二、基礎知識

（一）概述

火災探測器是用來自動響應其附近區域由火災產生的物理和/或化學現象的探測器件，是火災探測報警系統的重要組成部分，是系統的“感覺器官”。

火災探測器能夠監視被保護區域內有無火災發生，一旦發現火情，就對火災的特征物理量（煙霧濃度、溫度、火焰光強度、特征氣體濃度等）進行分析、處理、判斷，如果判定為火災，則立即發出火災報警信號。

（二）分類

1．按照待測火災參數的不同分類

燃燒或熱解所產生的煙霧、高溫氣體、火焰光、特征氣體等被稱為“待測火災參數”?；馂奶綔y器正是以“待測火災參數”為依據進行火災探測、分析和判斷的。

(1)感煙火災探測器：響應懸浮在其周圍大氣中的燃燒和/或熱解產生的固體或液體微粒的火災探測器。

(2)感溫火災探測器：響應其周圍氣流的異常溫度和/或溫升速率的火災探測器。

(3)感光火災探測器：響應火焰光發出的特定波段電磁輻射的火災探測器，又被稱為“火焰探測器”。

(4)氣體探測器：響應燃燒或熱解產生的特征氣體的火災探測器。

(5)復合火災探測器：同時具有兩個或兩個以上火災參數的探測能力，或者具有一個火災參數兩種靈敏度的探測能力的火災探測器。

2．按照監視范圍的不同分類

(1)點型火災探測器：響應一個小型傳感器附近的火災產生的物理和/或化學現象的火災探測器件，其監視范圍是一個以火災探測器為圓心、一定長度為半徑的圓形區域。

(2)線型火災探測器：響應某一連續線路附近的火災產生的物理和/或化學現象的火災探測器件，其監視范圍是一個帶狀區域。

3．按照信號傳輸方式的不同分類

(1)編碼型火災探測器：可設置地址碼，用于標識火災探測器的身份。

(2)非編碼型火災探測器：不可設置地址碼，無法標識火災探測器的身份。

(3)無線型火災探測器：可設置地址碼，與火災報警控制器之間無須導線連接，信號傳輸采用無線方式。

(4)混合型火災探測器：混合型火災探測器一般為編碼/無線混合型或非編碼/無線混合型。

4．按照使用環境的不同分類

(1)陸用型火災探測器：最通用的火災探測器。

(2)船用型火災探測器：對工作環境的溫度、濕度等要求均高于陸用型火災探測器。

5．按照防爆性能的不同分類

(1)非防爆型火災探測器：無防爆要求，目前民用建筑中使用的絕大部分火災探測器屬于這一類。

(2)防爆型火災探測器：具有防爆性能、用于有防爆要求的石油和化工等場所的工業型火災探測器。

（三）典型火災探測器工作原理

1．感煙火災探測器

煙霧是火災的早期現象，利用感煙火災探測器可以最早感受火災信號即火災參數。感煙火災探測器是目前世界上應用較普及、數量較多的火災探測器。據統計，感煙火災探測器可以探測70%以上的火災。目前，典型的感煙火災探測器如表1-1所示。

(1)離子感煙火災探測器

離子感煙火災探測器的核心部件是感煙電離室，其基本結構如圖1-1所示。感煙電離室的兩個電極板P1和P2之間的空氣分子受到放射源241Am不斷放出的α射線照射，高速運動的α粒子撞擊空氣分子，使得P1和P2之間的空氣分子電離為正、負離子。這樣，電極板之間原來不導電的空氣就具有了導電性。在電場的作用下，正、負離子有規則地定向運動，使得電離室呈現出典型的伏安特性，形成離子電流。當火災發生時，由火災產生的煙霧及燃燒產物即煙霧氣溶膠進入感煙電離室，表面積較大的煙霧粒子將吸附其中的正、負離子，引起離子電流的變化。

離子感煙火災探測器包含兩個感煙電離室：檢測用電離室和補償用電離室。其中，檢測用電離室采用開室結構，煙霧容易進入；補償用電離室采用閉室結構，煙霧難以進入。兩個感煙電離室反向串聯，并在兩端外加電壓E，其基本結構如圖1-2所示。

