二、基础知识

（一）概述

火灾探测器是用来自动响应其附近区域由火灾产生的物理和/或化学现象的探测器件，是火灾探测报警系统的重要组成部分，是系统的“感觉器官”。

火灾探测器能够监视被保护区域内有无火灾发生，一旦发现火情，就对火灾的特征物理量（烟雾浓度、温度、火焰光强度、特征气体浓度等）进行分析、处理、判断，如果判定为火灾，则立即发出火灾报警信号。

（二）分类

1．按照待测火灾参数的不同分类

燃烧或热解所产生的烟雾、高温气体、火焰光、特征气体等被称为“待测火灾参数”。火灾探测器正是以“待测火灾参数”为依据进行火灾探测、分析和判断的。

(1)感烟火灾探测器：响应悬浮在其周围大气中的燃烧和/或热解产生的固体或液体微粒的火灾探测器。

(2)感温火灾探测器：响应其周围气流的异常温度和/或温升速率的火灾探测器。

(3)感光火灾探测器：响应火焰光发出的特定波段电磁辐射的火灾探测器，又被称为“火焰探测器”。

(4)气体探测器：响应燃烧或热解产生的特征气体的火灾探测器。

(5)复合火灾探测器：同时具有两个或两个以上火灾参数的探测能力，或者具有一个火灾参数两种灵敏度的探测能力的火灾探测器。

2．按照监视范围的不同分类

(1)点型火灾探测器：响应一个小型传感器附近的火灾产生的物理和/或化学现象的火灾探测器件，其监视范围是一个以火灾探测器为圆心、一定长度为半径的圆形区域。

(2)线型火灾探测器：响应某一连续线路附近的火灾产生的物理和/或化学现象的火灾探测器件，其监视范围是一个带状区域。

3．按照信号传输方式的不同分类

(1)编码型火灾探测器：可设置地址码，用于标识火灾探测器的身份。

(2)非编码型火灾探测器：不可设置地址码，无法标识火灾探测器的身份。

(3)无线型火灾探测器：可设置地址码，与火灾报警控制器之间无须导线连接，信号传输采用无线方式。

(4)混合型火灾探测器：混合型火灾探测器一般为编码/无线混合型或非编码/无线混合型。

4．按照使用环境的不同分类

(1)陆用型火灾探测器：最通用的火灾探测器。

(2)船用型火灾探测器：对工作环境的温度、湿度等要求均高于陆用型火灾探测器。

5．按照防爆性能的不同分类

(1)非防爆型火灾探测器：无防爆要求，目前民用建筑中使用的绝大部分火灾探测器属于这一类。

(2)防爆型火灾探测器：具有防爆性能、用于有防爆要求的石油和化工等场所的工业型火灾探测器。

（三）典型火灾探测器工作原理

1．感烟火灾探测器

烟雾是火灾的早期现象，利用感烟火灾探测器可以最早感受火灾信号即火灾参数。感烟火灾探测器是目前世界上应用较普及、数量较多的火灾探测器。据统计，感烟火灾探测器可以探测70%以上的火灾。目前，典型的感烟火灾探测器如表1-1所示。

(1)离子感烟火灾探测器

离子感烟火灾探测器的核心部件是感烟电离室，其基本结构如图1-1所示。感烟电离室的两个电极板P1和P2之间的空气分子受到放射源241Am不断放出的α射线照射，高速运动的α粒子撞击空气分子，使得P1和P2之间的空气分子电离为正、负离子。这样，电极板之间原来不导电的空气就具有了导电性。在电场的作用下，正、负离子有规则地定向运动，使得电离室呈现出典型的伏安特性，形成离子电流。当火灾发生时，由火灾产生的烟雾及燃烧产物即烟雾气溶胶进入感烟电离室，表面积较大的烟雾粒子将吸附其中的正、负离子，引起离子电流的变化。

离子感烟火灾探测器包含两个感烟电离室：检测用电离室和补偿用电离室。其中，检测用电离室采用开室结构，烟雾容易进入；补偿用电离室采用闭室结构，烟雾难以进入。两个感烟电离室反向串联，并在两端外加电压E，其基本结构如图1-2所示。

