آشکارساز دود چیست و چگونه کار می کند؟

آشکارساز دود که به آن دودیاب و یا اسموک دیتکتور هم گفته می شود یک وسیله ایمنی است. این وسیله در زیر مجموعه سیستم اعلام حریق در بنا های مسکونی، تجاری و اداری قرار می گیرد.

همه می دانیم که در گذشته سرخ پوستان برای فرستادن پیام های ساده به یکدیگر از سیگنال های دود استفاده میکردند. اما گاهی اوقات دود، حامل پیامی بسیار نگران کننده است و خبر از وقوع آتش سوزی و وجود خطر میدهد. اگر آتش سوزی در روز اتفاق بیفتد، معمولا بوی دود را حس میکنیم و اقدامات لازم را انجام می دهیم.

اما اگر شب باشد و ما در خواب باشیم، آتش باعث کاهش اکسیژن هوا یا تولید گاز سمی مونواکسید کربن میشود که میتواند ما را به خوابی عمیق فرو ببرد، به طوری که هرگز بیدار نشویم. در آمریکا تعداد تلفات در اثر آتش سوزی از مجموع تلفات ناشی از همه فجایع طبیعی بیشتر است. خوشبختانه امروزه به لطف وجود فناوری های مدرن، روشی کم هزینه و بسیار مطمئن برای تشخیص به موقع حریق وجود دارد: آشکارساز الکترونیکی دود. در ادامه با نحوه کارکرد این وسیله شگفت انگیز آشنا خواهیم شد.

همچنین به شما توصیه می کنیم: دانلود جزوه جامع آموزش ایمنی در مهندسی برق

یک آشکارساز دود نوری. دود از طریق شکاف های بدنه وارد محفظه میشود و زنگ هشدار الکترونیکی را که خروجی آن به شکل  دایره ای در سمت راست دستگاه است به صدا درمیاورد. دایره سیاه در وسط، دکمه تست  با یک چراغ ال ای دی است که با چشمک زدن نشان میدهد که دستگاه سالم است.

آشکارساز دود نوری چگونه کار می کند؟

دو نوع کاملا متفاوت از آشکارساز های دود وجود دارد. چشم الکترونیکی و بینی الکترونیکی. نوع چشمی با عنوان  آشکارساز دود نوری (یا آشکارساز دود فوتوسل) شناخته میشود و کمی شبیه به تام کروز در عملیات غیر ممکن کار میکند. صحنه ای را که تام از سقف آویزان است و سعی میکند از پرتو های آشکارساز نوری اعلام سرقت فرار کند، به خاطر می آورید؟ داخل یک آشکارساز دود نوری دقیقا به همین شکل است.

نحوه کار آشکارساز دود نوری

آشکارساز باید روی سقف نصب شود زیرا مسیر حرکت دود به سمت بالا و سقف خواهد بود. آتش باعث تولید هوای داغ میشود و چون هوای داغ چگالی کمتری (رقیق تر یا دارای نسبت وزن به حجم کمتر) نسبت به هوای معمولی دارد، به صورت چرخشی به سمت بالا حرکت می کند و ذرات ریز دود را نیز با خود می برد.

همانطور که در شکل بالا می بینید، آشکارساز در اطراف بدنه خود دارای شکاف هایی است که به محفظه آشکار سازی منتهی میشود. یک پرتوی نور مادون قرمز نامرئی، مشابه پرتوهای نوری که تام کروز سعی داشت از آنها فرار کند، از یک دیود نوری (ال ای دی) به داخل محفظه تابیده می شود. داخل محفظه یک فوتوسل قرار دارد که یک آشکارساز نور الکترونیکی است و وقتی پرتوی نور با سطح آن برخورد می کند، یک جریان الکتریکی تولید می کند.

در حالت عادی، وقتی دود در هوا نباشد، پرتوی نور تولیدی توسط ال ای دی به سطح آشکارساز نمیرسد. یک مدار الکترونیکی که بر کار فوتوسل نظارت میکند، تشخیص میدهد که همه چیز عادی است و در نتیجه آژیر خاموش می ماند. اما در صورت وقوع حریق، دود وارد محفظه میشود و پرتوی نور در برخورد با ذرات دود پراکنده میشود و بخشی از آن به فوتوسل میرسد. این باعث فعال شدن مدار و به صدا درآمدن آژیر خطر میشود. به این ترتیب آشکارساز دود با بیدار کردن شما، جانتان را نجات میدهد.

