Đầu báo cháy, Những điều quan trọng cần biết

Wiki - Đầu báo cháy hay cảm biến phát hiện có ngọn lửa là một cảm biến được thiết kế để phát hiện và phản ứng với sự hiện diện của ngọn lửa hoặc ngọn lửa, cho phép phát hiện ngọn lửa. Các dấu hiệu ngọn lửa được phát hiện phụ thuộc vào cách lắp đặt, nhưng có thể bao gồm phát ra âm thanh báo động, hủy kích hoạt đường dây nhiên liệu (chẳng hạn như khí propan hoặc đường khí đốt tự nhiên) và kích hoạt hệ thống dập lửa. Khi được sử dụng trong các ứng dụng như lò công nghiệp, vai trò của chúng là cung cấp xác nhận rằng lò hoạt động tốt; nó có thể được sử dụng để tắt hệ thống đánh lửa mặc dù trong nhiều trường hợp, họ không có hành động trực tiếp nào ngoài việc thông báo cho người vận hành hoặc hệ thống điều khiển. Đầu báo cháy thường có thể phản hồi nhanh hơn và chính xác hơn đầu báo khói hoặc nhiệt do các cơ chế mà nó sử dụng để phát hiện ngọn lửa.

Đầu dò ngọn lửa/ Flame detector

Đầu báo cháy là một cảm biến được thiết kế để phát hiện và phản ứng với sự hiện diện của ngọn lửa hoặc ngọn lửa, cho phép phát hiện ngọn lửa. Các phản ứng đối với ngọn lửa được phát hiện phụ thuộc vào cách lắp đặt, nhưng có thể bao gồm phát ra âm thanh báo động, hủy kích hoạt đường dây nhiên liệu (chẳng hạn như khí propan hoặc đường khí đốt tự nhiên) và kích hoạt hệ thống dập lửa. Khi được sử dụng trong các ứng dụng như lò công nghiệp, vai trò của chúng là cung cấp xác nhận rằng lò hoạt động tốt; nó có thể được sử dụng để tắt hệ thống đánh lửa mặc dù trong nhiều trường hợp, họ không có hành động trực tiếp nào ngoài việc thông báo cho người vận hành hoặc hệ thống điều khiển. Đầu báo cháy thường có thể phản hồi nhanh hơn và chính xác hơn đầu báo khói hoặc nhiệt do các cơ chế mà nó sử dụng để phát hiện ngọn lửa/ A flame detector is a sensor designed to detect and respond to the presence of a flame or fire, allowing flame detection. Responses to a detected flame depend on the installation, but can include sounding an alarm, deactivating a fuel line (such as a propane or a natural gas line), and activating a fire suppression system. When used in applications such as industrial furnaces, their role is to provide confirmation that the furnace is working properly; it can be used to turn off the ignition system though in many cases they take no direct action beyond notifying the operator or control system. A flame detector can often respond faster and more accurately than a smoke or heat detector due to the mechanisms it uses to detect the flame.
 

Optical flame detectors

Đầu dò tia cực tím UV/ Ultraviolet detector

Máy dò tia cực tím (UV) hoạt động bằng cách phát hiện bức xạ tia cực tím phát ra tại thời điểm bắt lửa. Mặc dù có khả năng phát hiện cháy và nổ trong vòng 3–4 mili giây, thời gian trễ từ 2–3 giây thường được đưa vào để giảm thiểu cảnh báo giả có thể được kích hoạt bởi các nguồn UV khác như sét, hàn hồ quang, bức xạ và ánh sáng mặt trời. Máy dò UV thường hoạt động với bước sóng ngắn hơn 300 nm để giảm thiểu tác động của bức xạ nền tự nhiên. Dải bước sóng UV mù mặt trời cũng dễ bị mù bởi các chất ô nhiễm dầu/ Ultraviolet (UV) detectors work by detecting the UV radiation emitted at the instant of ignition. While capable of detecting fires and explosions within 3–4 milliseconds, a time delay of 2–3 seconds is often included to minimize false alarms which can be triggered by other UV sources such as lightning, arc welding, radiation, and sunlight. UV detectors typically operate with wavelengths shorter than 300 nm to minimize the effects of natural background radiation. The solar blind UV wavelength band is also easily blinded by oily contaminants.
 

Near IR array

Đầu báo cháy mảng hồng ngoại gần (IR) (0,7 đến 1,1 μm), còn được gọi là đầu báo cháy trực quan, sử dụng công nghệ nhận dạng ngọn lửa để xác nhận ngọn lửa bằng cách phân tích bức xạ hồng ngoại gần bằng thiết bị tích điện (CCD). Một cảm biến hồng ngoại gần (IR) đặc biệt có thể theo dõi các hiện tượng ngọn lửa, mà không bị cản trở quá nhiều từ nước và hơi nước. Cảm biến nhiệt điện hoạt động ở bước sóng này có thể tương đối rẻ. Cảm biến nhiều kênh hoặc mảng pixel giám sát ngọn lửa trong dải hồng ngoại gần được cho là công nghệ đáng tin cậy nhất hiện có để phát hiện đám cháy. Sự phát xạ ánh sáng từ ngọn lửa tạo thành hình ảnh ngọn lửa tại một thời điểm cụ thể. Xử lý hình ảnh kỹ thuật số có thể được sử dụng để nhận ra ngọn lửa thông qua phân tích video được tạo ra từ các hình ảnh IR gần/ Near infrared (IR) array flame detectors (0.7 to 1.1 μm), also known as visual flame detectors, employ flame recognition technology to confirm fire by analyzing near IR radiation using a charge-coupled device (CCD). A near infrared (IR) sensor is especially able to monitor flame phenomena, without too much hindrance from water and water vapour. Pyroelectric sensors operating at this wavelength can be relatively cheap. Multiple channel or pixel array sensors monitoring flames in the near IR band are arguably the most reliable technologies available for detection of fires. Light emission from a fire forms an image of the flame at a particular instant. Digital image processing can be utilized to recognize flames through analysis of the video created from the near IR images.
 

