光電感煙火災探測器抗粉塵污染試驗研究

李立明 宋立巍 梅志斌 張曦

摘要：利用自研制的粉塵環(huán)境模擬試驗裝置開展光電感煙火災探測器抗粉塵污染試驗研究。研究表明，粉塵環(huán)境對感煙探測器的主要影響是使其響應閾值減小，靈敏度增加。點型感煙探測器污染試驗后仍能保持基本功能，但獨立式感煙探測器經(jīng)過粉塵污染后有超過半數(shù)失去基本功能或不符合使用要求。

關鍵詞：感煙探測器;粉塵污染;誤報警;漏報警

光電感煙火災探測器具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低的優(yōu)點，被廣泛應用于火災探測報警。光電感煙火災探測器利用火災煙霧粒子改變?nèi)肷涔獾膫鞑ピ恚瑱z測煙霧濃度超過預警值時即發(fā)出火災報警。然而，非火災煙霧的氣溶膠顆粒物也具有濃度，空氣中懸浮的粉塵是引發(fā)點型感煙火災探測器誤報警的主要原因;同時，粉塵在火災探測器的探測腔中長時間沉積，會導致火災探測器的報警閾值發(fā)生漂移，進而引發(fā)漏報警或頻繁誤報警[1]。當具有腐蝕性的粉塵停留在探測器的電路板上時，就會腐蝕電路板，造成探測器故障[2-3]。因此，對火災探測器進行粉塵污染試驗，對評價長期運行狀態(tài)下火災探測器的抗粉塵污染、保持探測報警性能的能力具有重要意義。

1? 試驗裝置和方法

試驗在自主研發(fā)的粉塵環(huán)境模擬試驗裝置[4]中進行，如圖1所示。其中，光學煙密度計用來測量探測器所處位置的減光系數(shù)m值（dB/m，即光電感煙探測器的響應閾值）;粉塵濃度儀用來測量探測器位置粉塵的濃度（mg/m3）;粉塵發(fā)生器通過微量補塵口向裝置內(nèi)送入粉塵以維持裝置內(nèi)的粉塵濃度。粉塵對于探測器的干擾，主要影響因素為粉塵的粒徑分布以及粉塵濃度的增長速率，因此評估感煙探測器抗粉塵能力的試驗應選用具有標準粒徑分布并且粒徑小于100μm的標準粉塵。本試驗擬采用符合ISO標準[5]的A2細塵作為試驗用塵，該塵源可以模擬自然塵，滿足試驗的需求。

1.測量區(qū) 2.光學煙密度計 3.探測器 4.粉塵濃度儀 5.溫濕度傳感器 6.氣流 7.微量補塵 8.靜電中和器 9.粉塵發(fā)生器 10.空氣壓縮機 11.循環(huán)泵 12.加熱器 13.振蕩器 14—電動閥門 15.排塵口 16.控制柜

在對探測器進行粉塵污染試驗前，利用符合國家標準GB4715-2005的探測器閾值檢驗煙箱[6]和便攜式探測器閾值檢驗裝置[7]測量探測器試驗樣品的響應閾值。

粉塵污染試驗每次可同時開展2只探測器試驗。試驗前將探測器安裝到粉塵環(huán)境模擬試驗裝置內(nèi)，使其處于正常監(jiān)視狀態(tài)。試驗裝置內(nèi)溫度為23±5℃，相對濕度<25%RH，探測器周圍氣流速度為0.5±0.1m/s。

探測器試樣采用了點型感煙火災探測器和獨立式感煙火災探測報警器兩種類型。點型感煙火災探測器的測試粉塵濃度是600mg/m3，污染的時間是至探測器報臟。獨立式感煙火災探測報警器的測試粉塵濃度是600mg/m3和150mg/m3兩種，對應的污染時間分別是2.0h和1.0h。試驗過程中通過粉塵發(fā)生器向裝置內(nèi)進行微量補塵，保證粉塵環(huán)境模擬試驗裝置中粉塵濃度滿足試驗要求。污染試驗結(jié)束后靜置1.0h，靜置后測量被污染的探測器的響應閾值。所開展的粉塵污染試驗工況如表1所示。

2? 試驗結(jié)果和討論

考察探測器性能抗粉塵污染的能力，主要是將探測器被污染前后的響應閾值進行比較，觀察其污染前后響應閾值的一致程度。探測器被污染前后響應閾值中的大值用mmax表示，小值用mmin表示，要求污染前后響應閾值的比值mmax：mmin不大于1.6。

三款點型感煙火災探測器的試驗結(jié)果如表2所示。點型感煙探測器一般具有報臟功能，即環(huán)境粉塵等氣溶膠對其長期污染會使其達到報臟閾值，探測器接收到的累積污染到達報臟閾值后即發(fā)出故障報警信號。報臟閾值的設定以探測器運行至報臟點時的響應閾值滿足mmax：mmin不大于1.6為目標，這是探測器生產(chǎn)廠家的基本設定。從表2的試驗結(jié)果可以看出，三款點型感煙火災探測器被污染前后的響應閾值的比值未超過1.13，展現(xiàn)了很好的一致性關系。