آشکارساز دود یونیزاسیون چگونه کار می کند؟

نحوه کار آشکارساز دود یونیزاسیون

نوع دیگری از آشکارساز های دود که ارزان تر و رایج تر از آشکارساز های نوری بوده و مکانیزم کاملا متفاوتی دارند، آشکارساز های یوانیزاسیون هستند. این نوع آشکارساز شبیه یک بینی الکترونیک است، زیرا مانند بینی شما که رو صورتتان قرار گرفته است، از یک فرآیند شیمیایی برای تشخیص مولکول های غیرمعمول (دود) که وارد آن می شوند استفاده می کند.

داخل این آشکارساز، یک محفظه یونیزاسیون پر از یون وجود دارد. منظور از یون در اینجا اتمی است که تعدادی از الکترون های خود را از دست داده و در نتیجه دارای بار مثبت است. ممکن است بپرسید که این یون ها از کجا آمده اند. داخل محفظه، یک قطعه کوچک از یک عنصر شیمیایی به نام آمریسیوم وجود دارد. آمرسیوم به طور پیوسته ذرات رادیواکتیو خیلی ریز تولید میکند (ذرات آلفا)، که وارد محفظه آشکارسازی می شوند. این ذرات با ورود به محفظه آشکارسازی با مولکول های هوا برخورد کرده و آنها را تبدیل به یون های مثبت (در شکل با دایره های قرمز بزرگ نشان داده شده اند)  و الکترون های با بار منفی (در شکل با دایره های کوچک سیاه نشان داده شده اند) می کنند.

نقش یون ها در شناسایی دود

یون ها و الکترون ها در جهت های مخالف بین دو الکترود ( تیغه های فلزی، مانند پایانه های باتری) حرکت میکنند. تا وقتی که یون ها و الکترون ها در حال حرکتند، یک جریان الکتریکی بین الکترودها برقرار است و مدار آشکارساز غیرفعال و در نتیجه آژیر خطر خاموش میماند.

حال اگر حریقی اتفاق بیفتد، ذرات دود وارد آشکارساز شده و شروع به مسدود کردن محفظه یونیزاسیون میکنند. آنها به یون ها و میچسبند و جریان الکتریکی را قطع میکنند. مدار آشکارساز فورا این تغییر را تشخیص میدهد و آژیر را به صدا درمیاورد. وقتی آتش خاموش شد و دود از بین رفت، محفظه آشکارسازی از دود تخلیه میشود، یون ها دوباره بین الکترودها شروع به حرکت میکنند، مدار غیرفعال و آژیر خاموش میشود.

در تصویر زیر میتوانید نمونه ای از یک آشکارساز یونیزاسیون را مشاهده کنید:

یک آشکارساز دود یونیزاسیون. سیلندر بزرگ سیاه در سمت راست، محفظه یونیزاسیون است که تشخیص دود در داخل آن انجام میشود. توجه کنید که آشکارساز مدارالکتریکی نسبتا ساده ای متشکل از عناصر پایه مانند مقاومت و خازن دارد.

اهمیت خرید و چک کردن دوره ای آشکارساز دود

آشکارساز های دود را به طور مرتب چک کنید. مطمئن شوید که چراغ نشان دهنده فعال بودن دستگاه روشن است ( در این عکس چراغ سبز است). هر از چندگاهی  گرد و خاک روی  دستگاه را پاک کنید. به تاریخ تعویض دستگاه هم توجه کنید. آشکارسازهای دود تا ابد کار نمی کنند !

بهتر است در خانه آشکارساز دود داشته باشید. آنها قیمت کمی دارند و می توانند جان شما را نجات دهند. حتی بهتر است چندین آشکارساز داشته باشید و آنها در نقاط مهم خانه نصب کنید. حتما هفته ای یک بار آشکارساز ها را چک کنید (مطمئن شوید باتری آشکارساز درست کار می کند) و گرد و خاک روی آنها را پاک کنید. عادت کنید همیشه موقع تمیز کردن خانه، آشکارساز ها را هم چک کنید. یک آشکارساز معیوب بدتر از نداشتن آشکارساز است، زیرا به جای ایمنی واقعی برای شما توهم ایمنی به وجود میاورد.

