قسمت نخست: مفاهیم و ساختارها

ابتدا مفهوم برخی کلمات به کار رفته  در مورد سطوح مختلف حفاظت در این مقاله:

سطوح حفاظت به شرح زیر خواهند بود:

1. 1. VEWFD (تشخیص حریق بسیار زودهنگام. Very early warning fire detection
   2. EWFD (تشخیص حریق زودهنگام Early Warning Fire Detection
   3. SFD (تشخیص حریق استاندارد Standard Fire Detection

4) ASD دتکتور دودی مکشی Aspirating Smoke Detector

الزامات سامانه‌های VEWFD بر اساس استاندارد NFPA 76:

هنگامی که نیاز به تشخیص حساس‌تری وجود دارد، استاندارد NFPA 76 الزامات نصب این سامانه‌ها را مشخص کرده است. الزامات سامانه‌های VEWFD نوع ASD به شرح زیر است:

• حداکثر مساحت تحت پوشش هر سوراخ نمونه‌برداری ۱۸.۶ متر مربع (۲۰۰ فوت مربع) است.
• حداقل حساسیت هشدار برای هر سوراخ نمونه‌برداری باید حداکثر ۰٫۲ درصد کاهش نور بر فوت (obs/ft.) باشد.
• حداقل حساسیت اعلام حریق برای هر سوراخ نمونه‌برداری باید حداکثر ۱٫۰ درصد کاهش نور بر فوت (obs/ft.) باشد.
• حداکثر زمان انتقال (Transport Time) ۶۰ ثانیه است.
• در مواردی که دو سطح تشخیص (بالا و پایین) مورد نیاز است، سوراخ‌های نمونه‌برداری باید در محل‌های زیر قرار گیرند:
  ۱. هر سطح حفاظتی باید حداکثر ۳۷٫۲ متر مربع (۴۰۰ فوت مربع) به ازای هر سوراخ نمونه‌برداری را پوشش دهد.
  ۲. پوشش کلی بین سوراخ‌های نمونه‌برداری بالا و پایین باید حداکثر ۱۸٫۶ متر مربع (۲۰۰ فوت مربع) باشد.
  ۳. حداکثر زمان انتقال ۶۰ ثانیه است.

بخش ۲
اصول تشخیص دود به روش مکشی (ASD)
دینامیک جریان هوا

یک سامانه‌ی ASD پایه دارای سه بخش اصلی است (مطابق شکل ۱ در پایین):

• شبکه لوله‌کشی نمونه‌برداری که هوا را از طریق سوراخ‌های نمونه‌برداری جمع‌آوری کرده و آن را از فضای محافظت‌شده به سمت آشکارساز منتقل می‌کند، جایی که هوا برای وجود ذرات دود بررسی می‌شود.
• آشکارساز دود مکشی که شامل موارد زیر است:
  – یک محفظه‌ی حسگر با سنسور حساس برای شناسایی ذرات دود معلق در هوا
  – یک مکنده یا فن برای کشیدن هوا از ناحیه‌ی محافظت‌شده به داخل محفظه‌ی حسگر
  – یک فیلتر اختیاری برای حذف ذرات درشت که ممکن است به حسگر داخل محفظه آسیب برسانند
• لوله‌ی خروجی برای خارج کردن هوای نمونه‌برداری‌شده از آشکارساز.

شبکه لوله‌کشی نمونه‌برداری
شبکه لوله‌کشی نمونه‌برداری به یک پورت در قسمت بالا یا پایین آشکارساز متصل می‌شود. این لوله‌ها معمولاً از پلاستیک ساخته می‌شوند، اما می‌توانند از مس، برنج یا فلزات غیرآهنی دیگر نیز تولید شوند. هر تولیدکننده الزامات خاص خود را برای لوله‌های نمونه‌برداری دارد. نوع لوله بر اساس کاربرد مشخص انتخاب شده و در نرم‌افزار طراحی تعیین می‌گردد.

روش‌های مختلفی برای نصب شبکه لوله‌کشی نمونه‌برداری وجود دارد:

• پیکربندی تک‌لوله‌ای (شکل ۲ در سمت راست)، که شامل یک لوله متصل به آشکارساز است و در تمام فضای تحت پوشش امتداد می‌یابد. انتخاب این پیکربندی ممکن است به طولانی‌تر شدن مسیر لوله و تأخیر در جمع‌آوری هوای نمونه‌برداری‌شده در آشکارساز منجر شود.

• پیکربندی چندلوله‌ای (شکل ۳ در پایین سمت راست)، که از چندین لوله یا لوله‌های شاخه‌دار تشکیل شده است.

• لوله نمونه‌برداری می‌تواند به‌صورت افقی در سطح سقف، داخل قفسه‌ها، یا به‌صورت عمودی برای کاربردهای انبار و فضاهای باز مانند آتریوم نصب شود (شکل ۴ در صفحه‌ی بعد).
• برای مکان‌های پنهان، لوله نمونه‌برداری می‌تواند در فضای خالی (Void) مخفی شده و با استفاده از لوله‌های مویینۀ کوچکتر، نمونه‌برداری از فضا انجام شود (شکل ۵ در صفحه‌ی بعد).
• شبکه لوله‌کشی شامل سوراخ‌های نمونه‌برداری است که امکان ورود هوا به داخل لوله را فراهم می‌سازند. فاصله‌گذاری بین این سوراخ‌ها بر اساس نوع سیستم تشخیص نصب‌شده تعیین می‌شود، که این موضوع به‌شدت به نوع کاربرد (مانند انبار، مرکز داده، یا ساختمان‌های تاریخی) بستگی دارد.
• اندازه‌ی هر سوراخ نمونه‌برداری نیز با استفاده از نرم‌افزار طراحی تعیین می‌شود که در آن دینامیک سیالات در سامانه‌های ASD و معیارهای طراحی مرتبط با نوع سیستم تشخیص موردنظر در نظر گرفته می‌شود (این موارد در بخش‌های بعدی این راهنمای کاربردی شرح داده شده‌اند).

 

انواع بیم دتکتور از نظر نوع اتصال

1. ساده (Conventional Beam Detector):
   • فقط دو خروجی رله دارد (Alarm / Fault)
   • آدرس‌پذیر نیست و نیاز به واسط دارد
2. آدرس‌پذیر (Addressable Beam Detector):
   • مستقیماً قابل اتصال به لوپ آدرس‌پذیر است
   • آدرس مختص به خود دارد

 

 اتصال بیم دتکتور متعارف به سیستم آدرس‌پذیر توسط ماژول ورودی

با استفاده از یک ماژول آدرس پذیر که با پنل مرکزی آدرس پذیر دارای پروتکل ارتباطی یکسان می باشد ( هر دو یک برند باشند ) میتوان یک بیم دتکتور متعارف را به پنل آدرس پذیر متصل نمود.

ماژول های ورودی یا ماژول مانیتور ها دو دسته هستند. دسته اول ماژول های ورودی آدرس پذیر 4 سیمه هستند که تامین برق آنها توسط تابلوی اعلام حریق آدرس پذیر تامین می شود. ماژول های ورودی آدرس پذیر 4 سیمه، همانطور که از اسم آن پیداست از 4 سیم استفاده میکنند که دو سیم آن برق 24 ولت و دو سیم دیگر جهت اتصال به لوپ یا حلقه یا مدار سیستم اعلام حریق آدرس پذیر است.

نوع دوم ماژول های ورودی آدرس پذیر 2 سیمه هستند و برق آنها توسط برق لوپ، پنل اعلام حریق آدرس پذیر تامین میشود. این ماژول ها بخاطر صرفه جویی در هزینه کابل کشی بسیار به صرفه تر هستند و همچنین نصب آنها راحت تر است.

حالت 1: تشخیص ورودی معمولاً باز:

مقاومت انتهای خط 47 کیلو اهم باید در انتهای خط ورودی و تا حد امکان نزدیک به دستگاه تحت نظارت قرار گیرد، همان‌طور که در شکل 3 نشان داده شده است. تنها در صورتی که اتصال به‌درستی انجام شده باشد، ماژول می‌تواند سه حالت را در ترمینال‌های ورودی تشخیص دهد: عادی، مدار باز و هشدار (اتصال کوتاه)

حالت 2: تشخیص ورودی معمولاً بسته:

مقاومت انتهای خط 47 کیلو اهم باید در انتهای خط ورودی و تا حد امکان نزدیک به دستگاه تحت نظارت قرار گیرد، همان‌طور که در شکل 4 نشان داده شده است. تنها در صورتی که اتصال به‌درستی انجام شده باشد..

 

نحوه اتصال بیم دتکتور متعارف به تابلوی اعلام حریق آدرس پذیر توسط ماژول ورودی 2 سیمه

در شکل بالا از یک ماژول ورودی آدرس پذیر 2 سیمه جهت اتصال بیم دتکتور متعارف به پنل کنترل اعلام حریق آدرس پذیر استفاده شده است. تنها تفاوت ماژول های ورودی 2 سیمه و 4 سیمه فقط در نحوه تغذیه ماژول می باشد. در سیستم 4 سیمه ، احتیاج به 2 سیم اضافه جهت اتصال به ترمینال 24 ولت کمکی تابلوی اعلام حریق آدرس پذیر می باشد ولی در سیستم 2 سیمه ،به علت مصرف الکتریکی کم، برق خود را از طریق برق لوپ یا حلقه تابلوی اعلام حریق آدرس پذیر تامین می کند.

 

نکات مهم:

• حتماً باید بین منبع تغذیه و بیم دتکتور، ایزولاسیون مناسب رعایت شود.
• بهتر است از ماژول‌هایی استفاده شود که قابلیت نظارت بر مدار باز یا اتصال کوتاه را دارند.

 

2. استفاده از بیم دتکتور آدرس‌پذیر اختصاصی

در این روش، از بیم دتکتورهای تولید شده توسط برند سازنده‌ی سیستم اعلام حریق استفاده می‌شود که مستقیماً قابل اتصال به لوپ هستند و بدون نیاز به ماژول واسط، قادر به اتصال به پنل آدرس‌پذیر هستند.

در این مورد کافی است تا بیم دتکتور در حال نصب را نیز همانند بقیه آیتم های اعلام حریق در حال نصب،( مانند دتکتور ها و شستی ها و آژیرها) آدرس دهی شود . آدرس دهی معمولا از توسط پروگرامر دستی یا بصورت اتوماتیک از طریق پنل انجام می پذیرد.

کافیست بیم دتکتور را آدرس دهی کرده و به عنوان آدرس یک ورودی، به پنل اعلام حریق معرفی کنیم. در سیستم های اعلام حریق آدرس پذیر قابلیت تنظیم ورودی ها و خروجی ها بصورت علت و معلول نیز وجود دارد و میتوان توسط پنل کنترل سیستم اعلام حریق آدرس پذیر طوری برنامه نویسی کرد که با شروع عمل بیم دتکتور، عملیات های مربوطه مثل بستن پرده های دودبند یا باز کردن درب های اضطراری یا حتی عملیات خودکار اطفاء آتش بصورت خودکار شروع به کار کند.

 

 

مزایا:

• کاهش خطاهای اتصال
• یکپارچگی بیشتر با پنل اعلام حریق
• نمایش دقیق وضعیت آلارم و خطا در مانیتور پنل

معایب:

• قیمت بالاتر
• وابستگی به برند خاص
• محدودیت در تأمین یا تعمیر در پروژه‌های بلندمدت

بیم دتکتورهای دودی اعلام حریق ساخت تاندا به دو مدل تقریبا مشابه هم به بازار عرضه می شوند. مدل TX-7130 و مدل TX-3703 هردو از تکنولوژی مادون قرمز برای تشخخیص دود به کار میروند و دارای توانایی و پوشش یکسان می باشند.

مدل های TX-7130 دارای تائیدیه LPCB,CE و CCC میباشد در حالی که مدل های TX-3703 دارای تائیدیه CCC و CE  میباشند.

در مدل های TX-7130 میتوان حساسیت بیم دتکتور را با استفاده از دیپ سوئیچ روی بیم دتکتور و همچنین با استفاده از پروگرامر دستی تنظیم کرد.

در مدل های TX-3703 به علت فقدان دیپ سوئیچ روی بیم دتکتور، فقط از طریق پروگرامر دستی میتوان حساسیت بیم دتکتور را تنظیم کرد. در مدل های TX-3703، بصورت پیشفرض کارخانه، بیم دتکتور روی حالت بسیار حساس تنظیم شده است.

در واقع تنظیم حساسیت بیم دتکتورها در جایی بکار می آید که محیط تحت پوشش، محل رفت و آمد وسایل دیزلی مثل لیفتراک یا تراکتور باشد و یا به هر دلیلی بصورت دائمی در فضای تحت پوشش بیم دتکتور مقدار کمی دود وجود داشته باشد.

از آنجا که این روزها اغلب وسایل حمل بکار رفته در سوله ها از گاز یا باطری استفاده می کنند و فضای تحت پوشش ( سوله ها ) را دچار دود گرفتگی نمی کنند، احتیاج به کم کردن حساسیت بیم دتکتور نخواهد بود و در نتیجه اعلام آتش کاذب توسط بیم دتکتور صورت نمی گیرد.

هر دو مدل بیم دتکتورهای تاندا می توانند یک محیط با قطر 15 متر ( شعاع 7.5 متر از چپ و راست ) و طول حداقل 8 و حداکثر 100 متر را به راحتی پوشش دهند.

از نظر کیفیت عملکرد بین این دو مدل هیچ گونه تفاوتی وجود ندارد و هر دو به خوبی هم هستند.

بیم دتکتور مدل TX-7130 توسط آزمایشگاه خصوصی LPCB انگلستان تائید شده است و قابل فروش در اتحادیه اروپا و انگلستان می باشد.

بیم دتکتور تاندا مدل TX-3703 توسط آزمایشگاه دولتی کشور چین تائید شده است و قابل فروش در کشور چین می باشد.

اخذ تائیدیه های معتبر بین المللی نظیر LPCB بسیار گران قیمت هستند و به همین دلیل بیم دتکتورهای تاندا مدل TX-7130 بسیار گران تر از بیم دتکتورهای تاندا مدل TX-3703 هستند.

از آنجا که کارخانه تولید کننده بیم دتکتور تاندا در کشور چین است و برای مصارف داخل چین احتیاج به تائیدیه های آزمایشگاه های اروپایی نخواهد بود، این کارخانه بیم دتکتور مدل TX-3703 را به بازار داخلی چین معرفی نمود. این مدل سال ها در کشور چین امتحان خود را به خوبی پس داده است.

برای مدل TX-3703 میتوان یک پروگرامر دستی تهیه کرد که قیمت آن در حدود 200 دلار می باشد.

قیمت بیم دتکتور تاندا مدل TX-7130 در بازار ایران در حدود 200 دلار و توسط شرکت اسپین الکتریک در حدود 150 دلار عرضه می شوند و بیم دتکتورهای تاندا مدل TX-3703 در بازار در حدود 190 دلار و در شرکت اسپین در حدود 145 دلار به فروش میرسند.

برای هر دو مدل چهار عدد رفلکتور یا آینه داخل جعبه قرار داده شده که برای از 8 تا 40 متر، یک عدد آینه و برای از 40 تا 100 متر احتیاج به استفاده از هر چهار آینه خواهد بود.

تنظیم و راه اندازی و همچنین اتصال صحیح بیم دتکتور ها به پنل کنترل مرکزی نیاز به یک متخصص دارد و خارج از توانائی نصاب های معمولی یا برقکارهای ساختمانی است.علی الخصوص اتصال بیم دتکتورها به پنل های اعلام حریق آدرس پذیر و برنامه نویسی آنها نیاز به دانش مهندسی دارد. به یاد داشته باشید که عملکرد صحیح بیم دتکتورها با طریق نصب و راه اندازی آنها رابطه مستقیم دارد.

وارد کننده عمده محصولات بیم دتکتور تاندا در ایران شرکت خصوصی اسپین الکتریک می باشد.

 

 

چکیده: آشکارسازهای دودی بیم، ستون فقرات سیستم‌های پیشرفته اعلام حریق در فضاهای بزرگ و وسیع محسوب می‌شوند. این مقاله به بررسی عمیق اصول فیزیکی و مهندسی نهفته در عملکرد آشکارسازهای دودی بیم می‌پردازد، از مکانیسم تشخیص دود بر پایه پراکندگی و تضعیف نور مادون قرمز گرفته تا پیکربندی‌های مختلف و ملاحظات طراحی در کاربردهای عملی. با تحلیل جزئیات نحوه عملکرد این دتکتورها در حالت عادی و در شرایط حریق، چالش‌های احتمالی و راهکارهای غلبه بر آن‌ها، و همچنین مقایسه با سایر روش‌های تشخیص دود، تصویری جامع از اهمیت و کارایی این فناوری ارائه می‌شود. هدف این مقاله، ارائه یک دیدگاه علمی و کاربردی برای متخصصان، طراحان سیستم‌های ایمنی، و علاقه‌مندان به فناوری‌های اعلام حریق است.

