연기 감지기

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배경

연기 감지기는 건물 내 연기의 존재를 감지하고 거주자에게 경고하여 연기 흡입이나 화상에 빠지기 전에 화재를 탈출할 수 있도록 하는 장치입니다. 집에 적어도 하나의 연기 감지기가 있으면 화재로 인해 주민들이 사망할 확률이 절반으로 줄어듭니다. 1992년 R&D Magazine 독자 가정용 화재 경보기를 "우리 삶을 바꾼 30가지 제품" 중 하나로 선정했습니다. 연기 감지기는 1970년대 초반에 널리 보급되고 저렴해졌습니다. 그 이전에는 가정의 화재로 인한 사망자가 연간 평균 10,000명이었지만 1990년대 초에는 그 수치가 연간 6,000명 미만으로 떨어졌습니다.

두 가지 기본 유형의 연기 감지기가 현재 주거용으로 제조됩니다. 광전식 연기 감지기는 광학 빔을 사용하여 연기를 검색합니다. 연기 입자가 빔을 흐리게 하면 광전 셀이 빛의 강도 감소를 감지하고 경보를 울립니다. 이 유형의 감지기는 비교적 많은 양의 연기를 방출하는 연기가 나는 화재에 가장 빠르게 반응합니다.

이온화 챔버 연기 감지기(ICSD)로 알려진 두 번째 유형의 연기 감지기는 연기가 거의 발생하지 않는 화염을 감지하는 데 더 빠릅니다. 감지 챔버의 공기를 이온화하기 위해 방사성 물질을 사용합니다. 연기의 존재는 한 쌍의 전극 사이의 이온 흐름에 영향을 주어 경보를 발령합니다. 미국 가정에 있는 연기 감지기의 80~90%가 이 유형입니다. 대부분의 주거용 모델은 9볼트 배터리로 작동하는 독립형 장치이지만 일부 지역의 건설 규정에 따라 현재 새 주택에 설치하여 주택 배선에 연결해야 하며 정전 시 배터리 백업이 필요합니다. .

일반적인 ICSD 방사선 소스는 공기 분자에서 전자를 제거하여 양의 산소와 질소 이온을 생성하는 알파 입자를 방출합니다. 이 과정에서 전자는 다른 공기 분자와 결합하여 음의 산소와 질소 이온을 형성합니다. 감지 챔버 내에서 반대 전하를 띤 두 개의 전극은 양이온과 음이온을 끌어당겨 전극 사이의 공기 공간에 작은 전류 흐름을 설정합니다. 연기 입자가 챔버에 들어가면 일부 이온을 끌어 당겨 전류 흐름을 방해합니다. 연기 입자가 들어갈 수 없도록 유사한 기준 챔버가 구성됩니다. 연기 감지기는 감지 챔버의 전류 흐름을 기준 챔버의 흐름과 지속적으로 비교합니다. 상당한 차이가 발생하면 경보가 트리거됩니다.

연혁

이러한 인명 구조 기기의 개발은 스위스 물리학자인 Ermst Meili가 광산에서 가연성 가스를 감지할 수 있는 이온화 챔버 장치를 고안한 1939년에 시작되었습니다. 진정한 돌파구는 감지 메커니즘에 의해 생성된 작은 전자 신호를 경보를 활성화하기에 충분한 강도로 증폭할 수 있는 냉음극관의 Meili의 발명이었습니다.

전리실 연기 감지기는 1951년부터 미국에서 사용 가능했지만 초기에는 가격이 비싸서 공장, 창고 및 공공 건물에서만 사용되었습니다. 1971년까지 주거용 ICSD가 상업적으로 이용 가능했습니다. 감지기당 약 $125의 비용이 들며 연간 수십만 달러에 판매됩니다.

그 후 5년 동안 새로운 기술 개발이 순조롭게 진행되어 감지기 비용을 80% 절감하고 1976년에는 800만 대, 1977년에는 1200만 대까지 판매를 늘렸습니다. 이때까지 솔리드 스테이트 회로는 이전의 냉간 회로를 대체했습니다. 음극관, 감지기의 크기와 비용을 크게 줄입니다. 보다 에너지 효율적인 알람 경적을 포함한 개선된 설계 덕분에 이전에는 찾기 어려웠던 특수 배터리 대신 일반적으로 사용 가능한 크기의 배터리를 사용할 수 있게 되었습니다. 회로의 개선으로 전압의 감소와 배터리의 내부 저항 증가를 모두 모니터링할 수 있게 되었으며, 이 둘 중 하나가 전원을 교체하라는 신호를 트리거합니다. 차세대 감지기는 더 적은 양의 방사성 물질로도 작동할 수 있으며 감지실과 연기 감지기 인클로저는 보다 효과적인 작동을 위해 재설계되었습니다.

원자재

ICSD 연기 감지기는 폴리염화비닐 또는 폴리스티렌 플라스틱으로 만든 하우징, 소형 전자 경보기, 인쇄 회로 기판 으로 구성됩니다. 다양한 전자 부품, 감지 챔버 및 기준 챔버가 있으며, 각각은 한 쌍의 전극과 방사성 소스 물질을 포함합니다.

방사성 동위원소인 Americium 241(Am-241)은 1970년대 후반부터 ICSD의 선호되는 원료 물질이었습니다. 매우 안정적이며 반감기가 458년입니다. 그것은 일반적으로 금으로 처리되고 금박과 은박으로 밀봉됩니다.