Hồng ngoại/ Infrared

Đầu báo cháy hồng ngoại (IR) hoặc hồng ngoại băng rộng (1,1 μm trở lên) giám sát dải phổ hồng ngoại để tìm các dạng cụ thể do khí nóng phát ra. Chúng được cảm nhận bằng máy ảnh nhiệt chữa cháy chuyên dụng (TIC), một loại máy ảnh nhiệt. Báo động giả có thể do các bề mặt nóng khác và bức xạ nhiệt nền trong khu vực gây ra. Nước trên ống kính của máy dò sẽ làm giảm đáng kể độ chính xác của máy dò, cũng như việc tiếp xúc trực tiếp với ánh sáng mặt trời. Dải tần số đặc biệt là 4,3 đến 4,4 μm. Đây là một tần số cộng hưởng của CO2. Trong quá trình đốt cháy một hydrocacbon (ví dụ, gỗ hoặc nhiên liệu hóa thạch như dầu và khí đốt tự nhiên), nhiều nhiệt và CO2 được giải phóng. CO2 nóng phát ra nhiều năng lượng ở tần số cộng hưởng của nó là 4,3 μm. Điều này gây ra đỉnh trong tổng phát xạ bức xạ và có thể được phát hiện tốt. Hơn nữa, CO2 "lạnh" trong không khí đang quan tâm đến việc lọc ánh sáng mặt trời và các bức xạ hồng ngoại khác. Điều này làm cho cảm biến ở tần số này bị "mù mặt trời"; tuy nhiên, độ nhạy bị giảm bởi ánh sáng mặt trời. Bằng cách quan sát tần số nhấp nháy của đám cháy (1 đến 20 Hz), máy phát hiện ít nhạy cảm hơn với các cảnh báo giả do bức xạ nhiệt, ví dụ do máy móc nóng gây ra/ Infrared (IR) or wideband infrared (1.1 μm and higher) flame detectors monitor the infrared spectral band for specific patterns given off by hot gases. These are sensed using a specialized fire-fighting thermal imaging camera (TIC), a type of thermographic camera. False alarms can be caused by other hot surfaces and background thermal radiation in the area. Water on the detector's lens will greatly reduce the accuracy of the detector, as will exposure to direct sunlight. A special frequency range is 4.3 to 4.4 μm. This is a resonance frequency of CO2. During burning of a hydrocarbon (for example, wood or fossil fuels such as oil and natural gas) much heat and CO2 is released. The hot CO2 emits much energy at its resonance frequency of 4.3 μm. This causes a peak in the total radiation emission and can be well detected. Moreover, the "cold" CO2 in the air is taking care that the sunlight and other IR radiation is filtered. This makes the sensor in this frequency "solar blind"; however, sensitivity is reduced by sunlight. By observing the flicker frequency of a fire (1 to 20 Hz) the detector is made less sensitive to false alarms caused by heat radiation, for example caused by hot machinery.

Một nhược điểm nghiêm trọng là hầu như tất cả các bức xạ có thể bị hấp thụ bởi nước hoặc hơi nước; điều này đặc biệt hợp lệ để phát hiện ngọn lửa hồng ngoại trong vùng 4,3 đến 4,4 μm. Từ khoảng. 3,5 μm và cao hơn sự hấp thụ bởi nước hoặc nước đá thực tế là 100%. Điều này làm cho các cảm biến hồng ngoại để sử dụng trong các ứng dụng ngoài trời rất khó phản hồi khi hỏa hoạn. Vấn đề lớn nhất là sự thiếu hiểu biết của chúng ta; một số đầu báo hồng ngoại có tự kiểm tra cửa sổ dò (tự động), nhưng tự kiểm tra này chỉ giám sát sự xuất hiện của nước hoặc băng trên cửa sổ phát hiện/ A severe disadvantage is that almost all radiation can be absorbed by water or water vapour; this is particularly valid for infrared flame detection in the 4.3 to 4.4 μm region. From approx. 3.5 μm and higher the absorption by water or ice is practically 100%. This makes infrared sensors for use in outdoor applications very unresponsive to fires. The biggest problem is our ignorance; some infrared detectors have an (automatic) detector window self test, but this self test only monitors the occurrence of water or ice on the detector window.

Màng muối cũng có hại, vì muối hút nước. Tuy nhiên, hơi nước, sương mù hay mưa nhẹ cũng khiến cảm biến gần như bị mù mà người dùng không hề hay biết. Nguyên nhân tương tự như những gì một người lính cứu hỏa làm nếu anh ta tiếp cận ngọn lửa nóng: anh ta bảo vệ mình bằng màn chắn hơi nước chống lại bức xạ nhiệt hồng ngoại khổng lồ. Khi đó, sự hiện diện của hơi nước, sương mù hoặc mưa nhẹ cũng sẽ "bảo vệ" màn hình khiến màn hình không nhìn thấy ngọn lửa. Tuy nhiên, ánh sáng nhìn thấy sẽ được truyền qua màn chắn hơi nước, như có thể dễ dàng nhận thấy bởi thực tế là con người vẫn có thể nhìn thấy ngọn lửa qua màn chắn hơi nước/ A salt film is also harmful, because salt absorbs water. However, water vapour, fog or light rain also makes the sensor almost blind, without the user knowing. The cause is similar to what a fire fighter does if he approaches a hot fire: he protects himself by means of a water vapour screen against the enormous infrared heat radiation. The presence of water vapor, fog, or light rain will then also "protect" the monitor causing it to not see the fire. Visible light will, however be transmitted through the water vapour screen, as can easily been seen by the fact that a human can still see the flames through the water vapour screen.

