Детектор дыма

<час />

Фон

Детектор дыма - это устройство, которое определяет присутствие дыма в здании и предупреждает жителей, позволяя им избежать пожара, прежде чем они станут вдыхать дым или получить ожоги. Оснащение дома хотя бы одним детектором дыма снижает вдвое вероятность того, что жители погибнут в результате пожара. В 1992 году читатели R&D Magazine выбрал домашние дымовые извещатели как один из «30 продуктов, которые изменили нашу жизнь». Детекторы дыма стали широко доступными и доступными в начале 1970-х годов. До этого число погибших от пожаров в домах составляло в среднем 10 000 человек в год, но к началу 1990-х годов эта цифра упала до менее 6 000 человек в год.

В настоящее время для бытового использования производятся два основных типа дымовых извещателей. Фотоэлектрический дымовой извещатель использует оптический луч для поиска дыма. Когда частицы дыма затуманивают луч, фотоэлемент определяет уменьшение интенсивности света и подает сигнал тревоги. Этот тип извещателя наиболее быстро реагирует на тлеющий огонь, который выделяет относительно большое количество дыма.

Детектор дыма второго типа, известный как детектор дыма с ионизационной камерой (ICSD), быстрее обнаруживает пламя, которое производит мало дыма. Он использует радиоактивный материал для ионизации воздуха в сенсорной камере; наличие дыма влияет на поток ионов между парой электродов, что вызывает срабатывание сигнализации. От 80 до 90% детекторов дыма в американских домах относятся к этому типу. Хотя большинство бытовых моделей представляют собой автономные устройства, которые работают от 9-вольтовой батареи, строительные нормы в некоторых частях страны теперь требуют, чтобы установки в новых домах были подключены к домашней проводке с резервным аккумулятором на случай сбоя питания. .

Типичный источник излучения ICSD испускает альфа-частицы, которые отрывают электроны от молекул воздуха, создавая положительные ионы кислорода и азота. При этом электроны присоединяются к другим молекулам воздуха, образуя отрицательные ионы кислорода и азота. Два противоположно заряженных электрода внутри сенсорной камеры притягивают положительные и отрицательные ионы, создавая небольшой ток в воздушном пространстве между электродами. Когда частицы дыма попадают в камеру, они притягивают часть ионов, нарушая прохождение тока. Подобная эталонная камера сконструирована таким образом, что частицы дыма не могут попасть внутрь. Детектор дыма постоянно сравнивает ток в сенсорной камере с потоком в эталонной камере; если появляется значительная разница, срабатывает тревога.

История

Разработка этих спасательных средств началась в 1939 году, когда швейцарский физик Эрмст Мейли изобрел устройство с ионизационной камерой, способное обнаруживать горючие газы в шахтах. Настоящим прорывом стало изобретение Мейли лампы с холодным катодом, которая могла усиливать слабый электронный сигнал, генерируемый механизмом обнаружения, до уровня, достаточного для активации сигнализации.

Хотя детекторы дыма с ионизационной камерой были доступны в Соединенных Штатах с 1951 года, первоначально они использовались только на фабриках, складах и общественных зданиях из-за их высокой стоимости. К 1971 году бытовые ICSD были коммерчески доступны; они стоят около 125 долларов за детектор и продаются по цене несколько сотен тысяч долларов в год.

В течение следующих пяти лет произошло множество новых технологических разработок, которые снизили стоимость детекторов на 80% и увеличили продажи до 8 миллионов в 1976 году и 12 миллионов в 1977 году. К этому времени твердотельные схемы заменили более ранние холодные схемы. катодная трубка, значительно уменьшающая габариты детекторов, а также их стоимость. Усовершенствования конструкции, в том числе более энергоэффективные сигнальные рожки, позволили использовать батареи обычно доступных размеров, а не сложные специальные батареи, которые требовались ранее. Усовершенствования в схеме сделали возможным отслеживать как снижение напряжения, так и нарастание внутреннего сопротивления в батарее, любое из которых запускало бы сигнал о замене источника питания. Новое поколение детекторов могло также работать с меньшими количествами радиоактивного исходного материала, а сенсорная камера и кожух дымового извещателя были переработаны для более эффективной работы.

Сырье

Детектор дыма ICSD состоит из корпуса из поливинилхлорида или полистирола, небольшого электронного звукового сигнала, печатной платы с набором электронных компонентов, а также сенсорной камерой и контрольной камерой, каждая из которых содержит пару электродов и радиоактивный исходный материал.

Америций 241 (Am-241), радиоактивный изотоп, был предпочтительным исходным материалом для ICSD с конца 1970-х годов. Он очень стабилен и имеет период полураспада 458 лет. Обычно его обрабатывают золотом и запечатывают золотой и серебряной фольгой.