مقدمه: امنیت در برابر حریق، از دیرباز یکی از مهم‌ترین دغدغه‌های جوامع بشری بوده است. با توسعه سازه‌های بزرگ و پیچیده نظیر انبارهای وسیع، سالن‌های کنفرانس، آتریوم‌ها، و مراکز خرید، چالش تشخیص زودهنگام حریق در این فضاهای گسترده به مراتب افزایش یافته است. آشکارسازهای دودی نقطه‌ای سنتی، که برای پوشش مساحت‌های محدودتری طراحی شده‌اند، در چنین محیط‌هایی کارایی لازم را ندارند. اینجاست که آشکارسازهای دودی بیم، با قابلیت پوشش دهی مسافت‌های طولانی، به عنوان یک راه حل بی‌بدیل مطرح می‌شوند. این مقاله به کاوش در اعماق این تکنولوژی پرداخته و پیچیدگی‌های علمی و کاربردی آن را آشکار می‌سازد.

1. اساس فیزیکی تشخیص دود: برهم‌کنش نور و ذرات معلق در قلب عملکرد آشکارسازهای دودی بیم، پدیده‌های فیزیکی پراکندگی (Scattering) و تضعیف (Attenuation) نور توسط ذرات دود قرار دارد. نور، به عنوان یک موج الکترومغناطیسی، هنگام عبور از محیطی حاوی ذرات معلق، مانند دود، با این ذرات برهم‌کنش می‌کند. این برهم‌کنش به دو شکل اصلی بروز می‌یابد:
2. 

• تضعیف (Absorption & Scattering): بخشی از انرژی نور توسط ذرات دود جذب شده یا در جهات مختلف پراکنده می‌شود. این امر منجر به کاهش شدت نور عبوری از مسیر می‌شود. آشکارسازهای دودی بیم، عمدتاً بر پایه اندازه‌گیری همین کاهش شدت نور عمل می‌کنند.
• 

• پراکندگی (Scattering): ذرات دود، نور را در تمامی جهات پراکنده می‌کنند. میزان و الگوی پراکندگی نور به اندازه ذرات، طول موج نور و زاویه دید بستگی دارد. این پدیده، اساس کار آشکارسازهای دودی از نوع پراکندگی نور (مانند برخی دتکتورهای نقطه‌ای) است، اما در دتکتورهای بیم، تمرکز اصلی بر تضعیف کلی پرتو است.
• 

برای افزایش حساسیت و کاهش تأثیر عوامل محیطی نامطلوب (مانند گرد و غبار)، اکثر آشکارسازهای دودی بیم از نور مادون قرمز (Infrared – IR) استفاده می‌کنند. طول موج‌های مادون قرمز کمتر توسط بخار آب و ذرات بسیار ریز هوا پراکنده می‌شوند، اما به طور مؤثر توسط ذرات بزرگ‌تر دود تضعیف می‌گردند.

2. اجزای اصلی و پیکربندی‌های آشکارسازهای دودی بیم یک سیستم آشکارساز دودی بیم معمولاً از سه جزء اصلی تشکیل شده است:
3. 

• فرستنده (Transmitter): این بخش شامل یک منبع نور مادون قرمز (IR LED) است که یک پرتو نوری متمرکز و کنترل‌شده را تولید می‌کند. لنزهای اپتیکی در این بخش وظیفه متمرکز کردن پرتو را بر عهده دارند تا پرتو با حداقل واگرایی به سمت گیرنده حرکت کند. در برخی مدل‌های پیشرفته، از چندین IR LED برای افزایش قدرت پرتو و پوشش دهی مسافت‌های طولانی‌تر استفاده می‌شود.
• گیرنده (Receiver): این واحد شامل یک فوتودیود (Photodiode) یا یک آرایه از فوتودیودها است که وظیفه دریافت پرتو نور فرستاده شده و تبدیل آن به یک سیگنال الکتریکی را بر عهده دارد. کیفیت و حساسیت فوتودیود در تشخیص تغییرات جزئی در شدت نور حیاتی است. لنزهای گیرنده نیز به جمع‌آوری نور و هدایت آن به سمت فوتودیود کمک می‌کنند.
• کنترل‌کننده (Controller/Control Unit): این بخش که معمولاً جدا از فرستنده و گیرنده نصب می‌شود، مسئول پردازش سیگنال‌های دریافتی از گیرنده، مقایسه آن‌ها با مقادیر مرجع (آستانه‌های از پیش تعیین شده)، و اعلام وضعیت‌های مختلف (عادی، پیش‌هشدار، حریق، خطا) است. این واحد همچنین قابلیت تنظیم حساسیت، انجام تست‌های خودکار (Auto Alignment و Drift Compensation) و اتصال به پنل مرکزی اعلام حریق را فراهم می‌کند.

پیکربندی‌ها: آشکارسازهای دودی بیم را می‌توان به دو دسته اصلی از نظر پیکربندی تقسیم کرد:

• نوع جداگانه (Separate Type – Transmitter/Receiver): در این پیکربندی، فرستنده و گیرنده در دو واحد مجزا و در فواصل معینی (معمولاً 5 تا 120 متر، و در برخی مدل‌ها تا 150-200 متر) روبروی یکدیگر نصب می‌شوند. پرتو نور از فرستنده ساطع شده و مستقیماً به گیرنده می‌رسد. این رایج‌ترین نوع آشکارساز بیم است و برای پوشش دهی مسیرهای طولانی مناسب است.
• نوع بازتابنده (Reflector Type – Transceiver/Reflector): در این حالت، فرستنده و گیرنده در یک واحد مشترک (Transceiver) قرار دارند و پرتو نور به سمت یک بازتابنده (Reflector) که در فاصله دوری نصب شده، ارسال می‌شود. بازتابنده، پرتو نور را به سمت واحد فرستنده/گیرنده بازتاب می‌دهد. این پیکربندی مزیت سیم‌کشی کمتر (تنها یک واحد به برق و سیم‌کشی نیاز دارد) و سهولت نصب بیشتری دارد، اما معمولاً برای مسافت‌های کمی کوتاه‌تر (معمولاً تا 100 متر) مورد استفاده قرار می‌گیرد و به دلیل عبور نور از مسیر دو بار (رفت و برگشت)، حساسیت کمی متفاوت دارد.

3. اصل عملکرد در حالت عادی و حریق (بر اساس تصاویر):

• حالت عادی (Normal State): در شرایط عادی و بدون وجود دود، پرتو نور مادون قرمز که از IR LED ساطع می‌شود، بدون مانع از طریق محفظه شفاف به سمت گیرنده (فوتودیود) حرکت می‌کند. پرتوها با شدت کامل به فوتودیود می‌رسند. فوتودیود این نور را به یک سیگنال الکتریکی تبدیل می‌کند که توسط واحد کنترل به عنوان “حالت عادی” یا “بدون حریق” تفسیر می‌شود. این سیگنال پایه، مرجعی برای مقایسه‌های بعدی است.
• حالت حریق (Fire Alarm – با حضور دود): هنگامی که دود ناشی از حریق وارد مسیر پرتو نور می‌شود، ذرات دود (که در تصویر به رنگ خاکستری نشان داده شده‌اند) با پرتو نور برهم‌کنش می‌کنند. همانطور که پیشتر توضیح داده شد، این برهم‌کنش باعث تضعیف و پراکندگی پرتو نور می‌شود. در نتیجه، شدت نوری که به فوتودیود می‌رسد، به طور قابل توجهی کاهش می‌یابد. فوتودیود این کاهش شدت نور را به یک سیگنال الکتریکی با دامنه کمتر تبدیل می‌کند. واحد کنترل این کاهش سیگنال را تشخیص داده و در صورتی که این کاهش از یک آستانه از پیش تعیین شده (که معمولاً بر حسب درصد انسداد نور در واحد طول بیان می‌شود) فراتر رود، وضعیت “آلارم حریق” را اعلام می‌کند و به پنل مرکزی اعلام حریق سیگنال ارسال می‌نماید.

4. تکنیک‌های پیشرفته در آشکارسازهای بیم:

• جبران رانش (Drift Compensation): با گذشت زمان، عوامل محیطی مانند گرد و غبار یا کثیف شدن لنزها می‌توانند باعث کاهش تدریجی شدت نور دریافتی شوند، حتی در غیاب دود. اگر این کاهش به درستی جبران نشود، می‌تواند منجر به آلارم‌های کاذب یا کاهش حساسیت واقعی شود. تکنولوژی جبران رانش به آشکارساز اجازه می‌دهد تا به آرامی و به صورت هوشمندانه تغییرات طولانی مدت در شدت نور را شناسایی و آستانه آلارم را متناسب با آن تنظیم کند، بدون اینکه بر توانایی تشخیص سریع دود واقعی تأثیر بگذارد.
• هم‌ترازی خودکار (Auto Alignment): نصب دقیق فرستنده و گیرنده برای اطمینان از هم‌راستایی کامل پرتو نور بسیار حیاتی است. سیستم‌های پیشرفته دارای قابلیت هم‌ترازی خودکار هستند که به طور خودکار موقعیت لنزها یا پرتو را تنظیم می‌کنند تا حداکثر شدت نور به گیرنده برسد. این ویژگی نه تنها نصب را آسان‌تر می‌کند، بلکه عملکرد بهینه را در طول زمان تضمین می‌نماید.
• فیلترهای نوری و محافظ‌ها: برای جلوگیری از ورود حشرات، ذرات بزرگ گرد و غبار و نورهای مزاحم محیطی (مانند نور خورشید) به محفظه اپتیکی، از فیلترهای نوری و محفظه‌های محافظت شده (مانند Insect Screen و Lightproof Chamber Cover در تصاویر) استفاده می‌شود. این اقدامات به حفظ دقت و پایداری عملکرد آشکارساز کمک می‌کنند.
• تشخیص چندگانه (Multi-criteria Detection): در برخی سیستم‌های پیشرفته‌تر، آشکارسازهای بیم ممکن است با سنسورهای دیگری نظیر سنسورهای حرارتی یا گاز ترکیب شوند تا اطلاعات بیشتری برای تشخیص دقیق‌تر حریق و کاهش آلارم‌های کاذب فراهم آورند.

5. کاربردها و مزایا: آشکارسازهای دودی بیم به دلیل ویژگی‌های منحصربه‌فردشان، در طیف گسترده‌ای از کاربردها به کار گرفته می‌شوند:

• انبارها و سوله های صنعتی: فضاهایی با سقف‌های بلند و مساحت‌های وسیع که نصب تعداد زیادی آشکارساز نقطه‌ای غیرعملی و پرهزینه است.
• سالن‌های ورزشی، تئاترها و سینماها: فضاهای باز با ارتفاع زیاد که نیاز به پوشش دهی گسترده دارند.
• آتریوم‌ها و لابی‌های بزرگ: سازه‌های معماری با فضاهای باز عمودی.
• فرودگاه‌ها و ایستگاه‌های قطار: مکان‌هایی با جریان هوای زیاد و مسافرت دود در مسافت‌های طولانی.
• مراکز خرید و فروشگاه‌های بزرگ: برای پوشش دهی فضاهای وسیع و راهروها.

مزایای کلیدی:

• پوشش دهی وسیع: هر آشکارساز می‌تواند مساحتی به مراتب بزرگتر از آشکارسازهای نقطه‌ای را پوشش دهد، که منجر به کاهش تعداد دتکتورهای مورد نیاز و هزینه‌های نصب می‌شود.
• مناسب برای سقف‌های بلند: توانایی تشخیص دود در ارتفاعات بالا که دتکتورهای نقطه‌ای ممکن است با تأخیر عمل کنند.
• مقاومت در برابر آلارم‌های کاذب: با تکنیک‌های جبران رانش و فیلترینگ پیشرفته، این سیستم‌ها در برابر عوامل محیطی مقاوم‌تر هستند.
• نگهداری آسان: دسترسی برای نگهداری و تمیز کردن معمولاً آسان‌تر از تعداد زیادی دتکتور نقطه‌ای است.

6. چالش‌ها و ملاحظات طراحی: با وجود مزایای فراوان، نصب و طراحی سیستم‌های آشکارساز دودی بیم نیازمند ملاحظاتی خاص است:

• هم‌ترازی دقیق: نصب اولیه نیازمند دقت بالا در هم‌ترازی فرستنده و گیرنده است. هرگونه حرکت سازه‌ای کوچک می‌تواند بر عملکرد تأثیر بگذارد.
• انسداد مسیر: مسیر پرتو نور باید همواره از هرگونه مانع (مانند قفسه‌های بلند، ماشین‌آلات، پرده‌ها یا حتی جرثقیل‌های سقفی) عاری باشد. برنامه‌ریزی دقیق چیدمان فضا ضروری است.
• تأثیر نور محیط: نور شدید خورشید یا منابع نوری قدرتمند دیگر می‌توانند در عملکرد سیستم اختلال ایجاد کنند. انتخاب مکان مناسب و استفاده از فیلترهای نوری حیاتی است.
• شرایط محیطی: تغییرات شدید دما، رطوبت، یا وجود ذرات گرد و غبار بسیار زیاد (در محیط‌های بسیار آلوده) می‌تواند بر عملکرد تأثیر بگذارد. برخی مدل‌ها دارای محفظه‌های گرمایشی یا تهویه‌شده برای مقابله با این چالش‌ها هستند.
• الگوی جریان هوا: در فضاهای بزرگ، الگوی جریان هوا می‌تواند بر نحوه انتشار دود تأثیر بگذارد. طراحی سیستم باید با در نظر گرفتن این الگوها باشد تا اطمینان حاصل شود که دود به موقع وارد مسیر پرتو می‌شود.

7. مقایسه با سایر آشکارسازها: در مقایسه با آشکارسازهای دودی نقطه‌ای، آشکارسازهای بیم در پوشش دهی مساحت‌های وسیع و ارتفاعات بالا برتری دارند. آشکارسازهای نمونه‌بردار هوا (Aspirating Smoke Detectors – ASD) نیز برای تشخیص بسیار زودهنگام در محیط‌های حساس استفاده می‌شوند، اما پیچیدگی نصب و هزینه بالاتری دارند. آشکارسازهای بیم یک راه حل میانی ارائه می‌دهند که تعادلی بین پوشش دهی، حساسیت و هزینه ایجاد می‌کند.

نتیجه‌گیری: آشکارسازهای دودی بیم به عنوان یک جزء حیاتی در سیستم‌های مدرن اعلام حریق، نقش بی‌بدیلی در حفاظت از جان و مال در فضاهای بزرگ و پیچیده ایفا می‌کنند. فهم عمیق اصول فیزیکی، مهندسی و ملاحظات طراحی مربوط به این فناوری، برای پیاده‌سازی سیستم‌های ایمنی مؤثر و قابل اعتماد ضروری است. با پیشرفت تکنولوژی، انتظار می‌رود که این دتکتورها هوشمندتر، مقاوم‌تر در برابر عوامل محیطی، و حتی در تشخیص انواع مختلف دود دقیق‌تر شوند، و بدین ترتیب، امنیت ساختمان‌های ما را در برابر بلایای حریق بیش از پیش تضمین کنند. این چشم‌های نامرئی، همواره در کمین کوچکترین نشانه‌ای از خطر، بیدار و هوشیار باقی می‌مانند.

چکیده

دتکتور دود نوری تصویری (OSID) یکی از نوآورانه‌ترین فناوری‌های کشف دود در فضاهای باز و شرایط محیطی دشوار به شمار می‌رود. این سیستم با استفاده از طول‌موج‌های دوگانه (UV و IR) و فناوری تصویر‌برداری، قادر است به دقت بین دود واقعی و ذرات مزاحم تمایز قائل شود. در این مقاله، عملکرد OSID در محیط‌های پر گرد‌و‌غبار، مرطوب، دارای میعان، مه، نور خورشید مستقیم، و نوسانات دمایی بررسی شده و راهکارهای فنی جهت بهبود عملکرد در این شرایط ارائه می‌شود.

 

۱. مقدمه

دتکتورهای دود در فضاهای باز و صنعتی اغلب با چالش‌هایی مانند گرد و غبار، رطوبت بالا، تابش نور مستقیم خورشید و نوسانات دمایی مواجه هستند. فناوری OSID به عنوان یک گزینه مناسب برای چنین محیط‌هایی، با بهره‌گیری از امواج مادون قرمز و فرابنفش و استفاده از تصویربرداری نوری، راهکاری نوین برای کاهش آلارم‌های کاذب ارائه می‌دهد.

 

۲. اصول عملکرد طول‌موج دوگانه

OSID با ارسال و دریافت هم‌زمان امواج نوری با دو طول‌موج متفاوت (UV و IR)، قادر است به‌طور مؤثر اندازه ذرات را تشخیص دهد.

• UV: تأثیرگذار بر ذرات ریز و درشت
• IR: عمدتاً حساس به ذرات بزرگ‌تر

این روش باعث می‌شود سیگنال‌های ناشی از ذرات مزاحم مانند گرد و غبار موقتی حذف شده و تنها دود واقعی تشخیص داده شود.