当火灾发生时，由燃烧产生的烟雾及燃烧产物即烟雾气溶胶进入检测用电离室，表面积较大的烟雾粒子将吸附其中的正、负离子，使其导电性变差，即引起R2增大。由于检测用电离室两端电压U2=E/(1+R1/R2), R2的增大即引起U2的增大。U2的大小反映了烟雾浓度的大小，据此可通过处理电路对U2进行阈值放大比较、类比判断处理或火灾参数运算，最后通过接口电路发出火灾报警信号。

(2)光电感烟火灾探测器

光电感烟火灾探测器是利用烟雾粒子对光的吸收或散射作用改变光的传播特性这一基本性质研制的。根据烟雾粒子对光的吸收或散射作用，光电感烟火灾探测器又可以分为减光式光电感烟火灾探测器和散射光式光电感烟火灾探测器两种类型。

■ 减光式光电感烟火灾探测器

减光式光电感烟火灾探测器的核心部件是检测暗室，其基本结构如图1-3所示。定值电阻R1和检测暗室中的光敏电阻R2串联，并在两端外加电压E，那么R2两端的电压U2=E/(1+R1/R2)。

火灾发生时，进入检测暗室的烟雾粒子对发光元件发出的平行光产生吸收和散射作用，使得照射到光敏电阻上的光强度减弱，引起光敏电阻R2阻值变大，最终导致U2变大。U2的大小反映了烟雾浓度的大小，据此可通过处理电路对U2进行阈值放大比较、类比判断处理或火灾参数运算，最后通过接口电路发出火灾报警信号。

■ 散射光式光电感烟火灾探测器

散射光式光电感烟火灾探测器的核心部件也是检测暗室，其基本结构如图1-4所示。定值电阻R1和检测暗室中的光敏电阻R2串联，并在两端外加电压E，那么R2两端的电压U2=E/(1+R1/R2)。

火灾发生时，进入检测暗室的烟雾粒子对发光元件（光源）发出的一定波长的光产生散射作用（按照光散射定律，烟粒子需轻度着色，且当其粒径大于光的波长时将产生散射作用），使得照射到光敏电阻上的光强度增强，引起光敏电阻R2的阻值变小，最终导致U2变小。U2的大小反映了烟雾浓度的大小，据此可通过处理电路对U2进行阈值放大比较、类比判断处理或火灾参数运算，最后通过接口电路发出火灾报警信号。

散射光式光电感烟火灾探测方式一般只适用于点型火灾探测器结构，其检测暗室中发光元件与光敏电阻的夹角在90°~135°，夹角愈大，灵敏度愈高。

(3)红外光束感烟火灾探测器

红外光束感烟火灾探测器属线型感烟火灾探测器，由发射器和接收器两个部分组成，其基本结构如图1-5所示。

正常情况下，红外光束火灾探测器的发射器发送一个不可见的波长为940nm的脉冲红外光束，它经过保护空间时能不受阻挡地射到接收器内的光敏电阻R2上，定值电阻R1和R2串联并在两端外加电压E，那么R2两端的电压U2=E/(1+R1/R2)。

当火灾发生时，由于受保护空间内的烟雾气溶胶扩散到红外光束照射范围内，使到达接收器的红外光束衰减，接收器接收到的红外光束的辐射强度减弱，引起光敏电阻R2的阻值变大，最终导致U2变大。U2的大小反映了烟雾浓度的大小。据此可通过处理电路对U2进行阈值放大比较、类比判断处理或火灾参数运算，最后通过接口电路发出相应的火灾报警信号。

红外光束感烟火灾探测器的特点是：保护面积大，安装位置较高，在相对湿度较高和强电场环境中反应速度快，适合保护较大空间的场所，尤其适合保护难以使用点型火灾探测器甚至根本不可能使用点型火灾探测器的场所。

2．感温火灾探测器

感温火灾探测器是对保护现场的温度和/或温升速率进行监测的一种火灾探测器。物质在燃烧过程中会释放出大量热，引起周围环境温度升高，利用感温火灾探测器来探测火灾的发生是一种非常有效的手段。特别是在某些经常存在大量粉尘、油雾、水蒸气的场所，无法使用感烟火灾探测器，那么使用感温火灾探测器就比较合适。另外，在某些重要场所，为了提高火灾探测报警系统的功能性和可靠性，也要求感温火灾探测器和感烟火灾探测器同时使用。

