Nguyên lý hoạt động của thiết bị hệ thống báo cháy
2. Đầu báo nhiệt
Đầu báo nhiệt là thiết bị báo cháy được thiết kế để phản ứng khi dòng nhiệt đối
lưu của hoả hoạn làm tăng nhiệt độ của bộ phận cảm ứng nhiệt.
Tất cả các đầu báo nhiệt đều có bộ phận thu nhiệt. Bộ phận cảm biến nhiệt có thể
là loại giãn nở cơ khí hoặc đầu dò cảm biến nhiệt thermistor.
Đầu báo nhiệt có 2 loại chính được phân loại theo hoạt động là “gia tăng” (Rate- of-Rise) và “nhiệt độ cố định” (Fixed temperature).
2.1. Đầu báo nhiệt Gia tăng (Rate-of-Rise)
Đầu báo nhiệt gia tăng (R-O-R) hoạt động khi nhiệt độ môi trường tăng lên nhanh chóng theo thời gian, lớn hơn hoặc bằng tỷ lệ đã được thiết lập trước bởi nhà sản xuất. Theo tiêu chuẩn, tỷ lệ này là khoảng 15°F (8° C) mỗi phút. Hoạt động của đầu báo nhiệt gia tăng phụ thuộc vào tốc độ tăng nhiệt độ, không phụ thuộc vào nhiệt độ của môi trường.
Hình 2.1 mô tả đầu báo nhiệt gia tăng điển hình sử dụng kỹ thuật điện-khí nén (Electropneumatic). Kiểu này đã đư ợc cấp bằng sáng chế lần đầu tiên năm 1941 và là sản phẩm được cải tiến liên tục cho đến ngày nay.
Đầu báo nhiệt gia tăng bao gồm:
– Một buồng khí kín (A) có mặt phía dưới là vỏ đầu báo làm bằng hợp kim cứng dẫn nhiệt;
– Một lỗ nhỏ (B) để làm cân bằng áp suất khí bên trong buồng với môi trường; Một màng đàn hồi bằng kim loại (C) nối với một cực tín hiệu của đầu báo;
– Một bộ công tắc (D) có 2 tiếp điểm thường hở, một tiếp điểm được hàn vào màn đàn hồi (C), tiếp điểm thứ 2 nối vào cực tín hiệu còn lại của đầu báo. Bình thư ờng 2 cực tín hiệu của đầu báo cách điện với nhau (thường hở – NO).
Khi nhiệt độ môi trường thay đổi sẽ làm cho áp suất không khí bên trong buồng kín thay đổi. Với sự thay đổi chậm của nhiệt độ, một lượng nhỏ không khí sẽ đi vào hoặc đi ra buồng kín thông qua lỗ (B) để cân bằng áp suất bên trong và bên ngoài buồng kín, giữ cho 2 cực tín hiệu của đầu báo cách điện với nhau.
Khi nhiệt độ môi trường xung quanh tăng lên rất nhanh với tốc độ lớn hơn hoặc bằng 8oC/phút làm cho không khí bên trong buồng kín giãn nở rất nhanh vượt quá khả năng tự cân bằng áp suất của lỗ (B), do mặt dưới của buồng kín là hợp kim cứng nên không khí trong buồng khi giãn nở sẽ ép màng đàn hồi (C) lên phía trên làm cho công tắc điện đóng lại phát tín hiệu về trung tâm báo cháy.
2.2. Đầu báo nhiệt Cố định (Fixed Temperature)
Họat động của đầu báo phụ thuôc hòan tòan vào nhiệt độ của môi trường chứ không phụ thuộc vào tốc độ gia tăng nhiệt độ. Khi nhiệt độ môi trường tại khu vực bảo vệ tăng lên đạt tới một nhiệt độ nhất định, ứng với ngưỡng được cài đặt cho đầu báo khi sản xuất, sẽ làm cho tiếp điểm bên trong đầu báo đóng và tạo tín hiệu báo cháy gửi trung tâm báo cháy.
Tuỳ theo tiêu chuẩn cho mỗi thị trường mà đầu báo nhiệt cố định có các ngưỡng báo động khác nhau, ví dụ: 60oC, 65oC, 70oC, 90oC… hoặc 57oC (135oF), 87oC (190oF)…
Có nhiều loại đầu báo nhiệt cố định khác nhau, dưới đây giới thiệu một số loại thông dụng.
