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烟雾探测器,与死神博弈的最大筹码

时间:2023-05-16 点击:18次

在灾难面前,人类永远是渺小的,如何在有限的反应时间做出最快速的应对是能救命的

四川宜宾长宁地震的预警让许多人第一次知道了面对地震,如果能够有提前20秒的预警,伤亡减少率可以达到63%,不少人呼吁把全国更多城市纳入预警网以覆盖更多的人群

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纵波(P波)、横波(S波)

1.地震预警设备检测到初始震动;

2.读数被发送到预警中心;

3.通过电视、电脑、光波和手机进行预警信息通知

而除了地震,火灾也是对人类有巨大威胁的一类灾害,它不仅会烧掉人类经过辛勤劳动创造的物质财富,更会夺去人的生命

相比较于地震预警,火灾预警在我们日常生活中更加的常见,许多写字楼/办公楼、商场、学校和工厂等公共场所都会装配烟雾探测器以作为火灾预警设备

关于火灾的发生我们用一幅图来简单解释

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火灾

火灾分为初期发展阶段()、火势增长阶段()美国可燃气体探测器,期间还会发生轰燃()、充分燃烧(Fully ) 到最后衰减(Decay) 四个阶段

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火灾的几个阶段

图中的HRR指热释放速率,火灾的燃烧强度通常用热释放速率(HRR)表示,HRR越大,燃烧反馈给材料表面的热量就越多,结果造成材料热解速度加快和挥发性可燃物生成量的增多,从而加速了火焰的传播

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火灾实验

我们可以看到,从产生明火开始,仅仅46秒的时间,整个房间就已经被火焰和烟雾包围,如果我们安装了烟雾探测器,是不是存在提前发现并逃跑甚至灭火的可能呢?

关于烟雾探测器

烟雾探测器是通过监测建筑物中烟雾的浓度来实现火灾防范的设备,在紧急情况时可以发出警报信息提供预警,争取黄金逃生时间

一个家庭配备至少一个烟雾探测器可以将火灾的伤亡率降低一半,1992年R&D ( & 杂志)的读者将家庭烟雾探测器选为“改变生活的30种产品之一”

R&D杂志是美国权威科学技术杂志,每年在全球范围内,选出优秀的新技术和新产品,推动创新科技的研究和技术变革,以改善人类的日常生活和生存环境

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R&D杂志关于一些新技术和新产品的报道

70年代初,烟雾探测器开始广泛使用,在此之前,家庭火灾造成的死亡人数为平均每年10000人,但到90年代初,这一数字降到了每年6000人以下

实际上烟雾探测器的设计开发始于1939年,当时瑞士物理学家厄姆斯特·梅利(Ermst Meili)设计了一种电离室(又称离子室)设备,用来检测矿井中的可燃气体

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电离室的原理示意图

随后烟雾探测器的发展迎来突破性进展,Meili发明了一种冷阴极管,它可以将检测机制产生的小电子信号放大到足以激活警报的强度

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冷阴极管的操作示范

虽然电离室烟雾探测器自1951年起在美国就有了,但由于价格昂贵美国可燃气体探测器,最初只在工厂、仓库和公共建筑中使用,到1971年,民用电离烟雾探测器已经开始上市使用,但价格昂贵,每个探测器的价格约为125美元

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民用烟雾探测器开始使用

在接下来的五年里,随着一系列的技术革新和发展使探测器的成本降低了80%,而整个行业的销售额也在1976年和1977年分别来到800万和1200万

到这个时候,固态电路已经取代了早期的冷阴极管,这样的改变极大程度的减小了探测器的尺寸,同时也进一步降低制作成本

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固态电路取代了早期的冷阴极管之后,很大程度上减小了烟雾探测器的尺寸和相关电路设计

另外在设计上的改进包括采用更节能的警报喇叭,好处就是采购的烟雾探测器能够使用常用的标准型电池,而不是以前所需的难以在市场上购买的的特殊专用非标型电池

电路的改进使得监测电压的降低和电池内部电阻的集成成为可能,这两种情况都会触发一个信号来更换电源,新一代探测器也可以与少量的放射源材料一起工作,并且为了更利用日常的使用,传感室和烟雾探测器整体外观都在后续发展中重新进行了设计

