Ultraschall-Feueralarm. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Sicherheit

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Das vorgeschlagene Signalgerät ist für Systeme zur verteilten Steuerung ausgedehnter feuergefährlicher Objekte bestimmt, beispielsweise Kraftstoffleitungen, Elektrokabel, Gasleitungen, Tanks mit brennbaren Stoffen sowie verschiedene Einheiten. Es reagiert auf die Hitze der Flamme. Das empfindliche Element ist ein Ultraschallwellenleiter in Form eines flexiblen Drahtes aus hitzebeständigem Metall, der mehreren über seine Länge verteilten Temperatursensoren entspricht. Das schnurartige Design ermöglicht es Ihnen, ein solches Element entlang der Oberfläche des kontrollierten Objekts zu verlegen und dabei seiner Form zu folgen.

Es sind Brandmeldegeräte bekannt, deren empfindliches Element in Form eines verlängerten hitzebeständigen Rohrs besteht, das mit niedrig schmelzendem Material gefüllt ist, und über das die akustische Kommunikation des Senders und des Ultraschallempfängers erfolgt, die sich an gegenüberliegenden Enden des Rohrs befinden aus [1, 2]. Das darin enthaltene Material schmilzt bei Erhitzung durch eine Flamme, wodurch sich die akustische Verbindung zwischen Sender und Empfänger verändert, was als Grundlage für die Bildung eines Alarmsignals dient.

Der Nachteil solcher Geräte ist die aufwendige Konstruktion des Sensorelements, das ein Austreten der Schmelze aus dem Rohr verhindern soll. Darüber hinaus ist die Ansprechtemperatur immer gleich der Schmelztemperatur des Materials, das das Sensorelement füllt. Es kann nur durch Veränderung seiner chemischen Zusammensetzung reguliert werden. In der Praxis ist es für unterschiedliche Bedingungen erforderlich, einen Vorrat an empfindlichen Elementen aus unterschiedlichen Materialien zu haben, was nicht immer akzeptabel ist.

Das in [3] beschriebene Signalgerät funktioniert nach einem ähnlichen Prinzip, jedoch besteht das darin enthaltene empfindliche Element (Ultraschallwellenleiter) nicht aus einem Rohr, sondern aus einem massiven hitzebeständigen Draht. Sein Vorteil ist die Einfachheit des Designs des empfindlichen Elements. Das Signal am Eingang des Empfangsgeräts ändert sich aufgrund komplexer Interferenzphänomene, die im Ultraschallwellenleiter auftreten, wenn sich die Wellenausbreitungsgeschwindigkeit infolge seiner Erwärmung ändert. Die Ansprechtemperatur kann durch Verändern der Schwelle der Vergleichseinheit am Ausgang des Empfängers angepasst werden.

Der Nachteil besteht darin, dass es zur Erzielung der gewünschten Empfindlichkeit häufig erforderlich ist, die Frequenz der erzeugten Ultraschallschwingungen anzupassen. Tatsache ist, dass ohne sie das empfangene Signal während eines Brandes sowohl abnehmen als auch zunehmen kann und die Vergleichseinheit im Gerät [3] nur auf seine Abnahme reagiert.

Die oben diskutierten Signalgeräte haben noch einen weiteren gemeinsamen Nachteil. Sie sollten über zwei piezoakustische Wandler verfügen – Senden und Empfangen –, die an verschiedenen Enden des empfindlichen Elements installiert sind. Dies verkompliziert die Konstruktion des gesamten Signalgeräts und erschwert in manchen Fällen die Installation in der Anlage.

Der vorgeschlagene Brandmelder ist frei von den oben genannten Nachteilen.

