楼宇自动化课程总结（火灾报警传感器） - 图文

课程：楼宇自动化

题目：火灾报警传感器 指导老师：

专业班级：自动化 班 姓名： 学号：

完成日期：2015年1月9日

火灾报警传感器

——基于气敏传感器的厨房火灾报警系统

一、 绪论

直也未停止过对它的研究。

火灾的发生和发展是一个非常复杂的非平稳过程，它除了自身的物理化学变化以外还会受到许多外界的干扰。火灾一旦产生便以接触式(物质流)和非接触式〔能量流)的形式向外释放能量。接触式形式包括可燃气体、烟雾和气溶胶等。非接触式如声音、辐射等。火灾探测技术就是利用敏感元件将火灾中出现的物理化学特征转换为另外一种易于处理的物理量。

火灾自动报警系统属于自动化范畴，是当前楼宇自动化的一个主要构成系统。其设置目的是为了防止和减少火灾危害，保护人身和财产安全。火灾报警技术是预防火灾的一项基础工作，应用范围广泛。报警早，损失少，不仅对发生火灾的单位和个人具有重要作用，而且对公安消防监督机构及时扑灭火灾、减少人员伤亡和财产损失同样具有十分重要的现实意义。

厨房是人们日常生活的重要活动场所之一。随着我国经济的飞速发展，厨房也经历了一场变革，许多市民家庭、酒楼饭店实现了厨房电气化，但同时也增加了火灾负荷。近年来因为厨房失火而造成的火灾频繁发生，不仅极大地影响了民众生活，对财产造成了极大破坏，更有可能危及人们的生命。厨房火灾的危害性不容轻视。本文基于以上考虑，通过基于气敏传感器的厨房火灾报警系统设计，旨在尽早提醒人们厨房火灾将要发生或已经发生，及早发现灾害，进行灭火措施的操作，避免火灾的发生，尽量减少其危害。该报警系统适用于一般家庭厨房、酒楼饭店较大型的厨房。

二、 设计要求

本次设计是设计和实现一种智能火灾报警控制系统的气敏传感器，实现系统软硬件的组成和实现。实时、准确报警和可靠的联动控制，使系统可靠性高、灵活性强、人机界面友好。设计成果能对室内烟雾(CO2，CO，甲烷等)及温度突变进行报警，烟雾和温度同时出现异常，则说明有火灾，发出火灾警报。

三、 设计依据

1）《综合布线系统工程设计规范》(GB/T50311-2007)；

2）《安全防范工程技术规范》(GB50348-2004)； 3）《电子信息系统机房设计规范》(GB50174-2008)； 4）《入侵报警系统工程设计规范》(GB50394-2007)； 5）《出入口控制系统工程设计规范》(GB50396-2007); 6）《建筑物电子信息系统防雷技术规范》（GB50343-2004）； 7）《厅堂扩声系统设计规范》 （GB50371-2006）； 8）《火灾自动报警系统设计规范》(GB50116-1998)；

四、 设计原则

设计遵循以下设计原则：

1 先进性、可靠性

系统设计与设备选型采用技术先进、成熟稳定的主流技术。 2 适用性

系统设计应适应厨房安全工作、油烟浓度报警等各方面使用功能的要求。 3 针对性

针对本项目的特点，有的放矢，合理地设计与配置相应的智能化系统，使各系统充 分发挥出其应有的功效。 4 前瞻性、可扩展性

系统设计具前瞻性与可扩展性，满足未来业务发展的需求。 5 经济性

系统设计与设备选型在满足上述原则的基础上，充分考虑其经济性、投资的合理性 与效益。

五、 总体设计目标

1 先进性

追求系统整体功能与性能的先进性和产品性能的稳定性； 2 高效、适用

各功能系统与集成系统设计实现高效运行、操作简便、功能适用的目标。 3 安全、舒适

综合运用各种信息技术与自控技术，努力创造安全、舒适的工作环境，并采取各种技术措施，切实保障工作人员、设备与环境的安全。 4 绿色、节能

自控系统设计以节能为根本目标，充分挖掘节能潜力，实现最大限度的节能，有效降低建筑物的长期运营成本，实现“绿色建筑”的建设目标。 5 科学管理

系统设计应符合设备管理、安全管理的要求，实现有效管理、科学管理和管理职责明晰等目标。

六、设计思路

火灾自动报警系统主要由探测器（传感器）、报警器、排气装置三部分组成。探测器主要对是否有火灾发生进行判断，判断标准为火灾参数：烟雾浓度、有毒气体浓度、光、火焰辐射、温度等。

