朱红玉

[摘要]本文介绍了国内外民用飞机防火系统中常用的三種线型感温探测器，包括热敏电阻式探测器、共晶盐式探测器和气动式探测器。分别介绍了它们的主要结构和工作原理，并对其性能进行了对比分析。

[关键词]民用飞机；防火系统；火警探测器；火热探测器

在民航运输中。飞机的飞行安全至关重要。飞机火灾时有发生，一旦不当就可能酿成机毁人亡的重大事故。2013年1月，日本航空的B787货舱发生火情，飞机迫降波士顿机场：2011年1月，俄罗斯西伯利亚一架飞机起飞滑行时发动机起火引爆油箱，造成3人死亡，43人受伤。据统计，美国民航飞机坠毁事故中全部死亡人数的15%是由坠毁后起火烧死的。而在那些撞击可生存的事故中，烧死的几乎占40%。因此，飞机的防火措施决不能忽视。

飞机防火系统一般由探测器、灭火装置、控制系统组成。探测器的性能高低直接决定了能否及时发现飞机上的火情，影响了整个防火系统的可靠程度。

1飞机防火系统探测器概述

现代飞机（包括军用飞机和民用飞机）防火系统的探测器种类繁多，包括双金属式、热电偶式、热敏电阻式、光学式、离子式、气动式、共晶盐式、光电式等等，部分探测器的外形如图1所示。

从外形上，防火系统探测器可分为点式探测器和线型探测器两大类。双金属式探测器和热电偶式探测器属于点式探测器，主要在早期的飞机上有所应用，探测范围较小。光学探测器以高温火焰的特定光谱为火灾特性，具有毫秒级的响应速度，是实现抑爆功能不可或缺的探测器，被F22、F35等战机所选用。离子式探测器响应速度快。探测范围也较大，但其虚警率较高，并且故障后无法检测，因此在民机上几乎没有应用。光电式感烟探测器常被用于货舱、客舱的火灾探测。热敏电阻式探测器、气动式探测器和共晶盐式探测器均为线型感温探测器，探测范围大，响应速度较快，并且虚警率低，被广泛应用于现役民机的着火，过热探测，如发动机舱着火探测、引气管路泄漏过热探测等。本文将对这三种常用的线型感温探测器的工作原理进行介绍，并进行对比分析。

2三种线型感温探测器介绍

2.1热敏电阻探测器

2.1.1主要结构

热敏电阻探测器由金属外壳、中心导线和填充在导线与外壳之间的热敏材料组成。金属外壳保证了探测线拥有足够的强度、抗腐蚀性以及耐用性。外壳与中心导线之间填充紧密压缩的热敏材料，可以保证在振动或弯曲时中心导线不会移动。导致内部短路。探测器中心通常内嵌两根或一根导线。若内嵌两根导线，如图2（a），则一根导线焊接至探测器的两端，通过探测器端头接地，另一根导线焊接至探测器端头的中心接线柱，热敏材料与金属外壳间以硅酸盐类绝缘材料隔绝。若内嵌一根导线，如图2（b），则中心导线焊接至端头的中心接线柱，探测线通过外壳接地。

2.1.2工作原理

热敏电阻探测器可以看成无限个热敏电阻并联在两个中心导线或中心导线与金属外壳之间的并联电路。热敏材料有着负温度指数，即随着环境温度的升高，探测线阻值会逐渐降低。当阻值降低到告警值时，将触发过热，着火告警信号。热敏电阻探测器的电阻变化是可逆的。当环境温度下降后，探测器电阻也将恢复至正常值，同时解除过热/着火警报。热敏电阻探测器的阻值及阻值变化速率均被控制系统监控，以便于区分探测器正常工作时的告警，和短路等故障导致的阻值下降，达到降低虚警率的目的。

由于热敏电阻材料的特性，系统响应的是探测器内所有并联电阻的总阻值，因此探测器的告警温度并非固定值，而与探测器受热长度有关。探测器受热长度越长，发出过热告警时的环境温度就越低，即要让探测器达到设定的告警阻值，探测器局部受热的所需温度高于全长受热所需温度。热敏电阻探测器加热长度对告警温度的影响如图3所示。

在实际使用中，热敏电阻探测器多于探测飞机舱室的整体过热情况，比如发动机舱着火或过热探测、APU舱着火探测等。当发动机等发生着火或过热时，舱内温度将整体上升，此种情况下，设置的告警温度一般指探测器的全长加热告警温度。对于加热范围小，温度高的情况，热敏电阻探测器也可响应。

2.2共晶盐探测器

2.2.1主要结构

共晶盐探测器与热敏电阻探测器的结构类似，它由金属外壳、中心导线和填充在导线与外壳之间的共晶盐层组成。共晶盐探测器通常通过外壳接地。中心仅内嵌一根导线，其结构如图4所示。探测器的金属外壳通常为镍625，中心导体也是镍合金材料。中心导线具有在大温度范围内保持恒定电阻的特性，反复暴露在高于共晶盐的融化温度之上的温度时，其电阻基本不变。

2.2.2工作原理

挤压填充在中心导体与镍外壳之间的共晶盐化合物对温度十分敏感。共晶盐层在常温时为固态，中心导体与地之间的电阻值非常大（兆欧级），当温度上升至告警温度时，共晶盐层融化，使得中心导线与外壳间的电阻急剧减小，电路接通，控制器给出过热告警，如图5所示。

