泵 12.加热器 13.振荡器 14—电动阀门 15.排尘口 16.控制柜

在对探测器进行粉尘污染试验前，利用符合国家标准GB4715-2005的探测器阈值检验烟箱[6]和便携式探测器阈值检验装置[7]测量探测器试验样品的响应阈值。

粉尘污染试验每次可同时开展2只探测器试验。试验前将探测器安装到粉尘环境模拟试验装置内，使其处于正常监视状态。试验装置内温度为23±5℃，相对湿度<25%RH，探测器周围气流速度为0.5±0.1m/s。

探测器试样采用了点型感烟火灾探测器和独立式感烟火灾探测报警器两种类型。点型感烟火灾探测器的测试粉尘浓度是600mg/m3，污染的时间是至探测器报脏。独立式感烟火灾探测报警器的测试粉尘浓度是600mg/m3和150mg/m3两种，对应的污染时间分别是2.0h和1.0h。试验过程中通过粉尘发生器向装置内进行微量补尘，保证粉尘环境模拟试验装置中粉尘浓度满足试验要求。污染试验结束后静置1.0h，静置后测量被污染的探测器的响应阈值。所开展的粉尘污染试验工况如表1所示。

2  试验结果和讨论

考察探测器性能抗粉尘污染的能力，主要是将探测器被污染前后的响应阈值进行比较，观察其污染前后响应阈值的一致程度。探测器被污染前后响应阈值中的大值用mmax表示，小值用mmin表示，要求污染前后响应阈值的比值mmax：mmin不大于1.6。

三款点型感烟火灾探测器的试验结果如表2所示。点型感烟探测器一般具有报脏功能，即环境粉尘等气溶胶对其长期污染会使其达到报脏阈值，探测器接收到的累积污染到达报脏阈值后即发出故障报警信号。报脏阈值的设定以探测器运行至报脏点时的响应阈值满足mmax：mmin不大于1.6为目标，这是探测器生产厂家的基本设定。从表2的试验结果可以看出，三款点型感烟火灾探测器被污染前后的响应阈值的比值未超过1.13，展现了很好的一致性关系。

将三款点型感烟探测器粉尘污染试验前后的响应阈值进行比较，如图2所示。可以看出，厂家一和厂家三的探测器受粉尘污染后，其响应阈值较污染前有一定下降，也可以说探测器较污染前变得更灵敏;但是厂家二的探测器中，除（1）号探测器在试验后响应阈值略有下降外，其他两个探测器的响应阈值变大了，也可以说探测器变钝了。粉尘污染对探测器响应阈值的影响较为复杂，但大体上从两个方面对其造成影响。一方面是粉尘吸附、滞留、积累在探测器的迷宫腔内，这使得迷宫腔内的整体光路环境变得较差，没有火災烟气时收光元件也会接收一定的来自粉尘颗粒的漫反射光强，这时只需比原来浓度更小的烟气进入迷宫腔即可使探测器收光元件接收可触发报警的光强，即m值减小。粉尘污染对探测器响应阈值影响的另一方面体现在粉尘对发光、收光元件的污染，即粉尘吸附在发光或者收光元件的表面。这会降低发光元件发出光的强度，或在有烟气散射时降低收光元件收到的光强，那么与污染前相比，就需要浓度更大的火灾烟气才能产生足够的漫反射，使得探测器收光元件接收可触发报警的光强，即m值变大。需要注意的是，材料和生产工艺水平的不断提高，探测器发光、收光元件本身抗粉尘吸附能力较强，其表面被粉尘污染的情况很少，因此对大多数点型探测器来说，长期粉尘污染会使其变得更灵敏，而过于灵敏会使探测器的误报率上升。