Thời gian phản hồi thông thường của máy dò hồng ngoại là 3–5 giây/ The usual response time of an IR detector is 3–5 seconds.
 

Máy ảnh nhiệt hồng ngoại/ Infrared thermal cameras

Máy ảnh hồng ngoại MWIR (IR) có thể được sử dụng để phát hiện nhiệt và với các thuật toán cụ thể có thể phát hiện các điểm nóng trong một cảnh cũng như ngọn lửa để phát hiện và ngăn ngừa hỏa hoạn và các nguy cơ hỏa hoạn. Những máy ảnh này có thể được sử dụng trong bóng tối hoàn toàn và hoạt động cả bên trong và bên ngoài/ MWIR infrared (IR) cameras can be used to detect heat and with particular algorithms can detect hot-spots within a scene as well as flames for both detection and prevention of fire and risks of fire. These cameras can be used in complete darkness and operate both inside and outside.
 

UV/IR

Các máy dò này nhạy cảm với cả bước sóng UV và IR, và phát hiện ngọn lửa bằng cách so sánh tín hiệu ngưỡng của cả hai dải. Điều này giúp giảm thiểu cảnh báo sai/ These detectors are sensitive to both UV and IR wavelengths, and detect flame by comparing the threshold signal of both ranges. This helps minimize false alarms.
 

Phát hiện ngọn lửa hồng ngoại / hồng ngoại/ IR/IR flame detection

Đầu báo cháy hồng ngoại kép (IR / IR) so sánh tín hiệu ngưỡng trong hai dải hồng ngoại. Thông thường, một cảm biến nhìn vào carbon dioxide (CO2) 4,4 micromet, trong khi cảm biến kia nhìn vào một tần số tham chiếu. Cảm biến phát thải CO2 thích hợp cho nhiên liệu hydrocacbon; đối với nhiên liệu không chứa carbon, ví dụ, hydro, các dải nước băng thông rộng được cảm nhận/ Dual IR (IR/IR) flame detectors compare the threshold signal in two infrared ranges. Often one sensor looks at the 4.4 micrometer carbon dioxide (CO2), while the other sensor looks at a reference frequency. Sensing the CO2 emission is appropriate for hydrocarbon fuels; for non-carbon based fuels, e.g., hydrogen, the broadband water bands are sensed.
 

Phát hiện ngọn lửa IR3/ IR3 flame detection

Máy dò đa hồng ngoại sử dụng các thuật toán để ngăn chặn ảnh hưởng của bức xạ nền (bức xạ vật đen), một lần nữa độ nhạy lại bị giảm bởi bức xạ này/ Multi-infrared detectors make use of algorithms to suppress the effects of background radiation (blackbody radiation), again sensitivity is reduced by this radiation.

Đầu báo cháy ba tia hồng ngoại so sánh ba dải bước sóng cụ thể trong vùng phổ IR và tỷ lệ của chúng với nhau. Trong trường hợp này, một cảm biến nhìn vào phạm vi 4,4 micromet trong khi các cảm biến khác xem xét các bước sóng tham chiếu cả trên và dưới 4,4. Điều này cho phép máy dò phân biệt giữa các nguồn IR không ngọn lửa và ngọn lửa thực sự phát ra CO2 nóng trong quá trình đốt cháy. Kết quả là, cả phạm vi phát hiện và khả năng miễn nhiễm với các cảnh báo sai có thể được tăng lên đáng kể. Máy dò IR3 có thể phát hiện ngọn lửa chảo xăng 0,1m2 (1 ft2) ở độ cao 65 m (215 ft) trong vòng chưa đầy 5 giây. Ba IR, giống như các loại máy dò IR khác, dễ bị lóa mắt bởi một lớp nước trên cửa sổ của máy dò/ Triple-IR flame detectors compare three specific wavelength bands within the IR spectral region and their ratio to each other. In this case one sensor looks at the 4.4 micrometer range while the other sensors look at reference wavelengths both above and below 4.4. This allows the detector to distinguish between non-flame IR sources and actual flames which emit hot CO2 in the combustion process. As a result, both detection range and immunity to false alarms can be significantly increased. IR3 detectors can detect a 0.1m2 (1 ft2) gasoline pan fire at up to 65 m (215 ft) in less than 5 seconds. Triple IRs, like other IR detector types, are susceptible to blinding by a layer of water on the detector's window.

Hầu hết các máy dò hồng ngoại được thiết kế để bỏ qua bức xạ hồng ngoại nền không đổi, hiện diện trong mọi môi trường. Thay vào đó, chúng được thiết kế để phát hiện các nguồn bức xạ thay đổi hoặc tăng đột ngột. Khi tiếp xúc với các dạng thay đổi của bức xạ IR không ngọn lửa, các đầu dò IR và UV / IR trở nên dễ bị báo động sai hơn, trong khi đầu dò IR3 trở nên kém nhạy hơn một chút nhưng lại miễn nhiễm với các cảnh báo sai/ Most IR detectors are designed to ignore constant background IR radiation, which is present in all environments. Instead they are designed to detect suddenly changing or increasing sources of the radiation. When exposed to changing patterns of non-flame IR radiation, IR and UV/IR detectors become more prone to false alarms, while IR3 detectors become somewhat less sensitive but are more immune to false alarms.
 