Wichtigste technische Merkmale

• Ansprechtemperatur °C, nicht mehr als.......200
• Reaktionszeit s, nicht mehr ....... 15
• Erholungszeit, s, nicht mehr ....... 30
• Sensorlänge, m, nicht weniger.......1
• Betriebsfrequenz, kHz .... 80±0,5
• Versorgungsspannung, V ......27±3
• Verbrauchsstrom, mA, nicht mehr ....... 100

Der Aufbau des Signalgeräts ist in Abb. dargestellt. 1. Es umfasst einen Ultraschallfrequenzsignalgenerator G, Leistungsverstärker UM1 und UM2, einen piezoakustischen Wandler PP mit einem daran befestigten Ultraschallwellenleiter (Sensorelement), ein Widerstandsäquivalent eines piezoelektrischen Wandlers EPP und Sensoren für den verbrauchten Strom Verstärker UM1 und UM2 DT1 und DT2, Differenzverstärker DU, Integrationsschaltung AND, Schwellwertgeräte PU1 und PU2, Zündanzeigeeinheit IND. Die Knoten UM 1 und UM2, DT1 und DT2 sind paarweise identisch.

Das Ultraschallfrequenzsignal vom Ausgang des Generators G wird den Eingängen der Verstärker UM1 und UM2 zugeführt. An den Ausgang von UM1 ist ein Ultraschall-Piezowandler PP und an den Ausgang von UM2 sein Äquivalent angeschlossen

Das PP regt im wellenleiterempfindlichen Element longitudinale Ultraschallschwingungen an, die sich bis zu dessen Ende ausbreiten, reflektiert und zum Wandler zurückgeführt werden. Dadurch entsteht im Wellenleiter eine stehende akustische Welle. Dieser Modus entspricht einer bestimmten akustischen Eingangsimpedanz des Wellenleiters, der als Last für den Wandler dient. Er bestimmt die Leistung, die der Wandler von PA1 bezieht, und den Strom, den dieser Verstärker von der Stromquelle verbraucht.

Ohne Zündung bleiben alle diese Parameter unverändert. Wenn jedoch ein Abschnitt des Wellenleiters durch eine Flamme erhitzt wird, ändert sich die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Ultraschalls durch ihn. Dementsprechend ändern sich das Muster stehender Wellen und die akustische Eingangsimpedanz des Wellenleiters. Das Ergebnis ist die Abweichung des von UM1 aufgenommenen Stroms vom stationären Wert.

Der Widerstand des Widerstandsäquivalents des EPP-Emitters, der an den Ausgang von AM2 angeschlossen ist, wird so gewählt, dass bei fehlender Zündung die Werte des von AM1 und AM2 verbrauchten Stroms gleich sind. Gleichzeitig unterscheiden sich die Spannungswerte, die von den Stromsensoren DT1 und DT2 an die Eingänge des Differenzverstärkers DU gelangen, der ihre Differenz berechnet, nicht.

Fig. 1

Das Ausgangssignal der Fernbedienung wird, nachdem es die Integrationsschaltung AND durchlaufen hat und seine Ultraschallkomponente weiter dämpft, den Eingängen der Schwellenwertgeräte PU1 und PU2 zugeführt. Einer von ihnen ist so konfiguriert, dass er auf einen Spannungsanstieg relativ zum stationären Wert reagiert, der zweite auf dessen Abfall.

Wenn ein Schwellenwertgerät ausgelöst wird, erzeugt die IND-Anzeigeeinheit Ton- und Lichtalarmsignale. Nach der Beseitigung des Feuers und dem Abkühlen des empfindlichen Elements ist das Signalgerät wieder betriebsbereit. Andere destabilisierende Faktoren (z. B. eine Änderung der Versorgungsspannung) verletzen nicht die gegenseitige Gleichheit des von UM1 und UM2 verbrauchten Stroms, daher wird bei deren Beeinflussung kein Alarmsignal generiert.

Reis. 2 (zum Vergrößern anklicken)

Das Diagramm des Feueralarms ist in Abb. 2 dargestellt. XNUMX

Der Generator G ist auf dem Komparator DA1 montiert. Sein Ausgangssignal ist eine Folge von Rechteckimpulsen mit einem Tastverhältnis von etwa zwei. Der Kondensator C2 und die Widerstände R4, R7 dienen der Frequenzeinstellung, der Abstimmwiderstand R7 bietet die Möglichkeit, die Impulsfrequenz zu ändern. Ihre Amplitude wird durch einen ohmschen Spannungsteiler R9R10 auf den gewünschten Wert reduziert. Der Kondensator C1 und der Widerstand R1 bilden einen Filter, der das Eindringen von Impulsgeräuschen, die beim Betrieb des Generators auftreten, in den Stromversorgungskreis des Signalgeräts verringert.

