Flammedetektorer

Skrevet af Morten B. Jensen, Product Manager – Instrumenter hos KLINGER Danmark

En flamme detektor benyttes til at detektere og reagere på tilstedeværelsen af en flamme eller brand. Flamme detektorer benyttes på mange måder, afhængig af installationen, og udgangssignalet kan benyttes til alt fra alarmhorn til systemer for deaktivering af forsyningslinjer (f.eks. en naturgasledning) eller aktivering af brandslukningssystemer.

Hvad er en flamme
En flamme er den synlige, gasformige del af en brand. Det skyldes en meget eksoterm reaktion, hvor flammens farve og temperatur afhænger af den brændstoftype, som er involveret i forbrændingen. Hvis man f.eks. holder en lighter hen til et lys vil den påførte varme forårsage, at brændstofmolekylerne i lysets voks fordamper. I denne tilstand kan de hurtigt reagere med ilten i luften, hvilket giver tilstrækkelig varme til den eksoterme reaktion der vil fordampe endnu mere brændstof og således opretholde en konsistent flamme. Flammens høje temperatur bevirker, at de fordampede brændstofmolekyler nedbrydes og danner forskellige ufuldstændige forbrændingsprodukter og frie radikaler. Tilstrækkelig energi i flammen vil excitere elektronerne i nogle af de forbigående reaktionsmellemprodukter, såsom Methylidyne-radikalet (CH) og diatomisk kulstof (C₂), hvilket resulterer i emission af synligt lys, når disse stoffer frigiver deres overskydende energi. Da forbrændingstemperaturen på en flamme stiger (hvis flammen indeholder små partikler af uforbrændt kulstof eller andet materiale), vil den gennemsnitlige energi af den elektromagnetiske stråling også gøre det.

Flammens farve
Flammens farve afhænger af flere faktorer, men i de mest almindelige type flammer, kulbrinteflammer, er det iltforsyning og omfanget af forbrænding af brændstof-oxygen, der bestemmer forbrændingshastigheden, og dermed temperatur/reaktionsveje, hvorved der produceres forskellige farvetoner.

I et laboratorium brænder en Bunsenbrænder med gul flamme (også kaldet en sikkerhedsflamme) ved ca. 1.000 °C. Dette skyldes gløden af de fine sodpartikler, der produceres i flammen. Med stigende iltforsyning produceres mindre sod, på grund af en mere fuldstændig forbrænding, hvilket fører til et blåt udseende. Spekteret af en forblandet (fuldstændig forbrænding) butanflamme viser, at den blå farve opstår specifikt på grund af emission af molekylære radikaler i flammen, som udsender det meste af deres lys langt under ≈565 nanometer – altså i de blå og grønne områder af det synlige spektrum.

Den koldere del af flammen vil være rød (ufuldstændig forbrænding) med overgang til orange, gul og hvid, idet temperaturen stiger jo tættere på den hvide skala man kommer.

Flamme detektoren
Flamme detektorer er baseret på optiske systemer, der benytter forskellige principper til at undersøge om der er flammer tilstede i et område. De mest almindelige leder efter usynligt ultraviolet (UV) eller Infrarødt (IR) lys, som kan være tegn på flammer. Ved at lede efter forekomsten af ”usynligt” infrarødt eller ultraviolet lys, bliver måleresultater mindre afhængig af interferens fra f.eks. sollys, røg, støv eller damp.

Infrarødt lys består af spektrale bølgelængder der er længere end farven rød. Det IR-område som anvendes for branddetektering, og som er usynligt for det menneskelige øje, er fra ca. 700 nanometer til 7000 nanometer (0,7 til 7,0 mikron). Avancerede flamme detektorer anvender flere IR detektorer, f.eks. en NearBand IR ™ -del til spektret fra ca. 185 til 260 nanometer og en WideBand IR-del til området fra ca. 0,7 til 3,3 mikron. På denne måde kan detektorerne ”føle” over 80% af den samlede strålingsenergi, der udsendes af en brand.

Til at afgøre, om en brand faktisk er til stede inden for detektorens synsfelt, benyttes en mikroprocessor med algoritmer for sofistikeret elektronisk signalanalyse, der reducerer virkningen af optisk kontaminering og røg, til præcist at skelne mellem strålingsenergien fra en rigtig brand og en falsk alarmkilde.

På diagrammet ses spredningen af den usynlige UV / IR-stråling, der er tilgængelig til prøveudtagning uden for det menneskelige synsområde, og det ses hvordan en UV / IR-detektor kan være potentielt 1 million gange mere følsom end et menneskeligt øje.

Det skal dog bemærkes at overvågning af en brandzone gennem glas- eller akrylvægge kan reducere følsomheden af visse typer af flammedetektorer – f.eks. er almindeligt glas og akryl kendt for at blokere for IR stråler, men ikke UV stråler.

Viderebehandling af signalet
Da der oftest skal reageres indenfor sekunder på en brandalarm er det vigtigt at alarmen videregives på den rigtige måde. Afhængig af konfigurationen kan handlingerne omfatte aktivering af en eller flere statusdioder, relæer, et strømsignal og/eller afsendelse af digitale data såsom RS-485 FireBusII og Modbus. Der findes endog systemer der har indbygget kamerafunktion, så alarmsignalet visuelt kan kontrolleres f.eks. på en brandstation, inden der sendes udrykningskøretøjer til stedet.

Da det er sikkerhedsudstyr er selvfølgelig også vigtigt at mikroprocessorer kan bestemme, baseret på intern test, om detektoren ikke fungerer korrekt, og ud fra disse test aktiverer eventuelle fejludgange og status-LED.

Læs mere her