Duman dedektörü

Dış kısmı açılmış bir optik duman dedektörü

Duman dedektörü, tipik bir yangın göstergesi olan dumanı algılayan bir cihazdır.

Ticari, endüstriyel ve toplu konut dedektörleri yangın alarm sistemine bir sinyal yollarken, ev dedektörleri olarak adlandırılan tiptekiler genellikle dedektörün kendisinden yerel bir sesli ya da görsel alarm yayarlar. Duman dedektörleri genellikle 150 milimetre (6 in) çapında ve 25 milimetre kalınlığında (1 in) bir disk şeklindeki plastik bir muhafaza içine yerleştirilmiştir ancak şekli, üretici veya ürün hattı göre değişebilir. Birçok duman dedektörü optik algılama (fotoelektrik) veya fiziksel sürece (iyonizasyon) göre çalışırken, daha hassas dedektörler duman duyarlılığını artırmak için her iki algılama yöntemini de kullanmaktadır.Bu hassas dedektörler, tuvaletler ve okullar gibi sigara içmenin yasak olduğu yerlerde caydırma amaçlı kullanılabilir. Büyük ticari, endüstriyel ve konut duman dedektörleri genellikle bir pil yedeklemesi ile bina gücü tarafından beslenmekte olan merkezi bir yangın alarm sistemi tarafından desteklenmektedir. Ancak tek bir aileye ait müstakil ve daha küçük evlerde, duman dedektörleri genellikle sadece tek bir pil ile beslenmektedir.

Tarih

İlk otomatik elektrikli yangın alarm dedektörü Francis Robbins Upton tarafından 1890 yılında icat edilmiştir (US Patent No. 436.961). Upton bir Thomas Edison iştirakiydi, ancak Edison'un bu projeye katkıda bulunduğunu gösteren bir kanıt yoktur. George Andrew Darby 1902 yılında İngiltere’de ilk elektrikli ısı ve duman dedektörünün patentini almıştır.^[1] 1930lu yılların sonunda İsviçreli fizikçi Walter Jaeger zehirli gazlar için bir sensör icat etmeyi denemiştir. Bu deneyde sensöre giren gazın iyonize olmuş hava moleküllerini birbirine bağlayacağını ve bu sayede aygıttan bir elektrik akımı geçeceğini düşünmüştü. Ancak aygıtı, az yoğunluklu gazın sensörün iletkenliği üzerinde bir etki yaratmaması yüzünden çalışmamıştı. Sinirlenen Jaeger bir sigara yaktıktan hemen sonra aygıtta kaydedilen akım düşümünü görünce çok şaşırmıştı. Duman partikülleri görünüşe göre gazın yapamadığını yapmıştı. Jaeger’in deneyi modern duman dedektörleri için yeni bir yol açan önemli gelişmelerden biriydi. Ancak nükleer kimya ve katı-durum elektroniğindeki gelişmeler sayesinde ucuz bir sensörün üretilmesi yaklaşık 30 yıl sonra gerçekleşti. Ev tipi duman dedektörleri 1960lı yıllarda kullanılabilir olsa da bu cihazların fiyatları oldukça yüksekti. Bundan önce dedektörler o kadar pahalıydı ki sadece büyük işletmeler ve tiyatrolar bu cihazları alabiliyorlardı. Gerçek anlamda ilk uygun fiyatlı ev tipi duman dedektörü 1965 yılında Duane D. Pearsall tarafından içinde kolaylıkla değiştirilebilen ve yüklenebilen bağımsız pille beslenen ünitesi olacak şekilde icat edilmiştir. Seri üretim cihazlar ilk defa Lakewood Colarado’da bulunan Duane Pearsall’ın şirketi olan Statitrol Corporation tarafından üretilmiştir. Bu ilk cihaz, yangına karşı oldukça dayanıklı ve daha çok arı şeklini andıracak şekilde üretilmişti. Cihazın pili Gates Energy tarafından tasarlanan tekrar şarj olabilecek şekilde geliştirilen bir üniteydi. Çok uzun zaman geçmeden pili değiştirme ihtiyacı ortaya çıktı ve tekrar şarj edilebilir ünite, dedektörü örten plastik kabuk içindeki bir çift AA piliyle değiştirildi. Statitrol icadı 1980 yılında Emerson Elektrik’e satmadan ve Searlerin perakendecileri “her eve lazım” konseptiyle dedektörlerin tam distribütörlüğünü almadan önce küçük bir montaj hattı günde yaklaşık 500 ünite üretilebiliyordu. İlk ticari duman dedektörleri pazara 1969 yılında girdi. Günümüzde Amerika’daki evlerin % 93ünde ve İngiltere’deki evlerin % 85inde bu dedektörler mevcuttur. Buna rağmen bu cihazların yaklaşık % 30u kullanıcıların cihazların pillerini çıkarması ya da değiştirmeyi unutması yüzünden çalışmadığı tahmin edilmektedir.