 

۳. اصطلاحات کلیدی

• راه‌اندازی کامل (Full Commissioning): ثبت موقعیت‌ها و سطوح مرجع اولیه
• راه‌اندازی جزئی: استفاده مجدد از اطلاعات ذخیره‌شده بدون بازتنظیم مرجع
• خطای ورود جسم: انسداد ناگهانی شدید
• خطای تضعیف: کاهش سیگنال به‌دلیل ذرات محیطی
• تصویر ناپایدار: ناشی از لرزش یا انسداد مکرر

 

۴. خطاهای رایج در سیستم OSID

• انسداد کامل: ناشی از اشیای بزرگ مانند لیفتراک، بنر، نردبان
• تضعیف متوسط: ناشی از گرد و غبار، بخار آب، مه
• نابسامانی تصویر: اغلب به دلیل ارتعاش شدید، تغییرات شدید دما یا جریان هوای گرم

 

۵. استقرار ایمن در محیط‌های دشوار

۵.۱ محیط‌های پرگرد‌و‌غبار

• در محیط‌هایی با غبار موقت: استفاده از حالت صنعتی و فعال‌سازی فیلتر غبار توصیه می‌شود.
• در محیط‌های با غبار دائم: استفاده از سیستم OSID توصیه نمی‌شود؛ چون خطای مداوم در سطح مرجع منجر به نارضایتی کاربران می‌شود.

۵.۲ محیط‌های مرطوب

• مه پاش (Water Mist): اگر به‌صورت مقطعی باشد، مشکلی ایجاد نمی‌کند؛ اما اگر دائمی و متراکم باشد، باعث تضعیف سیگنال می‌شود.
• 

• میعان (Condensation): در صورت وقوع، لنزها باید با گرم‌کن محافظت شوند.
• 

• مه (Fog): مه شدید و یکنواخت باعث آلارم‌های کاذب می‌شود، به‌ویژه در فضاهای نیمه‌باز.

۶. تجهیزات محافظتی

• پوشش IP66: برای محافظت در برابر رطوبت و گرد‌و‌غبار

• قفس محافظ فلزی: برای جلوگیری از آسیب فیزیکی در محیط‌های ورزشی یا عمومی
• 

• سایبان نوری: کاهش اشباع ناشی از نور مستقیم خورشید
• 

• میخ ضد پرنده: جلوگیری از نشستن پرندگان و آلودگی لنزها

 

۷. آلارم‌های کاذب استثنایی

با وجود سیستم فیلترینگ دوگانه، در برخی شرایط خاص مانند دود اگزوز یا ذرات معلق مشابه دود ممکن است آلارم کاذب ایجاد شود. با این حال، ناحیه اطمینان در فناوری OSID بسیار گسترده‌تر از بیم‌دتکتورهای سنتی است.

۸. جمع‌بندی و توصیه‌ها

• در محیط‌هایی با آلودگی مستمر بالای ۲۰٪، استفاده از سیستم OSID توصیه نمی‌شود.
• نصب در شرایط تمیز و بدون غبار، کلیدی برای عملکرد دقیق سیستم است.
• برای محیط‌های بسیار دشوار، دتکتورهای مکشی (ASD) گزینه مناسب‌تری هستند.
• تست‌های مقدماتی و استفاده از نرم‌افزار پایش‌گر داخلی برای ارزیابی عملکرد توصیه می‌شود.

 

هدف این راهنما ارائه اطلاعات در مورد نصب صحیح بیم دتکتورهای دود در کاربردهای حفاظت از جان و مال است. این راهنما به طور خلاصه اصول عملکرد بیم دتکتورها، الزامات طراحی آنها و کاربردهای عملی آنها به عنوان بخشی از سیستم اعلام حریق را شرح می‌دهد.

بیم دتکتورها می‌توانند اجزای مهمی از یک سیستم اعلام حریق با طراحی مناسب باشند. قابلیت‌های منحصر به فرد آنها این امکان را فراهم می‌کند تا بسیاری از مشکلات و محدودیت‌های دتکتورهای نقطه‌ای و سیستم‌های مکنده در برخی کاربردها را برطرف کنند. این راهنما برای کمک به درک قابلیت‌ها و محدودیت‌های بیم دتکتورها و تفاوت آنها با دتکتورهای نقطه‌ای تهیه شده است.

توجه: این سند تنها به عنوان یک راهنمای کلی برای کاربرد بیم دتکتورها در نظر گرفته شده است. همیشه باید به الزامات و دستورالعمل‌های نصب سازنده دتکتور و استانداردهای محلی مراجعه شود.

 

**دتکتورهای دود مکنده**

هوا از طریق شبکه‌ای از لوله‌ها مکیده می‌شود تا دود تشخیص داده شود. دود وارد محفظه نمونه‌برداری می‌شود که با تشخیص نور پراکنده‌شده توسط ذرات دود معلق در هوا، وجود آنها را شناسایی می‌کند.

 

**بیم دتکتور دود نوری (بیم)**

یک دتکتور آتش که از پرتو نور (معمولاً مادون قرمز) استفاده می‌کند و آن را در یک فضای باز منتشر می‌نماید تا دود ناشی از آتش اولیه را نظارت کند. دو نوع اصلی بیم دتکتور وجود دارد:

– **انتهایی به انتهایی:** فرستنده و گیرنده در دو انتهای ناحیه تحت حفاظت نصب می‌شوند.

– **بازتابی:** فرستنده و گیرنده در یک محفظه واحد نصب شده‌اند و پرتو به یک بازتابنده ویژه هدایت می‌شود که در انتهای مقابل ناحیه تحت حفاظت قرار دارد.

 

**فرستنده (معروف به پرتاب‌کننده، TX)**

این دستگاه در سیستم بیم دتکتور انتهایی به انتهایی با یک گیرنده اختصاصی جفت می‌شود و سیگنال نوری را در ناحیه تحت حفاظت منتشر می‌کند. فرستنده می‌تواند به صورت یکپارچه با گیرنده در یک واحد ترکیب شود.

 

گیرنده (معروف به حسگر، RX)
این دستگاه در سیستم بیم دتکتور دود نوع انتهایی به انتهایی با یک فرستنده اختصاصی جفت می‌شود و سطح سیگنال نور دریافت‌شده پس از عبور از ناحیه تحت حفاظت را نظارت می‌کند.

کنترلر
این قطعه از سیستم بیم دتکتور دود نوری است که به مهندس اعلام حریق یا فرد صلاحیت‌دار اجازه می‌دهد تنظیمات، پیکربندی و عیب‌یابی بیم‌ها را در سطح زمین انجام دهد و نیاز به استفاده از تجهیزات دسترسی در ارتفاع را برطرف می‌کند.

محدوده بیم
این فاصله کلی بین فرستنده و گیرنده بیم در دتکتورهای نوع انتهایی به انتهایی و فاصله بین فرستنده/گیرنده تا بازتابنده در دتکتورهای بازتابی است.

این محدوده معمولاً به صورت ‘A تا B’ بیان می‌شود که در آن:

• A حداقل محدوده عملیاتی (از ۰ متر)
• B حداکثر محدوده عملیاتی (از ۰ متر) است.

مثال: محدوده ۵ تا ۱۰۰ متر به این معنی است که بیم می‌تواند در فاصله حداقل ۵ متر و حداکثر ۱۰۰ متر به درستی عمل کند.

**پوشش دتکتور**

پوشش دتکتور به ناحیه‌ای گفته می‌شود که در آن دتکتور قادر به تشخیص مؤثر آتش‌سوزی در حال وقوع است. این ناحیه بر اساس استانداردهای محلی و بین‌المللی تعریف می‌شود و معمولاً به صورت عرضی یا مدور از مرکز دتکتور محاسبه می‌گردد.

 

**جبران انحراف (دریفت)**

این قابلیت به دتکتور اجازه می‌دهد به صورت خودکار موقعیت و/یا سیگنال ارسالی را تنظیم کند تا همترازی بهینه حفظ شود. این ویژگی با محدودیت‌هایی طراحی شده تا:

– توانایی تشخیص آتش‌های با رشد کند (آتش‌های کم‌دود) حفظ شود

– اثرات تجمع آلودگی روی سطوح دتکتور خنثی گردد

– جابجایی‌های جزئی ساختمان جبران شود

 

**منشور (بازتابنده)**

این قطعه در بیم‌های بازتابی استفاده می‌شود. ویژگی بازتاب بالای آن امکان بازگرداندن نور به منبع نور و حسگر مجاور را حتی در مسافت‌های طولانی فراهم می‌کند. با استفاده از آرایه‌ای از منشورها می‌توان به بردهای تا ۱۲۰ متر دست یافت.

 

**تیرگی (ابسکیوریشن)**

تیرگی مقدار کاهش شدت نور در اثر وجود ذرات یا مواد نیمه‌شفاف در مسیر بیم است. این مقدار معمولاً به صورت درصد یا کاهش دسی‌بل (dB) بیان می‌شود و معیاری برای تشخیص دود محسوب می‌گردد.

 

**حساسیت**

توانایی دتکتور دود در واکنش به سطح معینی از دود. این ویژگی در بیم دتکتورها معمولاً قابل تنظیم است.

 

**دتکتور نقطهای**

دستگاهی که آتش اولیه را در یک نقطه مشخص تشخیص میدهد و معمولاً از فناوری تشخیص دود نوری یا یونیزاسیون و یا تشخیص حرارت استفاده میکند. محدوده پوشش دتکتور نقطهای توسط استانداردهای محلی یا ملی تعریف میشود.

 

**لایهبندی (استراتیفیکیشن)**

پدیدهای که هنگام گرمتر بودن دود از هوای اطراف رخ میدهد، به طوری که دود تا رسیدن به دمای برابر با هوای اطراف بالا میرود و سپس متوقف میشود.

 

**چه کسانی باید این راهنما را مطالعه کنند؟**

در صورتی که یکی از موارد زیر در مورد شما صدق میکند، این راهنما برای شما مفید خواهد بود:

– شما مسئول طراحی یا مشخص کردن سیستمهای تشخیص حریق هستید

– مسئول سیستم حفاظت از حریق ساختمان هستید

– مسئول ایمنی آتش (مارشال آتش) در محل کار خود هستید

– قصد نصب بیم دتکتور دود یا سایر سیستمهای تشخیص دود را دارید

– در حوزه ارزیابی ریسک حفاظت از حریق فعالیت میکنید

– در پشتیبانی یا فروش سیستمهای تشخیص حریق نقش دارید

– در خدمات آتشنشانی و نجات فعالیت میکنید

 

**توجه:** این راهنما تنها راهنمای کلی ارائه میدهد. شما باید مقررات محلی و ملی و همچنین مشخصات فنی سازنده را برای دتکتورهای خاص نیز بررسی کنید

**بیم دتکتور دودی اعلام حریق چیست؟**

 

رایج‌ترین نوع دتکتور دود، **دتکتور نقطهای دودی** است. این دستگاه شامل یک پرتو نور مادون قرمز است که درون محفظه‌ای کوچک در بدنه دستگاه تابیده می‌شود. هنگام ورود دود به محفظه از طریق منافذ بدنه، پرتو نور تحت تأثیر قرار گرفته و دستگاه را به حالت هشدار می‌برد.

 

**بیم دتکتورهای دودی اعلام حریق** بر همین اصل کار می‌کنند، با این تفاوت که پرتو نور در فضای باز ساختمان منتشر می‌شود. این سیستم به‌طور مؤثر کل فضای ساختمان را به یک محفظه تشخیص دود تبدیل می‌کند که امکان شناسایی دود در طول مسیر پرتو را فراهم می‌نماید.

 

**نحوه عملکرد بیم دتکتور دودی اعلام حریق**

سیستم تشخیص دود با پرتو نوری به این صورت عمل می‌کند:

1. **تشکیل پرتو نامرئی**: یک پرتو مادون قرمز نامرئی بین فرستنده و گیرنده برقرار می‌شود.
2. **تأثیر دود بر پرتو**: هنگام عبور دود از مسیر پرتو، ذرات جامد و قطرات مایع موجود در دود باعث پراکندگی و انعکاس فوتون‌های نور می‌شوند.
3. **کاهش شدت نور**: این پراکندگی منجر به کاهش شدت نور در سمت مقابل ابر دود می‌گردد.
4. **تشخیص و هشدار**: سیستم این کاهش شدت نور (که به عنوان تیرگی شناخته می‌شود) را تشخیص داده و آن را به عنوان علامت وجود آتش تفسیر می‌کند.

 

**مزایای کلیدی:**

– پوشش گسترده‌تر نسبت به دتکتورهای نقطهای

– حساسیت تنظیم‌پذیر برای تشخیص دود

– مناسب برای فضاهای بزرگ و سقف‌های بلند

انواع بیم دتکتورهای موجود چیست؟

دو نوع پیکربندی اصلی برای بیم دتکتورها وجود دارد:

و یا رفلکتوری و انتها به انتها**بازتابشی** و **انتهایی**.

هر دو شامل یک فرستنده (T) (منبع نور) و یک گیرنده (R) (دتکتور) هستند.

**نصب و نگهداری**

بیم دتکتورهای بازتابشی نصب و نگهداری آسان‌تر و کم‌هزینه‌تری نسبت به نوع انتهایی دارند، زیرا تنها به کابل‌کشی الکتریکی در یک سمت فضای تحت حفاظت نیاز است و تنها یک دستگاه برای تمیزکاری و نگهداری در زمان سرویس وجود دارد.

 

**ترازکردن**

معمولاً ترازکردن بیم بازتابشی ساده‌تر است، زیرا تنها یک قطعه تجهیز در یک انتهای بیم نیاز به تنظیم دارد (معمولاً بازتابنده قابل تنظیم نیست)، درحالی که دتکتورهای انتهایی نیاز به تنظیم در هر دو انتهای بیم دارند.

 

**فضای مورد نیاز بیم**

بیم بازتابشی با عبور از فضای بازگشتی از بازتابنده، واگرا می‌شود و بنابراین فضای بیشتری اشغال می‌کند. درحالی که یک بیم انتهایی می‌تواند از فاصله‌ای باریک‌تر عبور کند

تفاوت آن‌ها با سایرین چیست؟
دتکتورهای دود نقطه‌ای، همان‌طور که از نامشان پیداست، دود را در فاصله‌های بسیار کوتاه و با استفاده از یک محفظه درون خود دتکتور شناسایی می‌کنند. برخی مدل‌ها از اصل پراکندگی نور استفاده می‌کنند، جایی که وجود دود جهت پرتو نور را تغییر می‌دهد تا توسط یک فوتودیود تشخیص داده شود. مدل‌های دیگر تغییر در ویژگی‌های الکتریکی هوای داخل دتکتور را که ناشی از وجود دود است، شناسایی می‌کنند.

دتکتورهای دود مکنده، هوا را از طریق شبکه‌ای از نقاط نمونه‌برداری متصل به سیستم لوله‌کشی به یک محفظه حسگر می‌کشند. تشخیص دود در این سیستم‌ها بر اساس اصول مشابه دتکتورهای نقطه‌ای انجام می‌شود.

مهم‌ترین تفاوت بین این فناوری‌ها، نحوه پایش منطقه تحت حفاظت است.

نحوه نصب صحیح بیم دتکتورهای نوری
رعایت دستورالعمل‌های زیر عملکرد بهینه دتکتورها را تضمین کرده و از خطاها و هشدارهای کاذب جلوگیری می‌کند:

نصب بر سطوح سازه‌ای مستحکم:
فرستنده/گیرنده/بازتابنده را بر بخش‌های سازه‌ای ثابت ساختمان نصب کنید که حداقل جابجایی ناشی از تغییرات دما، ارتعاش یا نشست را تجربه می‌کنند. از دتکتورهای دارای قابلیت تنظیم مجدد خودکار برای جبران جابجایی‌های طولانی‌مدت ساختمان استفاده نمایید.

انتخاب نوع مناسب بیم برای نصب:
اگر فضای تحت حفاظت برای یک بیم واحد بیش‌ازحد طولانی است، از آرایش‌های پشت‌به‌پشت، رو‌به‌پشت یا رو‌به‌رو استفاده کنید. یا از دتکتورهای مجهز به فازبندی پویا بیم برای جلوگیری از تداخل بیم‌ها و حذف نیاز به محافظ اضافی بهره ببرید.

تضمین خط دید واضح برای بیم:
از سطوح براق در مسیر بیم اجتناب کنید و در دتکتورهای بازتابشی این سطوح را حداقل یک متر از مرکز بیم دور نگه دارید (این فاصله در دتکتورهای انتهایی می‌تواند کمتر باشد).

همراستایی صحیح بیم:
از دتکتورهای دارای شاخص‌های همترازی مؤثر یا روال‌های تراز خودکار استفاده کنید تا از راه‌اندازی بیم‌های ناهمتراز جلوگیری شود.

چیدمان بهینه بیم‌ها برای پوشش فضایی مطلوب:
بیم‌ها می‌توانند بدون ایجاد سیگنال‌های ناخواسته در گیرنده‌ها، یکدیگر را قطع کنند.

اجتناب از نور مستقیم خورشید:
در صورت اجتناب‌ناپذیری (مثلاً در آتریوم‌های شیشه‌ای)، از دتکتورهای دارای الگوریتم‌های جبران نور برای تنظیم تغییرات سطح نور محیط استفاده کنید.