کدام آشکارساز بهتر است؟ نوری-الکتریکی یا یونیزاسیون؟

طبق یک پژوهش دقیق انجام شده توسط موسسه ملی استاندارد و فناوری آمریکا، آشکارسازهای یونیزاسیون واکنش بهتری نسبت به آتش های شعله دار ( ناشی از سوختن مواد قابل اشتعال)، در مقایسه با نوع نوری – الکتریکی دارند و در مقابل آشکارسازهای ‌ نوری – الکتریکی واکنش خیلی سریعتری نسبت به آتش های دودزا در مقایسه با آشکارسازهای یونیزاسیون دارند. قیمت آشکارسازهای دود بسیار کمتر از هزینه لازم برای جبران خسارت حریق است و ارزش زندگی نیز قابل قیمت گذاری نیست. هرچند هر نوع آشکارساز دودی تهیه کنید بهتر از نداشتن آن است،  بهتر است اگر میتوانید از هر دو نوع آن در خانه داشته باشید.

آشکارساز دود چقدر موثر است؟

افزایش استفاده از آشکارسازهای دود از یکی دلایل کاهش مداوم تلفات حریق از زمان محبوبیت آشکارساز ها در طی چهار دهه گذشته بوده است. طبق آمارهای انجمن ملی حفاظت در برابر آتش آمریکا (NFPA)، نرخ مرگ و میر ناشی از حریق در منازلی که فاقد آشکارساز دود سالم (فاقد آشکارساز یا دارای آشکارساز معیوب) هستند، بیش از دو برابر بیشتر از سایر منازل است.

همچنین ببینید: دانلود مقاله اطفاء حریق در پست های برق فشار قوی

در 43 درصد از حریق هایی که به علت نقص آشکارساز به موقع تشخیص داده نشده اند، مشکل از باطری ها ( فاقد باطری یا باطری خالی) بوده است. به همین دلیل است که چک کردن مرتب آشکارسازها و حصول اطمینان از کارکرد آنها اهمیت دارد.

افزایش نرخ استفاده از آشکارسازهای دود از اواخر دهه 1970 ( خط قرمز) منجر به کاهش چشمگیر نرخ مرگ و میر ناشی از حریق ( خط آبی) شده است. اگرچه عوامل دیگری نیز تاثیرگذار بوده اند.

مخترع آشکارساز دود چه کسی است؟

اگر در اینترنت جستجو کنید میبینید که هشدار دهنده آتش اولین بار توسط فرانسیس رابینز آپتون، ریاضی دان و فیزیک دان آمریکایی در سال 1890 اختراع شده است. در حالی که اولین آشکارساز دود توسط جورج اندرو داربی در سال 1902 در انگلستان ابداع شد. البته اگر کمی بیشتر جستجو کنید متوجه می شوید که این اطلاعات نادرست هستند.

براساس بانک اطلاعات ثبت اختراعات و علائم تجاری آمریکا (USPTO )، فرانسیس آپتون و همکارش، فرناندون دیبل، یک ثبت ختراع با عنوان هشداردهنده آتش الکتریکی قابل حمل در تاریخ 24 مارچ 1890 انجام دادند که در 23 سپتامبر همان سال تائید شد. اما این اولین هشدار دهنده آتش نبود، زیرا پیش از آن  در 8 سپتامبر 1885 اختراعی با عنوان هشداردهنده و خاموش کننده خودکار آتش، توسط ویلیام نارچر از اوهایو در USPTO ثبت و در تاریخ 29 جون 1886 ، یعنی چند سال زودتر از اختراع آپتون و دیبل تائید شده بود. هشدار دهنده اختراع شده توسط نارچر کاملا مکانیکی است و کاملا شبیه سیستم اطفای حریق امروزی کار می کند.

اولین آشکارساز دود ثبت شده در بانک اطلاعات ثبت اختراعات و علائم تجاری آمریکا، مربوط به دسامبر 1901 و متعلق به اسکار فریمن و چارلز تولمن از بروکلین در نیویورک است. در کمال تعجب این آشکارساز که مربوط به اوایل قرن بیستم میشود، یک آشکارساز الکتریکی است اما از فوتوسل یا یونیزاسیون استفاده نمی کند (این فناوری ها بسیار جدیدتر هستند).

اختراع ثبت شده در بانک اطلاعات ثبت اختراعات و علائم تجاری آمریکا،  توسط اسکار فریمن و چارلز تولمن با عنوان آشکارساز دود، تائید شده در تاریخ 10 دسامبر 1901.

