Тепловий пожежний сповіщувач

Реферат: UA 92165 U UA 92165 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 сповіщувач (Извещатель пожарный тепловой максимальный "ИП 101-1А", ТУ 4371-035-1 1858298-06, Руководство по эксплуатации САПО. 425212.003 РЭ, www.arsenal-sib.ru) такий, що має світлодіодний індикатор, дві вхідні клеми, два конденсатори, транзистор та транзисторний ключ, п'ять резисторів та два діоди. Крім цього, цей сповіщувач містить ще два діоди, стабілітрон, ще два транзистори та резистор, 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 за прототип тепловий пожежний сповіщувач Баканова [патент України на винахід № 89097, що опублікований у бюлетені № 24 від 25.12.2009 p.], який містить перший світлодіод, анод якого через перший резистор з'єднаний з першим виходом транзисторного ключа та анодом першого діода, катод якого підключений до першого виводу першого конденсатора, а через другий резистор - до першого виводу третього резистора та до бази першого транзистора, колектор якого з'єднаний з входом транзисторного ключа та першими виводами другого конденсатора та четвертого резистора, другі виводи яких підключені до другого виходу транзисторного ключа та до катода другого діода, анод якого підключений до першої вхідної клеми, а друга вхідна клема підключена до других виводів першого конденсатора та третього резистора, катода першого світлодіода та через п'ятий резистор - до емітера першого транзистора, який виконує функцію теплового сенсора, анод першого світлодіода з'єднаний з першим виходом струмообмежувального елемента, вхід якого з'єднаний з катодом другого діода. Недоліком такого сповіщувача також є те, що температура спрацювання суттєво залежить від умов виробництва, та має значний розкид від виробу до виробу. В основу корисної моделі поставлено задачу - стабілізації температури спрацювання сповіщувача за рахунок температурної стабілізації струму через перший світлодіод, який застосовується у якості генератора опорної напруги. Поставлена задача вирішується тим, що тепловий пожежний сповіщувач, який містить перший світлодіод, анод якого через перший резистор з'єднаний з першим виходом транзисторного ключа та анодом першого діода, катод якого підключений до першого виводу першого конденсатора, а через другий резистор - до першого виводу третього резистора та до бази першого транзистора, колектор якого з'єднаний з входом транзисторного ключа та першими виводами другого конденсатора та четвертого резистора, другі виводи яких підключені до другого виходу транзисторного ключа та до катода другого діода, анод якого підключений до першої вхідної клеми, а друга вхідна клема підключена до других виводів першого конденсатора та третього резистора, катода першого світлодіода та через п'ятий резистор - до емітера першого транзистора, який виконує функцію теплового сенсора, анод першого світлодіода з'єднаний з першим виходом струмообмежувального елемента, вхід якого з'єднаний з катодом другого діода, який відрізняється тим, що друга вхідна клема з'єднана з другим виходом струмообмежувального елемента, який у своєму складі має другий транзистор, другий світлодіод, шостий та сьомий резистори, катод другого світлодіода підключений до першого виводу шостого резистора та до бази другого транзистора, емітер якого через сьомий резистор з'єднаний з анодом другого світлодіода та входом струмообмежувального елемента, перший вихід якого підключений до колектора другого транзистора, а другий вихід - до другого виводу шостого резистора. В запропонованому тепловому пожежному сповіщувачі за рахунок застосування транзистора у якості теплового сенсора забезпечується стабільність температури спрацювання сповіщувача навіть в умовах підвищеної вібрації, при роботі як у постійнострумових, так й знакозмінних шлейфах пожежної сигналізації. Крім того, застосування 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 Ρ 53325-2009 простим співвідношенням опорів резисторів. А за рахунок температурної стабілізації струму через перший світлодіод, який застосовується як генератор опорної напруги, забезпечується стабілізація температури спрацювання від виробу до виробу. На кресленні представлена блок-схема теплового пожежного сповіщувача. 1 UA 92165 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Тепловий пожежний сповіщувач (див. креслення) містить перший світлодіод 1, анод якого через перший резистор 2 з'єднаний з першим виходом транзисторного ключа 3 та анодом першого діода 4, катод якого підключений до першого виводу першого конденсатора 5, а через другий резистор 6 - до першого виводу третього резистора 7 та до бази першого транзистора 8. Колектор першого транзистора 8 з'єднаний з входом транзисторного ключа 3 та першими виводами другого конденсатора 9 та четвертого резистора 10, другі виводи яких підключені до другого виходу транзисторного ключа 3, входу струмообмежувального елемента 11 та до катода другого діода 12. Анод другого діода 12 підключений до першої вхідної клеми 13. Друга вхідна клема 14 підключена до другого виводу першого конденсатора 5, катода світлодіода 1 та через п'ятий резистор 15 - до емітера першого транзистора 8. Анод світлодіода 1 з'єднаний з першим виходом струмообмежувального елемента 11. Другий вивід третього резистора 7 підключений до другої вхідної клеми 14. Друга вхідна клема 14 з'єднана з другим виходом струмообмежувального елемента 11, який у своєму складі має другий світлодіод 11.1, шостий резистор 11.2, другий транзистор 11.3, та сьомий резистор 11.4. Катод другого світлодіода 11.1 підключений до першого виводу шостого резистора 11.2 та до бази другого транзистора 11.3, емітер якого через сьомий резистор 11.4 з'єднаний з анодом другого світлодіода 11.1 та входом струмообмежувального елемента 11, перший вихід якого підключений до колектора другого транзистора 11.3, а другий вихід - до другого виводу шостого резистора 11.2. Струмообмежувальний елемент 11 виконує функцію термонезалежного стабілізатора струму, а перший транзистор 8 - функцію теплового сенсора. Тепловий пожежний сповіщувач працює таким чином. Після подачі напруги живлення на вхідні клеми 13 та 14 через