Lángérzékelők
A lángfázissal induló tüzek gyors észlelésére szolgálnak a lángérzékelők, amelyek jelentős előnye a megbízható érzékelés kültérben is. A más típusú érzékelők számára zavaró környezeti hatások legtöbbje a lángérzékelő hatásfokát nem rontja. Az égés természetét, fázisait és jellemzőit megismerhették olvasóink a Tűz jellemzői oldalunkon, ahol már szó esett a lángoló égésről. A gyakorlati életben az ipar számos területén – különösen az olyan éghető anyagokat előállító és tároló iparágakban, mint az olaj-, a nyomda, a gyógyszer- és a vegyipar – komoly veszélyt jelentenek azok az anyagok, melyek azonnal lángoló fázisú tűzzel kezdenek égni. Ide tartozik majdnem minden éghető folyadék: alkohol, benzin, oldószerek, festékek; az éghető gázok: pl. metán, propán, hidrogén, ammónia; és néhány szilárd anyag. Nézzük, hogy ezeket a típusú tüzeket hogyan lehet minél hamarabb detektálni lángérzékelő alkalmazásával.
A láng
A lángban három réteget különböztethetünk meg, amelyek nem határolódnak el élesen egymástól.
Első (belső) réteg: éghető gázokból és gőzökből áll, amelyek az égő anyag bomlástermékei. A külső rétegek elzárják az oxigént, ezért itt még nem tud kialakulni teljes égés, és a hőmérséklet viszonylag alacsony.
Második réteg: a belső rétegben felszabadult gőzök és gázok már részben oxidálódnak, mert a külső rétegen keresztül behatol az oxigén, de még mindig tökéletlen égés jön létre: a továbbégésre alkalmas bomlástermékek keletkeznek.
Harmadik (külső) réteg: a második rétegben keletkezett bomlástermékek elégnek. A sugárzó hő továbbterjesztheti a tüzet, így a még nem égő anyagok is lángra kaphatnak. A hőmérséklet a második és a harmadik réteg között a legmagasabb.
A lánggal égés következtében keletkező energiának csupán 60-70%-a távozik hő formájában, a többi elektromágneses sugárzásként jelenik meg, amelynek döntő része az UV (ultraibolya), a látható fény és az IR (infravörös) tartományba esik.
A kibocsátott sugárzás spektruma függ magától az égő anyagtól, annak hőmérsékletétől és az égést tápláló oxigén mennyiségétől.
Az égés során az alábbi hullámhossz tartományokban keletkezik jelentős elektromágneses sugárzás:
- az UV tartományban a 0,1–0,35 μm-es sávban;
- a látható fény tartományában 0,35–0,75 μm-es sávban;
- az IR tartományban a 0,75–220 μm-es sávban.
Ez a sugárzás a fény sebességével nagy távolságra eljut. Ezért is, valamint az időjárási viszonyokkal szembeni érzéketlensége miatt is, a lángérzékelő az egyetlen olyan érzékelőtípus a tűzvédelemben, amely kültéri használatra is jól alkalmazható. Egy jól megválasztott lángérzékelő működésében nem okoz zavart az eső, a szél, a köd, az állatok megjelenése. Az egyik legérzékenyebb pontja a napsugárzás, de a téves jelzések kiküszöbölhetőek a konstrukció megfelelő kialakításával. A lángfázisú tüzek érzékelésére beltérben is hatékony megoldást nyújthat.
A lángérzékelők működési elve és fajtái
A kültéri felhasználású lángérzékelők helyes működését számos környezeti hatás képes befolyásolni. A legnagyobb zavarforrást a Nap jelenti, hiszen igen nagy – az élő szervezetre is káros – energiát sugároz folyamatosan a Föld felé széles elektromágneses sugárzási tartományban. Szerencsére a légkör az UV tartomány jelentős részét, valamint a 2,8 μm-es és a 4,4 μm-es hullámhosszúságú IR sugárzást jelentős mértékben csillapítja. A lángérzékelőket tervező mérnökök ennek ismeretében tudnak olyan érzékelőket létrehozni, amelyek érzéketlenek a napsugárzás lángérzékelést zavaró hatásaira. A lángérzékelők előnye, hogy a láng lehetséges forrásától viszonylag nagy távolságban lehet felszerelni őket. Az érzékelési távolság egyes típusoknál akár 60-70 méter is lehet.