當火災發生時，由燃燒產生的煙霧及燃燒產物即煙霧氣溶膠進入檢測用電離室，表面積較大的煙霧粒子將吸附其中的正、負離子，使其導電性變差，即引起R2增大。由于檢測用電離室兩端電壓U2=E/(1+R1/R2), R2的增大即引起U2的增大。U2的大小反映了煙霧濃度的大小，據此可通過處理電路對U2進行閾值放大比較、類比判斷處理或火災參數運算，最后通過接口電路發出火災報警信號。

(2)光電感煙火災探測器

光電感煙火災探測器是利用煙霧粒子對光的吸收或散射作用改變光的傳播特性這一基本性質研制的。根據煙霧粒子對光的吸收或散射作用，光電感煙火災探測器又可以分為減光式光電感煙火災探測器和散射光式光電感煙火災探測器兩種類型。

■ 減光式光電感煙火災探測器

減光式光電感煙火災探測器的核心部件是檢測暗室，其基本結構如圖1-3所示。定值電阻R1和檢測暗室中的光敏電阻R2串聯，并在兩端外加電壓E，那么R2兩端的電壓U2=E/(1+R1/R2)。

火災發生時，進入檢測暗室的煙霧粒子對發光元件發出的平行光產生吸收和散射作用，使得照射到光敏電阻上的光強度減弱，引起光敏電阻R2阻值變大，最終導致U2變大。U2的大小反映了煙霧濃度的大小，據此可通過處理電路對U2進行閾值放大比較、類比判斷處理或火災參數運算，最后通過接口電路發出火災報警信號。

■ 散射光式光電感煙火災探測器

散射光式光電感煙火災探測器的核心部件也是檢測暗室，其基本結構如圖1-4所示。定值電阻R1和檢測暗室中的光敏電阻R2串聯，并在兩端外加電壓E，那么R2兩端的電壓U2=E/(1+R1/R2)。

火災發生時，進入檢測暗室的煙霧粒子對發光元件（光源）發出的一定波長的光產生散射作用（按照光散射定律，煙粒子需輕度著色，且當其粒徑大于光的波長時將產生散射作用），使得照射到光敏電阻上的光強度增強，引起光敏電阻R2的阻值變小，最終導致U2變小。U2的大小反映了煙霧濃度的大小，據此可通過處理電路對U2進行閾值放大比較、類比判斷處理或火災參數運算，最后通過接口電路發出火災報警信號。

散射光式光電感煙火災探測方式一般只適用于點型火災探測器結構，其檢測暗室中發光元件與光敏電阻的夾角在90°~135°，夾角愈大，靈敏度愈高。

(3)紅外光束感煙火災探測器

紅外光束感煙火災探測器屬線型感煙火災探測器，由發射器和接收器兩個部分組成，其基本結構如圖1-5所示。

正常情況下，紅外光束火災探測器的發射器發送一個不可見的波長為940nm的脈沖紅外光束，它經過保護空間時能不受阻擋地射到接收器內的光敏電阻R2上，定值電阻R1和R2串聯并在兩端外加電壓E，那么R2兩端的電壓U2=E/(1+R1/R2)。

當火災發生時，由于受保護空間內的煙霧氣溶膠擴散到紅外光束照射范圍內，使到達接收器的紅外光束衰減，接收器接收到的紅外光束的輻射強度減弱，引起光敏電阻R2的阻值變大，最終導致U2變大。U2的大小反映了煙霧濃度的大小。據此可通過處理電路對U2進行閾值放大比較、類比判斷處理或火災參數運算，最后通過接口電路發出相應的火災報警信號。

紅外光束感煙火災探測器的特點是：保護面積大，安裝位置較高，在相對濕度較高和強電場環境中反應速度快，適合保護較大空間的場所，尤其適合保護難以使用點型火災探測器甚至根本不可能使用點型火災探測器的場所。

2．感溫火災探測器

感溫火災探測器是對保護現場的溫度和/或溫升速率進行監測的一種火災探測器。物質在燃燒過程中會釋放出大量熱，引起周圍環境溫度升高，利用感溫火災探測器來探測火災的發生是一種非常有效的手段。特別是在某些經常存在大量粉塵、油霧、水蒸氣的場所，無法使用感煙火災探測器，那么使用感溫火災探測器就比較合適。另外，在某些重要場所，為了提高火災探測報警系統的功能性和可靠性，也要求感溫火災探測器和感煙火災探測器同時使用。

