Detektor Asap

Latar Belakang

Detektor asap adalah perangkat yang mendeteksi keberadaan asap di dalam bangunan dan memperingatkan penghuninya, memungkinkan mereka untuk menghindari kebakaran sebelum menyerah pada inhalasi asap atau luka bakar. Melengkapi rumah dengan setidaknya satu detektor asap memotong setengah kemungkinan penghuninya akan mati dalam kebakaran. Pada tahun 1992 para pembaca Majalah R&D memilih alarm asap rumah sebagai salah satu dari "30 Produk yang Mengubah Hidup Kita". Detektor asap menjadi tersedia secara luas dan terjangkau pada awal 1970-an. Sebelum tanggal itu, kematian akibat kebakaran di rumah rata-rata 10.000 per tahun, tetapi pada awal 1990-an angka tersebut turun menjadi kurang dari 6.000 per tahun.

Dua tipe dasar detektor asap saat ini diproduksi untuk penggunaan di rumah. Detektor asap fotolistrik menggunakan sinar optik untuk mencari asap. Ketika partikel asap menutupi sinar, sel fotolistrik merasakan penurunan intensitas cahaya dan memicu alarm. Detektor jenis ini bereaksi paling cepat terhadap api yang membara yang melepaskan asap dalam jumlah yang relatif besar.

Detektor asap jenis kedua, yang dikenal sebagai detektor asap ruang ionisasi (ICSD), lebih cepat dalam mendeteksi nyala api yang menghasilkan sedikit asap. Ini menggunakan bahan radioaktif untuk mengionisasi udara di ruang penginderaan; kehadiran asap mempengaruhi aliran ion antara sepasang elektroda, yang memicu alarm. Antara 80 dan 90% dari detektor asap di rumah-rumah Amerika adalah jenis ini. Meskipun sebagian besar model perumahan adalah unit mandiri yang beroperasi dengan baterai 9 volt, kode konstruksi di beberapa bagian negara sekarang mengharuskan pemasangan di rumah baru untuk dihubungkan ke kabel rumah, dengan baterai cadangan jika terjadi kegagalan daya. .

Sumber radiasi ICSD yang khas memancarkan partikel alfa yang melepaskan elektron dari molekul udara, menciptakan ion oksigen dan nitrogen positif. Dalam prosesnya, elektron menempel pada molekul udara lain, membentuk ion oksigen dan nitrogen negatif. Dua elektroda bermuatan berlawanan dalam ruang penginderaan menarik ion positif dan negatif, menyiapkan aliran kecil arus di ruang udara antara elektroda. Ketika partikel asap memasuki ruangan, mereka menarik beberapa ion, mengganggu aliran arus. Ruang referensi serupa dibangun sehingga tidak ada partikel asap yang bisa masuk. Detektor asap terus-menerus membandingkan aliran arus di ruang penginderaan dengan aliran di ruang referensi; jika perbedaan yang signifikan berkembang, alarm dipicu.

Sejarah

Pengembangan peralatan penyelamat ini dimulai pada tahun 1939 ketika Ermst Meili, seorang fisikawan Swiss, merancang perangkat ruang ionisasi yang mampu mendeteksi gas yang mudah terbakar di tambang. Terobosan sebenarnya adalah penemuan Meili tentang tabung katoda dingin yang dapat memperkuat sinyal elektronik kecil yang dihasilkan oleh mekanisme deteksi hingga kekuatan yang cukup untuk mengaktifkan alarm.

Meskipun detektor asap ruang ionisasi telah tersedia di Amerika Serikat sejak tahun 1951, pada awalnya hanya digunakan di pabrik, gudang, dan bangunan umum karena harganya mahal. Pada tahun 1971 ICSD perumahan tersedia secara komersial; harganya sekitar $125 per detektor dan dijual dengan harga beberapa ratus ribu dolar per tahun.

Sebuah fluny perkembangan teknologi baru terjadi selama lima tahun ke depan, mengurangi biaya detektor sebesar 80% dan meningkatkan penjualan menjadi 8 juta pada tahun 1976 dan 12 juta pada tahun 1977. Pada saat ini, sirkuit solid-state telah menggantikan suhu dingin sebelumnya. tabung katoda, secara signifikan mengurangi ukuran detektor serta biayanya. Penyempurnaan desain, termasuk klakson alarm yang lebih hemat energi, memungkinkan penggunaan baterai dengan ukuran yang tersedia secara umum daripada baterai khusus yang sulit ditemukan yang sebelumnya diperlukan. Perbaikan pada sirkuit memungkinkan untuk memantau penurunan tegangan dan peningkatan resistansi internal pada baterai, yang keduanya akan memicu sinyal untuk mengganti sumber daya. Detektor generasi baru juga dapat berfungsi dengan sejumlah kecil bahan sumber radioaktif, dan ruang penginderaan serta penutup detektor asap didesain ulang untuk operasi yang lebih efektif.

Bahan Baku

Detektor asap ICSD terdiri dari wadah yang terbuat dari plastik polivinilklorida atau polistirena, klakson alarm elektronik kecil, papan sirkuit cetak dengan berbagai macam komponen elektronik, dan ruang penginderaan dan ruang referensi, masing-masing berisi sepasang elektroda dan bahan sumber radioaktif.

Americium 241 (Am-241), sebuah isotop radioaktif, telah menjadi bahan sumber pilihan untuk ICSD sejak akhir 1970-an. Ini sangat stabil dan memiliki waktu paruh 458 tahun. Biasanya diproses dengan emas dan disegel dalam foil emas dan perak.