感温火灾探测器根据其作用与原理不同，分为三大类：定温火灾探测器、差温火灾探测器和差定温火灾探测器。

(1)定温火灾探测器

定温火灾探测器是指在规定时间内，火灾引起的温度上升超过某个定值时就发出火灾报警信号的火灾探测器。目前，典型的定温火灾探测器如表1-2所示。

■ 双金属型定温火灾探测器

如图1-6所示是一种双金属型定温火灾探测器的基本结构。它是在一个不锈钢圆筒形外壳内固定两片磷铜合金片，磷铜合金片两端有绝缘套，在磷铜合金片中段部位装有一对金属触头，每个触头各由一根导线引出接入处理电路。

当火灾发生时，环境温度升高，由于不锈钢的热膨胀系数大于磷铜合金，因此在受热后，磷铜合金片被拉伸，两个金属触头逐渐靠拢。当温度达到标定值时，触头闭合，处理电路接通，经过分析运算，即可由接口电路发出火灾报警信号，如图1-7所示。

两片磷铜合金片的一端固定处有调整螺栓，可以用来调整它们之间的距离，以改变报警温度值，一般可在标定的40~250℃范围内进行调整。但调整工作只能由制造厂家在专用设备上经精密测试后加以标定，用户不得自行调整，而只能按标定值选用。

如图1-8所示是另一种双金属型定温火灾探测器的基本结构。它是由热膨胀系数不同的两片金属片（一片不锈钢片和一片磷铜合金片）和绝缘底座组成的。两片金属片的两端分别焊接在一起，其中一端固定在绝缘底座上，而在另一端以及绝缘底座上分别安装一个金属触头，每个触头各由一根导线引出接入处理电路。

当火灾发生时，环境温度升高，由于不锈钢的热膨胀系数大于磷铜合金，因此在受热后，双金属片会逐渐向下弯曲。当温度达到标定值时，触头闭合，处理电路接通，经过分析运算，即可由接口电路发出火灾报警信号，如图1-9所示。

需要说明的是，无论哪种双金属型定温火灾探测器，在环境温度恢复正常后，其双金属片又可以复原，因此该火灾探测器可长时间重复使用，故又将其称为“可恢复型双金属定温火灾探测器”。

双金属型定温火灾探测器既适用于一般场合，又适用于厨房、锅炉房等室内温度较高且经常有变化的场所。此外，双金属型定温火灾探测器在产品规格上还可做成防爆型（一般为圆筒形），特别适用于含有甲烷、一氧化碳、水煤气、汽油蒸气等易燃易爆物质的场所。

■ 易熔金属型定温火灾探测器

易熔金属型定温火灾探测器的基本结构如图1-10所示，它的绝缘底座和弹簧顶杆底端之间通过一小块易熔合金（熔点为70~90℃）焊接在一起，使得弹簧顶杆与绝缘底座相连接，弹簧顶杆上端与绝缘底座各有一个金属触头，平时它们并不互相接触，每个触头各由一根导线引出接入处理电路。

当火灾发生，环境温度上升至标定值时，易熔合金焊点熔化脱落，弹簧顶杆借助弹簧弹力弹起，使其触头与绝缘底座的触头相接触，处理电路接通，即由接口电路发出火灾报警信号，如图1-11所示。这种火灾探测器结构简单，牢固可靠，很少误动作。

易熔金属型定温火灾探测器在适用范围和安装事项上基本与双金属型定温火灾探测器相同。但应当加以注意的是：易熔金属型定温火灾探测器一旦动作后，即不可复原再用，故在安装时，不能在现场用模拟热源进行测试；另外，在安装后每隔几年（一般为5年）应进行一次抽样测试，每次抽试数不应少于安装总数的5%，且最少应为2只。当抽样中出现1只失效情况，应再加倍抽试，如再有失效情况发生，则应全部拆除换新。

■ 电子式定温火灾探测器

电子式定温火灾探测器是利用热敏电阻受到温度作用时，其自身在火灾探测器电路中起的特定作用来实现定温报警功能的，其基本结构如图1-12所示。CTR临界温度热敏电阻R1和定值电阻R2串联并在两端外加电压E，那么R2两端的电压U2=E/(1+R1/R2)。

