Тепловий пожежний сповіщувач

Реферат: UA 95829 U UA 95829 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 4371-035-11858298-06, 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 цього 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 [заявка на корисну модель № u 201400430 від 17.01.2014], 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 через другий резистор до першого виводу третього резистора та до бази другого транзистора, колектор якого з'єднаний з базою першого транзистора та першим виводом другого конденсатора, другий вивід якого підключений до першого виводу четвертого резистора та до катода другого діода, анод якого підключений до першої вхідної клеми, а друга вхідна клема підключена до першого виводу першого конденсатора, другого виводу третього резистора та через п'ятий резистор - до емітера другого транзистора, який виконує функцію теплового сенсора, катод другого світлодіода підключений до першого виводу шостого резистора, до бази третього транзистора та до колектора четвертого транзистора, емітер третього транзистора через сьомий резистор з'єднаний з анодом другого світлодіода та з катодом другого діода, друга вхідна клема з'єднана з другим виводом шостого резистора та через восьмий резистор - з емітером четвертого транзистора, колектор якого з'єднаний з емітером першого транзистора, база якого підключена до катода третього діода, анод якого послідовно з'єднаний через четвертий діод з другим виводом четвертого резистора, другий вивід першого конденсатора підключений до катода першого діода, другий вивід першого резистора підключений до колектора третього транзистора, анод першого світлодіода з'єднаний з базою четвертого транзистора. А анод першого світлодіода з'єднаний з колектором третього транзистора. 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. 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 через другий резистор до першого виводу третього резистора та до бази другого транзистора, колектор якого з'єднаний з базою першого транзистора та першим виводом другого конденсатора, другий вивід якого підключений до першого виводу четвертого резистора та до катода другого діода, анод якого підключений до першої вхідної клеми, а друга вхідна клема підключена до першого виводу першого конденсатора, другого виводу третього резистора та через п'ятий резистор - до емітера другого транзистора, який виконує функцію теплового сенсора, катод другого світлодіода підключений до першого виводу шостого резистора, до бази третього транзистора та до колектора четвертого транзистора, емітер третього транзистора через сьомий резистор з'єднаний з анодом другого світлодіода та з катодом другого діода, друга вхідна клема з'єднана з другим виводом шостого резистора та через восьмий резистор - з емітером четвертого транзистора, колектор якого з'єднаний з емітером першого транзистора, база якого підключена до катода третього діода, анод якого послідовно з'єднаний через четвертий діод з другим виводом четвертого резистора, другий вивід першого конденсатора підключений до катода першого 1 UA 95829 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 діода, другий вивід першого резистора підключений до колектора третього транзистора, анод першого світлодіода з'єднаний з базою четвертого транзистора, який відрізняється тим, що анод першого світлодіода через п'ятий діод з'єднаний з колектором третього транзистора. В запропонованому тепловому пожежному сповіщувачі за рахунок введення додаткового п'ятого діода між анодом першого світлодіода та другим виводом першого резистора з'являється температурна компенсація опорної напруги, що подається на базу другого транзистора, який виконує роль теплового сенсора навіть коли він є вивідним транзистором у мініатюрному пластмасовому корпусі, наприклад, ТО92. Крім цього 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 53325-2009 простим співвідношенням опорів резисторів. На кресленні представлена блок-схема теплового пожежного сповіщувача. Тепловий пожежний сповіщувач (див. креслення) містить перший світлодіод 1, катод якого 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. Колектор другого транзистора 8 з'єднаний з базою першого транзистора 4 та першим виводом другого конденсатора 9, другий вивід якого підключений до першого виводу четвертого резистора 10 та 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 5, другого виводу третього резистора 7 та через п'ятий резистор 14 - до емітера першого транзистора 8. Катод другого світлодіода 15 з'єднаний з базою третього транзистора 16 та через шостий резистор 17 - з катодом першого світлодіода 1. Емітер третього транзистора 16 через сьомий резистор 18 з'єднаний з анодом другого світлодіода 15 та катодом другого діода 11. Анод світлодіода 1 з'єднаний з 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. Колектор четвертого транзистора 19 з'єднаний з емітером першого транзистора 4, база якого підключена до катода третього діода 21, анод якого послідовно з'єднаний через четвертий діод 22 з другим виводом четвертого резистора 10. Анод першого світлодіода 1 через п'ятий діод 23 з'єднаний з колектором третього транзистора 16. 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 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 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 4 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 п'ятого діода 23 від'ємна температурна залежність буде проявлятись тільки при квазістатичному рості температури оточуючого повітря. Тому при швидкостях зростання 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, 2 UA 95829 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 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. Третій та четвертий діоди 21 та 22 забезпечують температурну стабільність струму бази першого транзистора 3, при якому він відкривається. Тим самим забезпечується стабілізація температури спрацювання сповіщувача при різних швидкостях зростання температури оточуючого повітря відповідно до вимог стандартів, таких як ДСТУ EN 54-5:2003 та ГОСТ Ρ 533215-2009. 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 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 цього значенням опору першого резистора 3 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 (45), 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 шостий резистор 17 значно менше струму колектора третього транзистора 19. Падіння напруги на восьмому резисторі 20, яке задає струм колектора третього 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 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 резисторів. Діоди 21 та 22 забезпечують температурну стабільність струму бази першого транзистора 2, при якому від відкривається. Завдяки застосуванню п'ятого діода 23, досягається можливість використовувати як тепловий сенсор вивідного транзистора у мініатюрному пластмасовому корпусі, наприклад, ТО92. 50 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 55 60 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 через другий резистор до першого виводу третього резистора та до бази другого транзистора, колектор якого з'єднаний з базою першого транзистора та першим виводом другого конденсатора, другий вивід якого підключений до першого виводу четвертого резистора та до катода другого діода, анод якого підключений до першої вхідної клеми, а друга вхідна клема підключена до першого виводу першого конденсатора, другого виводу третього резистора та 3 UA 95829 U 5 10 через п'ятий резистор - до емітера другого транзистора, який виконує функцію теплового сенсора, катод другого світлодіода підключений до першого виводу шостого резистора, до бази третього транзистора та до колектора четвертого транзистора, емітер третього транзистора через сьомий резистор з'єднаний з анодом другого світлодіода та з катодом другого діода, друга вхідна клема з'єднана з другим виводом шостого резистора та через восьмий резистор - з емітером четвертого транзистора, колектор якого з'єднаний з емітером першого транзистора, база якого підключена до катода третього діода, анод якого послідовно з'єднаний через четвертий діод з другим виводом четвертого резистора, другий вивід першого конденсатора підключений до катода першого діода, другий вивід першого резистора підключений до колектора третього транзистора, анод першого світлодіода з'єднаний з базою четвертого транзистора, який відрізняється тим, що анод першого світлодіода через п'ятий діод з'єднаний з колектором третього транзистора. Комп’ютерна верстка С. Чулій 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