Phát hiện ngọn lửa 3IR + UV/ 3IR+UV flame detection

Đầu báo đa hồng ngoại (Multi-IR / 3IR) sử dụng các thuật toán để xác định sự hiện diện của đám cháy và phân biệt chúng với tiếng ồn xung quanh được gọi là "Bức xạ vật đen", nói chung làm giảm phạm vi và độ chính xác của đầu báo. Bức xạ vật đen thường xuyên xuất hiện trong mọi môi trường, nhưng đặc biệt phát ra mạnh bởi các vật thể ở nhiệt độ cao. điều này làm cho môi trường nhiệt độ cao hoặc các khu vực xử lý vật liệu nhiệt độ cao, đặc biệt khó khăn đối với các máy dò chỉ IR. Do đó, một cảm biến dải UV-C bổ sung đôi khi được bao gồm trong đầu báo cháy để thêm một lớp xác nhận khác, vì bức xạ vật đen không tác động đến cảm biến UV trừ khi nhiệt độ quá cao, chẳng hạn như sự phát sáng plasma từ máy hàn hồ quang/ Multi-Infrared (Multi-IR/3IR) detectors use algorithms to determine the presence of fire and tell them apart from background noise known to as " Black-body Radiation," which in generally reduce the range and accuracy of the detector. Black-body Radiation is constantly present in all environments , but is given off especially strongly by objects at high temperature.  this makes high temperature environments, or areas where high temperature material is handled especially challenging for IR only detectors. Thus, one additional UV-C band sensor is sometimes included in flame detectors to add another layer of confirmation, as black body radiation does not impact UV sensors unless the temperature is extremely high, such as the plasma glow from an Arc welding machine.

Máy dò đa bước sóng khác nhau về cấu hình cảm biến. 1 IR + UV, hoặc UVIR là phổ biến nhất và chi phí thấp. 2 IR + UV là sự thỏa hiệp giữa chi phí và khả năng miễn dịch cảnh báo Sai và 3 IR + UV, kết hợp công nghệ 3IR trước đây với lớp nhận dạng bổ sung từ cảm biến UV/ Multi-wavelength detectors vary in sensor configuration. 1 IR+UV, or UVIR being the most common and low cost. 2 IR + UV being a compromise between cost and False alarm immunity and 3 IR + UV, which combines past 3IR technology with the additional layer of identification from the UV sensor. 

Các bộ dò đa bước sóng hoặc đa phổ như 3IR + UV và UVIR là một cải tiến so với các bộ phát hiện chỉ có IR của chúng đã được biết đến là cảnh báo giả hoặc mất độ nhạy và phạm vi khi có tiếng ồn xung quanh mạnh như trực tiếp hoặc phản xạ nguồn sáng hoặc thậm chí tiếp xúc với ánh nắng mặt trời. Đầu báo hồng ngoại thường dựa vào sự tăng trưởng năng lượng khối hồng ngoại làm yếu tố quyết định chính của chúng để phát hiện đám cháy, tuyên bố báo động khi các cảm biến vượt quá một phạm vi và tỷ lệ nhất định. Tuy nhiên, cách tiếp cận này dễ bị kích hoạt bởi tiếng ồn không bắn. cho dù từ bức xạ vật đen, môi trường nhiệt độ cao, hay chỉ đơn giản là thay đổi ánh sáng xung quanh. Ngoài ra, trong một cách tiếp cận thiết kế khác, đầu báo chỉ có IR có thể chỉ báo động khi có điều kiện hoàn hảo và khớp tín hiệu rõ ràng, dẫn đến việc bỏ sót đám cháy khi có quá nhiều tiếng ồn, chẳng hạn như nhìn vào hoàng hôn/ Multi-Wavelength or Multi-spectral detectors such as 3IR+UV and UVIR are an improvement over their IR-only detectors counterparts which have been known to either false alarm or lose sensitivity and range in the presence of strong background noise such as direct or reflected light sources or even sun exposure.  IR detectors have often relied on Infrared bulk energy growth to as their primary determining factor for fire detection, declaring an alarm when the sensors exceed a given range and ratio. This approach however is prone to trigger from non-fire noise. whether from blackbody radiation, high temperature environments, or simply changes in the ambient lighting. alternatively in another design approach, IR-only detectors may only alarm given perfect conditions and clear signal matches, which results in missing the fire when there is too much noise, such as looking into the sunset.

Các máy dò Ngọn lửa hiện đại cũng có thể sử dụng các cảm biến tốc độ cao, cho phép ghi lại chuyển động nhấp nháy của ngọn lửa và theo dõi dạng và tỷ lệ của đầu ra quang phổ đối với các dạng độc nhất của ngọn lửa. Cảm biến tốc độ cao hơn không chỉ cho phép thời gian phản ứng nhanh hơn mà còn có nhiều dữ liệu hơn mỗi giây, tăng mức độ tin cậy trong việc xác định đám cháy hoặc từ chối báo động giả/ Modern Flame detectors may also make use of high speed sensors, which allow the capture of the flickering movement of flame, and monitor the pattern and ratios of the spectral output for patterns unique to fire. Higher speed sensors allow for not only faster reaction times, but also more data per second, increasing the level of confidence in fire identification, or false alarm rejection. 
 