در اختراع تولمن و فریمن، آشکارساز  متشکل از یک نخ بافته از ابریشم، موی اسب یا مواد مشابه است که در کربنات سدیم به مدت 20 دقیقه جوشانده و سپس خشک و کشیده شده است. به دلایلی که مخترعین قادر به کشف آن نبودند، الیافی که به این شکل آماده میشدند، در تشخیص دود بسیار موثر بودند. این الیاف در معرض دود، شل و منبسط و وقتی دود از بین میرفت دوباره منقبض و محکم می شدند.

داخل آشکارساز چیست؟

وقتی فریمن و تولن الیاف موردنظرشان را پیدا کردند، ساختن یک آشکارساز دود مکانیکی-الکتریکی تقریبا آسان بود:

1. طول مشخصی از الیاف جادویی (زرد) دور یک چرخ ( قرمز) پیچیده شده است که درون یک محفظه فلزی (خاکستری) قرار دارد . در انتهای محفظه سوراخ هایی برای ورود دود تعبیه شده است.
2. الیاف به یک اهرم محوری قابل چرخش ( آبی روشن) وصل شده ، که توسط یک فنر (بنفش) در جایش نگه داشته شده است.
3. اهرم آبی یک اهرم چرخشی دیگر (سبز) در جای خود نگه داشته شده است.
4. اهرم سبز یک کنتکت الکتریکی ( آبی تیره) را در جای خود و بالای یک کنتکت مشابه نگه داشته است.
5. دو کنتکت به یک زنگ یا مدار هشدار( نشان داده نشده) که توسط باطری تغذیه می شوند متصل هستند.

نحوه کار

ورود دود به محفظه آشکارساز از طریق سوراخ های انتهایی، باعث منقبض شدن الیاف میشود. سپس اهرم آبی روشن به سمت پائین میچرخد، بنابراین اهرم سبز هم به سمت پائین متمایل میشود. در نتیجه کنتاکت بالایی با کنتاکت پائینی تماس پیدا میکند. به این ترتیب مدار بسته می شود و آژیر را به صدا درمی آورد. مبتکرانه است! نه؟

آشکار ساز دود امروزی   

نمی توان اختراع آشکارسازهای دود نوری به تنها یک مخترع نسبت داد. در طی قرن بیستم افراد مختلفی آشکارسازهای نوری-الکتریکی را توسعه و گسترش دادند. در ادامه اسامی و اختراعات برخی از آنها آورده شده است.

آشکارساز های دود یونیزاسیونی که با باطری کار میکنند و اکثر ما در منزل داریم، جدیدترین نوع آشکارسازها هستند که توسط دوئین پیرسال در دهه 1960 و 1970 رواج پیدا کردند. شرکت او، استاتیرول در حال ساخت دستگاه خنثی کننده الکتریسیته ساکن بودند که با شناسایی جریان های یونی کار میکرد. در حین انجام یک آزمایش، یکی از مهندسین به طور اتفاقی سیگاری روشن کرد و دود سیگار دستگاه را فعال کرد. این اتفاق باعث شد پیرسال به این موضوع پی ببرد که دستگاه به جز جریان یونی میتواند دود را هم تشخیص دهد. او یک آشکار ساز یونیزاسیون ارزان قیمت طراحی کرد که برای تشخیص دود مورد استفاده قرار میگرفت. آشکارساز دود پیرسال به خاطر طراحی آن ( ظاهر دستگاه) و نه به خاطر مکانیزم عملکردش به نام پیرسال ثبت اختراع شد.

اولین آشکارساز یونیزاسیون مدرن و ارزان قیمت با عنوان حسگر هشداردهنده آتش از نوع یونیزه کننده به نام مخترعین سوئیسی، توماس لمبرت و مکس کون در 23 اکتبر 1973 ثبت شده است که قبلا در تاریخ 23 جولای 1970 در سوئیس ثبت شده بود. اگرچه پیشتر روش های تشخیص و آشکارسازی دود با استفاده از یونیزاسیون توسط مخترعین دیگری از جمله رابرت کرافورد ( روش و دستگاهی برای تشخیص وضعیت خطرناک ثبت و تائید شده به ترتیب در سال های 1960 و 1966 ) و فیزیکدان سوئیسی، والتر جاگر در دهه 1930 شرح داده شده بود.