对六个不同厂家的独立式感烟火灾探测器进行粉尘污染试验，结果如表3所示。从试验结果来看，独立式感烟火灾探测器一般不具有报脏功能，受环境粉尘污染至一定程度后直接发出火灾报警信号。厂家六、七和九三款探测器以及厂家五的（2）号探测器，在粉尘污染试验结束后，经过2～3天的静置和不少于4次的重新上电，仍一直处在报火警的状态。因此，可以判断这几款探测器在经过污染试验后已经失去了基本功能，这些探测器的数量占总的独立式探测器数量的7/16。除上述情况外，整体来说，探测器在经受粉尘污染一段时间后，响应阈值减小，灵敏度提高。灵敏度过高是探测器频繁误报警的一个主要原因，因此标准要求探测器的响应阈值不应小于0.05dB/m。厂家四的（2）号探测器经过污染试验后的响应阈值是0.021dB/m，已经不能满足标准要求。从mmax：mmin的比值来看，厂家四和厂家五各有一只探测器的试验前后比值超过了1.6，不能满足要求。也就是说，经过粉尘污染试验，独立式感烟探测器仍能正常工作的数量不足一半。这表明，独立式感烟探测器的抗粉尘环境能力较差，对应用环境的洁净程度要求较高;同时，独立式感烟探测器也应设置报脏功能。

将厂家四、五和八探测器粉尘污染试验前后的响应阈值进行比较，如图3所示。可以看出，探测器在受到粉尘污染后，其响应阈值较污染前均在不同程度上有所下降，不存在上升的情况。这表明，所采用的试验探测器均是在迷宫腔内受到粉尘的影响，而其所采用的发光、收光元件本身抗粉尘吸附能力较强，并未被粉尘污染，该试验结果也与实际情况相符。

3  结语

利用自研制的粉尘环境模拟试验装置研究了感烟探测器受环境粉尘长期污染的影响，结果表明，粉尘环境对感烟探测器的影响主要是降低了探测器的响应阈值，使探测器变得更加灵敏。点型感烟探测器因其具有报脏功能，污染试验后仍能较好的保持其基本功能;而独立式感烟探测器经过粉尘污染后有超过半数失去基本功能或不符合标准要求。总的来说，粉尘环境对感烟探测器的影响较大，一方面粉尘量较大的空间环境不适于采用感烟探测器;另一方面，对具有报脏功能的感烟探测器，应在其报脏时及时清洗探测器，而对于没有报脏功能的感烟探测器，应按产品说明书要求或国家标准要求进行定期清洗。

参考文献：

[1]王辉，董新平，魏鸿雁，等.光电感烟探测器抗粉尘颗粒干扰的研究[J].中国新技术新产品，2013（12）：6-7.

[2]李和贵.火灾探测器的干扰因素与抑制[J].消防技术与产品信息，2008（02）：25-28.

[3]宋知一，张航.火灾探测器的可靠性评价研究[J].消防技术与产品信息，2016（04）：20-22+32.

[4]梅志斌，于春雨，董文輝，等.一种评测点型感烟火灾探测器报脏功能的试验装置与方法，CN201710320753.4.[P].

[5]BS BS PD ISO/TS 12103-3-2020，Road vehicles.Test

contaminants for filter evaluation. Soot contaminant[S].

[6]GB 4715-2005.点型感烟火灾探测器[S].

[7]王勇俞，刘博，刘玉宝，等.一种点型感烟火灾探测器定量检测装置及方法，CN111899494A[P].2020.

Experimental study on dust pollution

resisting performance of photoelectric smoke detector

Li Liming1，2， Song Liwei1，2， Mei Zhibin1，2， Zhang Xi1，2

（1.Shenyang Fire Science and Technology Research Institute of MEM，Liaoning  Shenyang 110034;2.Liaoning Key Laboratory of Fire Prevention Technology，Liaoning  Shenyang  110034）

Abstract：The self-developed dust environment simulation device was used to carry out the dust pollution resistance test of photoelectric smoke detector.Studies indicate that， The main influence of dust on smoke detector is to reduce its response threshold and increase its sensitivity. The regular smoke detector could still keep its basic function after the pollution test， while more than half of the self-contained smoke detectors lost their basic function or do not meet the use requirements.

Keywords：smoke detector; dust pollution; false alarm; alarm missing