Der Verstärker UM1 ist auf den Transistoren VT3, VT4 und VT1 aufgebaut, und UM2 ist auf den Transistoren VT5, VT6 und VT2 aufgebaut. Die Spannungsverstärkung jedes einzelnen von ihnen ergibt sich aus den Widerstandsverhältnissen der Widerstände R13 zu R1 1 bzw. R14 zu R12. Die Widerstände R15, R17 sind die ersten Laststufen der entsprechenden Verstärker. Die Widerstände R13, R14, R16 R18, R20-R23 stabilisieren den DC-Verstärkermodus. Die Dioden VD1-VD4 stellen die Vorspannung der Transistoren VT3-VT6 ein. An den Ausgang UM1 ist ein piezoakustischer Wandler BQ1 (PP) angeschlossen. Die Widerstände R24 und R25 bilden das Äquivalent eines solchen Wandlers (ECP)

Die Sensoren DT1 und DT2 sind Widerstände R19 und R26, die in den Leistungsverstärkerschaltungen in Reihe geschaltet sind.

Auf dem DA3 OS ist eine Fernbedienung montiert. Die Widerstände R27-R29, R33 stellen seine Verstärkung ein. Die Widerstände R30, R34 und der Kondensator C9 gewährleisten den normalen Betrieb des Operationsverstärkers mit einer unipolaren Versorgung. Der Kondensator CU reduziert die Amplitude der Ultraschallfrequenzspannung zwischen den Eingängen der Steuerung

Die Integrierschaltung AND wird durch einen Widerstand R37 und einen Kondensator C13 gebildet. PU1 und PU2 sind jeweils auf den Komparatoren DA4 und DA5 montiert. Die Widerstandsspannungsteiler R31R35 und R32R36 legen die Schwellenwerte für ihren Betrieb fest. Kondensatoren C11 und C12 - Filterung

Die Brandmeldeeinheit besteht aus einem elektromagnetischen Schallgeber HA1 mit eingebautem Generator, einem Filterkondensator C14 und einer blinkenden LED HL2. Der integrierte Stabilisator DA2 und die Filterkondensatoren C3, C4 bilden eine +15 V Spannungsquelle. Die HL1 LED mit Widerstand R8 ist die Einheit, die anzeigt, dass das Gerät eingeschaltet ist.

Einzelheiten des Signalgeräts sind auf einem Steckbrett montiert. Sie sind durch dünne isolierte Drähte miteinander verbunden. Das empfindliche Element ist ein Stück Kupferdraht mit einem Durchmesser von 2 mm und einer Länge von 1,5 m, das an einem Ende an die Arbeitsfläche des piezoakustischen Wandlers BQ1 angelötet ist.

Anstelle des Komparators K554SAZ können Sie K554SAZB, K521SAZ, 521 SAZ oder deren importiertes Analogon LM311 mit unterschiedlichen Indizes verwenden. OA K140UD6 kann durch 140UD6A, 140UD6B, 140UD601A, 140UD601B, KR140UD6, KR140UD608 und andere Allzweck-OA ersetzt werden. Importanaloga des integrierten Stabilisators KR142EN8V - 7815 mit verschiedenen Präfixen und Indizes.

KT503G-Transistoren können durch Transistoren derselben Serie oder andere mit ähnlichen Parametern ersetzt werden. Die Transistoren KT814G, KT815G können durch die gleichen mit anderen Buchstabenindizes oder den Serien KT816 bzw. KT817 ersetzt werden.

