Lángérzékelő

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

A lángérzékelők működésének ellenőrzése eltér a tűzérzékelésben általában alkalmazott érzékelők ellenőrzésétől. A lángérzékelő teszter feladata, hogy az érzékelőket a tűz kockázata nélkül ellenőrizni lehessen még robbanásveszélyes terekben is. Az egyik általánosan használt tűz szimulátor egy pisztolyra emlékeztető eszköz, amely az adott érzékelő típus jelzéséhez szükséges, egyedi spektrális mintasorozatot bocsát ki.

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