感溫火災探測器根據其作用與原理不同，分為三大類：定溫火災探測器、差溫火災探測器和差定溫火災探測器。

(1)定溫火災探測器

定溫火災探測器是指在規定時間內，火災引起的溫度上升超過某個定值時就發出火災報警信號的火災探測器。目前，典型的定溫火災探測器如表1-2所示。

■ 雙金屬型定溫火災探測器

如圖1-6所示是一種雙金屬型定溫火災探測器的基本結構。它是在一個不銹鋼圓筒形外殼內固定兩片磷銅合金片，磷銅合金片兩端有絕緣套，在磷銅合金片中段部位裝有一對金屬觸頭，每個觸頭各由一根導線引出接入處理電路。

當火災發生時，環境溫度升高，由于不銹鋼的熱膨脹系數大于磷銅合金，因此在受熱后，磷銅合金片被拉伸，兩個金屬觸頭逐漸靠攏。當溫度達到標定值時，觸頭閉合，處理電路接通，經過分析運算，即可由接口電路發出火災報警信號，如圖1-7所示。

兩片磷銅合金片的一端固定處有調整螺栓，可以用來調整它們之間的距離，以改變報警溫度值，一般可在標定的40~250℃范圍內進行調整。但調整工作只能由制造廠家在專用設備上經精密測試后加以標定，用戶不得自行調整，而只能按標定值選用。

如圖1-8所示是另一種雙金屬型定溫火災探測器的基本結構。它是由熱膨脹系數不同的兩片金屬片（一片不銹鋼片和一片磷銅合金片）和絕緣底座組成的。兩片金屬片的兩端分別焊接在一起，其中一端固定在絕緣底座上，而在另一端以及絕緣底座上分別安裝一個金屬觸頭，每個觸頭各由一根導線引出接入處理電路。

當火災發生時，環境溫度升高，由于不銹鋼的熱膨脹系數大于磷銅合金，因此在受熱后，雙金屬片會逐漸向下彎曲。當溫度達到標定值時，觸頭閉合，處理電路接通，經過分析運算，即可由接口電路發出火災報警信號，如圖1-9所示。

需要說明的是，無論哪種雙金屬型定溫火災探測器，在環境溫度恢復正常后，其雙金屬片又可以復原，因此該火災探測器可長時間重復使用，故又將其稱為“可恢復型雙金屬定溫火災探測器”。

雙金屬型定溫火災探測器既適用于一般場合，又適用于廚房、鍋爐房等室內溫度較高且經常有變化的場所。此外，雙金屬型定溫火災探測器在產品規格上還可做成防爆型（一般為圓筒形），特別適用于含有甲烷、一氧化碳、水煤氣、汽油蒸氣等易燃易爆物質的場所。

■ 易熔金屬型定溫火災探測器

易熔金屬型定溫火災探測器的基本結構如圖1-10所示，它的絕緣底座和彈簧頂桿底端之間通過一小塊易熔合金（熔點為70~90℃）焊接在一起，使得彈簧頂桿與絕緣底座相連接，彈簧頂桿上端與絕緣底座各有一個金屬觸頭，平時它們并不互相接觸，每個觸頭各由一根導線引出接入處理電路。

當火災發生，環境溫度上升至標定值時，易熔合金焊點熔化脫落，彈簧頂桿借助彈簧彈力彈起，使其觸頭與絕緣底座的觸頭相接觸，處理電路接通，即由接口電路發出火災報警信號，如圖1-11所示。這種火災探測器結構簡單，牢固可靠，很少誤動作。

易熔金屬型定溫火災探測器在適用范圍和安裝事項上基本與雙金屬型定溫火災探測器相同。但應當加以注意的是：易熔金屬型定溫火災探測器一旦動作后，即不可復原再用，故在安裝時，不能在現場用模擬熱源進行測試；另外，在安裝后每隔幾年（一般為5年）應進行一次抽樣測試，每次抽試數不應少于安裝總數的5%，且最少應為2只。當抽樣中出現1只失效情況，應再加倍抽試，如再有失效情況發生，則應全部拆除換新。

■ 電子式定溫火災探測器

電子式定溫火災探測器是利用熱敏電阻受到溫度作用時，其自身在火災探測器電路中起的特定作用來實現定溫報警功能的，其基本結構如圖1-12所示。CTR臨界溫度熱敏電阻R1和定值電阻R2串聯并在兩端外加電壓E，那么R2兩端的電壓U2=E/(1+R1/R2)。

當火災發生時，環境溫度上升達到熱敏電阻的臨界值，R1迅速從高阻態轉向低阻態，U2迅速變大，這種電壓的明顯變化經處理電路進行閾值放大比較、類比判斷處理或火災參數運算后，即可由接口電路發出火災報警信號。