当火灾发生时，环境温度上升达到热敏电阻的临界值，R1迅速从高阻态转向低阻态，U2迅速变大，这种电压的明显变化经处理电路进行阈值放大比较、类比判断处理或火灾参数运算后，即可由接口电路发出火灾报警信号。

■ 线型定温火灾探测器

线型定温火灾探测器一般采用定温火灾探测原理，将热敏元件制作成电缆状沿着一条线连续分布，只要线段上任何一点的温度出现异常，就能立刻发现并发出火灾报警信号。典型的线型定温火灾探测器有热敏电缆型定温火灾探测器和同轴电缆型定温火灾探测器两种，可复用感温电缆型定温火灾探测器近些年也有相关报道。

热敏电缆型定温火灾探测器基本结构如图1-13所示，两根金属导体分别接入处理电路，在其外面各罩上一层热敏绝缘材料后拧在一起构成热敏电缆，这种绝缘材料在常温下呈绝缘体特性。

当火灾发生时，环境温度上升至热敏绝缘材料的熔点，热敏绝缘材料熔化，两根金属导体闭合，接通处理电路，经过分析运算，即可通过接口电路发出火灾报警信号。

同轴电缆型定温火灾探测器的基本结构如图1-14所示，在由金属丝编织的网状18导体中放置一根金属柱状导体，两种导体分别接入处理电路，两者之间采用热敏绝缘材料填充隔绝。这种绝缘物在常温下呈绝缘体特性。

当火灾发生时，环境温度上升至热敏绝缘材料的熔点，热敏绝缘材料熔化，两种导体闭合，接通处理电路，经过分析运算，即可通过接口电路发出火灾报警信号。

(2)差温火灾探测器

差温火灾探测器是指在规定时间内，火灾引起的温度上升速率超过某个规定值时发出火灾报警信号的火灾探测器。目前，典型的差温火灾探测器如表1-3所示。

■ 膜盒型差温火灾探测器

膜盒型差温火灾探测器的基本结构如图1-15所示，它的外壳与底座构成了一个密闭的感热室，只有一个很小的漏气孔能与大气相通，感热室内波纹膜片上的动触头与底座上的定触头分别通过一根导线接入处理电路。

当环境温度缓慢升高时，感热室内外的空气可通过漏气孔进行调节，从而保证感热室内外的空气压力保持平衡，波纹膜片上的动触头不会发生移动。

当火灾发生时，环境温度急剧上升，感热室内的空气由于急剧受热膨胀而来不及从漏气孔向外排出，导致感热室内外空气压力差增大，将波纹膜片鼓起，使得波纹膜片上的动触头和底座上的定触头相接触，接通处理电路，经过分析运算，即可由接口电路发出火灾报警信号。这种火灾探测器灵敏度高、可靠性好、不受气候变化影响，应用十分广泛。

■ 电子式差温火灾探测器

电子式差温火灾探测器的基本结构如图1-16所示，热敏电阻R1和R2串联并在两端外加电压E, R1置于热传导性能较差的特制金属外壳中，R2置于热传导性能较好的铜外壳中，将R2两端的电压U2作为信号输出，那么U2=E/(1+R1/R2)。

当环境温度缓慢升高时，R1和R2阻值变化速度相差不大，R1/R2也不会发生较大变化，因此U2变化也不大。

当火灾发生时，由于温度升高很快，R1置于热传导性能较差的金属罩中，其阻值受温度影响较小、变化较慢；而R2置于热传导性能较好的铜壳中，其阻值受温度影响较大、变化较快，R1/R2会变得很小，因此U2的变化会较大。U2的大小反映了温升速率的大小，据此可通过处理电路对U2进行阈值放大比较、类比判断处理或火灾参数运算，最后通过接口电路发出火灾报警信号。

■ 空气管差温火灾探测器

空气管差温火灾探测器的基本结构如图1-17所示，它由空气管（安装于要保护的场所）、动触头、定触头和电路部分（安装在保护现场或保护现场之外）组成，动触头和定触头分别通过一根导线接入处理电路。

当环境温度缓慢升高时，空气管中受热膨胀的气体能够及时从漏气孔中排出，空气管内外空气压力相差不大，动触头不会发生位移。

当火灾发生时，环境温度急剧上升，空气管内的空气受热急速膨胀，漏气孔无法及时将其排出，空气管内外空气压力差增大导致动触头发生位移，使其与定触头接触，接通处理电路，经过分析运算，即可由接口电路发出火灾报警信号。

