Hoe rookmelders werken

-Rookmelders zijn een van die verbazingwekkende uitvindingen die, vanwege massaproductie, praktisch niets kosten. U kunt al een rookmelder krijgen voor slechts $ 7. En hoewel ze heel weinig kosten, redden rookdetectoren elk jaar duizenden levens. Het wordt zelfs aanbevolen dat elk huis één rookmelder per verdieping heeft.

Alle rookmelders bestaan ​​uit twee basisonderdelen: een sensor om de rook waar te nemen en een zeer luide elektronische hoorn om mensen wakker te maken. Rookmelders kunnen werken op een 9 volt batterij of 120 volt huisstroom.

In dit artikel zullen we de twee meest voorkomende soorten rookmelders onderzoeken die tegenwoordig worden gebruikt: foto-elektrische detectoren en ionisatiedetectoren. En we zullen ook een kijkje nemen in een ionisatiedetector.

Laten we beginnen met foto-elektrische detectoren.

-

-

1. Foto-elektrische detectoren
2. Ionisatiedetectoren: ioniserende straling
3. Ionisatiedetectoren: ionisatiekamer
4. In een ionisatierookmelder

Af en toe loop je een winkel binnen en gaat er een bel af als je de drempel oversteekt. Als je kijkt, zul je vaak merken dat a fotobundeldetector wordt gebruikt. Bij de deur aan de ene kant van de winkel is een lamp (ofwel een wit licht en een lens of een laser met laag vermogen), en aan de andere kant een fotodetector die het licht kan 'zien'.

Als je de lichtstraal kruist, blokkeer je deze. De fotodetector voelt het gebrek aan licht en activeert een bel. U kunt zich voorstellen hoe ditzelfde type sensor zou kunnen werken als rookmelder. Als het ooit rokerig genoeg werd in de winkel om de lichtstraal voldoende te blokkeren, zou de bel gaan. Maar er zijn hier twee problemen:

1. Het is een behoorlijk grote rookmelder.
2. Het is niet erg gevoelig.

Er zou VEEL rook moeten zijn voordat het alarm afgaat - de rook zou dik genoeg moeten zijn om het licht volledig te blokkeren. Daar is nogal wat rook voor nodig.

Foto-elektrische rookmelders gebruiken licht daarom op een andere manier. Binnenin de rookmelder zit een lampje en een sensor, maar deze staan ​​onder een hoek van 90 graden ten opzichte van elkaar, als volgt:

In het normale geval schiet het licht van de lichtbron links dwars over de sensor heen en mist het de sensor. Wanneer rook de kamer binnenkomt, verstrooien de rookdeeltjes het licht en valt er wat licht op de sensor:

De sensor laat dan de claxon in de rookmelder afgaan.

Foto-elektrische detectoren zijn beter in het detecteren van rokerige branden, zoals een smeulende matras.

Brandsensoren zijn ontwikkeld op basis van technologie die NASA gebruikt om foto's van verre planeten te verbeteren. Lees meer over coole NASA-innovaties in deze interactieve animatie van Discovery Channel.

Ionisatie rookmelders gebruiken een ionisatiekamer en een bron van ioniserende straling om rook te detecteren. Dit type rookmelder komt vaker voor omdat het goedkoop is en beter in staat is om de kleinere hoeveelheden rook te detecteren die door vlammend vuur worden geproduceerd.

In een ionisatiedetector zit een kleine hoeveelheid (misschien 1 / 5000ste van een gram) van americium-241. Het radioactieve element americium heeft een halfwaardetijd van 432 jaar en is daar een goede bron van alfa-deeltjes.

Een andere manier om over de hoeveelheid americium in de detector te praten, is door te zeggen dat een typische detector 0,9 microcurie van americium-241 bevat. EEN curie is een maateenheid voor kerntechnisch materiaal. Als u een curie van iets in uw hand houdt, houdt u een hoeveelheid materiaal vast die 37.000.000.000 nucleaire transformaties per seconde ondergaat. Over het algemeen betekent dit dat 37 miljard atomen in het monster aan het vervallen zijn en een deeltje nucleaire straling (zoals een alfadeeltje) per seconde uitzenden. Een gram van het element radium genereert ongeveer 1 curie aan activiteit (Marie Curie, de vrouw naar wie de curie is vernoemd, deed veel van haar onderzoek met radium).

