อุปกรณ์ตรวจจับควัน Smoke Detector

อุปกรณ์ตรวจจับควัน Smoke Detector 

มีด้วยกันอยู่ 2 แบบ หลักๆ คือ



1. แบบ Ionization Smoke Detector



2. แบบ Photoelectric Smoke Detector



โดยทั้ง 2 แบบนี้จะมี Sensing Chamber (ห้องจับควัน) ที่แตกต่างกัน มีหลักการทำงานที่ต่างกันใน การจับการสันดาป ซึ่งทำให้เกิดอณูในขนาดที่มองเห็น และมองไม่เห็นได้ด้วยตาเปล่า ถึงสามารถตรวจจับควันที่ลอยขึ้นมาจากเหตุเพลิงไหม้ได้ทั้งแบบมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า และมองเห็นไม่ได้ด้วยตาเปล่า



 การทำงานของแบบ Ionization Smoke Detector

โดยทั่วไปแล้วแบบ Ionization Smoke Detector จะประกอบไปด้วย แผ่นชาร์จประจุ และ สารแผ่รังสี(โดยทั่วไปใช้ Americium 241) ใช้ Ionized อากาศที่อยู่ระหว่างแผ่นชาร์จประจุสารแผ่รังสี จะแผ่รังสีให้กับโมเลกุลของอากาศ ซึ่งจะส่งรังสีอณูเล็กๆ วิ่งไปชนกระแทก กับโมเลกุลของอากาศ ทำให้อิเลคตรอนของโมเลกุลของอากาศกระเด็นออกไป ขณะที่โมเลกุลนั้นๆ เสียประจุอิเลคตรอนไป จะมีประจุเป็นบวก (+) อิเลคตรอนที่กระเด็นออก จะวิ่งไปหาโมเลกุลอื่น ทำให้โมเลกุลนั้นได้รับ อิเลคตรอนเพิ่ม กลายเป็นประจุลบ (-) จำนวนโมเลกุลประจุ + และประจุ (-) ของอากาศในห้อง Sensing Chamber จะมีจำนวนเท่ากัน โมเลกุลประจุ (+) จะวิ่งไปหาแผ่นชาร์จประจุ (-) โมเลกุล (-) จึงวิ่งไปหาแผ่นชาร์จประจุ (+) ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าไหลหมุนเวียนระดับหนึ่ง