Cảm biến nhìn thấy được/ Visible sensors

Cảm biến ánh sáng nhìn thấy (ví dụ: máy ảnh: 0,4 đến 0,7 μm) có thể hiển thị hình ảnh mà con người có thể hiểu được. Hơn nữa, phân tích xử lý hình ảnh phức tạp có thể được thực hiện bởi máy tính, có thể nhận ra ngọn lửa hoặc thậm chí khói. Thật không may, một máy ảnh có thể bị mù, giống như con người, bởi khói dày và sương mù. Cũng có thể trộn thông tin ánh sáng nhìn thấy (màn hình) với thông tin tia UV hoặc hồng ngoại, để phân biệt tốt hơn các cảnh báo giả hoặc để cải thiện phạm vi phát hiện. [3] Máy ảnh corona là một ví dụ về thiết bị này. Trong thiết bị này, thông tin của camera UV trộn lẫn với thông tin hình ảnh có thể nhìn thấy được. Nó được sử dụng để truy tìm các khuyết tật trong thiết bị điện áp cao và phát hiện cháy trên khoảng cách cao/ A visible light sensor (for example a camera: 0.4 to 0.7 μm) is able to present an image, which can be understood by a human being. Furthermore, complex image processing analysis can be executed by computers, which can recognize a flame or even smoke. Unfortunately, a camera can be blinded, like a human, by heavy smoke and by fog. It is also possible to mix visible light information (monitor) with UV or infrared information, in order to better discriminate against false alarms or to improve the detection range.[3] The corona camera is an example of this equipment. In this equipment the information of a UV camera mixed with visible image information. It is used for tracing defects in high voltage equipment and fire detection over high distances.

Trong một số máy dò, một cảm biến cho bức xạ nhìn thấy (ánh sáng) được thêm vào thiết kế/ In some detectors, a sensor for visible radiation (light) is added to the design.
 

Video

Có thể sử dụng tivi mạch kín hoặc máy ảnh web để phát hiện trực quan (bước sóng từ 0,4 đến 0,7 μm). Khói hoặc sương mù có thể giới hạn phạm vi hiệu quả của chúng, vì chúng chỉ hoạt động trong quang phổ nhìn thấy được/ Closed-circuit television or a web camera can be used for visual detection of (wavelengths between 0.4 and 0.7 μm). Smoke or fog can limit the effective range of these, since they operate solely in the visible spectrum.
 

Các loại đầu dò cháy khác/ Other types

Phát hiện ngọn lửa hiện tại ion hóa/ Ionization current flame detection

Sự ion hóa cường độ cao bên trong thân ngọn lửa có thể được đo bằng hiện tượng Chỉnh lưu ngọn lửa, nhờ đó dòng điện xoay chiều dễ dàng chạy theo một hướng hơn khi có điện áp đặt vào. Dòng điện này có thể được sử dụng để xác minh sự hiện diện và chất lượng của ngọn lửa. Các đầu báo như vậy có thể được sử dụng trong các lò sưởi khí quy trình công nghiệp lớn và được kết nối với hệ thống kiểm soát ngọn lửa. Chúng thường hoạt động như cả hai màn hình chất lượng ngọn lửa và phát hiện sự cố ngọn lửa. Chúng cũng phổ biến trong nhiều loại lò đốt và nồi hơi gia đình/ The intense ionization within the body of a flame can be measured by means by the phenomena of Flame Rectification whereby an AC current flows more easily in one direction when a voltage is applied. This current can be used to verify flame presence and quality. Such detectors can be used in large industrial process gas heaters and are connected to the flame control system. They usually act as both flame quality monitors and for flame failure detection. They are also common in a variety of household gas furnaces and boilers.

Các vấn đề với nồi hơi không sáng thường có thể do cảm biến ngọn lửa bẩn hoặc bề mặt đầu đốt kém để hoàn thiện mạch điện. Ngọn lửa kém hoặc ngọn lửa bốc lên khỏi đầu đốt cũng có thể làm gián đoạn quá trình liên tục/ Problems with boilers failing to stay lit can often be due to dirty flame sensors or to a poor burner surface with which to complete the electrical circuit. A poor flame or one that is lifting off the burner may also interrupt the continuity.
 

Phát hiện ngọn lửa cặp nhiệt điện/ Thermocouple flame detection

Cặp nhiệt điện được sử dụng rộng rãi để theo dõi sự hiện diện của ngọn lửa trong hệ thống đốt nóng và bếp ga. Một cách sử dụng phổ biến trong các hệ thống lắp đặt này là cắt nguồn cung cấp nhiên liệu nếu ngọn lửa bị hỏng, để ngăn nhiên liệu chưa cháy hết tích tụ. Các cảm biến này đo nhiệt và do đó thường được sử dụng để xác định sự vắng mặt của ngọn lửa. Điều này có thể được sử dụng để xác minh sự hiện diện của ngọn lửa Pilot/ Thermocouples are used extensively for monitoring flame presence in combustion heating systems and gas cookers. A common use in these installations is to cut off the supply of fuel if the flame fails, in order to prevent unburned fuel from accumulating. These sensors measure heat and therefore are commonly used to determine the absence of a flame. This can be used to verify the presence of a Pilot flame.
 