(3)差定温火灾探测器

差定温火灾探测器结合了定温火灾探测和差温火灾探测两种感温作用与原理。在消防工程中，常见的差定温火灾探测器是将差温火灾探测器、定温火灾探测器结合在一起，兼有两者的功能，若其中某一功能失效，则另一种功能仍然起作用，大大提高了火灾探测的可靠性。差定温火灾探测器按其工作原理的不同，可分为机械式差定温火灾探测器和电子式差定温火灾探测器两种。

■ 机械式差定温火灾探测器

机械式差定温火灾探测器的基本结构如图1-18所示，它由外壳、底座、定触头、动触头、波纹膜片、弹簧顶杆等部分组成，弹簧顶杆被易熔合金焊点焊接在外壳上，波纹膜片上的动触头和底座上的定触头分别通过一根导线接入处理电路。

定温探测的工作原理是：当环境温度上升达到标定值时，易熔合金焊点熔化，弹簧顶杆向上弹起，推动固定在波纹膜片上的动触头，使其与固定在底座上的定触头接触，处理电路接通，经过分析运算，即可由接口电路发出火灾报警信号。

差温探测的工作原理是：当环境温度上升很快时，感热室内的空气由于急剧受热膨胀而来不及从漏气孔溢出，导致感热室内外空气压力差增大，将波纹膜片鼓起，波22纹膜片上的动触头与底座上的定触头接触，处理电路接通，经过分析运算，即可由接口电路发出火灾报警信号。

■ 电子式差定温火灾探测器

电子式差定温火灾探测器的基本结构如图1-19所示，它由一个定值电阻R1和三个热敏电阻R2R3R4组成。其中R3布置在一个铜外壳内，它对环境温度的变化较为敏感；R4布置在一个特制金属外壳内，对环境温度的变化不敏感。常温下R1=R2, R3=R4，输出电压U0=UP-UQ。

定温探测的工作原理是：当火灾发生时，如果环境温度缓慢上升，R2阻值逐渐变大，UP=E/(1+R1/R2)将增大，R3和R4阻值变化速度相差不大，R3/R4变化不大，UQ=E(1+R3/R4)变化也不大。那么随着温度的缓慢升高U0将增大，U0的大小反映了温度的高低，据此可通过处理电路对U0进行阈值放大比较、类比判断处理或火灾参数运算，最后通过接口电路发出火灾报警信号。

差温探测的工作原理是：当火灾发生时，如果环境温度上升很快，R3置于热传导性能较好的铜外壳内，其阻值受温度影响大、变化快，而R4置于热传导性能较差的特制金属外壳内，其阻值受温度影响小、变化慢，R3/R4会变得很大。因此UQ会变小且变化较大；R2阻值随温度升高而变大，使得UP变大。那么U0将变大，U0的大小反映了温升速率的大小，据此可通过处理电路对U0进行阈值放大比较、类比判断处理或火灾参数运算，最后通过接口电路发出火灾报警信号。

（四）性能指标

1．工作电压和允差

工作电压是指火灾探测器正常工作时所需电源的电压。火灾探测器的工作电压统一规定为DC24V。允差是指火灾探测器工作电压允许波动的范围。按照国家标准规定，允差为额定工作电压的-15%~10%。各种不同产品由于采用的元器件不同，其电路不同，允差值也不一样，一般允差越大越好。

2．响应阈值和灵敏度

响应阈值是指火灾探测器发出火灾报警信号的最小参数值，不同类型火灾探测器的响应阈值和单位量纲也不相同。

灵敏度是指火灾探测器响应火灾参数的敏感程度。一般将火灾探测器的灵敏度分为三级，供火灾探测器在不同的环境条件下使用。

3．保护面积

保护面积是指一个火灾探测器能够有效探测的范围，它是确定火灾探测报警系统中采用火灾探测器数量的计算依据。

4．工作环境条件

工作环境条件是指火灾探测器安装位置的环境温度、相对湿度、气流速度和清洁程度等。它是决定选用何种火灾探测器的参考依据。通常要求火灾探测器对工作环境的适应性越强越好。