離子感煙探測器與光電感煙探測器性能比較分析
一、離子感煙探測器和光電感煙探測器的工作原理和分類
離子感煙探測器和光電感煙探測器是目前工程中應用最廣泛的兩種火災探測器。離子感煙探測器是利用放射性同位素（目前普遍采用的是241Am）衰變過程中放出的α射線使電離室內(nèi)的空氣產(chǎn)生電離，使電離室在電子電路中呈現(xiàn)電阻特性。當煙霧進入電離室后，改變了空氣電離的離子數(shù)，即改變了電離電流，也就相當于電離室的阻值發(fā)生了變化。根據(jù)電阻變化的大小識別煙霧量的大小，并作出是否發(fā)生火災的判斷。離子感煙探測器的工作原理如圖１－１所示。根據(jù)離子感煙探測器放射源的個數(shù)可分為雙源雙室型和單源雙室型，如圖１－２示：
圖１－１離子感煙探測器方框原理圖 圖１－２單源雙室離子感煙探測器結構圖
光電感煙探測器是利用火災煙霧對光產(chǎn)生吸收和散射作用來探測火災的一種裝置。通過測量由于煙霧對光的吸收而產(chǎn)生的衰減作用來確定煙霧，從而探測火災的探測器稱為減光型光電感煙探測器。根據(jù)發(fā)光元件和受光元件安裝位置的不同，減光型光電感煙探測器又可分為點型和線型兩種（紅外光束感煙探測器即為線型），其工作原理如圖１－3示；如果在光路以外的地方，通過測量煙霧對光的散射作用而產(chǎn)生的光能量來確定煙霧從而探測火災的探測器，稱為散射型光電感煙探測器。根據(jù)接收散射光的角度大小，散射型光電感煙探測器又可分為前向散射與后向散射兩種形式，工作原理如圖１－4示。
圖1-3減光式光電感煙探測器原理圖 圖1-4散射光式光電感煙探測器原理圖
二、 離子感煙探測器和光電感煙探測器環(huán)境適用性分析
２．１ 雙源雙室離子感煙探測器與單源雙室離子感煙探測器的環(huán)境適用性分析
雙源雙室離子感煙探測器是將兩個單極型電離室串聯(lián)起來，一個作為檢測電離室（也叫外電離室），結構上做成煙霧容易進入的型式，另一個作為補償電離室（也叫內(nèi)電離室），做成煙粒子很難進入而空氣又能緩慢進入的結構型式。雙源雙室離子感煙探測器的兩種不同的電離室結構形式，容易造成環(huán)境溫度、濕度、氣壓等自然條件的變化對兩個電離室分別產(chǎn)生不同的影響，從而降低了這種探測器的抗環(huán)境干擾能力；
單源雙室離子感煙探測器，其工作原理同雙源雙室型，但結構完全不同，如圖１－2示，圖中A 與C之間構成補償電離室，A與B之間構成檢測電離室，它利用一塊放射源形成兩個電離室。這種探測器的優(yōu)點是不僅省了一快放射源，還使放射源劑量減少，安全性提高。此外，單源雙室離子感煙探測器的煙霧檢測電離室和補償電離室在結構上基本都是敞開的，因而提高了對使用環(huán)境中微小顆粒緩慢變化的適應能力，特別在潮濕地區(qū)要求的抗潮能力方面，單源式離子感煙探測器的自適應性能比雙源式離子感煙探測器要好得。因而，單源雙室離子感煙探測器的環(huán)境適用性明顯優(yōu)于雙源雙室型。目前生產(chǎn)的離子感煙探測器幾乎毫無例外都采用單源雙室型結構。
２．２離子感煙探測器和點型光電感煙探測器的環(huán)境適用性分析
離子感煙探測器和點型光電感煙探測器都屬于接觸式探測器，只有濃度足夠大的煙氣進入探測器之中才能實現(xiàn)火災探測的功能。由于受到探測器所用材料和內(nèi)部構造等因素的限制，點型感煙探測器對使用場所的濕度、氣流速度以及有無腐蝕性氣體散發(fā)等都有要求，通常情況下，符合下列條件之一的場所不宜選擇離子感煙探測器：
（１） 相對濕度經(jīng)常大于９５％；（２）氣流速度大于５m/s；（３）有大量粉塵、水霧滯留；（４）可產(chǎn)生腐蝕性氣體；（５）正常情況下有煙滯留；（６）可產(chǎn)生醇類、醚類、酮類等有機物。符合下列條件之一的場所不宜選擇點型光電感煙探測器：（１）可能產(chǎn)生黑煙；（２）有大量粉塵、水霧滯留；（３）可能產(chǎn)生蒸汽和油霧；（４）正常情況下有煙滯留；