      กระแสไฟฟ้าหมุนเวียนดังกล่าว สามารถวัดได้โดยวงจรไฟฟ้าที่ต่อเข้ากับ แผ่นชาร์จประจุทั้งสอง เมื่อมีการทำสันดาป จากการเผาไหม้เกิดขึ้น อณูที่เกิดจากการสันดาปจะใหญ่กว่า โมเลกุลของอากาศที่ถูก Ionized มาก เมื่ออณูของการสันดาปเข้ามาในห้อง Sensing Chamber นี้ โมเลกุลของอากาศที่ถูก Ionized จะวิ่งชนกับอณูที่เกิดจากการสันดาปทำให้เกิดการถ่ายเทประจุระหว่าง อณูสันดาป และ โมเลกุลอากาศ Ionized อณูที่เกิดจากการสันดาปบางตัวก็เป็น + บางตัวก็เป็น – เนื่องจากอณูที่เกิดจากการสันดาป ดังกล่าวนี้เป็นอณูที่ใหญ่กว่าโมเลกุล ของ อากาศมาก มันจึงรวมตัวอยู่ระหว่างกลาง เมื่ออณูสันดาปเข้ามาเพิ่มขึ้น และถ่ายเทประจุ และรวมกลุ่มกันมากขึ้นจะทำให้โมเลกุลที่ถูก Ionized ของ อากาศลดลง ทำให้กระแสไฟฟ้าที่ไหลลดลงไป ตามลำดับ เมื่อมาถึงจุดๆหนึ่ง (เกิดพิกัด) วงจรที่ใช้วัดค่ากระแสจะส่งสัญญาณ Alarm การเปลี่ยนแปลงของความชื้น และ ความกดดันของบรรยากาศ จะมีผลต่อการไหลของกระแสไฟฟ้าด้วย ซึ่งจะคล้ายกับผลที่ได้จากที่มี อณูการสันดาป เข้ามาในห้อง Sensing Chamber ดังนั้น เพื่อชดเชยผลกระทบจากการเปลี่ยนแปลง ของ ความชื้น และการเปลี่ยนแปลงความกดดันในบรรยากาศ บริษัทผู้ผลิต Smoke Detector แบบ Ionization จึงได้พัฒนาการตรวจจับแบบ Dual Ionization Chamber (ห้องจับควันคู่)โดยที่ห้องตรวจจับควัน (Ionization Chamber) ทั้ง สองห้องสามารถให้ความชื้น และ ความกดดัน ของบรรยากาศเข้าไปได้เหมือนกัน แต่ห้องหนึ่งไม่ให้อณูการสันดาป , ฝุ่นละออง เข้าไปถือเป็น Reference Chamber (ห้องสำหรับเทียบค่า) ส่วนอีกห้องให้อณูการสันดาปเข้าไปได้ตามปกติ เมื่อความชื้นในบรรยากาศ หรือ ความดันบรรยากาศเปลี่ยนแปลงไป ทำให้เกิดความเปลี่ยนแปลงทั้งสองห้องเท่ากัน หักลบกันแล้วจะเป็นศูนย์ แต่ถ้ามีอณูจากการสันดาปเข้าไปห้องหนึ่ง ทำให้เกิด การเปลี่ยนแปลงการไหล ของ กระแสไฟมากกว่าอีกห้อง เมื่อเทียบกันแล้วเปลี่ยนแปลงไปเกินพิกัด จึงจะส่งแจ้งสัญญาณ Alarmสำหรับ Dual Chamber Ionization Smoke Detector นี้ถ้าหากมี ฝุ่น และ ความชื้น มากเกินไป (มีหยดน้ำเกาะ) ลมแรงไป หรือ แมลงขนาดเล็กเหล่านี้ สามารถสร้างปัญหาให้กับ Smoke Detector แบบนี้ได้ ซึ่งจะอ่านค่าออกเป็นอณูสันดาป และส่งสัญญาณ Alarm ไม่ถูกต้อง ยิ่ง Smoke Detector มีความไวมากเท่าใด ก็จะมีผลต่อการส่งสัญญาณ Alarm ให้ผิดเพี้ยนมากขึ้นเท่านั้น



การทำงานของแบบ Photoelectric (Optical) Smoke Detector

             ควันที่เกิดจากเพลิงไหม้ สามารถบังลำแสง และ ทำให้ความเข้มของแสงลดลงได้ หรือทำให้เกิดการกระจายแสงโดยแสงสะท้อนจากอณูของควันไฟ Photoelectric Smoke Detector อาศัยหลักการนี้ ในการตรวจจับควันไฟ



Photoelectric Light Obscuration Smoke Detector (ใช้การบังแสง)

             อุปกรณ์ตรวจจับสัญญาณควันที่ใช้หลักการง่าย ๆ ในการบังแสงของควันก็ คือ Beam Type Smoke Detector ซึ่งจะใช้ควันบังแสง Photodiode (ให้ดูที่ภาพ Figure 3-6) เมื่ออณูของควันเข้าไปบังแสง ทำให้ลดความเข้มของแสงที่จะได้รับบนอุปกรณ์ไวแสง การเปลี่ยนแปลงความเข้มของแสงนี้วัดให้ โดยวงจรภายใน และ เมื่อความเข้มลดลงถึงจุดที่เลยพิกัด จะแจ้งส่งสัญญาณ Alarm ทำให้ลดความเข้มของแสงที่จะได้รับบนอุปกรณ์ไวแสง การเปลี่ยนแปลงความเข้มของแสงนี้วัดให้ โดยวงจรภายใน และ เมื่อความเข้มลดลงถึงจุดที่เลยพิกัด จะแจ้งส่งสัญญาณ Alarm