تعیین وظایف/فواصل نگهداری مناسب:
میزان آلودگی نوری ناشی از گردوغبار یا تعریق را با بررسی سطوح نزدیک به دتکتورها ارزیابی کنید. آستانه هشدار را متناسب با سطح آلودگی احتمالی تنظیم نمایید. از دتکتورهای دارای الگوریتم‌های پایش و تنظیم بهره برای جبران تغییرات تدریجی سیگنال استفاده کنید. برنامه‌ای برای تمیزکاری دوره‌ای اجزای نوری تعیین نمایید.

تنظیمات مناسب سیستم:
مشخصه تأخیر تا خطا را متناسب با عملیات ساختمان پیکربندی کنید (مثلاً برای تحمل انسدادهای موقت بیم توسط ماشین‌آلات). اگر تغییرات عملیاتی مکرر است، یک کنترلر سطح پایین نصب کنید تا تنظیمات به‌راحتی بهینه شوند. از دتکتورهای پیشرفته‌ای که روند شدت بیم را پایش می‌کنند، برای تفکیک آتش واقعی از اثرات دیگر استفاده نمایید

جلوگیری از نشستن پرندگان:
در صورت لزوم، تمهیداتی برای ممانعت از نشستن پرندگان روی دتکتورها و انسداد احتمالی بیم بیندیشید

 

ثبت گزارش سیستم:
بیم دتکتورها تجهیزات ایمنی حیاتی هستند. مستندسازی نصب برای نگهداری آینده و اطمینان از ایمنی و صحت نصب ضروری است.

آرایش‌های نصب

برای نصب بیم دتکتورهای نوری، آرایش‌های مختلفی وجود دارد که بسته به شرایط محیط و نیازهای حفاظتی می‌توان از آنها استفاده کرد:

1. آرایش انتهایی (End-to-End):
   • فرستنده (T) و گیرنده (R) در دو طرف فضای تحت حفاظت نصب می‌شوند.
   • مناسب برای فضاهای با مسیر مستقیم و بدون مانع.
2. آرایش بازتابشی (Reflective):
   • فرستنده/گیرنده (TR) در یک سمت و بازتابنده (Reflector) در سمت مقابل نصب می‌شود.
   • مناسب برای مکان‌هایی که کابل‌کشی به سمت مقابل دشوار است.
3. آرایش پشت‌به‌پشت (Back-to-Back):
   • دو دتکتور به صورت پشت‌به‌هم نصب شده و هر کدام فضای مجاور را پوشش می‌دهند.
   • برای فضاهای بزرگ با نیاز به پوشش چندمنطقه.
4. آرایش رو‌به‌پشت (Face-to-Back):
   • فرستنده یک دتکتور به گیرنده دتکتور دیگر نشانه‌گیری می‌کند.
   • جهت پوشش‌دهی زوایای خاص یا فضاهای نامنظم.
5. آرایش رو‌به‌رو (Face-to-Face):
   • فرستنده و گیرنده دو دتکتور به صورت مستقیم به هم نشانه‌گیری می‌کنند.
   • برای افزایش حساسیت در مناطق حساس.

انتخاب آرایش مناسب به عواملی مانند ابعاد فضای تحت پوشش، موانع فیزیکی، سهولت نصب و هزینه‌های نگهداری بستگی دارد.

**توصیه‌های استاندارد (BS 5839 بخش 1)**

 

استاندارد **BS 5839 Part 1** راهنمایی برای **طراحی، نصب، راه‌اندازی و نگهداری** سیستم‌های تشخیص خودکار حریق در ساختمان‌های غیرمسکونی ارائه می‌دهد. برخی از توصیه‌های کلیدی مربوط به **بیم دتکتورهای نوری** به شرح زیر است:

 

*(این مطالب صرفاً جهت راهنمایی کلی است. برای اطلاعات دقیق‌تر به متن استاندارد مراجعه کنید.)*

 

### **ارتفاع نصب دتکتورها**

– بیم دتکتورها باید **تا حد امکان نزدیک به سقف** نصب شوند تا از تجمع و گسترش دود (Smoke Plume) در زمان آتش‌سوزی بهره‌برداری کنند.

– **حداکثر ارتفاع قابل پوشش** توسط یک دتکتور به دو عامل بستگی دارد:

1. **تخت بودن یا نبودن سقف**
2. **حساسیت دتکتور**

 

**راهنمای ارتفاع بر اساس حساسیت:**

– **حساسیت معمولی** (Normal Sensitivity):

– آستانه هشدار دتکتور >35% تضعیف سیگنال

– مناسب برای فضاهای با ارتفاع استاندارد.

 

– **حساسیت افزایش‌یافته** (Enhanced Sensitivity):

– آستانه هشدار دتکتور ≤35% تضعیف سیگنال

– در فضاهای بلندتر، **تشخیص مکمل (Supplementary Detection)** در ارتفاع پایین‌تر نیز توصیه می‌شود (به بخش *«فاصله افقی دتکتورها»* مراجعه کنید).

 

—

 

### **ملاحظات اضافی برای فضاهای بلند:**

– در محیط‌های با ارتفاع زیاد، ممکن است نیاز به **نصب دتکتورهای اضافی در سطوح پایین‌تر** باشد تا از پوشش بهینه اطمینان حاصل شود.

– در سقف‌های غیرتخت (مانند سقف‌های شیبدار یا قوسی)، محاسبه ارتفاع نصب باید با دقت بیشتری انجام شود.

 

*(برای جزئیات فنی بیشتر، از جمله جدول‌های دقیق ارتفاع و فاصله، به استاندارد BS 5839 Part 1 مراجعه نمایید.)*

بیم دتکتورها را می‌توان در ارتفاعی بسیار بیشتر از دتکتورهای نقطه‌ای (حداکثر ۱۰.۵ متر) نصب کرد، زیرا طول بیشتر فضای تحت حفاظت، مشکل تشخیص چگالی کمتر دود را هنگام پراکندگی آن جبران می‌کند

در برخی مکان‌ها مانند آتریوم‌ها یا زیر نورگیرها، نصب بیم‌ها در نزدیکی حداکثر فاصله مجاز زیر سقف ایمن‌تر است تا بتوانند لایه‌های دود طبقه‌بندی شده‌ای را که به سقف نمی‌رسند تشخیص دهند.

فاصله از سطوح عمودی

دتکتورها باید حداقل 0.5 متر فاصله از موارد زیر داشته باشند:

• نزدیک‌ترین دیوار عمودی؛
• هر سطح نصب‌شده روی سقف (مانند تیر یا کانال) که بیش از 10% از ارتفاع کل سقف به داخل فضا پیش‌آمدگی دارد؛
• هر سطح نصب‌شده روی کف که کمتر از 300 میلی‌متر به سقف نزدیک شده است

• فاصله افقی بیم دتکتورها
  در ارتفاع سقف، حداکثر فاصله افقی بین هر نقطه و بخشی از یک بیم باید ۷.۵ متر باشد

• همین محدودیت ۷.۵ متری برای دتکتورهای نقطه‌ای و دتکتورهای مکنده دود نیز اعمال می‌شود که این موضوع مزیت آشکاری برای بیم دتکتور در فضاهای بزرگ فراهم می‌کند، زیرا پوشش‌دهی بسیار کارآمدتری دارد.
  در مثال نشان داده شده برای یک سطح به مساحت ۱۲۶۰ متر مربع، ۲ بیم دتکتور کافی است، در حالی که ۱۲ دتکتور نقطه‌ای یا نقاط نمونه‌برداری مکنده مورد نیاز است
• بیم دتکتورهایی که در رأس سقف‌های شیب‌دار نصب می‌شوند، به دلیل اثر «هدایت‌کنندگی» سقف، می‌توانند مناطق افقی وسیع‌تری را پوشش دهند.
  فاصله را به ازای هر ۱ درجه شیب سقف، ۱٪ افزایش دهید تا حداکثر افزایش ۲۵٪ حاصل شود (که حداکثر فاصله ۹.۳۸ متر خواهد بود)

استفاده از تشخیص تکمیلی برای ساختمان‌هایی با سقف‌های بسیار بلند توصیه می‌شود. این کار می‌تواند تشخیص زودتر حریق را فراهم کند و از اثر لایه‌بندی جلوگیری نماید.

محدودیت‌های فاصله افقی در این حالت کمتر از فاصله در ارتفاع سقف است، زیرا در بالای حجم تحت حفاظت، سطحی وجود ندارد که از پراکندگی ستون دود جلوگیری کند.

چه ابزاری برای نصب آن نیاز دارید؟
دستورالعمل‌های نصب، تراز کردن و آزمایش بیم دتکتور اعلام حریق بسته به مدل و سازنده متفاوت است، بنابراین باید دستورالعمل‌های ارائه‌شده همراه با سیستم خود را دنبال کنید. با این حال، ابزارها و تجهیزات زیر هنگام نصب هر نوع سیستم تشخیص مفید هستند:

ابزارهای لازم برای نصب دتکتورها روی سازه ساختمان:
دریل، پیچ‌گوشتی چهارسو و دوسو و غیره.

کیت راه‌اندازی و آزمایش: این کیت از تأمین‌کننده شما قابل تهیه است و شامل تمام ابزارهای لازم برای آزمایش دتکتور در برابر حریق و خطا می‌باشد.

مولتی‌متر و سیم‌های آزمایش: برای بررسی منبع تغذیه ورودی هنگام عیب‌یابی.

بالابر قیچی‌شو یا سایر تجهیزات دسترسی در ارتفاع: برای نصب دتکتورها استفاده می‌شود. همچنین میله‌های دسترسی برای آزمایش دتکتورها پس از نصب مفید هستند، زیرا در وقت صرفه‌جویی کرده و از نیاز به کار در ارتفاع جلوگیری می‌کنند.

الزامات نگهداری برای بیم دتکتور اعلام حریق چیست؟
برای حفظ عملکرد دتکتورها، به صورت دوره‌ای مراحل زیر را انجام دهید (فاصله زمانی این کار بستگی به میزان تمیزی محیط عملکرد دارد):

۱. دتکتورها را از پنل کنترل سیستم اعلام حریق جدا کنید.
۲. اجزای نوری (فرستنده/گیرنده/بازتاب‌دهنده) را با یک پارچه نرم و بدون پرز تمیز کنید.
۳. دتکتورها را مجدداً تراز کنید تا از بهینه بودن سطح سیگنال اطمینان حاصل شود.
۴. دتکتورها را به پنل کنترل سیستم اعلام حریق متصل کنید.
۵. دتکتورها را آزمایش کنید (این معمولاً شامل مسدود کردن بیم در محل گیرنده است).

کجا می‌توان آن‌ها را نصب کرد؟
فاصله‌های طولانی و بدون مانع:
– انبارها
– آشیانه هواپیما
– ترمینال‌های فرودگاه
– مراکز ورزشی
– چاه‌های آسانسور

ساختمان‌های بلند
– تأسیسات تولیدی
– ترمینال‌های فرودگاه
– آشیانه‌های هواپیما
– کلیساها
– آتریوم‌ها

دسترسی محدود
– پایانه‌های حمل‌ونقل عمومی
– ترمینال‌های فرودگاه
– ساختمان‌های دولتی
– سایت‌های تولیدی

تعداد محدود دتکتورها قابل قبول است
– ملاحظات معماری (ساختمان‌های باستانی، سبک‌های مدرن مینیمالیستی)
– نصب روی سقف امکان‌پذیر نیست (آتریوم‌ها، سقف‌های شیشه‌ای)
– دفاتر با پلان باز
– تشخیص غیر ملموس و نامحسوس مطلوب است (نگارخانه‌های هنری، موزه‌ها، کتابخانه‌ها)

فضاهای انفجاری
– تجهیزات الکترونیکی می‌توانند در محفظه‌های ضد انفجار مهر و موم شوند.
– کنترلر سطح پایین در ناحیه‌ای ایمن و دور از محل خطر برای پایش سیستم قرار می‌گیرد.

آیا می‌دانستید؟
بیم دتکتورهای اعلام حریق تنها قادر به محافظت از فضاها به صورت افقی نیستند. این دتکتورها با موفقیت برای محافظت از نصب‌های عمودی مانند چاه‌های آسانسور نیز استفاده شده‌اند، جایی که تنها یک یا دو دتکتور برای محافظت از چندین طبقه نصب و نگهداری می‌شود، به جای تعداد بسیار بیشتری از دتکتورهای نقطه‌ای.

2. گاز چیست؟

2-1. ترکیب هوا

هوا تقریباً از 78٪ نیتروژن، 21٪ اکسیژن و 1٪ گازهای دیگر (مانند آرگون و دی‌اکسید کربن) تشکیل شده است. نیتروژن، که بزرگ‌ترین جزء هواست، پایه‌ی پروتئین‌های ساخته‌شده از اسیدهای آمینه را تشکیل می‌دهد و در بسیاری از موجودات زنده یافت می‌شود. نیتروژن برای تقریباً تمام حیات روی این سیاره ضروری است. با این حال، نیتروژن مستقیماً از هوا به بدن جذب نمی‌شود. نیتروژنی که ما استنشاق می‌کنیم، صرفاً هنگام بازدم خارج می‌شود. اکسیژن، که برای حیات ضروری است و مستقیماً به بدن ما جذب می‌شود، 21٪ از هوا را تشکیل می‌دهد. دی‌اکسید کربن، که برای فتوسنتز گیاهان حیاتی است، کمتر از 1٪ است. جانوران اکسیژن جذب می‌کنند و دی‌اکسید کربن دفع می‌کنند و گیاهان دی‌اکسید کربن جذب می‌کنند و اکسیژن دفع می‌کنند، که این امر تعادل ثابتی در ترکیب کلی هوا و فرآیندهای حیاتی روی این سیاره حفظ می‌کند.

2-2. خطرات گاز

به طور کلی، خطرات گاز به سه دسته زیر تقسیم می‌شوند:

 

گازهای قابل اشتعال

گازهایی که در صورت ترکیب با هوا، محدوده انفجاری (محدوده اشتعال) دارند.

بر اساس سیستم جهانی هماهنگ طبقه‌بندی و برچسب‌گذاری مواد شیمیایی (GHS*)، این مواد در حالت گازی در فشار استاندارد اتمسفر (101.3 کیلوپاسکال) و دمای 20 درجه سانتی‌گراد تعریف می‌شوند.

* GHS: سیستم جهانی هماهنگ طبقه‌بندی و برچسب‌گذاری مواد شیمیایی

 

گازهای سمی

گازهایی که عملکرد بیولوژیکی انسان را مختل می‌کنند.

گازهای سمی بر اساس مقادیر آستانه‌ای تنظیم می‌شوند که برای محافظت از اثرات مضر سلامتی کارگرانی که در محل کار روزانه 8 ساعت و هفته‌ای 40 ساعت در معرض این مواد قرار می‌گیرند، تعیین شده‌اند.

 

کمبود اکسیژن

بدن انسان می‌تواند در غلظت اکسیژن جو حدود 21% به طور طبیعی عمل کند.

اگر اکسیژن مصرف شود و غلظت آن کاهش یابد (مثلاً در اثر اکسیداسیون فلزات یا فعالیت میکروارگانیسم‌ها) یا اگر اکسیژن توسط گازهای دیگر (مانند N₂ و Ar) جایگزین شود، اثرات آن بر بدن انسان زمانی آشکار می‌شود که غلظت اکسیژن به زیر حدود 18% برسد. در غلظت‌های 6% تا 8% خطر مرگ وجود دارد.

3. خطرات گازهای قابل اشتعال

3-1. سه عنصر لازم برای احتراق

 

احتراق به طور کلی به واکنش اکسیداسیونی گفته می‌شود (که در آن مواد با اکسیژن ترکیب می‌شوند) که همراه با تولید گرما و نور است.

ماده سوختنی

گاز حامی احتراق

منبع اشتعال

در صورت نبود هر یک از این عناصر، احتراق امکان‌پذیر نیست. برای جلوگیری از احتراق گاز، ضروری است که غلظت گاز را زیر حدی که بتواند مشتعل شود تنظیم و حفظ کرد (با فرض وجود گاز حامی احتراق و منبع اشتعال).

3-2. محدوده انفجاری

اگر یک گاز قابل اشتعال یا بخار ناشی از یک مایع قابل اشتعال با هوا یا اکسیژن مخلوط شود، در صورت وجود منبع احتراق و قرار گرفتن غلظت در محدوده خاصی، منفجر خواهد شد. این محدوده غلظت، محدوده انفجاری نامیده می‌شود. حد پایینی غلظت، حد انفجاری پایین (LEL) و حد بالایی غلظت، حد انفجاری بالا (UEL) نام دارد.

مثال: هیدروژن

حد انفجاری پایین مقداری است که به صورت تجربی تعیین می‌شود، اما نتایج به‌دست‌آمده ممکن است بسته به شرایط و روش‌های آزمایش متفاوت باشد. بنابراین احتیاط لازم است و مقادیر ذکرشده ممکن است بسته به منبع مرجع متغیر باشند.

 

رایج است که آشکارسازهای گاز، غلظت گاز را بر اساس حد انفجاری پایین پایش می‌کنند. دلیل این امر آن است که حتی اگر غلظت گاز از حد انفجاری بالا بیشتر باشد، در صورت نشت گاز به اتمسفر، گاز بلافاصله رقیق شده و پخش می‌شود و غلظت آن به محدوده انفجاری می‌رسد. واحد %LEL معمولاً برای بیان غلظت نسبت به حد انفجاری پایین استفاده می‌شود (100%LEL).

