Тепловий пожежний сповіщувач

Реферат: UA 104511 U UA 104511 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі пожежної сигналізації і може бути використана у системах пожежної сигналізації для виявлення збільшення температури навколишнього середовища вище встановленого граничного значення. Відомий тепловий пожежний сповішувач (Извещатель пожарный тепловой максимальный "ИП 101-1А", ТУ 4371-035-11858298-06, Руководство по эксплуатации САПО. 425212.003 РЭ, www.arsenal-sib.ru) такий, що має світлодіодний індикатор, дві вхідні клеми, два конденсатора, чотири транзистора, шість резисторів та чотири діода. Крім цього, цей сповіщувач містить ще стабілітрон, а тепловим сенсором служить контактний тепловий елемент. Недоліком відомого сповіщувача є те, що температура спрацювання такого сповіщувача залежить тільки від температури спрацювання контактного теплового елемента. Така залежність не дозволяє в умовах серійного виробництва оперативно змінювати клас теплового пожежного сповіщувача відповідно до вимог ринку. Крім того, такий сповіщувач потребує додаткових елементів для роботи у шлейфах пожежної сигналізації із знакозмінною напругою. Найбільш близьким до корисної моделі є вибраний як прототип тепловий пожежний сповіщувач (патент України на корисну модель № 95829, що опублікований у бюлетені № 1 від 12.01.2015 p.), який містить перший світлодіод, катод якого з'єднаний з першим виводом першого конденсатора, а перший вивід першого резистора з'єднаний з колектором першого транзистора та анодом першого діода, катод якого підключений до другого виводу першого конденсатора, а через другий резистор до першого виводу третього резистора та до бази другого транзистора, який виконує функцію теплового сенсора, та емітер якого через четвертий резистор підключений до другого виводу третього резистора та першого вивода першого конденсатора, емітер першого транзистора з'єднаний з катодом другого світлодіода, базою третього транзистора, колектором четвертого транзистора та першим виводом п'ятого резистора, емітер третього транзистора через шостий резистор з'єднаний з першими виводами другого конденсатора та сьомого резистора, з анодом другого світлодіода та катодом другого діода, анод якого підключений до першої вхідної клеми, другий вивід другого конденсатора підключений до бази першого транзистора, колектор третього транзистора з'єднаний з другим виводом першого резистора та анодом третього діода, катод якого підключений до бази четвертого транзистора та анодом першого світлодіода, емітер четвертого транзистора через восьмий резистор підключений до другого вивода п'ятого резистора, катода першого світлодіода та до другої вхідної клеми. А два послідовно з'єднані діоди підключені анодом до другого вивода сьомого резистора, а катодом - до бази першого транзистора, колектора другого транзистора, та другого вивода другого конденсатора. Недоліком такого сповіщувача є те, що другий транзистор, який застосовується як тепловий сенсор повинен мати незначний тепловий опір між кристалом та повітрям. Таким вимогам відповідають транзистори у малогабаритних металевих корпусах. Застосування для цих потреб транзисторів у пластмасових корпусах типа ТО92, як найбільш вживаних, показує недопустиме зростання інерційності спрацювання сповіщувача. В основу корисної моделі поставлено задачу - прискорення процесу переключення сповіщувача у стан пожежної тривоги при швидкостях зростання температури оточуючого повітря більше 3 °C/хв, коли як тепловий сенсор застосовується вивідний транзистор у мініатюрному пластмасовому корпусі, наприклад, ТО92. Динамічне навантаження колектора транзисторного теплового сенсору стабільнім струмом дозволяє значно прискорити зміну напруги на цьому колекторі. Поставлена задача вирішується тим, що тепловий пожежний сповіщувач, який містить перший світлодіод, катод якого з'єднаний з першим виводом першого конденсатора, а перший вивід першого резистора з'єднаний з колектором першого транзистора та анодом першого діода, катод якого підключений до другого виводу першого конденсатора, а через другий резистор до першого виводу третього резистора та до бази другого транзистора, який виконує функцію теплового сенсора, та емітер якого через четвертий резистор підключений до другого виводу третього резистора та першого вивода першого конденсатора, емітер першого