■ 線型定溫火災探測器

線型定溫火災探測器一般采用定溫火災探測原理，將熱敏元件制作成電纜狀沿著一條線連續分布，只要線段上任何一點的溫度出現異常，就能立刻發現并發出火災報警信號。典型的線型定溫火災探測器有熱敏電纜型定溫火災探測器和同軸電纜型定溫火災探測器兩種，可復用感溫電纜型定溫火災探測器近些年也有相關報道。

熱敏電纜型定溫火災探測器基本結構如圖1-13所示，兩根金屬導體分別接入處理電路，在其外面各罩上一層熱敏絕緣材料后擰在一起構成熱敏電纜，這種絕緣材料在常溫下呈絕緣體特性。

當火災發生時，環境溫度上升至熱敏絕緣材料的熔點，熱敏絕緣材料熔化，兩根金屬導體閉合，接通處理電路，經過分析運算，即可通過接口電路發出火災報警信號。

同軸電纜型定溫火災探測器的基本結構如圖1-14所示，在由金屬絲編織的網狀18導體中放置一根金屬柱狀導體，兩種導體分別接入處理電路，兩者之間采用熱敏絕緣材料填充隔絕。這種絕緣物在常溫下呈絕緣體特性。

當火災發生時，環境溫度上升至熱敏絕緣材料的熔點，熱敏絕緣材料熔化，兩種導體閉合，接通處理電路，經過分析運算，即可通過接口電路發出火災報警信號。

(2)差溫火災探測器

差溫火災探測器是指在規定時間內，火災引起的溫度上升速率超過某個規定值時發出火災報警信號的火災探測器。目前，典型的差溫火災探測器如表1-3所示。

■ 膜盒型差溫火災探測器

膜盒型差溫火災探測器的基本結構如圖1-15所示，它的外殼與底座構成了一個密閉的感熱室，只有一個很小的漏氣孔能與大氣相通，感熱室內波紋膜片上的動觸頭與底座上的定觸頭分別通過一根導線接入處理電路。

當環境溫度緩慢升高時，感熱室內外的空氣可通過漏氣孔進行調節，從而保證感熱室內外的空氣壓力保持平衡，波紋膜片上的動觸頭不會發生移動。

當火災發生時，環境溫度急劇上升，感熱室內的空氣由于急劇受熱膨脹而來不及從漏氣孔向外排出，導致感熱室內外空氣壓力差增大，將波紋膜片鼓起，使得波紋膜片上的動觸頭和底座上的定觸頭相接觸，接通處理電路，經過分析運算，即可由接口電路發出火災報警信號。這種火災探測器靈敏度高、可靠性好、不受氣候變化影響，應用十分廣泛。

■ 電子式差溫火災探測器

電子式差溫火災探測器的基本結構如圖1-16所示，熱敏電阻R1和R2串聯并在兩端外加電壓E, R1置于熱傳導性能較差的特制金屬外殼中，R2置于熱傳導性能較好的銅外殼中，將R2兩端的電壓U2作為信號輸出，那么U2=E/(1+R1/R2)。

當環境溫度緩慢升高時，R1和R2阻值變化速度相差不大，R1/R2也不會發生較大變化，因此U2變化也不大。

當火災發生時，由于溫度升高很快，R1置于熱傳導性能較差的金屬罩中，其阻值受溫度影響較小、變化較慢；而R2置于熱傳導性能較好的銅殼中，其阻值受溫度影響較大、變化較快，R1/R2會變得很小，因此U2的變化會較大。U2的大小反映了溫升速率的大小，據此可通過處理電路對U2進行閾值放大比較、類比判斷處理或火災參數運算，最后通過接口電路發出火災報警信號。

■ 空氣管差溫火災探測器

空氣管差溫火災探測器的基本結構如圖1-17所示，它由空氣管（安裝于要保護的場所）、動觸頭、定觸頭和電路部分（安裝在保護現場或保護現場之外）組成，動觸頭和定觸頭分別通過一根導線接入處理電路。

當環境溫度緩慢升高時，空氣管中受熱膨脹的氣體能夠及時從漏氣孔中排出，空氣管內外空氣壓力相差不大，動觸頭不會發生位移。

當火災發生時，環境溫度急劇上升，空氣管內的空氣受熱急速膨脹，漏氣孔無法及時將其排出，空氣管內外空氣壓力差增大導致動觸頭發生位移，使其與定觸頭接觸，接通處理電路，經過分析運算，即可由接口電路發出火災報警信號。