常用设备

目前我们常用的烟雾探测器有两种,一种就是光电感烟探测器,它利用光束探测烟雾

当烟雾粒子遮住光束时,光电管感应到光强度降低并触发警报,这种类型的探测器对释放大量烟雾的阴燃火灾反应最快

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光电感烟探测器原理示意

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第二种类型的烟雾探测器称为电离室烟雾探测器(ICSD),它能够更快地感知产生少量烟雾的燃烧情况

电离室烟雾探测器构造简图

其原理是使用一种放射性物质使传感室中的空气电离,烟雾的存在会影响一对电极之间的离子流动,从而触发警报

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为电离室烟雾探测器原理示意图

典型的ICSD辐射源发射α粒子,从空气中剥离电子,产生氮氧正离子,同时电子与其他空气分子结合,形成氮氧负离子

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镅241在烟雾探测器内发生α衰变

感应室内的两个带相反电荷的电极吸引正离子和负离子,在电极之间的空气空间中形成一个小的电流

当烟雾粒子进入燃烧室时,它们会吸引一些离子,扰乱电流,此时烟雾探测器不断地将感应室中的电流与参考室中的电流进行比较,如果出现显著差异,则会触发警报

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有烟雾和没烟雾时感应室内的情况

大部分现在使用烟雾探测器的家庭都是这种类型的,尽管大多数家庭的烟雾探测器都是使用的独立电池单元

但在有些国家和地区的建筑规范中会要求在安装烟雾探测器时必须连接到住宅线路,以便在独立电池单元出现故障时时,还会有备用电源继续支持烟雾探测器工作

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关于安装

选择具有公认测试实验室检测通过标签的烟雾探测器;

在每个卧室内以及休息区域外以及家中的每个楼层(包括地下室)安装烟雾探测器;

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最好安装在天花板,竖直安装时以到天花板10~30cm这个区间进行安装

在没有卧室的楼层,如客厅(或书房)或靠近楼梯的楼层安装;

安装在地下室的烟雾探测器应安装在楼梯底部的天花板上,通向下一层;

烟雾报警器应安装在距烹饪设备至少3米远的位置,以尽量减少烹饪时的误报;

在墙壁或天花板上安装烟雾警报器(记住,烟雾上升),壁挂式烟雾探测器应安装在离天花板不超过30.48cm(警报顶部)的位置;

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安装位置示意图

不要在窗户、门或管道附近安装烟雾探测器,因为气流可能会影响其正常使用;

为获得最佳预警效果,将所有烟雾报警器联网,从而当一个烟雾探测器响起时,以便其它设备都可以提醒到使用者;

构造及制作

电离室烟雾探测器由聚氯乙烯或聚苯乙烯塑料制成的外壳、小型电子扬声器、带有各种电子元件的印刷电路板、以及各自包含一对电极和放射源材料的感应室和参考室(进行电流比较)组成

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镅241是一种放射性同位素,半衰期为458年,自20世纪70年代末以来一直是电离烟雾探测器的首选源材料,它通常是用黄金加工并密封在金银箔中

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镅241应用于烟雾CBE探测器

烟雾探测器的生产包括两个主要步骤,先是将镅241制作成可以安装到感应和参考室中的形式(通常是箔),该方法是将镅的化合物AmO 2 与金完全混合,并在超过800°C的高温下通过高压成型

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镅的化合物与金完全混合

然后用银衬底,之后用金或金的化合物覆盖正面,并通过热锻造将其密封,接着通过冷轧的几个阶段进行加工,以达到所需的厚度和辐射水平,最终其厚度约为0.2毫米

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电离室里面的放射源材料

一个放射性源材料安装在感应室室中,另一个安装在相邻的参考室中,电极安装在两个腔室中并连接到外部引线,外部引线伸出腔室的底部,之后将两个腔室以及各种电子元件(二极管,电容器,电阻器等)集成在电路板上

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烟雾探测器内部零部件

最后用注塑工艺制造的塑料外壳和底座完成安装

最后

强烈建议各位购买和安装烟雾探测器,关键时候能提供最直接有效的帮助

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