транзистора з'єднаний з катодом другого світлодіода, базою третього транзистора, колектором четвертого транзистора та першим виводом п'ятого резистора, емітер третього транзистора через шостий резистор з'єднаний з першим виводом сьомого резистора, з анодом другого світлодіода та катодом другого діода, анод якого підключений до першої вхідної клеми, перший вивід другого конденсатора підключений до бази першого транзистора, колектор третього транзистора з'єднаний з другим виводом першого резистора та анодом третього діода, катод якого підключений до бази четвертого транзистора та анодом першого світлодіода, емітер четвертого транзистора через восьмий резистор підключений до другого вивода п'ятого резистора, катода першого світлодіода та до другої вхідної клеми, який відрізняється тим, що 1 UA 104511 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 містить дев'ятий та десятий резистори та п'ятий транзистор, база якого підключена до бази третього транзистора, емітер п'ятого транзистора з'єднаний з другим виводом сьомого резистора, а колектор - з колектором другого транзистора, та через дев'ятий резистор з'єднаний з базою першого транзистора та першим виводом десятого резистора, другий вивід якого підключений до другого виводу другого конденсатора та емітера першого транзистора. В запропонованому тепловому пожежному сповіщувачі за рахунок введення додаткового п'ятого транзистора, дев'ятого та десятого резисторів з їхніми зв'язками з іншими елементами теплового пожежного сповіщувача досягається можливість прискорити зміну напруги на колекторі транзисторного теплового сенсору. Крім того, застосування другого транзистора як теплового сенсора, на відміну від контактного сенсору, дозволяє встановлювати клас теплового сповіщувача відповідно до вимог нормативних документів таких як ДСТУ EN54-5: 2003 та ГОСТ Р 53325-2012 простим співвідношенням опорів резисторів. На фігурі представлена блок-схема теплового пожежного сповіщувача. Тепловий пожежний сповіщувач (див. фігуру) містить два світлодіоди 1 та 15; два конденсатори 2 та 9; десять резисторів: 3, 6, 7, 10, 14, 17, 18, 20, 23 та 24; п'ять транзисторів: 4, 8, 16, 19 та 22; три діоди: 5, 11, 21 та дві вхідні клеми 12 та 13. Катод першого світлодіода 1 з'єднаний з першим виводом першого конденсатора 2, а перший вивід першого резистора 3 з'єднаний з колектором першого транзистора 4 та анодом першого діода 5. Катод першого діода 5 підключений до другого виводу першого конденсатора 2, а через другий резистор 6 - до першого виводу третього резистора 7 та до бази другого транзистора 8. Перший вивід другого конденсатора 9 з'єднаний з базою першого транзистора 4. Перший вивід сьомого резистора 10 підключений до катода другого діода 11. Анод другого діода 11 підключений до першої вхідної клеми 12. Друга вхідна клема 13 підключена до першого виводу першого конденсатора 2, другого виводу третього резистора 7 та через четвертий резистор 14 - до емітера другого транзистора 8. Катод другого світлодіода 15 з'єднаний з базою третього транзистора 16 та через п'ятий резистор 17-з катодом першого світлодіода 1. Емітер третього транзистора 16 через шостий резистор 18 з'єднаний з анодом другого світлодіода 15 та катодом другого діода 11. Анод світлодіода 1 з'єднаний з катодом третього діода 21 та базою четвертого транзистора 19, колектор якого підключений до бази третього транзистора 16. Емітер четвертого транзистора 19 через восьмий резистор 20 з'єднаний з катодом світлодіода 1. Другий вивід першого резистора 3 підключений до колектора третього транзистора 16 та анода третього діода 21. Колектор четвертого транзистора 19 з'єднаний з емітером першого транзистора 4 та базою п'ятого транзистора 22, колектор якого підключений до колектору другого транзистора 8, та через дев'ятий резистор 23 - до бази першого транзистора 4 та до першого вивода десятого резистора 24, другий вивід якого підключений до другого виводу другого конденсатора 9 та емітера першого транзистора 4. Тепловий пожежний сповіщувач працює таким чином. При нормальній температурі оточуючого повітря після подачі напруги живлення на вхідні клеми 12 та 13 через другий діод 11 потече струм, величина якого буде стабільною у всьому діапазоні напруги живлення (від 10 до 30 В) та практично незалежною від температури оточуючого повітря до максимальної температури