Các ứng dụng của đầu dò cháy/ Applications

Đầu báo cháy UV / IR được sử dụng trong:/ UV/IR flame detectors are used in:
- Các trạm hydro/ Hydrogen stations.
- Bếp ga/ Gas-fueled cookers
- Hệ thống sưởi và sấy khô công nghiệp/ Industrial heating and drying systems
- Hệ thống sưởi ấm trong nhà/ Domestic heating systems
- Tua bin khí công nghiệp/ Industrial gas turbines
 

Sự phát ra bức xạ/ Emission of radiation

Ngọn lửa phát ra bức xạ mà mắt người trải qua như ngọn lửa màu vàng đỏ có thể nhìn thấy và nhiệt. Trên thực tế, trong một đám cháy, năng lượng tia cực tím và năng lượng ánh sáng nhìn thấy được phát ra tương đối thưa thớt, so với sự phát ra bức xạ hồng ngoại. Một đám cháy phi hydrocacbon, ví dụ, một đám cháy từ hydro, không cho thấy đỉnh CO2 trên 4,3 μm vì trong quá trình đốt cháy hydro không có CO2 được giải phóng. Đỉnh CO2 4,3 μm trong hình được phóng đại, và trên thực tế nhỏ hơn 2% tổng năng lượng của đám cháy. Một máy dò đa tần số với các cảm biến UV, ánh sáng nhìn thấy, IR gần và / hoặc IR băng rộng, do đó có nhiều "dữ liệu cảm biến" hơn để tính toán và do đó có thể phát hiện nhiều loại đám cháy hơn và phát hiện các loại đám cháy này tốt hơn : hydro, metanol, ete hoặc lưu huỳnh. Nó trông giống như một bức tranh tĩnh, nhưng trong thực tế năng lượng dao động, hoặc nhấp nháy. Sự nhấp nháy này là do thực tế là oxy được hút vào và chất cháy hiện tại đang cháy và đồng thời hút oxy mới và vật liệu dễ cháy mới. Những vụ nổ nhỏ này gây ra sự nhấp nháy của ngọn lửa/ A fire emits radiation, which human eye experiences as the visible yellow red flames and heat. In fact, during a fire, relatively sparsely UV energy and visible light energy is emitted, as compared to the emission of Infrared radiation. A non-hydrocarbon fire, for example, one from hydrogen, does not show a CO2 peak on 4.3 μm because during the burning of hydrogen no CO2 is released. The 4.3 μm CO2 peak in the picture is exaggerated, and is in reality less than 2% of the total energy of the fire. A multi-frequency-detector with sensors for UV, visible light, near IR and/or wideband IR thus have much more "sensor data" to calculate with and therefore are able to detect more types of fires and to detect these types of fires better: hydrogen, methanol, ether or sulphur. It looks like a static picture, but in reality the energy fluctuates, or flickers. This flickering is caused by the fact that the aspirated oxygen and the present combustible are burning and concurrently aspirate new oxygen and new combustible material. These little explosions cause the flickering of the flame.
 

Ánh sáng mặt trời/ Sunlight

Mặt trời phát ra một lượng năng lượng khổng lồ, sẽ có hại cho con người nếu không có hơi và khí trong khí quyển, như nước (mây), ôzôn và những thứ khác, qua đó ánh sáng mặt trời được lọc. Trong hình có thể thấy rõ rằng CO2 "lạnh" lọc bức xạ mặt trời xung quanh 4,3 μm. Do đó, một máy dò hồng ngoại sử dụng tần số này bị mù mặt trời. Không phải tất cả các nhà sản xuất đầu báo cháy đều sử dụng bộ lọc sắc nét cho bức xạ 4,3 μm và do đó vẫn thu nhận khá nhiều ánh sáng mặt trời. Các đầu báo cháy giá rẻ này hầu như không sử dụng được cho các ứng dụng ngoài trời. Giữa 0,7 μm và xấp xỉ. 3 μm có sự hấp thụ ánh sáng mặt trời tương đối lớn. Do đó, dải tần số này được một số nhà sản xuất đầu báo cháy sử dụng để phát hiện ngọn lửa (kết hợp với các cảm biến khác như tia cực tím, ánh sáng nhìn thấy hoặc hồng ngoại gần). Lợi thế kinh tế lớn là cửa sổ dò có thể được làm bằng thạch anh thay vì sapphire đắt tiền. Các kết hợp cảm biến điện quang này cũng cho phép phát hiện các phi hydrocacbon như đám cháy hydro mà không có nguy cơ báo động giả do ánh sáng nhân tạo hoặc hàn điện gây ra/ The sun emits an enormous amount of energy, which would be harmful to human beings if not for the vapours and gases in the atmosphere, like water (clouds), ozone, and others, through which the sunlight is filtered. In the figure it can clearly be seen that "cold" CO2 filters the solar radiation around 4.3 μm. An Infrared detector which uses this frequency is therefore solar blind. Not all manufacturers of flame detectors use sharp filters for the 4.3 μm radiation and thus still pick up quite an amount of sunlight. These cheap flame detectors are hardly usable for outdoor applications. Between 0.7 μm and approx. 3 μm there is relatively large absorption of sunlight. Hence, this frequency range is used for flame detection by a few flame detector manufacturers (in combination with other sensors like ultraviolet, visible light, or near infrared). The big economical advantage is that detector windows can be made of quartz instead of expensive sapphire. These electro-optical sensor combinations also enable the detection of non-hydrocarbons like hydrogen fires without the risk of false alarms caused by artificial light or electrical welding.
 