2.2.1. Đầu báo nhiệt cố định cơ-điện (Electromechanical)
a) Đầu báo nhiệt sử dụng thanh lưỡng kim (Hình 2.2.1a)
Đầu báo nhiệt có một thanh lưỡng kim, với một đầu gắn cố định và đầu kia để tự do có thể di chuyển phụ thuộc nhiệt độ của nó.
Khi nhiệt độ tăng thì thanh lưỡng kim bị uốn cong làm chạm mạch điện
tín hiệu của đầu báo và kích hoạt báo động.
Thanh lưỡng kim sẽ trở về trạng thái ban đầu khi nhiệt độ giảm. Loại đầu
báo nhiệt này có thể sử dụng nhiều lần.
b) Đầu báo nhiệt sử dụng chất nóng chảy eutectic (hình 2.2.1b)
Đầu báo này sử dụng liên kết nóng chảy của hợp kim eutectic. Đây là loại đầu báo nhiệt được sử dụng rất phổ biến trong giai đoạn những năm 1970 đến 2000.
Hợp kim eutectic là một hỗn hợp của 2 hoặc nhiều kim loại có điểm tan
chảy ở nhiệt độ thấp hơn kim loại riêng lẻ.
Nếu nhiệt độ của hợp kim lớn hơn hoặc bằng nhiệt độ tan chảy nó sẽ
chuyển từ trạng thái rắn sang trạng thái lỏng.
Trong đầu báo nhiệt c ó một lẫy kim loại đàn hồi được giữ chặt bởi hợp kim eutectic, giúp cho 2 cực tín hiệu của đầu báo tách rời nhau (thường hở). Khi nhiệt độ môi trường tăng đến nhiệt độ nóng chảy của hợp kim (đây là nhiệt độ báo động của đầu báo, tuỳ vào loại hợp kim khi sản xuất), hợp kim sẽ tan chảy làm lẫy đàn hồi đang bị nén bung ra và 2 cực tín hiệu của đầu báo chạm vào nhau tạo một dòng điện kích hoạt báo động.
Đầu báo nhiệt loại này không sử dụng lại được sau khi đã báo động.
c) Báo nhiệt cố định kiểu dây (line-type)
Loại báo nhiệt cố định cơ-điện thứ ba là loại đầu báo dạng dây (hay còn được biết đến như là Linear Heat Detectors) (hình 2.2.1c)
Cấu tạo của thiết bị này bao gồm 2 dây dẫn điện bằng thép được cách điện riêng biệt bởi một chất rất nhạy cảm với nhiệt độ. Hai dây này được xoắn với nhau (twisted pair) để tạo một lực ép giữa 2 dây, sau đó bọc một lớp băng bảo vệ và ngoài cùng là lớp vỏ phù hợp với môi trường lắp đặt.
Nếu một điểm nào đó của dây tiếp xúc với nhiệt độ lớn hơn nhiệt độ quy định (đây là nhiệt độ báo động, tuỳ thuộc vào chất cách điện khi sản xuất) lớp cách điện nhạy cảm với nhiệt độ sẽ bị phá hỏng làm cho 2 dây dẫn chạm vào nhau tại điểm đó. Điều này tạo nên một tín hiệu báo cháy gửi về trung tâm báo cháy.
Một số nhà sản xuất chế tạo trung tâm điều khiển dùng riêng với Linear Heat Detector cho phép xác định được vị trí điểm báo động của dây báo nhiệt, tức là xác định được vị trí cháy.
2.2.2. Đầu báo nhiệt cố định điện tử (Thermistor)
Ngoài loại đầu báo nhiệt kiểu cơ-điện thì hiện nay xuất hiện khá phổ biến loại đầu báo nhiệt kiểu điện tử (Thermistor). Loại này sử dụng Thermistor để phát hiện sự thay đổi nhiệt độ của môi trường.
Thermistor thường là điện trở nhiệt. Nó được làm bằng chất bán dẫn đa tinh thể, có hệ số nhiệt điện trở âm, và khá lớn. Nghĩa là khi nhiệt độ tăng thì điện trở của nó sẽ giảm khá mạnh.
Nhiệt độ môi trường thay đổi làm cho điện trở của Thermistor thay đổi và
chuyển thành tín hiệu báo động.
Sử dụng Thermistor, đầu báo nhiệt có thể được chế tạo theo kiểu gia tăng hoặc cố định hoặc kết hợp cả hai phù hợp với nhu cầu sử dụng. Những đầu báo loại này cũng có thể có chức năng giảm khả năng báo giả.