Detector de llamas : un detector automático que responde a la radiación electromagnética de una llama. [1] Las fuentes de combustión de varias sustancias tienen diferentes características espectrales. La diferencia en los espectros dio lugar a variedades de tipos de detectores. [2]
Los detectores de llama tienen alta sensibilidad y baja inercia. Se pueden utilizar para detectar incendios de crecimiento rápido. El área de cobertura del detector de llama está determinada por el ángulo de visión, lo que permite su uso en instalaciones locales. [3] :25
Los detectores de llama brindan la capacidad de proteger áreas con un intercambio de calor significativo y áreas abiertas donde el uso de detectores de calor y humo no es posible. Los detectores de llama se utilizan para controlar la presencia de superficies sobrecalentadas de unidades en caso de accidentes, por ejemplo, para detectar un incendio en el interior de un automóvil, debajo de la carcasa de la unidad, para controlar la presencia de fragmentos sólidos de combustible sobrecalentado en un transportador .
Son efectivos si la fuente inicial del fuego es un incendio provocado, cometido al arrojar un recipiente con un líquido inflamable en llamas en la habitación [4] .
Los elementos sensibles de los detectores son transductores de temperatura sin contacto . El principio de funcionamiento se basa en la percepción de la energía de la radiación térmica. La radiación térmica cubre las regiones ultravioleta, visible e infrarroja del espectro. [5] :22 El método óptico para detectar el aumento de temperatura solo se puede aplicar si la radiación en esta región del espectro es térmica. [6] :7
Para detectar un aumento de temperatura, puede usar la energía total de la radiación usando la ley de Stefan-Boltzmann, o la radiación en una parte determinada del espectro según la ley de Planck. [5] :23 El fondo de radiación térmica juega un papel importante en la emisión de una señal sobre la ocurrencia de un incendio por parte del elemento sensible. [7] :33 Si hay una radiación de fondo constante en la habitación protegida, entonces para el uso de detectores en tales condiciones, es posible reducir la sensibilidad o resaltar el componente variable de la llama. [8] :72 El elemento sensor no puede detectar la radiación correspondiente a su temperatura. [7] :33
Los elementos sensores se pueden dividir en tipos:
Los elementos sensibles se denominan selectivos, cuya sensibilidad es diferente con respecto a las diferentes frecuencias de radiación. Los sensores no selectivos no tienen tales propiedades. [7] :33 La selectividad también se puede basar en la pulsación de llama con una frecuencia de 10…25 Hz. [7] :34
Los receptores de energía radiante como termoelementos, bolómetros , receptores óptico-acústicos no tienen sensibilidad selectiva en diferentes partes del espectro. Los filtros de luz se utilizan para medir la radiación en un rango estrecho . [9]
VisiblesLa detección de llamas en la parte visible del espectro es difícil en la mayoría de los casos debido al alto nivel de fondo creado por las fuentes de luz. [5] :23
Ultravioleta (UV)La atmósfera terrestre absorbe la radiación ultravioleta, por lo que los rayos con una longitud de onda inferior a 286 nm no llegan a la superficie terrestre. Por lo tanto, en elementos sensibles, se usa el rango de 185 a 280 nm, la región del ultravioleta duro. Como resultado, los detectores con elementos tan sensibles no responden a la interferencia óptica de la radiación solar. [10] Los elementos ultravioleta sensibles no pueden registrar focos de baja temperatura. [11] :24 Los rayos X, los rayos gamma, la soldadura por arco, los relámpagos y los arcos de alto voltaje pueden causar alarmas molestas para los detectores de UV. [2]
Los contadores de fotones o los indicadores llenos de gas se utilizan como elementos sensibles. Los elementos funcionan en modo pulsado y los circuitos electrónicos tienen en cuenta el número de pulsos recibidos del elemento por unidad de tiempo. Cuando el elemento detecta la radiación de fondo, se genera una pequeña cantidad de pulsos. Cuando ocurre un incendio, el número de pulsos aumenta dramáticamente. El esquema de procesamiento puede ser acumulativo: los pulsos se acumulan en el capacitor hasta un valor determinado o digital: los pulsos se cuentan durante un tiempo determinado. [8] :71
Con una disminución de la longitud de onda, la radiación exhibe propiedades corpusculares en mayor medida: la transferencia de porciones de energía se produce mediante fotones. La energía de los fotones individuales aumenta con la disminución de la longitud de onda. Los contadores de fotones se pueden utilizar como elementos sensibles en la región ultravioleta. [12] :185 En ausencia de radiación, el medidor tiene una alta resistencia. La radiación provoca pulsos de corriente, cuya frecuencia se puede utilizar para determinar la intensidad de la radiación. Los contadores de fotones utilizados en la URSS en la década de 1970 para detectores tenían una tensión de alimentación de 900 ... 1200 V y una vida útil corta. [12] :186 Actualmente, varios detectores de fabricación rusa utilizan el contador de fotones SI-45F. [11] :24
Según el tipo de material del detector, la sensibilidad del detector será diferente para las diferentes secciones del rango ultravioleta. Los detectores que usan compuestos de níquel detectarán llamas en el rango ultravioleta si se libera vapor de agua durante la combustión.