Dizayn

Optik

Optik duman dedektörü bir ışık sensörüdür. Duman dedektörü olarak kullanıldığında bir ışık kaynağı (akkor ampul ya da kızılötesi LED), ışığı ışına dönüştüren bir lens ve ışık dedektörü olarak kullanılan foto diyot veya fotoelektrik sensör içerir. Duman olmadığı zaman ışık düz bir çizgi olarak dedektörün önünden geçer. Eğer duman, ışın demeti yolundaki optik çemberden geçerse bazı ışınlar duman partikülleri tarafından kırılıp sensöre ulaşırlar ve böylece bir alarm tetiklenir. Ayrıca kapalı spor salonu ve amfi gibi büyük odalarda yansıtılan ışınları algılayan cihazlar kullanılmaktadır. Duvara monte olan bir ünite, ayrı bir izleme cihazı tarafından alınan ya da bir ayna tarafından geri yansıtılan bir ışın yollar. Eğer ışın sensörün “gözüne” daha az gözükürse cihaz yangın alarm kontrol paneline bir alarm sinyali yollar. Ulusal Yangından Korunma Kurumu’na (NFPA) göre “fotoelektrik duman algılama genellikle uzun süreli yanma ile başlayan yangınlara karşı daha hassastır.” Ayrıca California’da bulunan Texas A&M ve NFPA’nın çalışmalarına göre “Fotoelektrik dedektörler iyonizasyon tipindekilere göre hızlıca büyüyen yangınlara daha yavaş tepki vermektedir, ancak laboratuvar ve saha testleri göstermektedir ki fotoelektrik duman dedektörleri tüm yangın tiplerine göre uygun alarm vermekte ve kullanıcılar tarafından çok daha az devre dışı bırakılmaktadır.” Her ne kadar optik dedektörler uzun süreli yanma ile başlayan yangınlara daha duyarlı olsalar ve alevli yangınlara uygun koruma sağlasalar da yangın güvenlik uzmanları ve NFPA hem iyonizasyon hem fotoelektrik/optik algılama süreçlerine sahip ya da hem ısı hem duman algılamasını sağlayan kombine dedektörlerin kullanılmasını önermektedir. Ayrıca bazı kombine dedektörler karbon monoksit algılama yeteneğine de sahiptir.Her optik ya da fotoelektrik algılama metodu aynı değildir. Foto diyot ya da optik sensörün tipi ve duyarlılığı ve içindeki duman çemberinin tipi üreticiler arasında farklılık göstermektedir.

İyonizasyon

İyonizasyon tipi duman dedektörü genel olarak optik duman dedektörüne göre daha ucuza üretilmektedir, ancak bu tip dedektörler optik duman dedektörlerine göre yanlış alarm vermeye daha yatkındırlar.^[2][3] İyonizasyon tipi dedektörler gözle görülemeyecek kadar küçük duman partiküllerini algılayabilir. Bu dedektörler yaklaşık 37 kBq ya da 1 µCi radyoaktif element olan Amerikyum-241 (241Am) içerir.^[4][5] Radyasyon iyonizasyon çemberinden - iki elektrot arasındaki hava dolu boşluk - geçer ve elektrotlar arası küçük sabit bir akım geçmesini sağlar. Çembere giren herhangi bir duman iyonizasyonu azaltan ve akımı bölen alfa partiküllerini çeker ve böylece alarm tetiklenir. 241Am, 432 yıl yarı ömüre sahip bir alfa yayıcısıdır. Beta ve gama radyasyonunun karşıtı olan alfa radyasyonu iki ek sebepten ötürü kullanılmaktadır: Alfa partikülleri yüksek iyonizasyona sahiptir bu yüzden hava partiküllerinin akımın var olması için iyonizasyon olması yeterlidir ve bu partiküller düşük delici güce sahiptir yani havada ya da duman dedektörünün plastik kısmında dururlar. Yayılan 241 Am’nin radyoaktif enerjisini % 1’i gama radyasyonudur.

Hava-örneklemeli

Hava örneklemeli duman dedektörleri mikroskobik duman partiküllerini algılama yeteneğine sahiptir. Birçok hava örneklemeli dedektör, korunacak alanı saran, tavanda paralel olarak yayılmış ve küçük deliklere sahip boru ağı ile aktif olarak içine hava çekerek algılama yapar. Her boruda yer alan küçük delikler matris bir yapı oluşturarak boru ağında yayılım sağlarlar. Hava örnekleri dumanı oluşturan çok küçük partikülleri algılayan ve içinde lazer bulunan hassas optik bir aygıta çekilir. Hava örneklemeli dedektörler gazlı söndürme sistemi gibi otomatik yangın cevap sistemlerini tetiklemekte ve arşiv ya da sunucu odaları gibi yüksek önem ya da kritik görevlere sahip bölgelerde kullanılmaktadır. Birçok hava örneklemeli duman dedektörü noktasal duman dedektörlerine göre daha hassas algılama yapma yeteneğine sahiptir ve çoklu alarm eşik değerini sağlamaktadır. Eşik değerleri çeşitli duman seviyelerine göre ayarlanabilmektedir. Bu özellik, hava örneklemeli dedektörlerin noktasal duman dedektörlerine göre çoğalan bir yangının uyarısını daha erken vermesini, böylelikle otomatik söndürme sistemlerinin devreye girmesini, yangının zararlarının azalmasını ve tahliye için gerekli zamanın kısalmasını sağlamaktadır.

Kaynakça

1. Prosser, Richard.Birmingham Inventors And Inventions. H.M. Patent Office (originally 1881) later published by S.R. Publishers 1970.
2. Residential Smoke Alarm Performance, Thomas Cleary, Building and Fire Research Laboratory, National Institute of Standards and Technology, UL Smoke and Fire Dynamics Seminar. November, 2007.
3. Performance of Home Smoke Alarms Analysis of the Response of Several Available Technologies in Residential Fire Settings, http://www.fire.nist.gov/bfrlpubs/fire07/art063.html, Bukowski, Cleary et al
4. "Smoke detectors and americium-241 fact sheet". Canadian Nuclear Society. Retrieved 2009-08-31.
5. Julie Louise Gerberding (2004-04). "Toxicological Profile For Americium" (PDF; 2.1MiB). United States Department of Health and Human Services/Agency for Toxic Substances and Disease Registry. Retrieved 2009-08-29.