Die Dioden KD522B werden durch andere gepulste Siliziumdioden mit geringer Leistung ersetzt, beispielsweise aus den Serien KD503, KD521. Die AL307VM-LED kann jede andere sein, und L-816BID kann eine blinkende LED sein, zum Beispiel L-796BID

Das Signalgerät verwendet importierte Oxidkondensatoren, es sind aber auch inländische Kondensatoren geeignet, beispielsweise K50-35. Keramikkondensatoren – K10-17a, K10-176 und ähnliche. Festwiderstände – C2-33 mit einem möglichen Ersatz für C2-23, MLT, OMYAT Trimmerwiderstände – SP4-3, stattdessen können Sie SPZ-16a, SPZ-37, SPZ-ZEA und andere ähnliche verwenden.

Der elektromagnetische Schallsender HCM1212X kann durch HCM1612X ersetzt werden. Der piezoakustische Wandler BQ1 ist ein im Ausland hergestellter rahmenloser Wandler (wahrscheinlich Typ VSB35EW-0701 B), stattdessen kann ein anderer mit einer Resonanzfrequenz von 80 kHz verwendet werden. Der Schalter SA1 kann ein beliebiger Typ sein, beispielsweise MT-1.

Der Aufbau eines ordnungsgemäß zusammengebauten Signalgebers beginnt mit der Einstellung der Frequenz des Generators G, gleich der Frequenz der Serienresonanz des piezoakustischen Wandlers BQ7, mit einem Abstimmwiderstand R1. Die Amplitude des Ausgangssignals dieses Generators sollte etwa 1 V betragen, was ggf. durch Auswahl des Widerstands R9 erreicht wird. Durch Auswahl der Widerstände R13 und R14 werden die Betriebsarten der Verstärker (PA1 bzw. PA2) eingestellt Gleichstrom so, dass die maximalen Signale an ihren Ausgängen die geringste Verzerrung aufweisen. Gleiche Verstärkungen UM1 und UM2 bei der Betriebsfrequenz werden durch Auswahl der Widerstände R11 und R12 erreicht.

Das Signalgerät ist mit einem Abstimmwiderstand R25 abgeglichen – die minimal mögliche konstante Spannung wird zwischen den Anschlüssen des Kondensators SYU (Eingänge der Fernbedienung) erreicht, wobei das Sensorelement gleichmäßig auf Raumtemperatur erwärmt wird. Nach dem Abgleich sollte die konstante Spannung am Ausgang des Operationsverstärkers DA3 etwa 7,5 V betragen – die Hälfte der Versorgungsspannung des DA3-Chips.

Wenn wir nun kleine Bereiche des Sensorelements erhitzen, zum Beispiel mit der Flamme einer Alkohollampe oder einer Kerze, sollte die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers (je nach Ort und Grad der Erwärmung) um mindestens 1 % sinken oder ansteigen 4 V relativ zum Anfangswert. R5 und R31, während die HL32-LED zu blinken beginnen sollte und der Sender HA2 einen intermittierenden Ton abgeben sollte. Es ist darauf zu achten, dass das Signalgerät beim Abkühlen des empfindlichen Elements in seinen ursprünglichen Zustand zurückkehrt, in dem die HL1-LED und der Tongeber ausgeschaltet sind und die Spannung am Ausgang des Operationsverstärkers DA2 ihren vorherigen Wert angenommen hat .

Bei der Installation eines Signalgeräts an einem Objekt müssen Maßnahmen getroffen werden, um den Einfluss der Vibration des Objekts und des von ihm erzeugten akustischen Lärms auf das empfindliche Element auszuschließen. Dazu wird es beispielsweise auf Vibration montiert. Isolierende Stützen. Ein großflächiges oder voluminöses Objekt wird durch Biegen des empfindlichen Elements um es herum kontrolliert.

Literatur

1. Konnov V. P., Fomkin A. S. Gerät für Notfall-Feueralarm RF-Patent Nr. 2315362. Bulletin „Inventions Utility Models“, 2008 Nr. 2.
2. Ilyin O.P. Notfall-Feueralarmgerät. Patent der Russischen Föderation Nr. 2438183. - Bulletin „Erfindungen. Gebrauchsmuster“, 2011, Nr. 36.
3. Iljin O. Feueralarm. - Radio, 2009, Nr. 4, p. 36, 37

Autor: O. Ilyin

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