共晶盐探测器告警时的温度值与探测器受热长度无关，几乎为固定值。因此共晶盐探测器常用于探测分散的小范围高温，如引气泄漏过热探测。探测引气泄漏时，共晶盐探测器安装在引气管道通气孔的上方，一旦引气泄漏，只要探测器上任意一点达到告警温度，便能发出告警。在引气泄漏的初始阶段，舱内整体升温不明显，仅引气管道通气孔附近出现局部高温，因此相比热敏电阻探测器来说，共晶盐探测器能更加快速、准确地探测引气泄漏。通过分别测量共晶盐探测器两端回路的阻值之比，控制系统可以计算出高温点的具体位置，准确告知维修人员引气泄漏点的位置，节省排故时间。

2.3气动式探测器

2.3.1主要结构

气动式探测器的主要结构如图6所示，可以分为传感器和响应器两部分。传感器即线型探测管道，由探测器外壳、金属核心以及填充在金属核心和外壳之间的氦气组成。金属核心由钛系氢化物制成，在高温下可快速释放氢气：当温度降低时，又可将氢气重新贮藏。

响应器中有两个开关：告警开关和完整性开关，开关的主要部件为金属膜片和接触针。两个开关均被密封在不锈钢外壳内，位于探测管道的一端，外壳与接触针之间用陶瓷绝缘体隔离。气动式探测器的密封外壳防止了液体、湿气、盐沫、沙尘及其他污染物的进入，即使完全浸没在水中也可以正常工作。

2.3.2工作原理

当气动式探测器周围的环境温度上升时，首先，填充在探测管道内的氦气受热膨胀，气压逐渐升高。当温度继续上升到某个设定值时，探测管道中的金属核心以极高的速率释放氢气，导致探测管道中气压快速升高。达到告警压力后，推动金属膜触碰接触针，接通告警开关，发出告警信号。当热源移除之后，氢气被重新吸入金属核心内，氦气受冷收缩，探测管道中气压降低，金属膜片与接触针分开，电路断开，警报消除。

氣动式探测器有任何破损均会导致气压损失，丧失探测功能。对此，气动式探测器配有完整性开关，用于检测探测器故障。正常情况下，完整性开关的压力低于探测管道内氦气的气压，开关保持闭合状态。若探测器损坏，探测管道内气压降低后，金属膜片将弹离接触针。断开电流通路。气动式探测器工作原理如图7所示。

探测器全长受热及局部受热情况下压力上升趋势如图8所示。对于受热长度长，温度较低的“过热”探测，一般仅靠探测器内填充的氦气膨胀来达到告警压力。对于局部受热，但温度较高的“着火”探测来说，主要靠金属核心释放氢气来使压力上升。由于气动式探测器在“过热”和“着火”情况下的加压方式不同，因此可以通过调节填充氦气的量和改变金属核心材料来灵活选定“过热”告警温度和“着火”告警温度。

3三种探测器对比分析

上文介绍的三种线型感温探测器均被广泛应用于民用飞机上，包括波音公司和空客公司现役的各型号飞机，有着丰富的服役经历，其告警响应时间、工作温度范围、可靠性等性能满足TSO-C11e、DO-160及一般民用飞机的设计要求。

三种探测器由于原理不同，在探测性能方面各有特点。共晶盐探测器在告警温度下阻值急剧下降的特性，决定了它更适合对分散的小范围过热/着火源进行探测，如引气泄漏过热探测。气动式探测器和热敏电阻探测器一般用于探测区域升温，如发动机舱过热/着火探测等，但二者对范围小温度高的“着火”情况也可响应。气动式探测器可灵活选定“过热”告警温度和“着火”告警温度，而热敏电阻探测器的热敏材料选定后，在指定告警阻值下，加热长度和告警温度之间的关系便已固定，无法根据需要调整。

在安装方面，三种探测器均为线式安装，需要支架和卡箍等固定。气动式探测器仅需将响应器所在端连接至控制器，而热敏电阻探测器连接，因此气动式探测器所需电缆量更少。

在控制系统复杂度方面，气动式探测器输出为开关量信号或固定阻值，利于控制单元采样，并且设有完整性开关。在故障检测上更为简便直接，因此对控制系统的要求较低，有利于降低系统成本。

此外，气动式探测器采用机械触电式工作原理，相对于其他线型探测器来说，有着抗电磁干扰能力强，误告警率低，功耗低的优点。在减少误告警以及探测灵敏度方面也比热敏电阻探测器更好。但气动式探测器重量略重，而且有时也会受到振动、噪音等干扰。

三种线型感温探测器各有优点与不足，在实际设计中，应根据不同探测区域的特点和要求，如热源类型、工作环境、温度分布情况，并结合飞机和系统的总体设计方案选取合适的探测器类型。

4小结

本文介绍了当前民用飞机防火系统常用的三种线型感温探测器：热敏电阻探测器、共晶盐探测器和气动式探测器，并对三者的性能进行了对比分析。尽管线型感温探测器在民用航空领域已是被广泛使用的成熟产品，但仍有部分不足待开发和改进。比如在火灾初期，烟气温度无法在短时间内使探测器达到告警温度，因此告警具有一定的滞后性。此外。进一步降低误告警率，提高对恶劣环境的适应性，降低重量等。也是民用飞机火警/过热探测器的研究方向。

[责任编辑：杨玉洁]