Phát nhiệt/ Heat radiation

Đầu báo cháy hồng ngoại chịu bức xạ nhiệt hồng ngoại mà ngọn lửa có thể không phát ra. Người ta có thể nói rằng ngọn lửa có thể bị che bởi các nguồn nhiệt khác. Tất cả các vật thể có nhiệt độ cao hơn nhiệt độ tối thiểu tuyệt đối (0 kelvins hoặc −273,15 ° C) đều phát ra năng lượng và ở nhiệt độ phòng (300 K) nhiệt này đã là một vấn đề đối với các đầu báo cháy hồng ngoại có độ nhạy cao nhất. Đôi khi một tay di chuyển là đủ để kích hoạt đầu báo cháy hồng ngoại. Ở 700 K một vật nóng (vật đen) bắt đầu phát ra ánh sáng nhìn thấy (phát sáng). Máy dò hồng ngoại kép hoặc đa hồng ngoại ngăn chặn tác động của bức xạ nhiệt bằng các cảm biến phát hiện ngay ngoài đỉnh CO2; ví dụ ở 4,1 μm. Ở đây, điều cần thiết là có sự khác biệt lớn về sản lượng giữa các cảm biến được áp dụng (ví dụ như cảm biến S1 và S2 trong hình). Một bất lợi là năng lượng bức xạ của đám cháy có thể xảy ra phải lớn hơn nhiều so với bức xạ nhiệt nền hiện tại. Nói cách khác, đầu báo cháy trở nên kém nhạy hơn. Mọi đầu báo cháy đa tia hồng ngoại đều bị ảnh hưởng tiêu cực bởi hiệu ứng này, bất kể nó đắt như thế nào/ Infrared flame detectors suffer from Infrared heat radiation which is not emitted by the possible fire. One could say that the fire can be masked by other heat sources. All objects which have a temperature higher than the absolute minimum temperature (0 kelvins or −273.15 °C) emit energy and at room temperature (300 K) this heat is already a problem for the infrared flame detectors with the highest sensitivity. Sometimes a moving hand is sufficient to trigger an IR flame detector. At 700 K a hot object (black body) starts to emit visible light (glow). Dual- or multi-infrared detectors suppress the effects of heat radiation by means of sensors which detect just off the CO2 peak; for example at 4.1 μm. Here it is necessary that there is a large difference in output between the applied sensors (for example sensor S1 and S2 in the picture). A disadvantage is that the radiation energy of a possible fire must be much bigger than the present background heat radiation. In other words, the flame detector becomes less sensitive. Every multi infrared flame detector is negatively influenced by this effect, regardless how expensive it is.
 

Hình chóp của tầm nhìn/ Cone of vision

Tầm nhìn hình nón của đầu báo cháy được xác định bởi hình dạng và kích thước của cửa sổ và vỏ và vị trí của cảm biến trong vỏ. Đối với cảm biến hồng ngoại, lớp vật liệu cảm biến cũng đóng một phần; nó giới hạn hình nón tầm nhìn của đầu báo cháy. Tầm nhìn rộng không tự động có nghĩa là đầu báo cháy tốt hơn. Đối với một số ứng dụng, đầu báo cháy cần được căn chỉnh chính xác để tránh phát hiện các nguồn bức xạ nền tiềm ẩn. Hình nón của tầm nhìn của đầu báo cháy là ba chiều và không nhất thiết phải tròn hoàn hảo. Góc nhìn ngang và góc nhìn dọc thường khác nhau; điều này chủ yếu là do hình dạng của vỏ và các bộ phận phản chiếu (nhằm mục đích tự kiểm tra). Các chất cháy khác nhau thậm chí có thể có góc nhìn khác nhau trong cùng một đầu báo cháy. Rất quan trọng là độ nhạy ở góc 45 °. Ở đây ít nhất phải đạt được 50% độ nhạy tối đa tại trục trung tâm. Một số đầu báo cháy ở đây đạt từ 70% trở lên. Trên thực tế, các đầu báo cháy này có tổng góc nhìn ngang hơn 90 °, nhưng hầu hết các nhà sản xuất không đề cập đến điều này. Độ nhạy cao ở các cạnh của góc nhìn mang lại lợi thế cho việc chiếu đầu báo cháy/ The cone of vision of a flame detector is determined by the shape and size of the window and the housing and the location of the sensor in the housing. For infrared sensors also the lamination of the sensor material plays a part; it limits the cone of vision of the flame detector. A wide cone of vision does not automatically mean that the flame detector is better. For some applications the flame detector needs to be aligned precisely to take care that it does not detect potential background radiation sources. The cone of vision of the flame detector is three dimensional and is not necessarily perfectly round. The horizontal angle of vision and the vertical angle of vision often differ; this is mostly caused by the shape of the housing and by mirroring parts (meant for the self test). Different combustibles can even have a different angle of vision in the same flame detector. Very important is the sensitivity at angles of 45°. Here at least 50% of the maximum sensitivity at the central axis must be achieved. Some flame detectors here achieve 70% or more. In fact these flame detectors have a total horizontal angle of vision of more than 90°, but most of the manufacturers do not mention this. A high sensitivity on the edges of the angle of vision provides advantages for the projection of a flame detector.
 