Smoke Detector Design Consideration :

           การพิจารณาหลักการออกแบบอุปกรณ์ตรวจจับควัน :Smoke Detector นั้นใช้หลักการทำงานง่าย ๆ แต่การออกแบบการใช้งาน ควรจะคำนึงถึงหลักบางประการ Smoke Detector ต้องทำงานได้เมื่อตรวจจับควันได้ แต่ควรลดการแจ้งเตือนที่ผิดพลาดที่ไม่ได้เกิดจากควันจริงๆ ซึ่งอาจจะเกิดจากสาเหตุหลายประการสำหรับ Ionization Smoke Detector ฝุ่น และคราบสกปรกที่สะสมบนสารแผ่รังสี จะทำให้ Smoke Detector ตรวจจับไวเกินไป ส่วนในแบบ Photoelectric Smoke Detector นั้น ฝุ่นที่เกาะตามผนังของห้อง Sensing Chamber อาจจะเพิ่มแสงสะท้อนสู่ Photosensitive Element ทำให้เกิดการแจ้งเตือนที่ผิดพลาดได้ เช่นกัน กระแสไฟกระเพื่อม หรือรังสีบางชนิดสามารถมีผลกระทบต่อวงจร ของ Smoke Detector ทั้งสองแบบได้ และแปลความหมายเป็นควัน ซึ่งทำให้เกิดการแจ้งเตือนที่ผิดพลาดได้ ดังนั้นค่าความไวของ Smoke Detector ต้องอยู่ในระดับที่พอเหมาะ ตามที่ได้กำหนดไว้ โดยสถาบันรับรอง หรือ สถาบันทดสอบ ที่น่าเชื่อถือของโลก เช่น ที่ Loss Prevention Certification Board (LPCB) ของ ประเทศอังกฤษ หรือ Under Writer Laboratory (UL) ของ ประเทศสหรัฐอเมริกา (USA) เป็นต้น ซึ่งสถาบันเหล่านี้สามารถตรวจสอบ และทดสอบ Smoke Detector ในห้องทดสอบ Fire Test ได้จำลองการเผาไหม้จริงจากเชื้อเพลิงหลายชนิด เพื่อทดสอบประสิทธิภาพการตรวจจับควันของอุปกรณ์ Smoke Detector นั้นๆ ทั้งนี้ไม่ว่า Smoke Detector จะออกแบบมาให้มีหลักการทำงานอย่างไรก็ตามที่สำคัญ คือ จะต้องสามารถตรวจจับควันได้ ตามมาตรฐาน และตามที่คุณสมบัติของอุปกรณ์กำหนดได้ไว้



 การพิจารณาเลือกใช้ Smoke Detector

            คุณลักษณะเฉพาะของ Ionization Smoke Detector ทำให้เหมาะสำหรับการจับควันที่เกิดจากการเผาไหม้ที่เกิดเปลวไฟ อย่างรวดเร็ว ก่อให้เกิดอณูขนาดเล็ก ประมาณ 0.01 ถึง 0.3 ไมคอน (Micron )ส่วน Photoelectric Smoke Detector นั้น เหมาะสำหรับจับควันที่เกิดจากการเผาไหม้อย่างช้าๆ โดยมีอณูที่ขนาด 0.3 – 10 Micron ทั้งนี้ทั้งนั้น Smoke Detector ทั้ง 2 แบบสามารถจับควันที่เกิดจากการเผาไหม้ ทั้งสองได้เช่นเดียวกัน จะต่างกันก็ตรงที่เวลาตอบสนองต่อควันไฟแต่ละชนิดเท่านั้น การป้องกันเพลิงไหม้ในอาคารนั้น จะมีเชื้อเพลิงอยู่หลายชนิด จึงเป็นการยากที่จะบอกได้ว่า เมื่อเกิดเพลิงไหม้ จะเกิดควันประเภทใดออกมา โดยความจริงแล้วต้นกำเนิดเพลิงเดียวกันอาจจะก่อให้เกิดเพลิงไหม้ที่แตกต่างกัน ยกตัวอย่างเช่น ถ้าทิ้งก้นบุหรี่บน โซฟา หรือ เตียงนอน จะก่อให้เกิดไฟไหม้ที่ลามอย่างช้า ๆ แต่ถ้าทิ้งก้นบุหรี่ลงไปบนกระดาษหนังสือพิมพ์ที่วางบนโซฟา หรือเตียงนอน จะทำให้เกิดเพลิงไหม้โดยเกิดเปลวไฟขึ้นอย่างรวดเร็วได้