A lángérzékelők típusai elsősorban abban különböznek egymástól, hogy a tűz és a láng által kibocsátott elektromágneses sugárzás tartományból más-más hullámhosszt érzékelnek a szenzoraik. Természetesen az érzékelés megbízhatóságának érdekében több hullámhossz egyidejű megfigyelése is lehetséges, de a lángérzékelők szenzorai általában szűk érzékelési tartományban veszik a jeleket.
UV lángérzékelő
Az UV lángérzékelés alapja egy érzékelő (Geiger-Müller) cső, amelynek az elektródái feszültség alatt állnak és valamilyen inert (nem oldódó, nem bomló) gázzal, általában argonnal van feltöltve. Ez a gáz elnyeli az UV sugárzást. Az adott hullámhosszon belüli fotonok egy-egy gázmolekulával ütközve azokat magasabb energiaszintre juttatják. Ezek áramlökést generálnak és ezt az impulzust érzékeli a szenzor elektronikája.
Ez a fajta lángérzékelő a napsugárzásra és a meleget kibocsátó tárgyakra érzéketlen, de mivel a villámcsapás, az ívhegesztés, a halogénlámpák az UV tartományba eső sugárzást bocsátanak ki, ezek téves riasztást okozhatnak. A levegő szennyeződései: füst, szmog, gőzök, és az érzékelőn lerakódó olaj, zsír szintén ronthatják a megbízható érzékelést.
IR lángérzékelő
A láng és az égés során keletkező bomlástermékek által kibocsátott, IR tartományba eső sugárzás könnyen kiszűrhető megfelelő szűrővel ellátott fototranzisztorral, fotodiódával. A gond az, hogy nemcsak az égés során keletkezik IR sugárzás. Ezért az IR lángérzékelők sáváteresztő szűrőkkel és megfelelő algoritmus alkalmazásával próbálják kizárni a nem tűzre utaló jelzéseket. Ilyen jelenséget okozhatnak a kályhák, kemencék, bizonyos lámpatestek.
Növelheti a téves jelzések arányát a vízfelületen visszaverődő napsugárzás, a por, a hó, a lencsén lerakódó jég vagy víz. Léteznek duál és tripla IR lángérzékelők, ezek különböző hullámhosszra beállított sáváteresztő szűrőket tartalmaznak, és elsősorban folyékony szénhidrogének tüzére érzékenyek.
Kombinált UV / IR lángérzékelő
A kombinált lángérzékelő egy napfényre érzéketlen nagy jel/zaj viszonnyal rendelkező UV és egy keskeny sávban érzékeny
IR érzékelőt tartalmaz, az esetleg előforduló ívhegesztés, villámlás, stb. sugárzásának kiszűrésére. A riasztás viszont csak akkor jelentkezik, ha a jel mindkét tartományban meghaladja a küszöbértéket, így viszont az IR tartományú tüzek (pl. széntűz) esetén az érzékelés bizonytalanná válhat. A tűz lobogását azonosító algoritmus alkalmazásával azonban jelentős mértékben javítható a jel kiértékelése. Az igazán minőségi gyártók kombinált lángérzékelőinek a téves riasztási aránya közelít a nullához, viszont az áruk több nagyságrenddel magasabb lehet, mint például egy pontszerű optikai füstérzékelőé.
A lángérzékelő tesztelése
Ajánlott felhasználásai és a felhasználási korlátai
Ajánlott felhasználási körülmények
- lángfázissal kezdődő tüzek veszélye esetén
- gyors észlelést igénylő területeken
- nagy távolság belátását igénylő területeken
- kültéren (UV és UV/IR lángérzékelő)
- beltéren főleg szénhidrogén tüzekhez (IR lángérzékelők)
Felhasználást korlátozó körülmények
- fűtőtestek, kemencék közelsége, mert a kibocsátott hőenergia részben az IR tartományba esik
- ívhegesztés helyszíne, mert a lánghoz képest tízezerszeres sugárintenzitás is létrejön az UV tartományban
- nagy mennyiségű halogén vagy higanygőz lámpa jelenléte, mert a fényük számottevő sugárzást jelent a látható tartományban
- emberek jelenléte, hiszen az emberi test is hőt sugároz, és ez a lángérzékelő közelében akkora intenzitású lehet, mint egy 30 méterre égő tűz
- nyílt láng üzemszerű használata esetén
- láng nélküli tüzek veszélye esetén
Minden jog fenntartva. Copyright © Oktel Kft. 1998-2018