在确认火灾发生后，通过报警器产生信号，如声音、灯光等方式告知人已有火灾发生。 具体设计思路如下：

（1）探测器

火灾探测器是能对火灾参数（如烟、温、光、火焰辐射、气体浓度等）响应，并自动产生火灾报警信号的器件，按照响应火灾参数的不同，火灾探测器分成感温火灾探测器、感烟火灾探测器、感光火灾探测器、可燃气体探测器和复合火灾探测器五种基本类型。

不同类型的火灾探测器适用于不同类型的火灾和不同的场所。

表1 火灾探测器种类及其原理

火灾传感器种类 感烟火灾探测器 感温火灾探测器 感光火灾探测器 可燃气体探测器 复合火灾探测器 传感器原理 离子感烟、红外线感烟、激光感烟式 低熔点合金、双金属片、差温式 紫外线、红外线检测 气敏感烟

1、感烟式火灾探测器：在火灾初期，由于温度较低，物质多处于阴燃阶段，所以产生大量烟雾。烟雾是早期火灾的重要特征之一，感烟式火灾探测器是能对可见的或不可见的烟雾粒子响应的火灾探测器。它是将探测部位烟雾浓度的变化转换为电信号实现报警目的一种器件。

2、感温式火灾探测器：火灾时物质的燃烧产生大量的热量，使周围温度发生变化。感温式火灾探测器是对警戒范围中某一点或某一线路周围温度变化时响应的火灾探测器。它是将温度的变化转换为电信号以达到报警目的。感温探测器对火灾发生时温度参数的敏感，其关键是由组成探测器核心部件的热敏元件决定。热敏元件是利用某些物体的物理性质随温度变化而发生变化的敏感材料制成。感温式火灾探测器适宜安装于起火后产生烟雾较小的场所。平时温度较高的场所不宜安装感温式火灾探测器。

3、感光式火灾探测器：物质燃烧时会产生可见或不可见的光辐射。感光式火灾探测器又称火焰探测器，它是用于响应火灾的光特性。即扩散火焰燃烧的光照强度和火焰的闪烁频率的一种火灾探测器。根据火焰的光特性，目前使用的火焰探测器有两种：一种是对波长较短的光辐射敏感的紫外探测器，另一种是对波长较长的光辐射敏感的红外探测器。

4、可燃气体探测器：可燃气体探测器是对单一或多种可燃气体浓度响应的探测器。可燃气体探测器有催化型和半导体型两种类型。催化型可燃气体探测器是利用难熔金属铂丝加热后的电阻变化来测定可燃气体浓度 。当可燃气体进入探测器时，在铂丝表面引起氧化反应（无焰燃烧），其产生的热量使铂丝的温度升高，而铂丝的电阻率便发生变化。半导体可燃气体探测器要用灵敏度较高的气敏半导体元件，它在工作状态时，遇到可燃气体，半导体电阻下降，下降值与可燃气体浓度有对应关系。

5、复合式火灾探测器：复合式火灾探测器是对两种或两种以上火灾参数响应的探测器。 在此次设计中选择了可燃气体探测器：首先，可燃气体在火灾开始的初期已产生，能够在火灾扩大之前就探测到火警，时间较为提前；其次，一些可燃气体是有毒气体，如C0，可以尽早提醒人们，防止生命安全受到危害。

6、火灾探测器的选用

1)在绝大多数的一般场所，如宾馆客房、商场、办公楼等处，应选用点式感烟探测器，并宜优先选用光电感烟探测器。在黑烟较多的场合，宜选用离子感烟探测器。

2)在不适宜安装或安装感烟探测器可能造成误报的场所，或火灾发生时产生的烟少、温

升快的场所，应选用感温或火焰等类火灾探测器。

3)在高大空间，如展览厅、候机大厅、高大厂房等处，一般宜选用红外光束感烟探测器。有条件时，宜与电视监控系统相结合，选用图像式火灾报警探测器（双波段火焰探测器、光截面感烟探测器）。