제조
프로세스

연기 감지기의 생산은 두 가지 주요 단계로 구성됩니다. 하나는 Am-241을 감지 및 기준 챔버에 설치할 수 있는 형태(일반적으로 포일)로 제작하는 것입니다. 다른 하나는 전체 ICSD를 조립하는 것인데, 모든 개별 구성 요소로 시작하거나 방사성 소스 재료 제조업체에서 얻은 조립식 감지 및 참조 챔버로 시작합니다. 다음 설명은 일부 단계가 다른 제조업체에서 수행될 수 있지만 모든 단계를 다룹니다. 조립 공정의 여러 단계에서 테스트 및 검사를 통해 신뢰할 수 있는 제품을 보장합니다.

방사능 소스

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1 이 과정은 화합물 AmO ₂ 로 시작됩니다. , Am-241의 산화물. 이 물질은 금과 완전히 혼합되어 연탄 모양을 만들고 800°C(1470°F) 이상의 압력과 열에 의해 융합됩니다. 연탄에 은색 기재와 금 또는 금 합금의 전면 덮개를 적용하고 열간 단조로 밀봉합니다. 그런 다음 연탄은 원하는 두께와 방사선 방출 수준을 달성하기 위해 여러 단계의 냉간 압연을 통해 처리됩니다. 최종 두께는 약 0.008인치(0.2mm)이며 금색 덮개는 두께의 약 1%를 나타냅니다. 약 0.8인치(20mm) 너비의 결과 호일 스트립을 39인치(1미터) 길이의 섹션으로 자릅니다.

2개의 원형 ICSD 소스 요소가 포일 스트립에서 펀칭됩니다. 직경이 약 0.2인치(5mm)인 각 디스크는 금속 홀더에 장착됩니다. 홀더의 얇은 금속 테두리는 디스크 주변의 절단된 가장자리를 완전히 밀봉하기 위해 롤오버됩니다.

감지 및 참조 챔버

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3 소스 재료의 한 디스크는 감지 챔버에 장착되고 다른 디스크는 인접한 기준 챔버에 장착됩니다. 전극은 두 챔버에 설치되고 챔버 바닥에서 돌출된 외부 리드에 연결됩니다.

회로 기판

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4 인쇄 회로 기판은 구성 요소 리드를 위한 구멍을 뚫고 뒷면에 ​​구리 트레이스를 놓아 전류 경로를 형성함으로써 설계 개략도에서 준비됩니다. 조립 라인에서 다양한 전자 부품(다이오드, 커패시터, 저항기 등)이 기판의 적절한 구멍에 삽입됩니다. 보드 뒤쪽으로 뻗어 있는 리드가 잘립니다.

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5 감지 챔버, 기준 챔버 및 알람 경적은 인쇄 회로 기판에 설치됩니다.

6 그런 다음 기판은 전자 부품을 제자리에 납땜하는 웨이브 납땜 기계를 통과합니다.

주택

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7 플라스틱 하우징은 마운팅 베이스와 커버로 구성됩니다. 둘 다 분말 플라스틱과 성형 안료를 혼합하고 가열하고 압력을 가해 금형에 넣은 다음 냉각하여 최종 조각을 만드는 사출 성형 공정으로 만들어집니다.

최종 조립

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8 회로 기판은 플라스틱 마운팅 베이스에 안착됩니다. 가정에 설치 후 주기적으로 기기를 테스트할 수 있도록 테스트 버튼이 설치되어 있습니다. 베이스에 마운팅 브라켓이 추가되고, 커버가 추가되어 조립이 완료됩니다.

9 연기 감지기는 배터리 및 사용 설명서와 함께 판지 상자에 포장되어 있습니다.

새로운 개발

최근의 일부 개발로 인해 연기 감지기가 훨씬 더 효과적일 수 있습니다. 예를 들어, 한 모델은 청각 장애인에게 위험을 경고하기 위해 섬광등 경보기를 사용합니다. 원격 스트로브 라이트는 감지기가 다른 방이나 복도에 위치하더라도 침실에 장착할 수 있으므로 침실 밖에서 경보가 울릴 때 사람들에게 조기 경보를 제공할 수 있는 동일한 이점을 제공합니다.

1993년 Newtron Products는 건물 전체를 순환하는 공기를 검사하기 위해 중앙 난방 또는 공조 시스템의 표준 공기 필터에 맞도록 기존 연기 감지기를 재설계했습니다. 연기를 감지하면 장치가 시스템의 송풍기를 차단하여 공기 흐름이 연기와 화재를 확산시키는 것을 방지합니다. 또한 덕트 작업을 통해 공명하고 건물 어디에서나 들을 수 있는 경보를 트리거합니다.

다른 종류의 화재 감지기는 소리를 사용할 수 있습니다. 미국 국립표준기술원(National Institute of Standards and Technology) 건물 및 화재 연구소의 조사관은 목재, 플라스틱 및 건식 벽체 와 같은 다양한 유형의 주택 자재가 급속 가열에서 팽창하면서 식별 가능한 소리를 냅니다. 압전 변환기는 재료가 실제로 타기 시작하기도 전에 이러한 소리를 감지할 수 있습니다. 이것은 건물 벽 내의 과열된 전기 배선으로 인한 초기 화재를 감지하는 데 특히 유용합니다.