火灾的影响与预防
包括地震、台风、水灾及火灾等种种灾害，通常都会带给人们莫大的伤亡和财物的损失，尤其是在人口最密集的大城市中。而随着时代的进步知识的累积，人类想要预防这些灾害的想法可说是常常出现在生活中。
在以上的这些灾害中，笔者认为火灾的发生率应当是最高的，且主要发生的原因都是来自于人为的因素；而其后果轻者为财物损失，重者则为人员伤亡，所以一方面我们要宣导人们如何预防火灾，另一方面我们也要发展出能够更快检知火灾发生的警报器。本文将针对发生在室内的火灾做探讨与预防。
为什么更快检知火灾是件重要的事情呢？因为通常火灾发生时，都只有几分钟的时间可以进行灭火和逃生的动作，在火灾发生初期我们还可以选择灭火或逃生，但火灾发生几分钟之后，灭火的黄金时刻已过，就只能选择逃生，但这个时候整个环境已布满浓烟。根据许多火灾发生后的观察，可发现到有许多伤亡者都是先被浓烟呛昏的，这也是为什么当火灾发生时需要很快的检知火灾的发生，也是设计“高灵敏度火灾警报器”的主要目的。
火灾警报器的种类
火灾警报器可分为下列三种：
- (1)感热式警报器：藉由火灾所产生之热量感知火灾而发出警报之警报器。
- (2)侦烟式警报器：藉由火灾所产生之烟感知火灾而发出警报之警报器。
- (3)复合式警报器：具有感热式及侦烟式警报器之感知性能，并可发出二种以上火灾信号之警报器。
本作品属于第一种感热式的火灾警报器，采用的感热元件为NS的温度感应器LM74，温度解析度为0.0625℃，所以在性能的比较时，必须与只有温度感应器的火灾警报器做比较，才是合理且有意义的。以下将介绍本作品是属于哪一种火灾警报器，并说明本作品可以达到高灵敏度的原因。
作品说明
一般的火灾警报器若只有温度感应器，其运作方式大多是设定一个临界温度，当感测到的环境温度超过临界温度时则触发警报器，即火灾已经发生。此种警报器的优点是电路精简、成本低，缺点是反应慢（临界温度过高）或易受环境温度自然变化影响（临界温度过低）。
而本作品在环境温度的处理上，除了使用临界温度的方法外还多了两个功能；第一个是定义环境温度随着时间的变化率，此变化率又称为温度斜率；当温度斜率为正值，代表温度上升并且大于临界温度斜率，而环境温度也大于临界温度时，则触发警报器；由于加入了温度斜率这个条件，因此能把临界温度值降得很低以提升灵敏度。在错误动作的防制方面，则需要使用到第二个功能，即是将临界温度值和临界温度斜率值，随着环境温度的变化做自动调整，以避免错误动作的产生，也增加灵敏度。
本作品之系统方块图如(图一)所示，以微处理器89C51为中心，对LM74温度感测器做资料的传送。由于LM74有内建A/D，可直接用微处理器来做沟通，另有一组七段显示器可以显示目前的环境温度和一些系统讯息，后来再介绍是哪些系统讯息。蜂鸣器（Buzzer）则是当火灾发生时会响起。最后是电源供应系统，其经由110V交流电提供5V直流电。
运作方式简介
以下介绍本作品的运作方式，其中微处理器每隔一秒跟LM74要一个环境温度，警报器一开始先对环境温度做八次的取样，求出临界温度值和临界温度斜率值，并显示在七段显示器上，接着就是一直监控环境温度的变化。不同的温度变化警报器会有三种不同的处理方式，说明如下：
- (1)环境温度上升且超过临界温度值和临界温度斜率值，警报器触发蜂鸣器。
- (2)环境温度上升或下降，且未超过临界温度值或临界温度斜率值，持续超过20秒，警报器做临界值校正。
- (3)环境温度上升或下降，且未超过临界温度值或临界温度斜率值，未持续超过20秒，警报器不动作。
(图二)所示为本作品火灾警报器之全部电路装置图，右方的一条黑线为电源，下方的绿线为连接温度感测器的接线，上方有8个七段显示器用来显示相关资讯。当装置刚接上电源时，装置会进行8秒的环境资料撷取，如(图三)所示，为撷取到第5秒的时候。当8秒过后，环境资料撷取完毕则计算出临界温度值和临界温度斜率值，(图四)所示为临界温度值等于42℃，临界温度斜率值等于1℃。 (图五)所示为一般的时候装置所感测到的温度，所显示的是25.5000℃。而装置的温度变动值为感测IC的解析度，即0.0625℃。
另外我们设计了一个模拟火灾的实验。在此实验当中，如在一个密闭空间，以290W的灯炮置于温度感测器的下方，两者间距离34cm，可发现温度变化量在第3分钟时会快速上升，如(图六)所示，斜率值为35/60=0.58℃，温度范围从24.5℃～39℃。
虽然以上是针对290W灯泡当作热源，类似的情况也适用在火灾身上，即从温度低到温度高时，将有一段时间的温度变化量很高。只要火灾的温度变化量超过本作品所设定的临界温度斜率值（例如1℃），且火灾温度超过临界温度值（如42℃），则警报器将响起，且8个七段显示器将停止变化。
以上的说明显示当温度斜率一旦超过设定值，启动警报器的温度会低于市面上火灾警报器的设定值，且错误动作的情况也会相对降低。
结语
本作品比传统的火灾警报器多了“温度斜率值”和“自动校正”等两项功能，所以提升了检测到火灾的时间，由于并未与市售的火灾警报器做一个灵敏度的比较，无法有具体的比较数据，不过此种概念依然是一种提高灵敏度的方法。
（作者为国立清华大学电子工程研究所硕士班二年级生；指导教授为国立嘉义大学应用物理系系主任罗光耀）
相關时事单元
相關作者
相關产业类别
相關产品类别
相關网站单元