Los detectores de incendios con detectores de llama basados en molibdeno tienen un rango de sensibilidad espectral de 1850...2650 angstroms . Estos detectores son adecuados para la detección de incendios de azufre [13] .
Infrarrojos (IR)Reaccionan a la parte infrarroja del espectro de la llama. Reacciona a la combustión de sustancias que contienen carbono. Capaz de trabajar en habitaciones polvorientas, ya que el polvo absorbe débilmente la radiación en la parte infrarroja del espectro .
En los detectores de llama infrarrojos, los fotorresistores y los fotodiodos son los más utilizados como receptores de radiación. Un análisis de las características espectrales de la radiación de llama de varios materiales combustibles y la interferencia mostró que para garantizar la resistencia de los detectores a los efectos de la luz, la sensibilidad espectral máxima de los fotoconvertidores IR debe estar en la región de 2,7 y 4,3 μm. La mayoría de los receptores IR comercialmente disponibles para uso general tienen características espectrales en el rango más corto de radiación IR, donde se manifiesta en gran medida la influencia de la radiación solar y las lámparas incandescentes. [catorce]
Los detectores cuyo rango de sensibilidad se selecciona en la región infrarroja cercana del espectro (por ejemplo, con fotoconvertidores hechos de Si, Ge) tienen menor inmunidad al ruido de la radiación solar que los detectores con fotoconvertidores cuyo espectro de sensibilidad se desplaza a una región de longitud de onda más larga del espectro. , por ejemplo, PbS y PbSe. [quince]
Para mejorar la inmunidad al ruido, los detectores de rango múltiple utilizan varias bandas en el espectro. [2]
Para detectar una llama por el efecto de pulsación, es necesario fijar oscilaciones de baja frecuencia de la llama en el rango de 2 a 20 Hz. En este caso, el método de frecuencia es absolutamente inadecuado para detectar incendios latentes. Las fluctuaciones de baja frecuencia en la intensidad de la radiación de la llama ocurren en incendios desarrollados. [dieciséis]
MultiespectralPara reducir el número de falsas alarmas en los detectores, es posible utilizar simultáneamente elementos sensibles para los rangos ultravioleta e infrarrojo o una matriz multirango. [2] Los canales IR y UV del detector funcionan en una lógica AND. El detector genera una señal de alarma solo cuando ambos canales confirman la presencia de una fuente de fuego. Gracias a este esquema, se logra una inmunidad al ruido muy alta del detector.
Los elementos ópticos se utilizan para capturar la radiación y enfocarla en el elemento sensible del fotodetector. Con su ayuda, es posible aumentar muchas veces la irradiación del elemento óptico. Para excluir la luz solar directa y otros reflejos, se utilizan diseños de lentes especiales. [12] :181
Los elementos ópticos para la región infrarroja del espectro son similares a la óptica de la región visible. La principal diferencia está en los materiales, que deben tener buena transmisión o reflectividad en las partes correspondientes del espectro. [12] :181
Los filtros ópticos se utilizan para atenuar la energía solar. Para seleccionar la banda de frecuencia deseada, se utilizan filtros ópticos de paso de banda. [12] :181
El sol irradia en gran volumen. Una parte significativa de la radiación es retardada por la atmósfera. La figura muestra claramente la zona "fría" en la región de absorción de CO2 . El uso de tales zonas para la detección de llamas le permite crear detectores que no tendrán falsas alarmas por la luz solar.
Radiación IRLas bandas de emisión selectiva de productos de combustión en el rango infrarrojo tienen los siguientes sub-rangos: H 2 O 2.5 ... 2.9 μm y CO 2 4.0 ... 4.4 μm . [17]