 

3-3. بخار قابل اشتعال

اگرچه هر دو در حالت گازی هستند، اما گاز و بخار به طور کلی به دو چیز متفاوت اشاره دارند. بخار به ماده‌ای گفته می‌شود که در دمای معمولی به حالت مایع (یا جامد) وجود دارد، اما تحت شرایط خاصی از فاز مایع به فاز گازی تبخیر می‌شود. ویژگی‌های فیزیکی زیر، که بر اساس تغییرات دما تعیین می‌شوند، مشخص می‌کنند که آیا بخار قابل اشتعال می‌تواند به یک خطر تبدیل شود یا خیر.

 

1. فشار بخار اشباع

این فشار به فشاری اشاره دارد که در آن یک ماده در دمای خاصی از مایع به گاز تبخیر می‌شود. فشار بخار معمولاً با افزایش دما بالا می‌رود. دمایی که در آن فشار برابر با فشار اتمسفر (101.3 کیلوپاسکال ≈ 760 میلی‌متر جیوه) می‌شود، نقطه جوش نامیده می‌شود. غلظت (غلظت حجمی) گازی که در دمای خاصی تبخیر می‌شود را می‌توان با محاسبه درصد فشار بخار نسبت به فشار اتمسفر تعیین کرد.

شکل بالا، منحنی‌های فشار بخار اشباع برای اتانول و آب را نشان می‌دهد. از آنجا که نقطه جوش آب ۱۰۰ درجه سانتی‌گراد است، مشاهده می‌شود که منحنی فشار بخار در فشار ۱۰۱.۳ کیلوپاسکال، دمای ۱۰۰ درجه سانتی‌گراد را نشان می‌دهد. به عبارت دیگر، غلظت بخار آب اشباع در این نقطه ۱۰۰ درصد حجمی است.

 

از طرف دیگر، اتانول مایعی فرّارتر از آب است (یعنی فشار بخار بالاتری دارد)، همانطور که هر کسی که قبل از تزریق در بیمارستان با اتانول ضدعفونی شده باشد، به راحتی درک می‌کند. در عمل، نقطه جوش اتانول ۷۸ درجه سانتی‌گراد است. این داده نیز نشان می‌دهد که اتانول فرّارتر از آب است.

 

می‌توانیم غلظت گاز اتانول را در دمای خاصی بر اساس فشار بخار آن دما محاسبه کنیم. به عنوان مثال، از منحنی فشار بخار اشباع می‌توان دریافت که فشار بخار اتانول در ۲۰ درجه سانتی‌گراد تقریباً ۵.۸ کیلوپاسکال است. این مقدار را می‌توان در معادله زیر قرار داد تا غلظت گاز محاسبه شود:

 

=غلظت گاز (درصد حجمی) = (فشار بخار در دمای مشخص) ÷ (فشار اتمسفر) × ۱۰۰

= ۵.۸ (kPa) ÷ ۱۰۱.۳ (kPa) × ۱۰۰

= ۵.۷ درصد حجمی

 

این محاسبه ارزش به خاطر سپردن دارد. حتی اگر منحنی فشار بخار مانند شکل بالا در دسترس نباشد، معمولاً برگه اطلاعات ایمنی (SDS) ارائه‌شده توسط تولیدکننده مواد شیمیایی، داده‌های فشار بخار را برای دماهای معمولی (۲۰ تا ۳۰ درجه سانتی‌گراد) شامل می‌شود که می‌توان از آنها برای محاسبه غلظت گاز استفاده کرد.

 

۲. نقطه اشتعال (Flash Point)

نقطه اشتعال به کمترین دمایی اشاره دارد که در آن، غلظت بخار یک ماده در هوا به حدی می‌رسد که در صورت وجود منبع احتراق، قابلیت اشتعال پیدا می‌کند. این دما را می‌توان به عنوان دمایی تفسیر کرد که در آن، غلظت بخار قابل اشتعال به حد انفجاری پایین (LEL) می‌رسد. اگر نقطه اشتعال مایعی که بخار قابل اشتعال تولید می‌کند، پایین‌تر از دمای محیطی باشد که مایع در آن استفاده می‌شود، به دلیل خطر بالای آتش‌سوزی و انفجار، احتیاط زیادی در ارزیابی خطر اشتعال لازم است.

 

۳. نقطه خودسوزی (Ignition Point)

این دما به کمترین دمایی اشاره دارد که یک ماده قابل اشتعال در هوا، به دلیل افزایش دمای خود ماده (و نه تماس موضعی با یک جسم داغ مانند جرقه الکتریکی، شعله یا سیم فلزی گداخته) به صورت خودبه‌خود مشتعل می‌شود. تولیدکنندگان تجهیزات الکتریکی ضد انفجار باید دستگاه‌ها را به گونه‌ای طراحی و تولید کنند که دمای سطحی تجهیزات که احتمال تماس با گاز یا بخار قابل اشتعال را دارد، از نقطه خودسوزی گاز یا بخار مربوطه تجاوز نکند.

۴-۱. خطرات گازهای سمی

گازهای مورد استفاده یا تولیدشده به عنوان گازهای فرآیندی در صنایع مختلف، شامل گازهای سمی هستند که حتی در غلظت‌های بسیار کم می‌توانند آسیب‌های جدی به سلامت انسان وارد کنند یا حتی منجر به مرگ شوند.

 

برخی گازها مانند **سولفید هیدروژن (H₂S)** و **آمونیاک (NH₃)** بوی مشخصی دارند که انسان می‌تواند حضور آن‌ها را تشخیص دهد. با این حال، حس بویایی انسان قادر نیست تعیین کند که آیا غلظت این گازها به سطوح خطرناک رسیده است یا خیر (به عنوان مثال، حد آستانه مجاز مواجهه شغلی برای H₂S موسوم به **TLV-TWA: 1 ppm** طبق استاندارد ACGIH 2018).

 

**۱ ppm** معادل غلظتی است که با اضافه کردن تنها **یک قطره (۱ میلی‌لیتر = ۱ گرم یا ۱ سی‌سی)** از یک مایع سمی به یک مخزن بزرگ **۱۰۰۰ لیتری (۱ تن یا ۱ مترمکعب)** آب و مخلوط کردن کامل آن به دست می‌آید. فرض کنید این یک قطره (۱ ppm) سس سویا باشد. نه تنها تشخیص آن پس از مخلوط شدن به صورت بصری غیرممکن است، بلکه حتی با چشیدن نیز قابل تشخیص نخواهد بود. هرچند گازها با مایعات متفاوت هستند، بسیاری از گازهای سمی هم **بی‌رنگ** و هم **بی‌بو** هستند.

 

یک نمونه از چنین گاز سمی، **مونوکسید کربن (CO)** است که گازی بالقوه کشنده بوده و می‌تواند در اثر احتراق ناقص بخاری‌های گازی در منازل تولید شود. این گاز گاهی اوقات به عنوان **قاتل خاموش** شناخته می‌شود، زیرا می‌تواند بدون آنکه تشخیص داده شود، باعث مسمومیت یا مرگ شود.

### **۵-۱. خطرات کمبود اکسیژن**

 

اکسیژن ماده‌ای ضروری برای حفظ عملکرد بیولوژیکی انسان است. **کمبود اکسیژن (هیپوکسی)** تأثیرات جدی بر بدن، به‌ویژه مغز، می‌گذارد و وضعیتی بسیار خطرناک با نرخ مرگ‌ومیر بالا در محیط‌های کاری محسوب می‌شود.

بررسی حوادث صنعتی مرتبط با کمبود اکسیژن در ژاپن نشان می‌دهد که بیشتر این موارد در بخش‌های **تولیدی و ساختمانی** رخ داده و سالانه منجر به تلفات متعددی می‌شود.

 

**طبق آیین‌نامه پیشگیری از کمبود اکسیژن در قانون ایمنی و بهداشت صنعتی ژاپن:**

– **شرایط کمبود اکسیژن** زمانی است که غلظت اکسیژن در هوا کمتر از ۱۸٪ باشد.

– از دتکتورهای گاز برای اطمینان از حفظ غلظت اکسیژن بالاتر از ۱۸٪ استفاده می‌شود.

 

### **علائم کمبود اکسیژن:**

– **۱۸٪ – ۱۶٪ اکسیژن:** افزایش تنفس، ضربان قلب سریع‌تر، اختلال در قضاوت و هماهنگی حرکتی.

– **۱۶٪ – ۱۲٪ اکسیژن:** تنفس سنگین، گیجی، سردرد، خواب‌آلودگی، کاهش قدرت تفکر و حرکت.

– **۱۲٪ – ۱۰٪ اکسیژن:** حالت تهوع، استفراغ، بیهوشی جزئی، کبودی لب‌ها و پوست.

– **زیر ۱۰٪ اکسیژن:** بیهوشی، تشنج، آسیب مغزی، ایست تنفسی و مرگ در مدت‌زمان کوتاه.

 

**هشدار:** در محیط‌های بسته یا فضاهای محدود (مانند مخازن، تونل‌ها، چاه‌ها) احتمال کاهش اکسیژن به‌دلیل واکنش‌های شیمیایی، جابجایی با گازهای دیگر یا مصرف اکسیژن وجود دارد. نظارت مستمر با دستگاه‌های سنجش اکسیژن و استفاده از تجهیزات تنفسی مناسب الزامی است.**

البته، در ادامه ترجمه‌ی دقیق و روان متن موردنظر بدون هیچگونه افزودنی ارائه شده است:

 

5-2. سه علت اصلی کمبود اکسیژن

1. مصرف اکسیژن موجود در هوا
   علل اصلی مصرف اکسیژن:
   اکسیداسیون آهن و فلزات دیگر (ماسه آهن، لوله‌های فلزی، مخازن فلزی)،
   اکسیداسیون رنگ، مصرف زیستی اکسیژن (تنفس انسان‌ها و میکروارگانیسم‌ها)
2. تخلیه یا ورود هوای کم‌اکسیژن
   هوای کم‌اکسیژن که به دلایل مختلفی ایجاد می‌شود، در صورتی که به‌دلیل شرایط کاری، روش‌های ساخت‌وساز یا شرایط آب‌وهوایی، تخلیه یا وارد مکان‌هایی با کمبود اکسیژن شود، می‌تواند موجب بی‌اکسیژنی گردد.
3. تولید متان یا ورود گاز بی‌اثر
   کمبود اکسیژن می‌تواند ناشی از انتشار متان (که در طبیعت وجود دارد) یا نشت گازهای بی‌اثر (مانند نیتروژن، دی‌اکسید کربن، آرگون) از مخازن یا لوله‌ها در صنایع تولیدی باشد.

 

5-3. اکسیژن بیش‌ازحد
اگرچه اکسیژن برای عملکرد زیستی انسان ضروری است، اما قرارگیری مداوم در معرض غلظت‌ها یا فشارهای جزئی بالای اکسیژن می‌تواند منجر به مسمومیت با اکسیژن شود.
مسمومیت با اکسیژن باعث تشنج عمومی و از دست دادن هوشیاری می‌شود و در بدترین حالت، منجر به مرگ می‌گردد.
در محیط‌هایی که امکان بروز اکسیژن بیش‌ازحد وجود دارد، باید غلظت گازها نه‌فقط برای کمبود اکسیژن (کمتر از ۱۸٪)، بلکه برای جلوگیری از غلظت‌های بیش‌ازحد نیز پایش شود.

البته، در ادامه ترجمه‌ی دقیق و روان متن خواسته‌شده بدون هیچ‌گونه افزودنی آورده شده است:

 

مناطق معمولی که نیاز به تشخیص گاز دارند
6-1. بازار دستگاه‌های گازسنج
بازار دستگاه‌های گازسنج شامل تمامی بازارهایی است که در آن‌ها از گاز استفاده می‌شود.

1. آزمایشگاه‌ها، دانشگاه‌ها، بیمارستان‌ها
   مراکز تحقیقاتی که از طیف گسترده‌ای از گازها، از جمله گازهای قابل اشتعال و سمی استفاده می‌کنند، تدابیری برای ایمنی کارکنان تحقیقاتی اتخاذ می‌کنند؛ مانند تشخیص سریع نشت گاز از طریق پایش محیط با استفاده از گازسنج‌های ثابت شرکت Riken Keiki.
   علاوه بر گازسنج‌ها، سیستم‌های تحلیلی که قادر به انجام هم‌زمان تحلیل پراش اشعه ایکس (XRD) و فلورسانس اشعه ایکس (XRF) در محل هستند نیز برای کاربردهایی مانند تحقیقات روی آثار فرهنگی غیرقابل‌انتقال مورد استفاده قرار می‌گیرند.
2. صنعت الکترونیک
   کارخانه‌های تولید نیمه‌رساناها و پنل‌های LCD از گازهایی موسوم به گازهای مواد ویژه (گازهای بسیار سمی و قابل اشتعال) مانند سیلان، آرسین و فسفین استفاده می‌کنند.
   در مورد این گازها، نشت در غلظت‌های بسیار پایین (چند ppm تا چند ده ppm) نیز غیرقابل‌قبول است.
   کارخانه‌های تولید نیمه‌رساناها و پنل‌های LCD ممکن است صدها تا هزاران دستگاه گازسنج Riken Keiki برای محافظت از کارکنان در برابر نشت گاز نصب کرده باشند.
   این دستگاه‌ها مجهز به حسگرهای روش الکترولیز پتانسیواستاتیکی هستند که قادر به تشخیص نشت گاز در حد چند ppm می‌باشند.

 

3. صنعت فولاد
   گازهایی که به‌عنوان محصولات جانبی در فرآیندهای تولید فولاد (گاز کک، گاز کوره بلند، گاز مبدل) تولید می‌شوند، دارای مقادیر زیادی هیدروژن و مونوکسید کربن هستند.
   این گازها به‌عنوان سوخت برای تولید برق در کارخانه‌های فولاد مجدداً مورد استفاده قرار می‌گیرند.
   گازسنج‌های قابل‌حمل Riken Keiki کارکنان داخل کارخانه‌های فولاد را در برابر خطرات انفجار و مسمومیت محافظت می‌کنند.

 

4. صنعت پالایش نفت و پتروشیمی
   صنعت پالایش نفت و پتروشیمی در فرآیندهای تولید خود با طیف گسترده‌ای از گازهای قابل اشتعال و سمی سروکار دارد.
   گازسنج‌های ثابت و قابل‌حمل Riken Keiki در کاربردهایی مانند تشخیص نشت گازهای سمی و قابل اشتعال از تجهیزات و لوله‌ها، مدیریت فرآیند و اندازه‌گیری محیط کار مورد استفاده قرار می‌گیرند.
   پایشگرهای ثابت گازهای سمی برای مدیریت گازهای سمی در مرزهای کارخانه نیز به‌طور فزاینده‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرند
5. مناطق آتشفشانی و چشمه‌های آب گرم
   گازهای آتشفشانی در نزدیکی دهانه‌های آتشفشان و در مناطقی که چشمه‌های آب گرم تخلیه می‌شوند، تولید می‌گردند.
   این گازهای آتشفشانی حاوی گازهای سمی مانند دی‌اکسید گوگرد و سولفید هیدروژن هستند که در صورت استنشاق برای انسان مضرند.
   غلظت این گازها به‌طور مداوم به‌دلیل فعالیت‌های آتشفشانی و عوامل دیگر تغییر می‌کند.
   دستگاه‌های گازسنج تخصصی برای پایش شبانه‌روزی غلظت دی‌اکسید گوگرد و سولفید هیدروژن به کار می‌روند تا از کارکنان و گردشگران محافظت شود.

 

6. صنعت مواد غذایی
   در صنعت مواد غذایی، نیتروژن و دی‌اکسید کربن در فرآیند بسته‌بندی برای جلوگیری از اکسید شدن غذا مورد استفاده قرار می‌گیرند.
   از آنجا که این گازها خفه‌کننده هستند، گازسنج‌های اکسیژن تخصصی در کارخانه‌های مواد غذایی نصب می‌شوند تا از کارکنان در برابر بی‌اکسیژنی محافظت کنند.

 

7. صنعت ساخت‌وساز
   کار در حفاری‌های زیرزمینی برای ساخت تونل‌ها و همچنین کار درون منهول‌ها می‌تواند کارکنان را در معرض تولید سولفید هیدروژن و شرایط کمبود اکسیژن قرار دهد؛ این وضعیت ناشی از باکتری‌های مصرف‌کننده اکسیژن موجود در لایه‌های زیرزمینی است.
   گازسنج‌های قابل‌حمل اکسیژن و سولفید هیدروژن از کارکنان در برابر خطرات ناشی از کمبود اکسیژن و مسمومیت با سولفید هیدروژن محافظت می‌کنند.
8. آتش‌نشانی و امداد و نجات
   صحنه‌های آتش‌سوزی و حوادث، کارکنان را در معرض خطرات مختلفی قرار می‌دهند؛ از جمله انفجار ناشی از گازهای قابل اشتعال، کمبود اکسیژن، مسمومیت با مونوکسید کربن در اثر احتراق ناقص، و گازهای سمی مانند سولفید هیدروژن.
   گازسنج‌های شخصی چهارگازه برای پایش هم‌زمان چهار گاز مختلف استفاده می‌شوند. این دستگاه‌ها برای موقعیت‌هایی که نوع دقیق گازهای خطرناک ناشناخته است، بسیار مناسب هستند.