(Voor een uitgebreide uitleg van nucleair materiaal en nucleaire straling, zie How Nuclear Radiation Works.)

Laten we nu eens kijken naar de ionisatiekamer.

Een ionisatiekamer is heel eenvoudig. Het bestaat uit twee platen met een spanning erover, samen met een radioactieve bron van ioniserende straling, zoals deze:

De alfadeeltjes die door het americium worden gegenereerd, hebben de volgende eigenschap: ze ioniseren de zuurstof- en stikstofatomen van de lucht in de kamer. "Ioniseren" betekent "een elektron eraf slaan". Als je een elektron van een atoom stoot, krijg je een vrij elektron (met een negatieve lading) en een atoom dat één elektron mist (met een positieve lading). Het negatieve elektron wordt met een positieve spanning naar de plaat aangetrokken en het positieve atoom wordt met een negatieve spanning naar de plaat aangetrokken (tegenpolen trekken aan, net als bij magneten). De elektronica in de rookmelder registreert de kleine hoeveelheid elektrische stroom dat deze elektronen en ionen die naar de platen bewegen vertegenwoordigen.

Wanneer rook de ionisatiekamer binnendringt, wordt deze stroom verstoord - de rookdeeltjes hechten zich aan de ionen en neutraliseren deze. De rookmelder detecteert de stroomdaling tussen de platen en laat de hoorn afgaan.

Over alarmen gesproken: als de woorden "nucleaire straling" worden gebruikt, gaat er bij veel mensen een alarm af. De hoeveelheid straling in een rookmelder is extreem klein. Het is ook overwegend alfa-straling. Alfastraling kan een vel papier niet binnendringen en wordt geblokkeerd door enkele centimeters lucht. Het americium in de rookmelder kan alleen gevaar opleveren als je het inademt. Daarom wil je niet spelen met de americium in een rookmelder, ernaar porren of op enigerlei wijze storen, omdat je niet wilt dat het in de lucht komt. Zie Hoe nucleaire straling werkt voor meer informatie.

Laten we nu eens kijken in een ionisatierookmelder.

Dit is hoe de buitenkant van een typische rookmelder eruitziet.

Als je de kap eraf haalt, merk je dat een rookmelder vrij eenvoudig is. Deze bestaat uit een printplaat (zie het artikel Inside a Remote Control voor uitleg over printplaten), een ionisatiekamer (de zilveren cilinder naar de rechterbovenhoek in de volgende afbeelding) en een elektronische hoorn (de messing cilinder rechtsonder in de volgende afbeelding):

Hier is een close-up van het bord:

en de onderkant van het bord:

De ionisatiekamer is een aluminium blikje met daarin de ionisatiebron. Je kunt zien dat het blikje sleuven heeft om lucht te laten stromen. Het blikje zelf fungeert als de negatieve plaat van de ionisatiekamer.

Onder het blik zit een keramische houder die de positieve plaat van de ionisatiekamer bevat. Onder die plaat bevindt zich de ionisatiebron, WAT U ZEKER WILT DAT U NIET STOORT.

Bekijk de links op de volgende pagina voor meer informatie over rookmelders en aanverwante onderwerpen.

Gerelateerde artikelen

• Hoe Fire werkt
• Hoe brandblussers werken
• Hoe nucleaire straling werkt
• Hoe atomen werken
• Hoe schrijf je de chemische reactie die plaatsvindt in een rookmelder?
• Waarom komt er rook uit een vuur??
• Hoe communiceren rookmelders met elkaar??

Meer geweldige links

• Brandweer Charlotte: Rookmelders
• USFA: Home Fire Safety
• Rookmelders redden levens
• Rookmelders en Americium