Sravnitelʹnyj analiz datčikov gazovyh izveŝatelej dlâ rannego obnaruženiâ požara

• Autorzy: Kozubovskiy V. R. , Misevich I. Z. , Ivanchuk M. M.

Identyfikatory

DOI

10.12845/bitp.40.4.2015.8

Warianty tytułu

EN

Comparative Analysis of Sensors Contained in Gas Detectors Designed For Early Fire Detection

PL

Analiza porównawcza czujników wykorzystywanych w czujkach gazu do wczesnego wykrywania pożaru

• Języki publikacji: RU

Abstrakty

EN

Aim: The purpose of this article is to help designers of fire detectors with the selection of a carbon monoxide (CO) sensor for a multi-sensor fire detector. Academic work on detectors provides an abundance of material about sensors suitable for CO analysis. Each sensor has its advantages and disadvantages. Therefore, choosing a suitable sensor is quite difficult. The authors, based on their extensive experience in the development and production of devices for gas analysis and fire detectors, propose most adequate solutions. Introduction: Current devices for discovering a fire, work on the principle of detecting smoke, often incorporating a temperature sensor. However, these have many disadvantages. They do not function in a discerning way in relation to smoke (aerosols, water vapour, cooking vapour and dust are all identified as smoke). A CO fire detector is free of these shortcomings, since it is selective and reacts to CO. For this reason many perspective European norms and international standards emerged, which recommend CO analysis for detection of fires. Obviously, high concentrations of CO can occur in areas where people smoke, where heating appliances utilising solid and gaseous fuels are used, in garages and in underground car parks. Multi-Sensor Detectors with two methods of detecting fire, CO and smoke, compensate shortcomings of each method. It can be confidently stated that through a simultaneous response from both detection methods, a fire will be dealt with at an early stage of development and resources will not be sidetracked by dust, water vapour, aerosols or high concentration of CO. For detection of CO, existing standards recommend the use of electrochemical sensors. Methods: The article describes the technical parameters of the most appropriate electrochemical sensors for monitoring of CO. These are electrolytic, based on acidic electrolyte and metal oxide semiconductors, namely Nap-508 (505) and TGS2442. The principles of operation and recommended circuit connection are suitably described in the article. The sensors are specially designed for use with gas fire detectors and were tested in accordance with requirements for fire detectors. It is noted that metal-oxide sensors have the most acceptable performance characteristics, across the broadest temperature range, long period of validity and absence of aggressive substances in composite elements. Among its disadvantages is a relatively high power consumption ~ 15 mW. Conclusions: Examined prospects for the development and production of metal oxide semiconductor sensors. It is indicated that the use of micro and nanotechnology in the manufacture of sensors will solve the problem of reducing energy consumption to a level sufficient for the production of self-contained smoke detectors powered by batteries. At present, Figaro has developed a sensor TGS8410 with an average power consumption of 0.087 mW.Aim: The purpose of this article is to help designers of fire detectors with the selection of a carbon monoxide (CO) sensor for a multi-sensor fire detector. Academic work on detectors provides an abundance of material about sensors suitable for CO analysis. Each sensor has its advantages and disadvantages. Therefore, choosing a suitable sensor is quite difficult. The authors, based on their extensive experience in the development and production of devices for gas analysis and fire detectors, propose most adequate solutions. Introduction: Current devices for discovering a fire, work on the principle of detecting smoke, often incorporating a temperature sensor. However, these have many disadvantages. They do not function in a discerning way in relation to smoke (aerosols, water vapour, cooking vapour and dust are all identified as smoke). A CO fire detector is free of these shortcomings, since it is selective and reacts to CO. For this reason many perspective European norms and international standards emerged, which recommend CO analysis for detection of fires. Obviously, high concentrations of CO can occur in areas where people smoke, where heating appliances utilising solid and gaseous fuels are used, in garages and in underground car parks. Multi-Sensor Detectors with two methods of detecting fire, CO and smoke, compensate shortcomings of each method. It can be confidently stated that through a simultaneous response from both detection methods, a fire will be dealt with at an early stage of development and resources will not be sidetracked by dust, water vapour, aerosols or high concentration of CO. For detection of CO, existing standards recommend the use of electrochemical sensors. Methods: The article describes the technical parameters of the most appropriate electrochemical sensors for monitoring of CO. These are electrolytic, based on acidic electrolyte and metal oxide semiconductors, namely Nap-508 (505) and TGS2442. The principles of operation and recommended circuit connection are suitably described in the article. The sensors are specially designed for use with gas fire detectors and were tested in accordance with requirements for fire detectors. It is noted that metal-oxide sensors have the most acceptable performance characteristics, across the broadest temperature range, long period of validity and absence of aggressive substances in composite elements. Among its disadvantages is a relatively high power consumption ~ 15 mW. Conclusions: Examined prospects for the development and production of metal oxide semiconductor sensors. It is indicated that the use of micro and nanotechnology in the manufacture of sensors will solve the problem of reducing energy consumption to a level sufficient for the production of self-contained smoke detectors powered by batteries. At present, Figaro has developed a sensor TGS8410 with an average power consumption of 0.087 mW.