 

9. حمل‌ونقل دریایی و کشتی‌سازی
   کشتی‌هایی که مقادیر زیادی نفت خام، LNG یا LPG حمل می‌کنند، با خطر نشت گازهای قابل اشتعال از مخازن بار مواجه هستند.
   گازسنج‌های ثابت تخصصی برای پایش نشت گاز در این کشتی‌ها به‌کار می‌روند. این دستگاه‌ها امکان شناسایی سریع نشت‌ها را فراهم کرده و از وقوع انفجار و آلودگی دریایی جلوگیری می‌کنند.
   همچنین، گازسنج‌های قابل‌حمل توسط کارکنان در حین انجام عملیات ساخت‌وساز پوشیده می‌شوند تا آن‌ها را در برابر کمبود خطرناک اکسیژن و مسمومیت با گازهای سمی محافظت کنند.

 

10. هوافضا
    سوخت موشک‌ها حاوی هیدروژن (گاز قابل اشتعال و بسیار انفجاری) و هیدرازین (گاز سمی برای انسان) است.
    پایش این گازها برای ایمنی کاملاً ضروری است.
    گازسنج‌های ضدانفجار در مکان‌هایی که خطر انفجار بالا وجود دارد، مانند مناطقی که سوخت موشک با آن‌ها سروکار دارد، برای اطمینان از ایمنی استفاده می‌شوند.

فناوری‌های تشخیص گاز
7-1. فناوری‌های حسگر گاز
برای مواجهه با محیط‌ها و انواع گازهای متنوع در طیف گسترده‌ای از صنایع، فناوری‌های مختلف حسگر گاز توسعه یافته‌اند.
در این بخش، ۱۳ نوع از رایج‌ترین فناوری‌هایی که معمولاً در صنعت استفاده می‌شوند معرفی می‌گردند:

1. روش احتراق کاتالیستی
2. روش جدید کاتالیستی سرامیکی
3. روش نیمه‌رسانا
4. روش نیمه‌رسانای سیم داغ
5. روش رسانش گرمایی
6. روش الکترولیز پتانسیواستاتیکی
7. روش الکترود با غشای جداکننده
8. روش سلول گالوانیکی با غشای نفوذپذیر
9. روش مادون قرمز غیرپراکنشی (NDIR)
10. روش تداخل‌سنجی
11. روش نوار شیمیایی
12. آشکارساز یونش نوری (PID)
13. روش آشکارسازی ذرات ناشی از پیرولیز

7-2. روش احتراق کاتالیستی

1. توضیح مختصر

این حسگر بر پایه گرمای تولیدشده از سوزاندن گاز قابل اشتعال روی کاتالیست اکسیداسیون، گاز را شناسایی می‌کند. این حسگر رایج‌ترین حسگر گاز است که به‌طور خاص برای گازهای قابل اشتعال طراحی شده است.

2. ساختار و اصول عملکرد

[ساختار]
این حسگر از یک المان آشکارساز و یک المان جبرانی تشکیل شده است.
المان آشکارساز شامل سیم پیچ فلز گران‌بها (مانند پلاتین) و کاتالیست اکسیدکننده – ماده‌ای فعال در برابر گاز قابل اشتعال – است که همراه با یک پایه آلومینا روی سیم پخته (سینتر) شده‌اند. این المان در واکنش با هر گاز قابل شناسایی می‌سوزد.
المان جبرانی شامل سیم پیچ فلز گران‌بها و شیشه – ماده‌ای غیرفعال در برابر گاز قابل اشتعال – است که همراه با پایه آلومینا روی سیم پخته شده‌اند. این المان اثرات محیط را تصحیح می‌کند.

[اصول عملکرد]
سیم پیچ فلز گران‌بها، المان آشکارساز را تا دمای ۳۰۰ تا ۴۵۰ درجه سانتی‌گراد گرم می‌کند. سپس گاز قابل اشتعال روی سطح المان آشکارساز می‌سوزد و دمای آن افزایش می‌یابد.
با تغییر دما، مقاومت سیم پیچ فلز گران‌بها – که بخشی از المان است – تغییر می‌کند. این تغییر مقاومت تقریباً متناسب با غلظت گاز است.
مدار پل نشان‌داده‌شده در شکل سمت راست به حسگر اجازه می‌دهد تغییر مقاومت را به ولتاژ تبدیل کرده و از آن برای تعیین غلظت گاز استفاده کند.

حسگر ثابت –
دسته: حالت جامد
گاز قابل شناسایی: گازهای قابل اشتعال

 

 

ویژگی‌ها

O ویژگی‌های خروجی:
سیم پیچ فلز گران‌بها که منبع حرارت است، ضریب مقاومت وابسته به دما را به‌صورت خطی تغییر می‌دهد.
در محدوده غلظت کمتر از حد انفجار (LEL)، واکنش احتراقی متناسب با غلظت گاز است.
در این محدوده، خروجی حسگر به‌آرامی متناسب با تغییرات غلظت گاز تغییر می‌کند.

پاسخ‌دهی:
گرمای احتراق تولیدشده روی سطح المان آشکارساز به سیم پیچ فلز گران‌بها منتقل شده و مقاومت مدار پل را تغییر می‌دهد و سپس به سیگنال تبدیل می‌گردد.

با نرخ واکنش بالا، این حسگر در پاسخ‌دهی، دقت و قابلیت تکرار عملکرد بسیار خوبی دارد.

O ویژگی‌های دما و رطوبت:
مواد به‌کاررفته در اجزای حسگر دارای مقاومت الکتریکی بالا هستند و کمتر تحت تأثیر دما و رطوبت محیط استفاده قرار می‌گیرند، بنابراین قرائت‌ها تقریباً ثابت باقی می‌مانند.

توسعه کاتالیست:
المان آشکارساز از کاتالیستی استفاده می‌کند که واکنش احتراقی را تسهیل می‌کند.
این کاتالیست به‌طور اختصاصی برای حسگرهای گاز توسعه یافته و با بهره‌گیری از دانش فنی خاص طراحی شده است، که پایداری بلندمدت را فراهم می‌کند.

 

۷–۴. تشخیص گاز با دتکتورهای گاز نیمه‌رسانا

حسگر ثابت

**۱. شرح مختصر دتکتورهای گاز نیمه‌رسانا

این حسگر از یک نیمه‌رسانای اکسید فلزی استفاده می‌کند که مقاومت آن در تماس با گاز قابل تشخیص تغییر می‌کند. حسگر این تغییر مقاومت را به‌عنوان غلظت گاز تشخیص می‌دهد. این یک حسگر همه‌کاره است که انواع گازها از گازهای سمی تا گازهای قابل اشتعال را شناسایی می‌کند. 

 

**۲. ساختار و اصول کار دتکتورهای گاز نیمه‌رسانا

حسگر شامل یک سیم گرم‌کن و یک نیمه‌رسانای اکسید فلزی         تشکیل‌شده روی یک لوله آلومینا است. دو الکترود طلا        در دو انتهای لوله برای اندازه‌گیری مقاومت نیمه‌رسانا تعبیه شده‌اند

**[ساختار دتکتورهای گاز نیمه‌رسانا

حسگر شامل یک سیم گرم‌کن و یک نیمه‌رسانای اکسید فلزی (SnO₂) تشکیل‌شده روی یک لوله آلومینا است. دو الکترود طلا (Au) در دو انتهای لوله برای اندازه‌گیری مقاومت نیمه‌رسانا تعبیه شده‌اند. 

 

**[اصول کار دتکتورهای گاز نیمه‌رسانا

سیم گرم‌کن، سطح نیمه‌رسانای اکسید فلزی را تا ۴۰۰–۳۵۰°C گرم می‌کند. با جذب اکسیژن هوا روی این سطح به‌صورت O و O₂، نیمه‌رسانا مقاومت ثابتی حفظ می‌کند. سپس، گاز متان یا مشابه آن با سطح تماس یافته و جذب شیمیایی می‌شود. این گاز توسط یون‌های O اکسید شده و تجزیه می‌شود. واکنش روی سطح حسگر به‌صورت زیر است: 

 

CH₄ + ۴O⁻ → CO₂ + ۲H₂O + ۸e⁻ 

به‌طور خلاصه، گاز متان روی سطح حسگر جذب شده و اکسیژن جذب‌شده را جدا می‌کند. این امر الکترون‌های آزاد درون حسگر را افزایش داده و مقاومت را کاهش می‌دهد. حسگر با اندازه‌گیری تغییر مقاومت، غلظت گاز را تعیین می‌کند. 

 

**۳. ویژگی‌های دتکتورهای گاز نیمه‌رسانا 

**ویژگی‌های خروجی دتکتورهای گاز نیمه‌رسانا

حسگر تغییرات مقاومت نیمه‌رسانا را تشخیص می‌دهد، یعنی حتی غلظت‌های کم (در سطح ppm) که توسط حسگرهای سرامیکی جدید قابل تشخیص نیستند را نیز شناسایی می‌کند. این حسگر برای غلظت‌های کم بسیار حساس بوده و سطح خروجی بالایی دارد. 

**تشخیص گازهای سمی در دتکتورهای گاز نیمه‌رسانا

از آنجا که در اصل، مقاومت با تغییر تعداد الکترون‌ها و تحرک آن‌ها تغییر می‌کند، این حسگر طیف وسیعی از گازها از جمله گازهای سمی که گرمای احتراق کمتری تولید می‌کنند را تشخیص می‌دهد. 

 

**ویژگی‌های پیری دتکتورهای گاز نیمه‌رسانا

حسگر در بلندمدت پایداری خود را حفظ کرده و عمر طولانی دارد. در مقایسه با حسگرهای مبتنی بر احتراق کاتالیستی، این نوع حسگر مقاومت بالایی در برابر سمیت و شرایط سخت جوی دارد. 

 

**انتخاب‌پذیری گاز در دتکتورهای گاز نیمه‌رسانا

با افزودن ناخالصی به ماده نیمه‌رسانا، اثر تداخل تغییر می‌کند. این ویژگی به حسگر اجازه می‌دهد تا برخی گازها را به‌صورت انتخابی تشخیص دهد.

 

 

 

۷-۵.تشخیص گاز از طریق روش نیمه‌هادی نوع سیم داغ

 

سنسور ثابت

سنسور قابل حمل نیمه‌هادی نوع سیم داغ

 

۱. شرح مختصر از دتکتور گاز نیمه‌هادی نوع سیم داغ

 

این سنسور از یک نیمه‌هادی اکسید فلزی استفاده می‌کند که مقاومت آن در تماس با گاز قابل تشخیص تغییر می‌کند. سنسور این تغییر مقاومت را به عنوان غلظت گاز تشخیص می‌دهد. این یک سنسور گاز با حساسیت بالا برای غلظت‌های کم است.

 

۲. ساختار و اصول  دتکتور گاز نیمه‌هادی نوع سیم داغ

 

[ساختار]

سنسور از یک المان تشخیصی تشکیل شده است که شامل یک سیم پیچ از جنس فلز گران‌بها (مثلاً پلاتین) و یک نیمه‌هادی اکسید فلزی پخته شده روی سیم پیچ است، و یک المان جبرانی که ماده‌ای غیرفعال در برابر گازهای قابل تشخیص روی آن پخته شده است.

[اصول  عملکرد دتکتور گاز نیمه‌هادی نوع سیم داغ

مقاومت (R) المان تشخیصی، ترکیبی از مقاومت (RS) نیمه‌هادی و مقاومت (RH) سیم پیچ فلز گران‌بها است. المان تشخیصی توسط سیم پیچ فلز گران‌بها تا ۳۰۰°C تا ۴۰۰°C گرم می‌شود و مقاومت ثابتی را حفظ می‌کند. سپس، گاز متان یا مشابه با المان تشخیصی تماس پیدا می‌کند و اکسیژن جذب شده روی سطح نیمه‌هادی اکسید فلزی را جدا می‌کند. این امر تعداد الکترون‌های آزاد در داخل نیمه‌هادی را افزایش داده و مقاومت نیمه‌هادی را کاهش می‌دهد. در نتیجه مقاومت کل المان تشخیصی کاهش می‌یابد. با تشخیص تغییر مقاومت توسط مدار پل، سنسور غلظت گاز را تعیین می‌کند.

 

رده جامد

گاز قابل تشخیص

 

۳. ویژگی‌های دتکتور گاز نیمه‌هادی نوع سیم داغ

 

ویژگی‌های خروجی  دتکتور گاز نیمه‌هادی نوع سیم داغ

سنسور تغییرات مقاومت نیمه‌هادی را تشخیص می‌دهد، یعنی حتی غلظت‌های کم (سطح ppm) که توسط سنسورهای سرامیکی جدید قابل تشخیص نیستند را نیز تشخیص می‌دهد.

 

 

 

کوچک‌سازی و صرفه‌جویی در انرژی  در دتکتور گاز نیمه‌هادی نوع سیم داغ

 

سیم پیچ فلز گران‌بها برای گرم‌کن را می‌توان کوچک‌تر کرد تا سنسوری کوچکتر با مصرف انرژی کمتر فراهم شود.

 

ویژگی‌های پیری  در دتکتور گاز نیمه‌هادی نوع سیم داغ

 

سنسور در بلندمدت پایداری خود را حفظ می‌کند و عمر طولانی دارد. در مقایسه با سنسورهای مبتنی بر احتراق کاتالیستی، این نوع سنسور مقاومت بالایی در برابر سمیت و جو شدید دارد.

 

انتخاب‌پذیری گاز  در دتکتور گاز نیمه‌هادی نوع سیم داغ

 

با افزودن یک ناخالصی به نیمه‌هادی اکسید فلزی، اثر تداخل تغییر می‌کند. این ویژگی به سنسور اجازه می‌دهد تا برخی گازها را به صورت انتخابی تشخیص دهد.

 

 

دتکتور گاز رسانائی گرمائی

1. توضیح مختصر دتکتور گاز رسانائی گرمائی

 

این دتکتور با تشخیص تفاوت در رسانایی گرمایی، غلظت گاز را تعیین می‌کند. این یک دتکتور اثبات‌شده برای گازهای قابل اشتعال است که به‌طور مؤثر گازهای با غلظت بالا را تشخیص می‌دهد.

 

2. ساختار و اصول دتکتور گاز رسانائی گرمائی

[ساختار  دتکتور گاز رسانائی گرمائی

این دتکتور از یک المان تشخیص و یک المان جبران تشکیل شده است. المان‌های تشخیص و جبران در دو نوع موجود هستند: یکی شامل یک سیم‌پیچ پلاتین و مخلوطی از شیشه (یک ماده غیرفعال در برابر گاز قابل اشتعال) و یک پایه آلومینا است که روی سیم‌پیچ پخته شده است، و دیگری شامل یک سیم‌پیچ و یک فلز غیرفعال یا مشابه است که روی سیم‌پیچ پوشش داده شده است. المان تشخیص به گونه‌ای طراحی شده است که گازهای قابل تشخیص با آن تماس پیدا کنند. المان جبران محصور شده است تا هیچ گاز قابل تشخیصی با آن تماس نداشته باشد.

 

[اصول دتکتور گاز رسانائی گرمائی

سیم‌پیچ پلاتین، المان تشخیص را تا 200 تا 500 درجه سانتی‌گراد گرم می‌کند. سپس، یک گاز قابل تشخیص با المان تشخیص تماس پیدا می‌کند و به دلیل رسانایی گرمایی خاص گاز، شرایط اتلاف گرما را تغییر می‌دهد و دمای المان تشخیص را افزایش می‌دهد. با این تغییر دما، مقاومت سیم‌پیچ پلاتین، که بخشی از المان است، تغییر می‌کند. تغییر مقاومت تقریباً متناسب با غلظت گاز است.

 

با تشخیص تغییر مقاومت توسط مدار پل، دتکتور غلظت گاز را تعیین می‌کند.

 

3. ویژگی‌های دتکتور گاز رسانائی گرمائی

 

ویژگی‌های خروجی  دتکتور گاز رسانائی گرمائی

 

از آنجا که دتکتور تغییرات مقاومت سیم‌پیچ پلاتین را تشخیص می‌دهد، خروجی تا رسیدن به صد درصد حجمی تقریباً متناسب با غلظت است. این دتکتور برای تشخیص گازهای با غلظت بالا مناسب است.

تشخیص در شرایط بی‌اکسیژن  دتکتور گاز رسانائی گرمائی

از آنجا که دتکتور تغییرات رسانایی گرمایی را تشخیص می‌دهد، می‌تواند گازها را حتی در جو بی‌اکسیژن نیز تشخیص دهد. اما گازهایی با تفاوت کوچک در رسانایی گرمایی با گاز مرجع را تشخیص نمی‌دهد.

 

دتکتور به‌صورت فیزیکی تغییرات رسانایی گرمایی گاز را تشخیص می‌دهد و شامل واکنش شیمیایی مانند واکنش احتراق نیست. این بدان معناست که با تخریب یا مسمومیت کاتالیزور ارتباطی ندارد و پایداری بلندمدت را فراهم می‌کند.