將三款點型感煙探測器粉塵污染試驗前后的響應閾值進行比較，如圖2所示。可以看出，廠家一和廠家三的探測器受粉塵污染后，其響應閾值較污染前有一定下降，也可以說探測器較污染前變得更靈敏;但是廠家二的探測器中，除（1）號探測器在試驗后響應閾值略有下降外，其他兩個探測器的響應閾值變大了，也可以說探測器變鈍了。粉塵污染對探測器響應閾值的影響較為復雜，但大體上從兩個方面對其造成影響。一方面是粉塵吸附、滯留、積累在探測器的迷宮腔內(nèi)，這使得迷宮腔內(nèi)的整體光路環(huán)境變得較差，沒有火災煙氣時收光元件也會接收一定的來自粉塵顆粒的漫反射光強，這時只需比原來濃度更小的煙氣進入迷宮腔即可使探測器收光元件接收可觸發(fā)報警的光強，即m值減小。粉塵污染對探測器響應閾值影響的另一方面體現(xiàn)在粉塵對發(fā)光、收光元件的污染，即粉塵吸附在發(fā)光或者收光元件的表面。這會降低發(fā)光元件發(fā)出光的強度，或在有煙氣散射時降低收光元件收到的光強，那么與污染前相比，就需要濃度更大的火災煙氣才能產(chǎn)生足夠的漫反射，使得探測器收光元件接收可觸發(fā)報警的光強，即m值變大。需要注意的是，材料和生產(chǎn)工藝水平的不斷提高，探測器發(fā)光、收光元件本身抗粉塵吸附能力較強，其表面被粉塵污染的情況很少，因此對大多數(shù)點型探測器來說，長期粉塵污染會使其變得更靈敏，而過于靈敏會使探測器的誤報率上升。

對六個不同廠家的獨立式感煙火災探測器進行粉塵污染試驗，結(jié)果如表3所示。從試驗結(jié)果來看，獨立式感煙火災探測器一般不具有報臟功能，受環(huán)境粉塵污染至一定程度后直接發(fā)出火災報警信號。廠家六、七和九三款探測器以及廠家五的（2）號探測器，在粉塵污染試驗結(jié)束后，經(jīng)過2～3天的靜置和不少于4次的重新上電，仍一直處在報火警的狀態(tài)。因此，可以判斷這幾款探測器在經(jīng)過污染試驗后已經(jīng)失去了基本功能，這些探測器的數(shù)量占總的獨立式探測器數(shù)量的7/16。除上述情況外，整體來說，探測器在經(jīng)受粉塵污染一段時間后，響應閾值減小，靈敏度提高。靈敏度過高是探測器頻繁誤報警的一個主要原因，因此標準要求探測器的響應閾值不應小于0.05dB/m。廠家四的（2）號探測器經(jīng)過污染試驗后的響應閾值是0.021dB/m，已經(jīng)不能滿足標準要求。從mmax：mmin的比值來看，廠家四和廠家五各有一只探測器的試驗前后比值超過了1.6，不能滿足要求。也就是說，經(jīng)過粉塵污染試驗，獨立式感煙探測器仍能正常工作的數(shù)量不足一半。這表明，獨立式感煙探測器的抗粉塵環(huán)境能力較差，對應用環(huán)境的潔凈程度要求較高;同時，獨立式感煙探測器也應設置報臟功能。

將廠家四、五和八探測器粉塵污染試驗前后的響應閾值進行比較，如圖3所示。可以看出，探測器在受到粉塵污染后，其響應閾值較污染前均在不同程度上有所下降，不存在上升的情況。這表明，所采用的試驗探測器均是在迷宮腔內(nèi)受到粉塵的影響，而其所采用的發(fā)光、收光元件本身抗粉塵吸附能力較強，并未被粉塵污染，該試驗結(jié)果也與實際情況相符。

3? 結(jié)語

利用自研制的粉塵環(huán)境模擬試驗裝置研究了感煙探測器受環(huán)境粉塵長期污染的影響，結(jié)果表明，粉塵環(huán)境對感煙探測器的影響主要是降低了探測器的響應閾值，使探測器變得更加靈敏。點型感煙探測器因其具有報臟功能，污染試驗后仍能較好的保持其基本功能;而獨立式感煙探測器經(jīng)過粉塵污染后有超過半數(shù)失去基本功能或不符合標準要求。總的來說，粉塵環(huán)境對感煙探測器的影響較大，一方面粉塵量較大的空間環(huán)境不適于采用感煙探測器;另一方面，對具有報臟功能的感煙探測器，應在其報臟時及時清洗探測器，而對于沒有報臟功能的感煙探測器，應按產(chǎn)品說明書要求或國家標準要求進行定期清洗。

參考文獻：

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[6]GB 4715-2005.點型感煙火災探測器[S].

[7]王勇俞，劉博，劉玉寶，等.一種點型感煙火災探測器定量檢測裝置及方法，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