Manufaktur
Proses

Produksi detektor asap terdiri dari dua langkah utama. Salah satunya adalah fabrikasi Am-241 menjadi bentuk (biasanya foil) yang dapat dipasang ke dalam ruang penginderaan dan referensi. Yang lainnya adalah perakitan seluruh ICSD, dimulai dengan semua komponen individu atau dengan ruang penginderaan dan referensi prefabrikasi yang diperoleh dari pabrikan bahan sumber radioaktif. Uraian berikut mencakup semua langkah, meskipun beberapa mungkin dilakukan oleh produsen yang berbeda. Pengujian dan inspeksi pada beberapa tahap proses perakitan memastikan produk yang andal.

Sumber radioaktif

• 1 Proses diawali dengan senyawa AmO ₂ , oksida dari Am-241. Zat ini dicampur secara menyeluruh dengan emas, dibentuk menjadi briket, dan dilebur dengan tekanan dan panas pada suhu lebih dari 1470 °F (800 °C). Bagian belakang dari perak dan penutup depan dari emas atau paduan emas diaplikasikan pada briket dan disegel dengan penempaan panas. Briket kemudian diproses melalui beberapa tahapan cold rolling untuk mencapai ketebalan dan tingkat emisi radiasi yang diinginkan. Ketebalan akhir adalah sekitar 0,008 inci (0,2 mm), dengan penutup emas mewakili sekitar satu persen dari ketebalan. Strip foil yang dihasilkan, yang lebarnya sekitar 0,8 inci (20 mm), dipotong menjadi beberapa bagian dengan panjang 39 inci (1 meter).
• 2 Elemen sumber ICSD melingkar dikeluarkan dari strip foil. Setiap cakram, yang berdiameter sekitar 0,2 inci (5 mm), dipasang pada dudukan logam. Pelek logam tipis pada dudukan digulung untuk menutup sepenuhnya tepi yang dipotong di sekitar cakram.

Ruang penginderaan dan referensi

• 3 Satu cakram bahan sumber dipasang di ruang penginderaan dan yang lain dipasang di ruang referensi yang berdekatan. Elektroda dipasang di kedua ruang dan terhubung ke kabel eksternal yang menonjol keluar dari bagian bawah ruang.

Papan sirkuit

• 4 Papan sirkuit tercetak dibuat dari skema desain dengan membuat lubang untuk kabel komponen dan dengan meletakkan jejak tembaga di bagian belakang untuk membentuk jalur arus listrik. Di jalur perakitan, berbagai komponen elektronik (dioda, kapasitor, resistor, dll.) dimasukkan ke dalam lubang yang tepat di papan. Ujung yang memanjang ke belakang papan dipangkas.

• 5 Ruang sensor, ruang referensi, dan klakson alarm dipasang pada papan sirkuit tercetak.
• 6 Papan kemudian melewati mesin solder gelombang, yang menyolder komponen elektronik ke tempatnya.

Perumahan

• 7 Rumah plastik terdiri dari dasar pemasangan dan penutup. Keduanya dibuat dengan proses injection moulding di mana plastik bubuk dan pigmen cetakan dicampur, dipanaskan, dipaksakan ke dalam cetakan di bawah tekanan, kemudian didinginkan untuk membentuk potongan akhir.

Perakitan akhir

• 8 Papan sirkuit dipasang pada dasar pemasangan plastik. Tombol uji dipasang sehingga perangkat dapat diuji secara berkala setelah pemasangan di rumah. Braket pemasangan ditambahkan ke alas, dan penutup ditambahkan untuk menyelesaikan perakitan.
• 9 Detektor asap dikemas dalam kotak kardus, bersama dengan baterai dan manual pemilik.

Perkembangan Baru

Beberapa perkembangan terakhir mungkin membuat detektor asap menjadi lebih efektif. Salah satu model, misalnya, menggunakan alarm lampu sorot untuk memperingatkan orang dengan gangguan pendengaran akan bahaya. Lampu strobo jarak jauh dapat dipasang di kamar tidur meskipun detektor mungkin terletak di ruangan atau lorong lain, memberikan keuntungan yang sama dari peringatan dini yang tersedia untuk mendengar orang ketika alarm berbunyi dari luar kamar tidur.

Pada tahun 1993 Produk Newtron mendesain ulang detektor asap tradisional agar sesuai dengan filter udara standar dari sistem pemanas sentral atau pendingin udara untuk memeriksa udara yang bersirkulasi melalui seluruh bangunan. Saat mendeteksi asap, perangkat mematikan sistem blower untuk mencegah aliran udara membantu menyebarkan asap dan api. Selain itu, ini memicu alarm yang beresonansi melalui pekerjaan saluran dan terdengar di mana saja di dalam gedung.

Detektor api jenis lain dapat menggunakan suara. Penyelidik di Laboratorium Penelitian Bangunan dan Kebakaran Institut Standar dan Teknologi Nasional telah menemukan bahwa berbagai jenis bahan perumahan, seperti kayu, plastik, dan drywall, membuat suara yang dapat dikenali saat mengembang dari pemanasan cepat. Transduser piezoelektrik dapat mendeteksi suara tersebut bahkan sebelum bahan benar-benar mulai terbakar. Ini akan sangat membantu dalam mendeteksi kebakaran baru yang disebabkan oleh kabel listrik yang terlalu panas di dalam dinding bangunan.