(3)差定溫火災探測器

差定溫火災探測器結合了定溫火災探測和差溫火災探測兩種感溫作用與原理。在消防工程中，常見的差定溫火災探測器是將差溫火災探測器、定溫火災探測器結合在一起，兼有兩者的功能，若其中某一功能失效，則另一種功能仍然起作用，大大提高了火災探測的可靠性。差定溫火災探測器按其工作原理的不同，可分為機械式差定溫火災探測器和電子式差定溫火災探測器兩種。

■ 機械式差定溫火災探測器

機械式差定溫火災探測器的基本結構如圖1-18所示，它由外殼、底座、定觸頭、動觸頭、波紋膜片、彈簧頂桿等部分組成，彈簧頂桿被易熔合金焊點焊接在外殼上，波紋膜片上的動觸頭和底座上的定觸頭分別通過一根導線接入處理電路。

定溫探測的工作原理是：當環境溫度上升達到標定值時，易熔合金焊點熔化，彈簧頂桿向上彈起，推動固定在波紋膜片上的動觸頭，使其與固定在底座上的定觸頭接觸，處理電路接通，經過分析運算，即可由接口電路發出火災報警信號。

差溫探測的工作原理是：當環境溫度上升很快時，感熱室內的空氣由于急劇受熱膨脹而來不及從漏氣孔溢出，導致感熱室內外空氣壓力差增大，將波紋膜片鼓起，波22紋膜片上的動觸頭與底座上的定觸頭接觸，處理電路接通，經過分析運算，即可由接口電路發出火災報警信號。

■ 電子式差定溫火災探測器

電子式差定溫火災探測器的基本結構如圖1-19所示，它由一個定值電阻R1和三個熱敏電阻R2R3R4組成。其中R3布置在一個銅外殼內，它對環境溫度的變化較為敏感；R4布置在一個特制金屬外殼內，對環境溫度的變化不敏感。常溫下R1=R2, R3=R4，輸出電壓U0=UP-UQ。

定溫探測的工作原理是：當火災發生時，如果環境溫度緩慢上升，R2阻值逐漸變大，UP=E/(1+R1/R2)將增大，R3和R4阻值變化速度相差不大，R3/R4變化不大，UQ=E(1+R3/R4)變化也不大。那么隨著溫度的緩慢升高U0將增大，U0的大小反映了溫度的高低，據此可通過處理電路對U0進行閾值放大比較、類比判斷處理或火災參數運算，最后通過接口電路發出火災報警信號。

差溫探測的工作原理是：當火災發生時，如果環境溫度上升很快，R3置于熱傳導性能較好的銅外殼內，其阻值受溫度影響大、變化快，而R4置于熱傳導性能較差的特制金屬外殼內，其阻值受溫度影響小、變化慢，R3/R4會變得很大。因此UQ會變小且變化較大；R2阻值隨溫度升高而變大，使得UP變大。那么U0將變大，U0的大小反映了溫升速率的大小，據此可通過處理電路對U0進行閾值放大比較、類比判斷處理或火災參數運算，最后通過接口電路發出火災報警信號。

（四）性能指標

1．工作電壓和允差

工作電壓是指火災探測器正常工作時所需電源的電壓。火災探測器的工作電壓統一規定為DC24V。允差是指火災探測器工作電壓允許波動的范圍。按照國家標準規定，允差為額定工作電壓的-15%~10%。各種不同產品由于采用的元器件不同，其電路不同，允差值也不一樣，一般允差越大越好。

2．響應閾值和靈敏度

響應閾值是指火災探測器發出火災報警信號的最小參數值，不同類型火災探測器的響應閾值和單位量綱也不相同。

靈敏度是指火災探測器響應火災參數的敏感程度。一般將火災探測器的靈敏度分為三級，供火災探測器在不同的環境條件下使用。

3．保護面積

保護面積是指一個火災探測器能夠有效探測的范圍，它是確定火災探測報警系統中采用火災探測器數量的計算依據。

4．工作環境條件

工作環境條件是指火災探測器安裝位置的環境溫度、相對濕度、氣流速度和清潔程度等。它是決定選用何種火災探測器的參考依據。通常要求火災探測器對工作環境的適應性越強越好。