використовування. Другий діод 11 здійснює захист інших елементів сповіщувача при хибному підключенні полярності напруги живлення. Величина струму в колі першого резистора 3, першого діода 5, другого та третього резисторів 6 та 7, а також у коли заряду першого конденсатора 2 буде значно менше струму через перший світлодіод 1. Значення струму через світлодіод 1 у черговому режимі роботи не буде перевищувати 30 мкА, тому він буде виконувати роль обмежувача напруги на рівні 1,5 В, практично не випромінюючи світло. Тобто цей світлодіод 1 виконує функцію генератора опорної напруги. Якщо температура оточуючого повітря буде нижче граничної температури спрацювання сповіщувача то перший транзистор 4 буде закритий, тому що падіння напруги на другому конденсаторі 9 буде менше граничного значення напруги, при якій відкривається перший транзистор 4. Цей стан забезпечується вибраним співвідношенням опорів другого та третього резисторів 6 та 7. В той же час падіння напруги на першому конденсаторі 2 буде стабільним у всьому діапазоні напруги живлення. Це падіння напруги буде також термостабільним, тому що температурний коефіцієнт напруги першого світлодіода 1 та температурний коефіцієнт напруги на першому діоді 5 практично дорівнюють одне до одного. Таким чином, на базу другого транзистора 8 подається стабільна напруга, яка майже не залежить від напруги живлення, що подається на вхідні клеми 12 та 13, але завдяки застосуванню третього діода 21 від'ємна температурна залежність буде проявлятись тільки при квазістатичному рості температури оточуючого повітря. Тому при швидкостях зростання 2 UA 104511 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 температури більше ніж 3 °C/хв другий транзистор 8 буде реагувати швидше, чим при квазістатичному рості температури оточуючого повітря. Це відбувається саме тому, що другий транзистор 8 знаходиться зовні корпуса сповіщувача, що забезпечує контакт такого теплового сенсора з оточуючим повітрям. Інші елементи сповіщувача розташовані в корпусі сповіщувача, тому їх температура буде суттєво залежати від швидкості зміни температури оточуючого повітря. При квазістатичній зміні температури оточуючого повітря всі елементи мають температуру повітря. При значній швидкості зростання температури за рахунок малої маси другий транзистор 8 швидко набирає температуру оточуючого повітря, в той же час інші елементи - більш інерційні, тому що температура в корпусі сповіщувача буде збільшуватися із значною затримкою. П'ятий транзистор 22 забезпечує температурну стабільність струму навантаження другого транзистора 8, при якому він відкривається. Тим самим досягається можливість прискорити зміну напруги на колекторі транзисторного теплового сенсору 8. Другий конденсатор 9 та десятий резистор 24 забезпечують закритий стан першого транзистора 4 при підключенні напруги живлення до вхідних клем 12 та 13 при нормальній температурі використовування. При збільшені температури оточуючого повітря буде збільшуватися температура другого транзистора 8, тому буде зменшуватися напруга на його переході база-емітер на 2,3 мВ на кожен градус Цельсія. Але зміна потенціалу на емітері другого транзистора 8 відносно другої вхідної клеми 13 буде іншою, крім того, вона залежить від швидкості зміни температури та теплового опору кристал - повітря другого транзистора 8. Зростання температури приведе до зростання колекторного струму цього транзистора 8. Коли струм колектора другого транзистора 8 стане більше струму колектора п'ятого транзистора 22 пройде швидка зміна напруги на колекторах цих транзисторів. Завдяки цьому перепаду почне змінюватись напруга на другому конденсаторі 9. Коли падіння напруги на другому конденсаторі 9 досягне граничного значення напруги перемикання першого транзистора 4, тоді струм у колі колектор - емітер першого транзистора 4 приведе до збільшення падіння напруги на першому резисторі 3. В наслідок чого, другий транзистор 8 ще більше відкриється. Цей процес буде самоприскорюючим й сповіщувач опиниться в стані "ПОЖЕЖА". Струм у колі колектор - емітер транзистора 4 досягне значення, яке буде обмежуватися опором першого резистора 3. Перший та другий світлодіоди 1 та 15 будуть світитися. Значення опору першого резистора 3 вибирається достатнім для нормальної роботи світлодіодів 1 та 15, які у стані "ПОЖЕЖА" повинні забезпечувати