4)在特殊重要的或火灾危险性较高、需要及早期发现火灾的场所，如重要通信机房、大型计算机房、电磁兼容实验室（微波暗室）、大型立体仓库等处，宜选用高灵敏度的空气管取样式感烟探测装置。

5)在对报警的准确率要求高，或误报会造成损失的场所，宜选用复合型探测器（烟温复合、烟光复合等）。

6)在需要联动进行灭火控制的场所，如控制计算机房气体灭火，控制雨淋系统灭火等，为防止误动作，应选用两种或两种以上探测器与门控制灭火，如点式感烟与感温探测器，红外光束感烟与缆式感温探测器，感烟与火焰探测器等。

7)在不需要详细按探测区域作为报警区域的大开间场所，如汽车库等处，为节约投资，宜选用非地址码型探测器，几个探测器合用一个地址。

8)根据《汽车库、修车库、停车场设计规范》和目前汽车尾气排放标准要求较高的情况，为实现早期报警，在通风良好的汽车库，宜选用感烟探测器，但需将其设置在较低的灵敏度。

7、可燃气体探测器的选用

1)智能建筑中的燃气锅炉房、燃气表房、燃气阀门处、公共厨房、公寓厨房、住宅厨房、地下室或设备层中燃气管线沿途等处，应设置可燃气体探测器。

2)厨房等处可选用非防爆的家用型探测器，并需根据所用燃气种类选用相应的探测器。 3)气体爆炸危险场所和重要场所应选用防爆型工业用探测器，探测器的报警灵敏度应按照所要探测的气体进行标定。

4)公共厨房内应在靠近灶具、燃气管道、阀门处设置探测器。5)在地下室、设备层等处燃气管道沿途，应在阀门、法兰盘连接处、焊接处、拐弯处等可能泄漏点的位置设置探测器。6)高度超过6m的空间，当可燃气体比空气轻时，宜设置上下两层探测器，其下层探测器距燃气用具上端不宜<1.5m，并应设集气罩。

（2）报警装置

报警装置选择声光报警。当传感器检测到火灾险情时，通过灯亮和蜂鸣器响两种途径告知人有火灾险情。

1、可燃气体报警系统的联动控制

1)公共厨房等处宜设置为:当任何一个探测器报警时启动厨房排风机，当两个探测器同时报警时自动控制关闭有关燃气管道的自动切断阀。对重要的、关闭后影响比较大的切断阀，应设置为由消防控制中心及现场两地均可控制，确认漏气后手动关闭的方式。2)在燃气锅炉房、燃气表房等重要场所，宜选用工业用防爆型可燃气体探测器。当低限报警时，应自动启动通风装置，当高限报警时，应自动关闭有关燃气管道的自动切断阀。或当一个探测器报警时启动通风装置，两个探测器同时报警关闭阀门。可由消防控制室和现场手动控制关阀。3)公共厨房等处的可燃气体探测器宜接入火灾自动报警系统，经火灾报警器编程控制启动有关风机、启动声光报警等。