 

تشخیص گازهای غیرقابل اشتعال  دتکتور گاز رسانائی گرمائی

 

از آنجا که دتکتور از رسانایی گرمایی خاص گاز استفاده می‌کند، حتی گازهای غیرقابل اشتعال با تفاوت زیاد در رسانایی گرمایی، مانند آرگون، نیتروژن و دی‌اکسید کربن با غلظت بالا را نیز تشخیص می‌دهد.

 

 

 

 

 

۷-۷. روش الکترولیز پتانسیواستاتیک

 

 

۱. شرح مختصر دتکتور گاز الکترولیز پتانسیواستاتیک

این دتکتور گاز قابل تشخیص را با استفاده از یک الکترود در پتانسیل ثابت الکترولیز می‌کند تا جریان ایجاد شود و سپس با اندازه‌گیری جریان، غلظت گاز را تعیین می‌نماید. این دتکتور گاز برای تشخیص گازهای سمی بسیار مناسب است. می‌توان پتانسیل خاصی را برای تشخیص گاز خاصی تنظیم کرد.

 

۲. ساختار و اصول  دتکتور گاز الکترولیز پتانسیواستاتیک

[ساختار دتکتور گاز الکترولیز پتانسیواستاتیک

دتکتور از یک الکترود (الکترود عمل) همراه با یک غشاء نفوذپذیر گاز و کاتالیزور (مثل طلا یا پلاتین)، الکترود مرجع و الکترود مقابل تشکیل شده که درون محفظه‌ای پلاستیکی پر از محلول الکترولیت قرار گرفته‌اند.

 

[اصول عملکرد دتکتور گاز الکترولیز پتانسیواستاتیک

دتکتور از یک مدار پتانسیواستاتیک برای ثابت نگه داشتن پتانسیل بین الکترود عمل و الکترود مرجع استفاده می‌کند. الکترود عمل گاز قابل تشخیص را مستقیماً الکترولیز می‌کند. اگر گاز قابل تشخیص H2S باشد، واکنش‌های زیر رخ می‌دهد:

الکترود عمل: H2S + 4H2O → H2SO4 + 8H+ + 8e

الکترود مقابل: 2O2 + 8H+ + 8e → 4H2O

جریان تولیدشده متناسب با غلظت گاز است. با اندازه‌گیری جریان بین الکترود عمل و الکترود مقابل، دتکتور غلظت گاز را تعیین می‌کند.

 

۳. ویژگی‌های دتکتور گاز الکترولیز پتانسیواستاتیک

ویژگی‌های خروجی دتکتور گاز الکترولیز پتانسیواستاتیک

غلظت گاز متناسب با مقدار جریان است. دتکتور مقدار جریان را بدون تغییر خروجی می‌دهد و بنابراین غلظت گاز متناسب با خروجی دتکتور است.

 

واکنش‌دهی  دتکتور گاز الکترولیز پتانسیواستاتیک

منحنی پاسخ همانطور که در شکل سمت راست نشان داده شده است. دتکتور با استفاده از واکنش کاتالیزوری گاز را به جریان تبدیل می‌کند. از آنجا که H2S کاتالیزور الکترود را تغییر نمی‌دهد، دتکتور از دقت و تکرارپذیری بالایی برخوردار است.

 

ویژگی‌های پیری  دتکتور گاز الکترولیز پتانسیواستاتیک

تقریباً تا دو سال، حساسیت دتکتور در سطح حدود ۸۰٪ حساسیت اولیه باقی می‌ماند. از آنجا که رطوبت تأثیر جزئی بر حساسیت دارد، ممکن است خوانش بسته به فصل تغییر کند.

 

ویژگی‌های دمای دتکتور گاز الکترولیز پتانسیواستاتیک

با خوانش تقریباً پایدار در دماهای بالا، حساسیت دتکتور با کاهش دما ممکن است کاهش یابد. حتی در ۰°C، حساسیت دتکتور کمتر از ۸۰٪ نخواهد شد. با انجام تصحیح دما، نوسانات خوانش به حداقل می‌رسد.

۷-۸. روش تشخیص گاز با دتکتور گاز با الکترود با غشای جداکننده

۱. شرح مختصر  دتکتور گاز با الکترود با غشای جداکننده

بر اساس اصول دتکتور پایه‌گذاری شده بر الکترولیز پتانسیواستاتیک، این دتکتور با یک فیلم نفوذپذیر گاز (غشای جداکننده) و یک الکترود عمل کاملاً جدا از هم ساختار یافته است. این یک دتکتور گاز سمی با انتخاب‌پذیری عالی است.

. ساختار و اصول  دتکتور گاز با الکترود با غشای جداکننده

[ساختار دتکتور گاز با الکترود با غشای جداکننده

دتکتور با یک الکترود عمل – یک الکترود فلزی با یک فیلم نفوذپذیر گاز که روی آن قرار گرفته – همراه با الکترودهای مرجع و مقابل ساختار یافته است. این الکترودها در یک محفظه پلاستیکی پر از محلول الکترولیت قرار دارند. بین الکترود عمل و فیلم، یک لایه بسیار نازک از محلول الکترولیت وجود دارد.

 

[اصول دتکتور گاز با الکترود با غشای جداکننده

یک گاز قابل تشخیص از طریق فیلم نفوذپذیر گاز عبور کرده و با یون‌های موجود در محلول الکترولیت واکنش می‌دهد که هالوژن تولید می‌کند. اگر گاز قابل تشخیص Cl باشد، واکنش زیر رخ می‌دهد:

Cl2 + 2I- → 2Cl- + I2

I2 تولید شده توسط این واکنش در الکترود عمل کاهش می‌یابد، باعث می‌شود جریانی از مدار عبور کند. از آنجا که این جریان متناسب با غلظت گاز است، دتکتور مقدار جریان را برای تعیین غلظت گاز اندازه می‌گیرد. گاز قابل تشخیص قبل از واکنش با الکترود عمل با محلول الکترولیت واکنش می‌دهد و بنابراین هیچ تداخلی با گازهایی که با محلول الکترولیت واکنش نمی‌دهند رخ نمی‌دهد. این ویژگی به دتکتور انتخاب‌پذیری عالی می‌بخشد.

 

 

۳. ویژگی‌ها ی دتکتور گاز با الکترود با غشای جداکننده

ویژگی‌های خروجی  دتکتور گاز با الکترود با غشای جداکننده

غلظت گاز متناسب با مقدار جریان است. دتکتور مقدار جریان را بدون هیچ تغییری خروجی می‌دهد و بنابراین غلظت گاز متناسب با خروجی دتکتور است.

پاسخ‌دهی  دتکتور گاز با الکترود با غشای جداکننده

دتکتور به سرعت پاسخ می‌دهد. از آنجا که الکترودها یا محلول الکترولیت به ندرت توسط گاز کلر خورده می‌شوند، دتکتور از دقت و تکرارپذیری عالی برخوردار است.

ویژگی‌های پیری  دتکتور گاز با الکترود با غشای جداکننده

عملکرد دتکتور با گذشت زمان کاهش نمی‌یابد و تقریباً هیچ تغییری در خروجی مشاهده نمی‌شود. با این حال، اگر فیلم نفوذپذیر گاز به دلیل چسبیدن ذرات خارجی، نفوذپذیری گاز را از دست بدهد، این ممکن است منجر به کاهش خروجی شود.

 

ویژگی‌های دما و رطوبت  دتکتور گاز با الکترود با غشای جداکننده

دماهای بالا تقریباً هیچ تأثیری بر خروجی ندارند در حالی که دماهای پایین احتمالاً خروجی را کاهش می‌دهند. حتی در دمای ۰ درجه سانتی‌گراد، دتکتور حساسیت خود را در سطحی نه کمتر از ۸۰٪ حفظ می‌کند. با انجام تصحیحات دما، نوسانات قرائت به حداقل می‌رسد. خروجی تحت تأثیر رطوبت قرار نمی‌گیرد.

 

۷-۹. روش تشخیص گاز با دتکتور گاز با سلول گالوانیک غشایی

 

۱. شرح مختصر  دتکتور گاز با سلول گالوانیک غشایی

 

 

این دتکتور ساده و سنتی بر اساس اصول سلول‌ها عمل می‌کند. این دتکتور بدون نیاز به منبع تغذیه خارجی، پایداری بلندمدت دارد.

 

۲. ساختار و اصول  دتکتور گاز با سلول گالوانیک غشایی

 

 

[ساختار دتکتور گاز با سلول گالوانیک غشایی

دتکتور از یک کاتد (فلز گران‌بها) و آند (سرب) قرارگرفته در یک محلول الکترولیتی تشکیل شده است. یک غشای جداساز به سطح خارجی کاتد چسبیده است. با اتصال کاتد و آند از طریق یک مقاومت ثابت، مقدار ولتاژ خروجی تولید می‌شود.

 

[اصول دتکتور گاز با سلول گالوانیک غشایی

 

 

اکسیژن از غشای جداساز عبور کرده و در کاتد کاهش می‌یابد. همزمان در آند، سرب در محلول الکترولیتی حل می‌شود (اکسید می‌شود). واکنش‌های زیر در الکترودها رخ می‌دهد:

کاتد: O2 + 2H2O + 4e → 4OH

آند: 2Pb → 2Pb2+ + 4e

 

جریان ناشی از واکنش کاهش، توسط مقاومت به ولتاژ تبدیل شده و از ترمینال خروجی خارج می‌شود. خروجی دتکتور متناسب با غلظت اکسیژن (فشار جزئی) است.

 

۳. ویژگی‌های دتکتور گاز با سلول گالوانیک غشایی

 

 

ویژگی‌های خروجی  دتکتور گاز با سلول گالوانیک غشایی

غلظت اکسیژن با مقدار جریان متناسب است. دتکتور مقدار جریان را به ولتاژ تبدیل کرده و سپس آن را خروجی می‌دهد. بنابراین، خروجی دتکتور در محدوده ۰ تا ۱۰۰٪ با غلظت اکسیژن متناسب است.

 

سرعت پاسخ  دتکتور گاز با سلول گالوانیک غشایی

با سرعت پاسخ بالا، این دتکتور از دقت و تکرارپذیری بالایی برخوردار است.

 

 

 

ویژگی‌های پیری

با عمر طولانی، این دتکتور می‌تواند به مدت دو تا سه سال مورد استفاده قرار گیرد.

 

ویژگی‌های دما و رطوبت  دتکتور گاز با سلول گالوانیک غشایی

دتکتور از یک ترمیستور داخلی برای جبران دمایی استفاده می‌کند، بنابراین خوانش تقریباً به دما وابسته نیست.

۷-۱۰.تشخیص گاز به  روش مادون قرمز غیرپاشنده

۱. شرح مختصر  دتکتور مادون قرمز غیرپاشنده

بر اساس این واقعیت که بسیاری از گازها اشعه مادون قرمز را جذب می‌کنند، این دتکتور نور مادون قرمز را به سلول اندازه‌گیری اعمال می‌کند تا تغییرات نور مادون قرمز ناشی از جذب گاز قابل تشخیص را شناسایی کند. این روش تمام نور مادون قرمز در محدوده طول‌موج خاصی را بدون تفکیک (پاشش) نور مادون قرمز بر اساس طول‌موج، به‌صورت یکپارچه تشخیص می‌دهد.

. ساختار و اصول  دتکتور مادون قرمز غیرپاشنده

[ساختار دتکتور مادون قرمز غیرپاشنده

این دتکتور از یک منبع نور مادون قرمز و یک سنسور مادون قرمز تشکیل شده است که بین آن‌ها یک سلول اندازه‌گیری و یک فیلتر نوری قرار گرفته است. منبع نور مادون قرمز، نور را ساطع می‌کند که از طریق سلول اندازه‌گیری و فیلتر نوری عبور کرده و توسط سنسور مادون قرمز تشخیص داده می‌شود. فیلتر نوری به طول‌موج‌های مادون قرمز که توسط گاز قابل تشخیص جذب می‌شوند، اجازه عبور انتخابی می‌دهد.

 

[اصول عملکرد دتکتور مادون قرمز غیرپاشنده

یک گاز قابل تشخیص وارد سلول اندازه‌گیری شده و نور مادون قرمز را جذب می‌کند. این امر باعث کاهش مقدار نور مادون قرمز تشخیص‌داده شده توسط سنسور مادون قرمز می‌شود. برخی از گازهای قابل تشخیص با غلظت‌های شناخته شده وارد می‌شوند تا رابطه (منحنی کالیبراسیون) بین کاهش مقدار نور مادون قرمز و غلظت هر گاز قابل تشخیص تعیین شود. هنگامی که یک گاز قابل تشخیص با غلظت ناشناخته وارد می‌شود، دتکتور از منحنی کالیبراسیون بر اساس کاهش اندازه‌گیری‌شده مقدار نور مادون قرمز برای تعیین غلظت گاز استفاده می‌کند.

. ویژگی‌های دتکتور مادون قرمز غیرپاشنده

ویژگی‌های خروجی  دتکتور مادون قرمز غیرپاشنده

غلظت گاز و خروجی دتکتور رابطه متناسب ندارند، بلکه رابطه آن‌ها مطابق منحنی نشان‌داده شده در شکل پائین است. (i-C4H10: ایزوبوتان)

 

ویژگی‌های پاسخ‌دهی  دتکتور مادون قرمز غیرپاشنده

هنگامی که گاز با دبی ثابت به دتکتور گاز تغذیه می‌شود، دتکتور پاسخ‌های قابل تکرار و دقیقی ارائه می‌دهد.

ویژگی‌های پیری  در دتکتور مادون قرمز غیرپاشنده

در محیطی با تغییرات دمایی کم، دتکتور پایدار باقی می‌ماند و بدون کاهش دقت خوانش در طول زمان عمل می‌کند. بسته به محیط، ممکن است دتکتور با گذشت زمان به‌طور قابل توجهی تخریب شود. در این صورت، می‌توان با انجام کالیبراسیون گاز هر شش ماه یکبار، تخریب را به حداقل رساند.

 

ویژگی‌های دما و رطوبت  در دتکتور مادون قرمز غیرپاشنده

با انجام تصحیحات دمایی، می‌توان وابستگی خوانش‌ها به دما را در محدوده دمایی مشخص‌شده به حداقل رساند.

در صورت عدم تشکیل میعان (%LEL) در داخل سلول گاز، دتکتور تقریباً تحت تأثیر رطوبت قرار نمی‌گیرد.

. روش تشخیص گاز با تداخل سنجی

۱. شرح کلی  دتکتور گاز تداخل سنجی

این دتکتور گاز، که یکی از قدیمیترین حسگرهای گاز ماست، تغییرات در ضریب شکست گاز را تشخیص میدهد. با دقت بالا، پایداری بلندمدت را حفظ میکند. در گذشته، داخل معادن زغالسنگ برای اندازهگیری غلظت متان استفاده میشد و در سالهای اخیر، بهطور گسترده برای اندازهگیری غلظت حلالها یا مقادیر حرارتی گازهای سوختی مانند گاز طبیعی کاربرد دارد.

۲. ساختار و اصول  دتکتور گاز تداخل سنجی

[ساختار دتکتور گاز تداخل سنجی

منبع نور، نور را ساطع میکند که توسط آینه تخت موازی به دو پرتو نور (A و B) تقسیم و توسط منشور بازتاب میشود. پرتو A یک سفر رفت و برگشت در محفظه گاز D، که گاز قابل تشخیص جریان دارد، انجام میدهد و پرتو B یک سفر رفت و برگشت در محفظه گاز E، که گاز مرجع جریان دارد، انجام میدهد. دو پرتو نور A و B در نقطه C آینه تخت موازی به هم میرسند و یک الگوی تداخلی روی سنسور تصویر از طریق آینه و لنز تشکیل میدهند.

 

[اصول عملکرد دتکتور گاز تداخل سنجی

یک الگوی تداخلی به نسبت تفاوت در ضریب شکست بین گاز قابل تشخیص و گاز مرجع حرکت میکند. حسگر مبتنی بر تداخلسنج نوری، مسافت حرکت الگوی تداخلی را اندازهگیری میکند تا ضریب شکست گاز قابل تشخیص را تعیین و آن را به غلظت گاز یا مقدار حرارتی تبدیل کند.

 

۳. ویژگی های دتکتور گاز تداخل سنجی

مسافت حرکت الگوی تداخلی AB که توسط این حسگر اندازهگیری میشود، با معادله زیر نشان داده میشود:

ویژگیهای خروجی  دتکتور گاز تداخل سنجی

الگوی تداخلی

از آنجا که تغییر در ضریب شکست متناسب با تغییر در غلظت گاز است، حسگر خطیبودن بسیار بالایی ارائه میدهد.

 

پاسخدهی  دتکتور گاز تداخل سنجی

حسگر اندازهگیری را با تکمیل جایگزینی در محفظه گاز با حجم ۰.۵ تا ۵ میلیلیتر به پایان میرساند. برخی مدلها اندازهگیری را در ۵ تا ۱۰ ثانیه با پاسخ ۹۰٪ تکمیل میکنند.