Производственный
процесс

Производство дымового извещателя состоит из двух основных этапов. Один из них - изготовление Am-241 в форме (обычно из фольги), которая может быть установлена ​​в сенсорную и контрольную камеры. Другой - сборка всего ICSD, начиная либо со всех отдельных компонентов, либо с предварительно изготовленных сенсорных и контрольных камер, полученных от производителя радиоактивного исходного материала. Следующее описание охватывает все этапы, хотя некоторые из них могут выполняться разными производителями. Испытания и проверки на нескольких этапах процесса сборки гарантируют надежность продукта.

Радиоактивный источник

• 1 Процесс начинается с соединения AmO ₂ , оксид Ам-241. Это вещество тщательно смешивается с золотом, формируется брикет и плавится под давлением и нагреванием при температуре более 1470 ° F (800 ° C). На брикет наносится серебряная подложка и лицевое покрытие из золота или золотого сплава, которые склеиваются горячей ковкой. Затем брикет проходит несколько стадий холодной прокатки для достижения желаемой толщины и уровня излучения. Конечная толщина составляет около 0,008 дюйма (0,2 мм), при этом золотое покрытие составляет около одного процента толщины. Полученную полосу фольги шириной около 0,8 дюйма (20 мм) разрезают на секции длиной 39 дюймов (1 метр).
• 2 круглых элемента источника ICSD выбиты из фольги. Каждый диск диаметром около 0,2 дюйма (5 мм) установлен в металлическом держателе. Тонкий металлический ободок на держателе перекатывается, чтобы полностью закрыть обрезанный край вокруг диска.

Сенсорная и справочная камеры

• 3 Один диск с исходным материалом установлен в сенсорной камере, а другой - в соседней контрольной камере. Электроды установлены в обеих камерах и подключены к внешним выводам, которые выступают из дна камер.

Печатная плата

• 4 Печатные платы изготавливаются по принципиальным схемам путем пробивки отверстий для выводов компонентов и прокладки медной дорожки на задней стороне для формирования путей для электрических токов. На конвейере различные электронные компоненты (диоды, конденсаторы, резисторы и т. Д.) Вставляются в соответствующие отверстия на плате. Выводы, выходящие за пределы доски, обрезаются.

• 5 На печатной плате установлены сенсорная камера, эталонная камера и звуковой сигнал.
• 6 Затем плата проходит через машину для пайки волной припоя, которая припаивает электронные компоненты на место.

Жилье

• 7 Пластиковый корпус состоит из монтажной базы и крышки. Оба производятся методом литья под давлением, в котором порошкообразный пластик и формовочные пигменты смешиваются, нагреваются, помещаются в форму под давлением, а затем охлаждаются для формирования конечных деталей.

Окончательная сборка

• 8 Печатная плата установлена ​​на пластиковом монтажном основании. Установлена ​​кнопка тестирования, чтобы устройство можно было периодически проверять после установки в доме. К основанию добавляется монтажный кронштейн, а для завершения сборки - крышка.
• 9 Детектор дыма упакован в картонную коробку вместе с аккумулятором и инструкцией по эксплуатации.

Новые разработки

Некоторые недавние разработки могут сделать датчики дыма еще более эффективными. В одной из моделей, например, используется стробоскопическая сигнализация для предупреждения об опасности слабослышащих людей. Дистанционный стробоскоп можно установить в спальне, даже если извещатель может быть расположен в другой комнате или коридоре, что дает то же преимущество раннего предупреждения, доступное для слышащих людей, когда сигнал тревоги звучит извне спальни.

В 1993 году компания Newtron Products модернизировала традиционный дымовой извещатель, чтобы он соответствовал стандартным воздушным фильтрам системы центрального отопления или кондиционирования воздуха, чтобы исследовать воздух, циркулирующий во всем здании. При обнаружении дыма устройство отключает вентилятор системы, чтобы воздушный поток не способствовал распространению дыма и пожара. Кроме того, он запускает сигнал тревоги, который резонирует с работой воздуховода и слышен в любом месте здания.

Другой вид пожарных извещателей может использовать звук. Исследователи Лаборатории исследований строительства и противопожарной защиты Национального института стандартов и технологий обнаружили, что различные типы материалов для жилья, такие как дерево, пластик и гипсокартон, издают различимые звуки, когда они расширяются от быстрого нагрева. Пьезоэлектрические преобразователи могут улавливать эти звуки даже до того, как материалы действительно начнут гореть. Это было бы особенно полезно при обнаружении зарождающихся пожаров, вызванных перегревом электропроводки внутри стен здания.