２．３保護場所的空間大小和建筑高度對點型感煙探測器使用效果的影響
保護場所的空間大小和建筑高度也是影響點型感煙探測器使用的一個重要因素。對于內(nèi)部空間大且高度較高的建筑物和建筑物的中庭，煙氣在建筑物內(nèi)流動的距離長，其溫度和濃度都迅速降低，尤其是火災初期產(chǎn)生的煙氣，可能升不到屋頂就發(fā)生彌散。在普通建筑物中使用的頂棚安裝的點型感煙探測器便無法探測到初期火災的煙氣。
此外，大空間建筑的外部環(huán)境也會對室內(nèi)溫度分布產(chǎn)生重要影響。特別是夏季，由于太陽輻射和外界熱空氣的作用，往往會使建筑物屋頂?shù)臏囟却蟠笊?，于是建筑物屋頂下方可形成一定厚度的熱空氣層，它足以阻止溫度不太高的煙氣上升到大空間的頂棚。通常稱這種現(xiàn)象為“熱障效應”，“熱障效應”限制了煙氣上升到頂棚附近，可見在高度較高的大空間屋頂安裝點型感煙探測器將難以發(fā)揮作用。
２．4紅外光束線型感煙探測器的環(huán)境適用性分析
紅外光束線型感煙探測器與點型減光式光電感煙探測器的工作原理是一樣的，只是煙不必進入點型光電探測器的采樣室中，在保護空間任何地點上的煙都可能使紅外光束衰減。紅外光束線型感煙探測器在一個最長100m的線路上可代替若干只點型感煙探測器，因此，點型光電感煙探測器能使用的場所，紅外光束線型感煙探測器都可以使用。但作為工程應用要考慮多方面因素，例如需要比較保護場所空間大小、建筑結構特點、裝置成本、使用維修成本，環(huán)境的影響等各種情況。根據(jù)工程實踐經(jīng)驗，紅外光束線型感煙探測器較適宜安裝在以下場所：（１）無遮擋大空間的庫房、展覽館、博物館、紀念館、檔案館、飛機庫等；（2）建筑物的中庭；（3）古建筑、文物保護的廳堂館所等；（4）發(fā)電廠、變配電站等；（5）隧道工程。
下列場所不宜使用紅外光束線型感煙探測器：（１）在保護空間有一定濃度的灰塵、水汽粒子且粒子濃度變化較快的場所；（２）有劇烈震動的場所；（３）有日光照射或強紅外光輻射源的場所。
三、離子感煙探測器和光電感煙探測器對煙霧的響應性能分析
離子感煙探測器和光電感煙探測器對煙顆粒的響應性能，與其感煙工作原理息息相關，同時也與煙顆粒本身特性有關，如其粒子尺度、形狀、折射率等。一般的說，離子感煙探測器對各種煙顆粒的響應靈敏度較一致，而前向散射光電感煙探測器對顏色較淺的灰煙響應極為靈敏，而對明火生成的黑色煙響應靈敏度較低。圖3－１示出散射光型光電感煙探測器與離子感煙探測器的響應值與單譜氣溶膠粒子的粒子尺度的關系。這里的響應值指探測器的輸出電壓減去背景噪聲電壓再除以粒子數(shù)濃度，用μV?cm3表示。對于散射光型光電感煙探測器，響應值與煙顆粒粒徑近似成６次方正比關系，而離子感煙探測器的響應值近似與粒徑成線形函數(shù)關系。圖3－２給出了３種感煙探測器對于不同類型火的響應曲線。
圖3-1散射光型光電感煙探測器與離子感煙探測器 圖3-2
的響應值與粒子尺度分布的關系
由圖3－２可見，離子感煙探測器和光電感煙探測器在陰燃火和明火交界處，其響應值均發(fā)生突變，但他們突變的強度不同，散射型光電感煙探測器明顯比離子型的突變大。這是由于明火時生成的煙顆粒的粒徑遠小于陰燃火時生成的煙顆粒的粒徑。散射光電感煙探測器的響應受粒徑大小的影響很大，而離子感煙探測器受煙顆粒粒徑的影響較小。因而，對于離子感煙探測器來說，隨著煙譜由可見煙到不可見煙的變化，相對響應靈敏度增加得很小，即離子感煙探測器的響應靈敏度與煙的顏色近似無關；而散射光型感煙探測器對灰色的可見煙具有較高的響應靈敏度，由于黑煙對光的吸收作用而對黑煙響應較遲鈍。