 

ویژگیهای پیری  دتکتور گاز تداخل سنجی

بارزترین ویژگی این حسگر این است که حساسیت آن کاهش نمییابد. حساسیت حسگر فقط به طول محفظه گاز L و طول موج منبع نور λ بستگی دارد. از آنجا که هر دو این پارامترها ثابت هستند، حسگر حساسیت پایدار بلندمدت ارائه میدهد. حتی اگر عنصر نوری کثیف شود، تأثیری بر مسافت حرکت الگوی تداخلی ندارد؛ بنابراین، حسگر تا زمانی که بتواند الگو را تشخیص دهد، حساسیت آن کاهش نمییابد.

 

ویژگیهای فشار و دما در دتکتور گاز تداخل سنجی

اگرچه ضریب شکست گاز بسته به دما T و فشار P تغییر میکند، حسگر دما و فشار را اندازهگیری میکند تا آنها را تصحیح کند و بنابراین تحت تأثیر آنها قرار نمیگیرد.

 

 

 

 

 

 

7-12.تشخیص گاز به روش نوار شیمیایی

1. شرح کلی دتکتور گاز با نوار شیمیائی

این حسگر از نوار سلولزی آغشته به ماده رنگزا استفاده می‌کند. با عبور یا نفوذ گاز قابل تشخیص به داخل این نوار، واکنشی شیمیایی رخ داده و رنگ نوار تغییر می‌کند. حسگر با اندازه‌گیری نور بازتاب‌شده از رنگ ایجادشده بر اثر واکنش بین ماده رنگزا و گاز، غلظت بسیار کم گازهای سمی را به صورت کمی تشخیص می‌دهد.

 

2. ساختار و اصول دتکتور گاز با نوار شیمیائی

[ساختار دتکتور گاز با نوار شیمیائی

حسگر دارای محفظه‌ای است که گاز قابل تشخیص وارد آن می‌شود. این محفظه یک ظرف ضد نور است که داخل آن منبع نور و بخش گیرنده نور برای تشخیص رنگ نوار قرار گرفته‌اند. حسگر شامل این محفظه گاز و اجزای دیگری مانند مکانیسم قرقره برای جمع‌آوری نوار پس از هر اندازه‌گیری است.

[اصول دتکتور گاز با نوار شیمیائی

وقتی گاز قابل تشخیص با نوار آغشته به ماده رنگزا تماس پیدا می‌کند، واکنش شیمیایی رخ داده و نوار رنگ می‌گیرد. به عنوان مثال، اگر فسفین (PH3) با نوار تماس پیدا کند، کلوئید نقره طبق فرمول زیر تولید می‌شود و یک لکه رنگی روی نوار سفید ظاهر می‌شود:

PH3 + AgCIO → Ag + H3PO4 + 1/2 Cl2

 

حسگر نور را به نقطه رنگی‌شده نوار تابانده و تغییر شدت نور بازتاب‌شده قبل و بعد از ورود گاز را اندازه‌گیری می‌کند؛ بنابراین غلظت گاز را به دقت محاسبه می‌کند.

 

3. ویژگی‌ها ی دتکتور گاز با نوار شیمیائی

ویژگی‌های خروجی دتکتور گاز با نوار شیمیائی

وقتی گاز قابل تشخیص وارد بخش تشخیص می‌شود، نوار شروع به رنگ‌گرفتن می‌کند و خروجی به تدریج افزایش می‌یابد. از آنجا که حسگر تغییرات رنگ را اندازه‌گیری می‌کند، خروجی به صورت منحنی نمایش داده می‌شود.

 

 

ویژگی‌های دما و رطوبت در دتکتور گاز با نوار شیمیائی

برای فسفین (PH3)، حسگرهای نوار‌ای وابسته به دما نیستند. همچنین بدون وابستگی زیاد به رطوبت، این حسگر در محدوده دمایی و رطوبتی عملیاتی، قرائت دقیقی ارائه می‌دهد.

 

ویژگی‌های پیری در دتکتور گاز با نوار شیمیائی

آزمایش‌های مداوم روی حسگر نشان می‌دهد که بدون کاهش حساسیت به گاز، اندازه‌گیری پایدار انجام می‌دهد.

 

ویژگی‌های دتکتور گاز با نوار شیمیائی

– حساسیت بسیار بالا با انتخاب‌پذیری عالی

– استفاده از نوار کاست که تعویض آن آسان است

– تغذیه نوار برای هر اندازه‌گیری، که هیچ هیسترزیسی ایجاد نمی‌کند

– رنگ‌گرفتن نوار بر اثر گاز قابل تشخیص تجمع می‌یابد، که امکان تشخیص غلظت‌های بسیار کم گاز را فراهم می‌کند.

 

 

 

 

 

 

 

 

7-13. دتکتور یونیزاسیون نوری

1. شرح کلی دتکتور یونیزاسیون نوری

این حسگر گاز با اعمال نور فرابنفش به گاز قابل تشخیص، باعث یونیزه شدن آن می‌شود. این عمل جریان یونی ایجاد می‌کند. حسگر این جریان را اندازه‌گیری کرده و غلظت گاز را تعیین می‌نماید. این حسگر محدوده وسیعی از گازها را بدون توجه به آلی یا معدنی بودن آنها تشخیص می‌دهد. معمولاً برای اندازه‌گیری غلظت ترکیبات آلی فرار (VOCs) در محدوده ppb تا ppm استفاده می‌شود.

 

2. ساختار و اصول دتکتور یونیزاسیون نوری

[ساختار دتکتور یونیزاسیون نوری

حسگر از یک محفظه یونیزاسیون برای ورود گاز قابل تشخیص، یک لامپ فرابنفش برای تابش نور و الکترودهای مثبت و منفی برای تشخیص جریان یونی تشکیل شده است.

 

[اصول عملکرد دتکتور یونیزاسیون نوری

گاز قابل تشخیص وارد محفظه یونیزاسیون شده و در معرض نور فرابنفش از منبع نور (لامپ فرابنفش) قرار می‌گیرد. این عمل باعث آزاد شدن الکترون‌ها و تولید کاتیون می‌شود. کاتیون‌ها و الکترون‌های تولید شده توسط الکترودهای مثبت و منفی جذب شده و جریان الکتریکی ایجاد می‌کنند. از آنجا که این جریان متناسب با غلظت گاز است، حسگر با اندازه‌گیری مقدار جریان، غلظت گاز قابل تشخیص را تعیین می‌کند.

برای یونیزه کردن یک گاز، نیاز به اعمال انرژی فوتونی بیشتر از انرژی یونیزاسیون خاص آن گاز است. انرژی فوتون با واحد الکترون ولت (eV) بیان می‌شود. این حسگر از لامپ‌هایی با انرژی فوتونی 10.6 eV و 11.7 eV استفاده می‌کند. هرچه انرژی فوتون بیشتر باشد، مقدار بیشتری از گاز قابل تشخیص یونیزه می‌شود.

 

3. ویژگی‌های دتکتور یونیزاسیون نوری

ویژگی‌های خروجی دتکتور یونیزاسیون نوری

برای گازهایی با غلظت پایین (چند صد ppm)، خروجی حسگر تقریباً متناسب با غلظت گاز بوده و به صورت خطی با افزایش غلظت گاز، افزایش می‌یابد.

برای گازهایی با غلظت پایین خروجی حسگر تقریباً متناسب با غلظت گاز بوده و به صورت خطی با افزایش غلظت گاز، افزایش می‌یابد

لامپ فرابنفش:

انرژی فوتونی (eV) لامپ فرابنفش توسط ترکیب گاز موجود در لامپ و جنس پنجره لامپ تعیین می‌شود.

 

 

انرژی یونیزاسیون مواد معمول:

با اعمال انرژی فوتونی بیشتر از انرژی یونیزاسیون خاص هر گاز، حسگر گاز را یونیزه کرده و غلظت آن را تعیین می‌کند. این حسگر معمولاً از لامپ‌های 10.6 eV یا 11.7 eV استفاده می‌کند.

 

جدول انرژی فوتونی:

گاز داخل لامپ | جنس پنجره | انرژی فوتونی (eV)

زنون | یاقوت کبود | 8.4

کریپتون | فلورید منیزیم | 10.6

آرگون | فلورید لیتیم | 11.7

 

 

 

7-14. روش تشخیص گاز با ذرات پیرولیز شده

1. شرح کلی دتکتور گاز با ذرات پیرولیز شده

این حسگر گاز، گاز قابل تشخیص را حرارت داده تا اکسید تولید کند و سپس ذرات اکسید را با استفاده از یک حسگر ذره سنجی می‌کند. این حسگر پایداری بلندمدت داشته و مقاومت عالی در برابر تداخل و پاسخگویی سریع دارد. حسگر ذره بر اساس اصول مشابه حسگرهای دود یونیزاسیونی که از پرتوها استفاده می‌کنند، کار می‌کند.

 

2. ساختار و اصول دتکتور گاز با ذرات پیرولیز شده

[ساختار دتکتور گاز با ذرات پیرولیز شده

این حسگر معمولاً ترکیبی از یک تجزیه‌گر حرارتی و حسگر ذره است. در مرکز تجزیه‌گر حرارتی یک لوله کوارتزی پیچیده شده با عنصر گرمایشی قرار دارد.

حسگر ذره شامل یک محفظه اندازه‌گیری (که به طور مداوم با استفاده از پرتوهای آلفا جریان یون تولید می‌کند) و یک محفظه جبران است. گاز قابل تشخیص فقط وارد محفظه اندازه‌گیری می‌شود، در حالی که محفظه جبران به اتمسفر باز است.

 

[اصول دتکتور گاز با ذرات پیرولیز شده

بسیاری از گازهای آلی فلزی مانند TEOS در اثر حرارت، اکسید ذره‌ای تولید می‌کنند. گاز قابل تشخیص از طریق تجزیه‌گر حرارتی اکسید شده و وارد حسگر ذره می‌شود.

در محفظه اندازه‌گیری حسگر ذره، از یک منبع پرتو آلفا برای یونیزه کردن هوا استفاده می‌شود که باعث جریان یونی می‌شود. ذرات وارد محفظه اندازه‌گیری شده و یون‌ها را جذب می‌کنند؛ این امر جریان یونی را کاهش داده و در نتیجه خروجی حسگر کم می‌شود. بر اساس میزان کاهش خروجی، غلظت گاز تعیین می‌شود. محفظه جبران، نوسانات خروجی حسگر ناشی از دما، رطوبت و/یا فشار را جبران می‌کند.

 

 

3. ویژگی‌های دتکتور گاز با ذرات پیرولیز شده

ویژگی‌های خروجی دتکتور گاز با ذرات پیرولیز شده

خروجی حسگر به غلظت ذرات تولید شده از طریق تجزیه حرارتی بستگی دارد. حسگر از یک منحنی کالیبراسیون استفاده می‌کند تا غلظت گاز نسبت به قرائت خطی باشد.

 

پاسخگویی دتکتور گاز با ذرات پیرولیز شده

از آنجا که گاز وارد شده به بخش تشخیص بلافاصله در تجزیه‌گر حرارتی اکسید می‌شود، حسگر از سرعت پاسخ بالا و تکرارپذیری عالی برخوردار است.

 

ویژگی‌های پیری در دتکتور گاز با ذرات پیرولیز شده

حسگر از Am-241 به عنوان منبع پرتو استفاده می‌کند که نیمه عمر بسیار طولانی (حدود 400 سال) دارد و در نتیجه عملکرد حسگر به مرور زمان به سختی کاهش می‌یابد.

 

ویژگی‌های دمایی در دتکتور گاز با ذرات پیرولیز شده

حسگر از محفظه جبران برای جبران اثرات دما استفاده می‌کند و بنابراین ویژگی‌های دمایی عالی از خود نشان می‌دهد.

 

۸-۱. انتخاب دتکتور گاز

تشخیص گاز می‌تواند بر اساس چند اصل مختلف انجام شود. انتخاب اصل تشخیص صحیح برای نوع گاز هدف، محیط و هدف مورد نظر ضروری است.

 

۱. چه گازی باید اندازه‌گیری شود؟

گاز قابل اشتعال (برای جلوگیری از انفجار)

پنج روش تشخیص اصلی به شرح زیر استفاده می‌شوند: روش احتراق کاتالیستی، روش سرامیک کاتالیستی جدید، روش نیمه‌رسانا، روش مادون قرمز غیرپاشنده و روش تداخلسنج.

دتکتورهای احتراق کاتالیستی معمولاً در محدوده %LEL استفاده می‌شوند. دتکتورهای سرامیک کاتالیستی جدید معمولاً برای تشخیص در محدوده ۱۰۰۰۰ تا چند هزار ppm استفاده می‌شوند. دتکتورهای نیمه‌رسانا برای اندازه‌گیری در محدوده چند هزار تا چند ده ppm استفاده می‌شوند.

دتکتورهای گاز قابل اشتعال مادون قرمز غیرپاشنده و تداخلسنج معمولاً گاز را در غلظت‌های %LEL و %vol اندازه‌گیری می‌کنند. دتکتورهای مادون قرمز غیرپاشنده و تداخلسنج، دتکتورهای فیزیکی هستند که واکنش شیمیایی ندارند. آن‌ها امکان تشخیص گاز را حتی در حضور موادی (مانند هالیدها، سولفیدها و سیلیکون) که دتکتورهای احتراق کاتالیستی و نیمه‌رسانا را مسموم می‌کنند، فراهم می‌سازند.

 

گاز سمی (برای جلوگیری از مسمومیت)

گازهای سمی معمولاً به دتکتورهای با حساسیت بالا نیاز دارند که قادر به تشخیص غلظت‌های در محدوده چند صد ppm تا چند ppb باشند.

روش‌های تشخیص شامل روش نیمه‌رسانا، روش الکترولیز پتانسیواستاتیک، روش تشخیص ذرات پیرولیز، روش نوار شیمیایی و روش PID است. اصل تشخیص معمولاً بر اساس محدوده‌ای انتخاب می‌شود که امکان تشخیص در نقاط تنظیم هشدار یا مقادیر حد آستانه را فراهم کند.

دتکتورهای نیمه‌رسانا گاز را در غلظت‌های حدود چند ده ppm تا چند هزار ppm تشخیص می‌دهند. دتکتورهای الکترولیز پتانسیواستاتیک گاز را در غلظت‌های حدود چند ده ppm تا چند ده ppb تشخیص می‌دهند. دتکتورهای تشخیص ذرات پیرولیز بر اساس اصل حسگری طراحی شده‌اند که به‌طور خاص برای تشخیص ترکیبات فلزی آلی در گازهای مواد نیمه‌رسانا مانند TEOS استفاده می‌شود.

(تترااتوکسی سیلان). دتکتورهای گاز با نوار شیمیایی مزیت تشخیص گاز در غلظت‌های فوق‌العاده پایین در حد چند ppb را ارائه می‌دهند. این دتکتورها حداقل تأثیرپذیری را از گازهای مزاحم دارند و بنابراین برای استفاده در محیط‌هایی که سایر انواع دتکتورها دچار اختلال می‌شوند، ایده‌آل هستند.

 

اکسیژن (برای جلوگیری از کم‌اکسیژنی و اکسیژن اضافی)

دو اصل برای تشخیص اکسیژن استفاده می‌شود: روش سلول گالوانیکی غشایی و روش الکترولیز پتانسیواستاتیک. دتکتورهای سلول گالوانیکی غشایی پرکاربردترین نوع هستند که به دلیل پایداری بلندمدت و مقاومت در برابر تداخل مورد استفاده قرار می‌گیرند. با این حال، این دتکتورها به دلیل استفاده از سرب (Pb) احتمالاً در آینده تحت مقررات RoHS قرار خواهند گرفت. (در حال حاضر معاف هستند.) مجموعه‌ای از دتکتورهای الکترولیز پتانسیواستاتیک بدون سرب با توجه به روندهای قانونی در حال ظهور هستند.

 

۲. نوع ثابت یا قابل حمل؟

اگر دتکتورها توسط کارگران حمل یا پوشیده می‌شوند، دتکتورهای گاز قابل حمل را انتخاب کنید. برای نظارت بر نشت گاز در یک مکان ثابت، دتکتورهای گاز ثابت را انتخاب نمایید.

 

۳. نوع انتشار یا مکشی؟

دتکتورهای گاز عموماً بر اساس روش تشخیص به دو نوع تقسیم می‌شوند: نوع انتشار و نوع مکشی. دتکتورهای گاز نوع مکشی دارای یک پمپ داخلی هستند که گاز را از نقاط احتمالی نشت (مثلاً روی خطوط یا داخل محفظه‌ها) به سمت دتکتور می‌کشند. دتکتورهای گاز نوع انتشار، دتکتورهای غیرفعالی هستند که گازهای شناور در محیط را هنگام رسیدن به دتکتور تشخیص می‌دهند.

 

۴. تشخیص چندگانه یا تک‌گاز؟

علاوه بر دتکتورهای گاز قابل حمل که یک جزء گازی را تشخیص می‌دهند، دتکتورهایی وجود دارند که می‌توانند چندین گاز را به طور همزمان تشخیص دهند. ترکیب پایه‌ای گازها در دتکتورهای چندگانه معمولاً شامل چهار جزء است: گاز قابل اشتعال، گاز سمی (H2S یا CO) و اکسیژن. بسته به محصول خاص، دتکتورهای