Phạm vi phát hiện/ The detection range

Phạm vi của đầu báo cháy được xác định rất nhiều bởi vị trí lắp đặt. Trong thực tế, khi thực hiện một phép chiếu, người ta nên tưởng tượng trong những gì đầu báo cháy "nhìn thấy". Một nguyên tắc chung là chiều cao lắp đặt của đầu báo cháy cao gấp đôi vật thể cao nhất trong trường quan sát. Ngoài ra, khả năng tiếp cận của đầu báo cháy cũng phải được tính đến do việc bảo trì và / hoặc sửa chữa. Vì lý do này nên dùng cột đèn cứng có điểm xoay. Một "mái nhà" trên đầu của đầu báo cháy (30 x 30 cm, 1 x 1 foot) ngăn ngừa ô nhiễm nhanh chóng trong các ứng dụng ngoài trời. Ngoài ra hiệu ứng đổ bóng cũng phải được xem xét. Hiệu ứng bóng có thể được giảm thiểu bằng cách lắp đầu báo cháy thứ hai đối diện với đầu báo cháy thứ nhất. Ưu điểm thứ hai của cách tiếp cận này là đầu báo cháy thứ hai là thiết bị dự phòng, trong trường hợp đầu báo cháy đầu tiên không hoạt động hoặc bị mù. Nói chung, khi lắp một số đầu báo cháy, người ta nên để chúng "nhìn" vào nhau, không để chúng nhìn vào tường. Theo quy trình này, có thể tránh được các điểm mù (do hiệu ứng bóng đổ) và có thể đạt được khả năng dự phòng tốt hơn so với việc các đầu báo cháy "nhìn" từ vị trí trung tâm vào khu vực cần bảo vệ. Phạm vi của đầu báo cháy đến ngọn lửa tiêu chuẩn công nghiệp 30 x 30 cm, 1 x 1 foot được nêu trong bảng dữ liệu và hướng dẫn sử dụng của nhà sản xuất, phạm vi này có thể bị ảnh hưởng bởi các hiệu ứng khử nhạy cảm của ánh sáng mặt trời, nước, sương mù, bức xạ hơi nước và vật đen/ The range of a flame detector is highly determined by the mounting location. In fact, when making a projection, one should imagine in what the flame detector "sees". A rule of thumb is, that the mounting height of the flame detector is twice as high as the highest object in the field of view. Also the accessibility of the flame detector must be taken into account, because of maintenance and/or repairs. A rigid light-mast with a pivot point is for this reason recommendable. A "roof" on top of the flame detector (30 x 30 cm, 1 x 1-foot) prevents quick pollution in outdoor applications. Also the shadow effect must be considered. The shadow effect can be minimized by mounting a second flame detector in the opposite of the first detector. A second advantage of this approach is, that the second flame detector is a redundant one, in case the first one is not working or is blinded. In general, when mounting several flame detectors, one should let them "look" to each other not let them look to the walls. Following this procedure blind spots (caused by the shadow effect) can be avoided and a better redundancy can be achieved than if the flame detectors would "look" from the central position into the area to be protected. The range of flame detectors to the 30 x 30 cm, 1 x 1-foot industry standard fire is stated within the manufacturers data sheets and manuals, this range can be affected by the previously stated de-sensitizing effects of sunlight, water, fog, steam and blackbody radiation.
 

Luật bình phương/ The square law

Nếu khoảng cách giữa ngọn lửa và đầu báo cháy lớn so với phương của đám cháy thì áp dụng định luật bình phương: Nếu đầu báo cháy có thể phát hiện ra đám cháy có diện tích A trên một khoảng cách nhất định thì diện tích ngọn lửa lớn hơn 4 lần là cần thiết nếu khoảng cách giữa đầu báo cháy và ngọn lửa tăng gấp đôi. Nói ngắn gọn/ If the distance between the flame and the flame detector is large compared to the dimension of the fire then the square law applies: If a flame detector can detect a fire with an area A on a certain distance, then a 4 times bigger flame area is necessary if the distance between the flame detector and the fire is doubled. In short:

Khoảng cách gấp đôi = diện tích ngọn lửa lớn hơn bốn lần (ngọn lửa)/ Double distance = four times bigger flame area (fire).

Luật này có hiệu lực như nhau đối với tất cả các đầu báo cháy quang học, bao gồm cả các thiết bị dựa trên video. Độ nhạy tối đa có thể được ước tính bằng cách chia vùng ngọn lửa lớn nhất A cho bình phương khoảng cách giữa ngọn lửa và đầu báo cháy: c = A / d2. Với hằng số c này, đối với cùng một đầu báo cháy và cùng một loại đám cháy, khoảng cách lớn nhất hoặc diện tích đám cháy nhỏ nhất được tính: A = cd 2 và d = √A / c/ This law is equally valid for all optical flame detectors, including video based ones. The maximum sensitivity can be estimated by dividing the maximum flame area A by the square of the distance between the fire and the flame detector: c = A/d2. With this constant c can, for the same flame detector and the same type of fire, the maximum distance or the minimum fire area be calculated: A=cd 2 and d=√A/c

Tuy nhiên, cần phải nhấn mạnh rằng căn bậc hai trong thực tế không còn giá trị nữa ở khoảng cách rất cao. Ở khoảng cách xa, các thông số khác đóng một vai trò quan trọng; giống như sự xuất hiện của hơi nước và CO2 lạnh trong không khí. Mặt khác, trong trường hợp ngọn lửa rất nhỏ, sự nhấp nháy giảm dần của ngọn lửa sẽ đóng một vai trò ngày càng tăng/ It must be emphasized, however, that the square root in reality is not valid anymore at very high distances. At long distances other parameters are playing a significant part; like the occurrence of water vapour and of cold CO2 in the air. In the case of a very small flame, on the other hand, the decreasing flickering of the flame will play an increasing part.

Một quan hệ chính xác hơn - có giá trị khi khoảng cách giữa ngọn lửa và đầu báo cháy nhỏ - giữa mật độ bức xạ, E, tại đầu báo và khoảng cách, D, giữa đầu báo và ngọn lửa có bán kính hiệu dụng, R, mật độ năng lượng phát ra , M, được đưa ra bởi/ A more exact relation - valid when the distance between the flame and the flame detector is small - between the radiation density, E, at the detector and the distance, D, between the detector and a flame of effective radius, R, emitting energy density, M, is given by
 

E = 2πMR²/(R²+D²)

When R<<D then the relation reduces to the (inverse) square law

E = 2πMR²/D²