належний рівень яскравості. Крім того, значенням опору першого резистора З забезпечується формування стану "ПОЖЕЖА" у шлейфі пожежної сигналізації, який підключається до вхідних клем 12 та 13. Навіть після закінчення дії на сповіщувач повітря високої температури, та повернення потенціалу база-емітер другого транзистора 8 у початковий стан, сповіщувач буде залишатися в стані "ПОЖЕЖА". Навіть у випадку, коли електроживлення сповіщувача здійснюється від шлейфу пожежної сигналізації із знакозмінною напругою, коли шпаруватість імпульсів зворотної напруги перевищує значення (4-5), а тривалість цих імпульсів не перевищує 0,1 с, сповіщувач буде залишатися в стані "ПОЖЕЖА", тому що накопичений на першому конденсатор 2 заряд дозволить утримувати другий транзистор 8 у відкритому стані при кожному відновленні напруги живлення. Але відсутність напруги живлення необхідної полярності на протязі декількох секунд та при відновлені потенціалу база-емітер другого транзистора 8 повертає тепловий пожежний сповіщувач у початковий стан чергового режиму роботи. Стабілізація струму через перший світлодіод 1 у черговому режимі роботи досягається за рахунок двокаскадного стабілізатора струму на двох транзисторах 16 та 19. Струм через п'ятий резистор 17 значно менше струму колектора четвертого транзистора 19. Падіння напруги на восьмому резисторі 20, яке задає струм колектора четвертого транзистора 19, стабільне та термокомпенсоване. Тому через другий світлодіод 15 проходить струм, значення якого не залежить ні від напруги живлення сповіщувача, ні від температури оточуючого повітря. За рахунок застосування другого транзистора 8 в якості теплового сенсора забезпечується стабільність температури спрацювання сповіщувача в умовах підвищеного рівня вібрації, як у постійно струмовому, так й у знакозмінному шлейфах пожежної сигналізації. Клас сповіщувача легко можна змінювати співвідношенням опорів резисторів: 6 та 7, а також 10 та 14. Завдяки застосуванню третього діода 21, досягається можливість використовувати у якості теплового сенсору вивідного транзистора у мініатюрному пластмасовому корпусі, наприклад, ТО92. А за рахунок введення додаткового п'ятого транзистора 22 та резисторів 23, 24 з їхніми зв'язками з іншими елементами теплового пожежного сповіщувача досягається можливість прискорити зміну напруги на колекторі транзисторного теплового сенсору 8. 60 3 UA 104511 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 15 20 Тепловий пожежний сповіщувач, який містить перший світлодіод, катод якого з'єднаний з першим виводом першого конденсатора, а перший вивід першого резистора з'єднаний з колектором першого транзистора та анодом першого діода, катод якого підключений до другого виводу першого конденсатора, а через другий резистор до першого виводу третього резистора та до бази другого транзистора, який виконує функцію теплового сенсора, та емітер якого через четвертий резистор підключений до другого виводу третього резистора та першого вивода першого конденсатора, емітер першого транзистора з'єднаний з катодом другого світлодіода, базою третього транзистора, колектором четвертого транзистора та першим виводом п'ятого резистора, емітер третього транзистора через шостий резистор з'єднаний з першим виводом сьомого резистора, з анодом другого світлодіода та катодом другого діода, анод якого підключений до першої вхідної клеми, перший вивід другого конденсатора підключений до бази першого транзистора, колектор третього транзистора з'єднаний з другим виводом першого резистора та анодом третього діода, катод якого підключений до бази четвертого транзистора та анодом першого світлодіода, емітер четвертого транзистора через восьмий резистор підключений до другого вивода п'ятого резистора, катода першого світлодіода та до другої вхідної клеми, який відрізняється тим, що містить дев'ятий та десятий резистори та п'ятий транзистор, база якого підключена до бази третього транзистора, емітер п'ятого транзистора з'єднаний з другим виводом сьомого резистора, а колектор - з колектором другого транзистора, та через дев'ятий резистор з'єднаний з базою першого транзистора та першим виводом десятого резистора, другий вивід якого підключений до другого виводу другого конденсатора та емітера першого транзистора. Комп’ютерна верстка О. Рябко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4