4)住宅厨房的可燃气体探测器报警后应自动启动本厨房排风机，宜自动控制关闭本厨房燃气管道的自动切断阀。

5)装有分户供暖的家用燃气锅炉的封闭空间（含封闭阳台）应设置家用可燃气体探测器，报警后联锁控制关闭本户燃气管道切断阀，并强制启动通风。

（3）排气装置

排气装置可直接利用厨房内已安装好的抽油烟机或排气扇。当火灾探测器探测到火灾险情时，可以通过电路设计，使该排气设置工作，将烟雾、有毒气体等排出室外，尽量减小危害。

七、结构框图

图1基于气敏传感器的厨房火灾报警系统

八、器件选择及其原理

器件选择主要是气敏传感器的选择。

（1）器件选择

气敏器件种类很多，下表列出了部分气敏器件的主要参数，其外形、引脚及符号都是一样的，不同的是原材料和工艺条件不一样。

表2 气敏器件类型表

参数型号 灵洁净敏空气度K 中的电压电压响应增量 时间 回复分辨时间 率 测试条件 KQ VH RL 适用气体 V0 MQ?2 MQ?3 MQ?4 MQ?5 MQ?6 MQ?7 ?2.5 ?2 ?10s ?30s ?5 10V ?1 ?1 ?1 5V 5V 5V 2k? 可燃气体 ?3 ?5 ?10s ?30s ?5 10V ?10s ?30s ?5 10V 2k? 乙醇 2k? 天然气 ?5 ?5 ?10s ?30s ?5 10V 2V/5V 2k? CO ?10s ?30s ?5 10V 5V 2k? LPG气体 ?1 ?1 ?5 ?10s ?30s ?5 10V 5V 2k? CO

我们选用的是MQ-2型气敏传感器。它对于可燃气体及烟雾等有较好的探测作用，且成本较低。

（2）检测原理

气敏元件（如SnO2）阻值随气体浓度变化关系为指数变化关系。因此，非常适用于微量低浓度气体的检测。利用这种半导体气敏元件可以制成半导体气敏传感器。

半导体气敏元件有N型和P型之分。N型在检测时阻值随气体浓度的增大而减小；P型阻值随气体浓度的增大而增大。像SnO2金属氧化物半导体气敏材料，属于N型半导体，在200～300℃温度它吸附空气中的氧，形成氧的负离子吸附，使半导体中的电子密度减少，从而使其电阻值增加。当遇到有能供给电子的可燃气体（如CO等）时，原来吸附的氧脱附，而由可燃气体以正离子状态吸附在金属氧化物半导体表面；氧脱附放出电子，可燃行气体以正离子状态吸附也要放出电子，从而使氧化物半导体导带电子密度增加，电阻值下降。可燃性气体不存在了，金属氧化物半导体又会自动恢复氧的负离子吸附，使电阻值升高到初始状态。 MQ-2型气敏传感器所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡(SnO2)。气体在半导体SnO2表面发生氧化和还原反应导致敏感元件阻值变化：若气浓度发生，其阻值又将变化，根据这一特性，可以从阻值的变化得知，吸附气体的种类和浓度。使用简单的电路即可将电导率的变化转换为与该气体浓度相对应的输出信号。

（3）技术参数

A. 标准工作条件

表3 标准工作条件参数表 符号 Vc 参数名称 回路电压 技术条件 ≤15V 备注 AC or DC VH RL RH PH 加热电压 负载电阻 加热电阻 加热功耗

5.0V±0.2V 可调 31Ω±3Ω ≤900mW AC or DC 室温 B. 环境条件

表4 环境条件参数表 符号 Tao Tas RH O2 参数名称 使用温度 存储温度 相对湿度 氧气浓度

技术条件 -10℃-50℃ -20℃-70℃ 小于95%RH 21%（标准条件） 最大值小于2% 备注

C. 灵敏度特性

表5 灵敏度参数表 符号 Rs α(3000/1000) 标准工作条件 预热时间 参数名称 敏感体表面电阻 浓度斜率 技术参数 3kΩ-30kΩ (1000ppm 异丁烷) ≤0.6 备注 探测浓度范围 100ppm-10000ppm 液化气和丙烷 300ppm-5000ppm丁烷 5000ppm-20000ppm甲烷 300ppm-5000ppm氢气 100ppm-2000ppm酒精 温度：20℃±2℃ Vc：5.0V±0.1V 相对湿度：65%±5% Vh：5.0V±0.1V 不超过1小时

（4）器件介绍

MQ-2气敏元件的结构和外形如图所示, 由微型AL2O3陶瓷管、SnO2 敏感层,测量电极和加热器构成的敏感元件固定在塑料或不锈钢制成的腔体内，加热器为气敏元件提供了必要的工作条件。封装好的气敏元件有6只针状管脚，其中4个用于信号取出，2个用于提供加热电流。

图2 MQ-2气敏元件的结构和外形图

九、参考资料：

1.陈尔绍.《传感器是用装置制作集锦》.人民邮电出版社.2000 2.丁镇生.《传感器及传感技术应用》.电子工业出版社.1998

3.方佩敏.《新编传感器原理.应用.电路详解》.电子工业出版社.1994 4.赵继文.《传感器与应用电路设计》.科学出版社.2002

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/zpy.html