Photoelectric Smoke Detector

              ตามที่กล่าวมาข้างต้นว่า Ionization Smoke Detector นั้นตรวจจับควัน ประเภทที่ลุกไหม้เป็นเปลวไฟอย่างรวดเร็ว (Fast Fire) ได้เร็วกว่า Photoelectric Smoke Detector ดังนั้น จึงมีผู้พัฒนาอุปกรณ์เสริมในตัว Photoelectric Smoke Detector เพื่อให้ทำงานได้สมบูรณ์มากขึ้น นั้น โดยทำการเพิ่ม Heat Detector แบบ Fixed Temperature เข้าไปในตัว Photoelectric Smoke Detector ส่วนใหญ่แล้ว จะเรียกว่า Photoelectric Smoke & Heat Detector



 หลักการทำงานของ Photoelectric Smoke & Heat Detector

          คือ เมื่อเกิดเพลิงไหม้ที่เกิดเปลวไฟเผาไหม้ อย่างรวดเร็ว ส่วนใหญ่แล้วจะก่อเกิดความร้อนขึ้นมาก เช่นกัน Heat Detector ในตัว Smoke Detector นั้นจะตรวจจับความร้อนได้ และวงจรภายในจะสั่งให้ Smoke Detector จะปรับค่าตัวเองให้ไวขึ้น สามารถจับควันที่เกิดขึ้นได้รวดเร็วกว่า การจับควันในสภาวะปกติ ซึ่งจะสามารถชดเชยจุดด้อยของมันได้ จึงสามารถทำงานได้สมบูรณ์ สำหรับการเกิดเพลิงไหม้ ทั้งแบบที่ค่อย ๆ ลามช้า ๆ และ แบบเพลิงไหม้ ประเภท เกิดเปลวไฟ ขึ้นอย่างรวดเร็ว

                 สำหรับประเทศไทยนั้น เราไม่ได้ผลิต Smoke Detector เอง เนื่องจากปริมาณการใช้ Smoke Detector มีไม่มากพอที่จะผลิตให้ได้ต้นทุนที่เหมาะสม หรือ กล่าวได้อีกนัยหนึ่งว่า ไม่ได้ Economy Of Scale ดังนั้น เองอุปกรณ์ Smoke Detector ที่มีจำหน่ายในประเทศไทย จึงเป็นการนำเข้ามาจากต่างประเทศทั้งสิ้น แต่ตัวSmoke Detector แบบ Ionization Smoke Detector ใช้สารกัมมันตภาพรังสี Americium 241 เป็น Energy Source ในการ Ionization ทำให้ต้องขออนุญาตนำเข้าตามกฎระเบียบของ ทางราชการ และ ทำให้ต้องเพิ่มต้นทุนในการนำเข้าสินค้า ดังนั้น ผู้จำหน่าย Smoke Detector ส่วนใหญ่จึงนิยมนำเข้ามา เฉพาะอุปกรณ์ตรวจจับควันแบบ Photoelectric Smoke Detector หรือ อุปกรณ์ตรวจจับควันและตรวจจับความร้อน Photoelectric Smoke and Heat Detector กับ อุปกรณ์ตรวจจับควันและตรวจจับก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์ Photoelectric Smoke and Carbon Monoxide Sensors และ อุปกรณ์ตรวจจับควันกับตรวจจับความร้อนและตรวจจับก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์ Photoelectric Smoke with Heat Detector and Carbon Monoxide Sensors เพราะคุณภาพไม่ต่างกัน และมีความปลอดภัยมากกว่า
 