PL

Cel: Celem artykułu jest udzielenie wskazówek konstruktorom czujek pożarowych odnośnie wyboru czujników tlenku węgla w komorze wielosensorowej czujki pożarowej. W monografiach poświęconych tej tematyce znaleźć można wiele czujników nadających się do analizy CO. Każdy czujnik ma swoje zalety jak i wady. W związku z tym wybór odpowiedniego czujnika jest dość trudny. Autorzy, na bazie wieloletniego doświadczenia w projektowaniu i produkcji przyrządów do analizy gazowej i czujek pożarowych, zaproponowali najbardziej adekwatne rozwiązania. Wprowadzenie: Obecnie do wykrywania pożarów bardzo często wykorzystywane są czujki dymu (zwykle z czujnikiem temperatury). Mają one jednak wiele wad – nie działają w sposób selektywny na dym (rozpoznają jako dym aerozole, parę wodną, parę powstającą przy gotowaniu, kurz). Czujka pożarowa CO nie ma takich wad, ponieważ reaguje wyłącznie na CO. Dlatego powstało wiele perspektywicznych norm europejskich i standardów międzynarodowych, które do wykrywania pożarów przewidują analizę CO. Oczywiście, duże stężenia CO mogą powstać w pomieszczeniach, w których pali się papierosy, również tam gdzie znajdują się urządzenia ciepłownicze na paliwo stałe lub gazowe, w garażach i parkingach podziemnych. Wielosensorowe czujki, wykorzystujące dwie komory wykrywania pożaru – CO i dymu, rekompensują wady każdej z tych komór. Przy jednoczesnej aktywacji obu, można z pewnością stwierdzić, że mamy do czynienia z pożarem we wczesnym stadium rozwoju, a nie z kurzem, parą wodną, aerozolem lub po prostu dużym stężeniem CO. Do wykrywania CO odpowiednie nomy rekomendują użycie czujników elektrochemicznych. Metody: W artykule opisano parametry techniczne najbardziej odpowiednich do kontroli CO czujników elektrochemicznych na bazie elektrolitów kwasowych i półprzewodników tlenkowych, a dokładnie Nap-508 (505) и TGS2442. Opisano również zasady pracy i zalecane schematy połączeń. Czujniki te były opracowywane specjalnie do wykorzystania w pożarniczych czujkach gazu i przeszły wszystkie badania zgodnie z wymogami dla czujek pożarniczych. Zaznaczono, że czujniki tlenkowe mają najbardziej akceptowalne charakterystyki eksploatacyjne – najszerszy zakres temperatur, długi termin ważności, brak w składzie elementów środowiska agresywnego. Do ich wad należy względnie duże zużycie energii ~ 15 mW. Wnioski: Rozpatrzono perspektywy rozwoju technologii produkcji półprzewodnikowych czujników tlenkowych. Wskazano, że zastosowanie mikro- i nanotechnologii przy produkcji tych czujników rozwiązuje kwestię zmniejszenia zużycia energii do poziomu dostatecznego do przygotowania autonomicznych czujek pożarniczych zasilanych baterią. Już teraz firma Figaro opracowała czujkę TGS8410 za średnim zużyciem prądu 0,087 mW.

Słowa kluczowe

EN

fire; detector; multisensory; gas; sensor; concentration; electrochemical; electrolytic; oxidic

PL

pożar; czujka; wielosensorowy; dym; gaz; czujnik; stężenie; elektrochemiczny; tlenkowy; elektrolityczny

• Wydawca: Centrum Naukowo-Badawcze Ochrony Przeciwpożarowej im. Józefa Tuliszkowskiego - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Bezpieczeństwo i Technika Pożarnicza
• Rocznik: 2015
• Tom: Nr 4
• Strony: 107--122
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., fot., rys., tab.

Twórcy

autor

Kozubovskiy V. R.

• Uzhhorod National University, Ukraine

autor

Misevich I. Z.

• ARTON, Chernivtsi, Ukraine

autor

Ivanchuk M. M.

• ARTON, Chernivtsi, Ukraine

Bibliografia

• [1] BS EN 54-26:2015 Fire detection and fire alarm systems. – Part 26: Carbon monoxide detectors. Point detectors
• [2] BS EN 54-30:2015 Fire detection and fire alarm systems. – Part 30: Multi-sensor fire detectors. Point detectors using a combination of carbon monoxide and heat sensors.
• [3] BS EN 54-31:2014 Fire detection and fire alarm system. – Part 31: Multi-sensor fire detectors. Point detectors using a combination of smoke, carbon monoxide and optionally heat sensors.
• [4] ISO 7240-6:2011 Fire detection and alarm systems – Part 6: Carbon monoxide fire detectors using electro-chemical cells.
• [5] ISO 7240-8:2014 Fire detection and alarm systems – Part 8: Point-type fire detectors using a carbon monoxide sensor in combination with a heat sensor.
• [6] ISO 7240-27:2009 Fire detection and alarm systems – Part 27: Point-type fire detectors using a scattered-light, transmitted-light or ionization smoke sensor, an electrochemical-cell carbon-monoxide sensor and a heat sensor.
• [7] Jacob Fraden Handbook of Modern Sensors. Physics, Designs, and Applications. Fourth Edition. Springer New York, 2010, р. 663.
• [8] Chemical Sensors: Comprehensive Sensors Technologies. Volume 5: Electrochemical and Optical Sensors. Momentum Press, LLC, 2011, р. 518.
• [9] LPS 1282: Issue 1.0 Requirements and Testing Procedures for Combined Domestic Smoke and Carbon Monoxide Detectors.
• [10] Low-Cost Electrochemical Toxic Gas Sensors for Residential and Light Commercial Applications http://www.nemoto.eu/restox.html [accessed: 20.11.2015].
• [11] Operating principle. MOS-type gas sensors http://www.figaro.co.jp/en/technicalinfo/principle/mos-type.html [accessed: 20.11.2015].
• [12] TGS2442 Data sheet http://www.figaro.co.jp/en/topic/2007/07/updated-data-sheet-of-tgs2442.html [accessed: 20.11.2015].
• [13] Figaro official website: TGS8100 http://www.figaro.co.jp/en/product/feature/tgs8100.html [accessed: 20.11.2015].