струмообмежувальний елемент 11 потече струм, величина якого буде стабільною у всьому діапазоні напруги живлення (від 10 до 30 В) та практично незалежною від температури оточуючого повітря. Другий діод 12 здійснює захист інших елементів сповіщувача при хибному підключенні полярності напруги живлення. Величина струму в колі першого резистора 2, першого діода 4, другого та третього резисторів 6 та 7 буде значно менше струму через перший світлодіод 1. Значення струму через світлодіод 1 не буде перевищувати 50 мкА, тому він буде виконувати роль обмежувача напруги на рівні 1,8 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 транзисторний ключ 3 буде закритий, тому що падіння напруги на четвертому резисторі 10 буде менше граничного значення напруги, при якій відкривається транзисторний ключ 3. Цей стан забезпечується вибраним співвідношенням опорів другого та третього резисторів 6 та 7. В той же час падіння напруги на першому конденсаторі 5 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 4 практично дорівнюють одне до одного. Таким чином, на базу першого транзистора 8 подається стабільна напруга, яка майже не залежить від напруги живлення, що подається на вхідні клеми 13 та 14, а також від температури оточуючого повітря. Перший 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 перший 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. Якщо падіння напруги на четвертому резистора 10 буде значно перевищувати падіння напруги на п'ятому резисторі 14, то температурна нестабільність граничного значення напруги перемикання транзисторного ключа 3 не проявить суттєвого впливу на температурну інерційність сповіщувача в цілому. При збільшені температури оточуючого повітря буде збільшуватися температура першого транзистора 8, тому буде зменшуватися напруга база-емітер на 2,3 мВ на кожен градус Цельсія. Така зміна потенціалу на емітері першого транзистора 8 відносно другої вхідної клеми 14 приведе до зростання колекторного струму цього транзистора 8. Коли падіння напруги на четвертому резисторі 10 досягне граничного значення напруги перемикання транзисторного ключа 3, тоді струм у вихідному колі транзисторного ключа 3 приведе до збільшення напруги на першому конденсаторі 5. Внаслідок чого, перший транзистор 8 ще більше відкриється. Цей процес буде самоприскорюючим й сповіщувач опиниться в стані „ПОЖЕЖА". Струм у вихідному колі транзисторного ключа 3 досягне значення, яке буде обмежуватися опором першого резистора 2. Перший світлодіод 1 буде світитися. Значення опору першого резистора 2 2 UA 92165 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 вибирається достатнім для нормальної роботи світлодіода 1, який у стані „ПОЖЕЖА" повинен забезпечувати належний рівень яскравості. Крім того, значенням опору першого резистора 2 забезпечується формування стану "ПОЖЕЖА" у шлейфі пожежної сигналізації, який підключається до вхідних клем 13 та 14. Навіть після закінчення дії на сповіщувач повітря високої температури, та повернення потенціалу база-емітер першого 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 5 заряд дозволить утримувати перший транзистор 8 у відкритому стані при кожному відновленні напруги живлення. Але відсутність напруги живлення необхідної полярності протягом декількох секунд та при відновленні потенціалу база-емітер першого транзистора 8 повертає тепловий пожежний сповіщувач у початковий стан чергового режиму роботи. Струмообмежувальний елемент 11, який виконує функцію термонезалежного стабілізатора струму, виконаний на основі другого світлодіода 11.1 другого транзистора 11.3, шостого та сьомого резисторів, відповідно 11.2 та 11.4. Температурні коефіцієнти другого світлодіода 11.1 та переходу база-емітер другого транзистора 11.3 практично компенсують одне одного, тому струм колектора цього транзистора майже не залежить від температури оточуючого повітря та напруги живлення сповіщувача. Інші елементи сповіщувача широко відомі та відповідають прототипу. За рахунок застосування першого транзистора 8 як теплового сенсора забезпечується стабільність температури спрацювання сповіщувача в умовах підвищеного рівня вібрації, як у постійнострумовому, так й у знакозмінному шлейфах пожежної сигналізації. Клас сповіщувача легко можна змінювати співвідношенням опорів другого та третього резисторів 6 та 7. А за рахунок температурної стабілізації струму через перший світлодіод 1, який застосовується як генератор опорної напруги, забезпечується стабілізація температури спрацювання від виробу до виробу. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Тепловий пожежний сповіщувач, який містить перший світлодіод, анод якого через перший резистор з'єднаний з першим виходом транзисторного ключа та анодом першого діода, катод якого підключений до першого виводу першого конденсатора, а через другий резистор - до першого виводу третього резистора та до бази першого транзистора, колектор якого з'єднаний з входом транзисторного ключа та першими виводами другого конденсатора та четвертого резистора, другі виводи яких підключені до другого виходу транзисторного ключа та до катода другого діода, анод якого підключений до першої вхідної клеми, а друга вхідна клема підключена до других виводів першого конденсатора та третього резистора, катода першого світлодіода та через п'ятий резистор - до емітера першого транзистора, який виконує функцію теплового сенсора, анод першого світлодіода з'єднаний з першим виходом струмообмежувального елемента, вхід якого з'єднаний з катодом другого діода, який відрізняється тим, що друга вхідна клема з'єднана з другим виходом струмообмежувального елемента, який у своєму складі має другий транзистор, другий світлодіод, шостий та сьомий резистори, катод другого світлодіода підключений до першого виводу шостого резистора та до бази другого транзистора, емітер якого через сьомий резистор з'єднаний з анодом другого світлодіода та входом струмообмежувального елемента, перший вихід якого підключений до колектора другого транзистора, а другий вихід - до другого виводу шостого резистора. 3 UA 92165 U Комп’ютерна верстка І. Мироненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4