อุปกรณ์ตรวจจับควัน (Smoke Detector)

            เป็นอุปกร์ที่ทำหน้าที่ตรวจสอบอนุภาคของควันโดยอัตโนมัติ โดยมากการเกิด เพลิงไหม้จะเกิดควันไฟก่อน จึงทำให้อุปกรณ์ตรวจจับควันสามารถตรวจการเกิดเพลิงไหม้ได้ในการเกิดเพลิง ไหม้ระยะแรก แต่ก็มีข้อยกเว้นในการเกิดเพลิงไหม้บางกรณีจะเกิดควันไฟน้อยจึงไม่ควรนำ อุปกรณ์ตรวจจับควันไปใช้งาน เช่น การเกิดเพลิงไหม้จากสารเคมีบางชนิด หรือน้ำมัน
           หลักการทำงาน โดยทั่วไปอุปกรณ์ตรวจจับควันจะทำงานโดยอาศัย หลัการคือเมื่อมีอนุภาคควัน ลอยเข้าไปในอุปกรณ์ตรวจจับควัน อนุภาพควันจะเข้าไปกีดขวางวงจรไฟฟ้า หรือกีดขวางระบบแสงในวงจร หรือใช้อนุภาคควันในการหักเหแสงไปที่ตัวรับแสง
           ชนิดของอุปกรณ์ตรวจจับควัน แบ่งได้ 2 ประเภทใหญ่ คือแบบ ชนิดไอโอไนเซชั่น (Ioniztion) , ชนิดโฟโตอิเล็กตริก ( Photoelextric )
           1 .) อุปกรณ์ตรวจจับควันชนิด ไอไนเซชั่น (Smoke Detector Ioniztion Type) ภาย ในเป็นกล่อง(Chamber) มีแผ่นโลหะที่มีขั้วไฟฟ้าต่างกัน ที่มีสารกัมมันตภาพรังสี (Radioactive) ซึ่งจำทำหน้าที่กระตุ้นอากาศภายในให้เกิดการแตกตัวเป็นไอออน โดยไอออนในกล่องจะทำหน้าที่เป็นตัวนำไฟฟ้าให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านทั้งสองขั้ว เมื่อเกิดควันเข้าไปในกล่อง จะทำให้ค่าความนำไฟฟ้าของอากาศลด และกระแสไฟฟ้าจะลดลงเรื่อยตามปริมาณควันจนถึงค่าที่กำหนดไว้ ระบบจะทำงาน 

รูป การทำงานของระบบ อุปกรณ์ตรวจจับควันชนิด ไอไนเซชั่น  (Smoke Detector Ionization) เริ่มแรยังไม่มีอนุภาพของควัน กระแสไฟฟ้าจะเดินสะดวก ระบบจะไม่ทำงาน

รูป เมื่อมีอนุภาพควันมาติดที่แผ่น Screen (เห็นเป็นจุดดำๆ) จะเป็นตัวขัดขวางกระแสไฟฟ้า ทำให้กระแสไฟฟ้าลดต่ำลงจนถึงจุดที่ระบบทำงาน

 

           รูป ภายในอุปกรณ์ตรวจจับควันชนิด ไอไนเซชั่น  (Smoke Detector Ionization Type)

แหล่งอ้างอิง : http://www.weerpro.page.tl/Smoke-Detector.htm