اصول کار دتکتور حرارتی
در زندگی روزمره، ما با مشاهده حوادث آتشسوزی متعددی که به دلایل مختلف در صنایع تولیدی، سازمانها، شرکتها، مجتمعهای تجاری و اماکن مسکونی رخ میدهند و تیتر روزنامههای مهم میشوند، کاملاً آشنا شدهایم. این حوادث آتشسوزی معمولاً باعث خسارت مالی یا جانی و جراحات شدید میشوند.
برای جلوگیری از چنین حوادث آتشسوزی و به حداقل رساندن خسارات ناشی از آنها، توسعه یک سیستم امنیتی/حفاظتی خوب همچنان گزینه بهتری است. چنین سیستمی را میتوان با طراحی یک نمونه اولیه بهتر در قالب چند پروژه الکترونیکی جدید با استفاده از حسگرهای حرارتی یا آشکارسازهای حرارتی توسعه داد. این پروژههای مبتنی بر حسگر شامل رباتهای آتشنشانی برای خاموش کردن آتش، مدار آشکارساز حرارتی خودکار برای جلوگیری از وقوع حوادث آتشسوزی است.
آشکارساز گرما Heat Detector
دتکتور حرارتی را میتوان به عنوان عنصر یا وسیلهای تعریف کرد که تغییرات گرما یا آتش را تشخیص میدهد. اگر هرگونه گرمایی (تغییر در گرما که از حد مجاز درجهبندی حسگر حرارتی فراتر رود) توسط حسگر حرارتی حس شود، حسگر حرارتی سیگنالی برای هشدار یا فعال کردن یک سیستم امنیتی یا حفاظتی برای خاموش کردن یا جلوگیری از حوادث آتشسوزی تولید میکند. انواع مختلفی از حسگرهای حرارتی وجود دارد که بر اساس معیارهای مختلفی مانند میزان ظرفیت تحمل گرما، ماهیت ظرفیت حسگری گرما و غیره طبقهبندی میشوند. علاوه بر این، حسگرهای حرارتی به انواع مختلفی از جمله حسگرهای حرارتی آنالوگ و حسگرهای حرارتی دیجیتال طبقهبندی میشوند.
مدار آشکارساز گرما
دتکتور حرارتی میتواند گرما را حس کند (تغییر در گرما با توجه به ویژگیهای دتکتور حرارتی مورد استفاده). اما، باید مداری برای فعال کردن سیستم هشدار برای نشان دادن آتش یا تغییر گرما و برای هشدار دادن به سیستم امنیتی یا حفاظتی طراحی شود. مدار دتکتور حرارتی را میتوان با استفاده از حسگر حرارتی طراحی کرد.
این دتکتورهای حرارتی عمدتاً بر اساس عملکردشان به دو نوع «دتکتورهای حرارتی با نرخ افزایش» Rate of Rise Heat Detectors و «دتکتورهای حرارتی با دمای ثابت» Fixed Temperature Heat Detectors طبقهبندی میشوند.
آشکارسازهای حرارتی نرخ افزایش دما
این دتکتورهای حرارتی صرف نظر از دمای شروع کار میکنند، زیرا افزایش سریع دمای بین 7 تا 8 درجه سانتیگراد در دقیقه را تشخیص میدهد. اگر آستانه این نوع دتکتورهای حرارتی ثابت باشد، میتوان آنها را در شرایط آتشسوزی با دمای پایین نیز به کار انداخت. این دتکتور حرارتی از دو ترموکوپل یا ترمیستور حساس به گرما تشکیل شده است. یکی از ترموکوپلها برای نظارت بر گرمای منتقل شده از طریق همرفت یا تابش استفاده میشود. ترموکوپل دیگر به دمای محیط پاسخ میدهد. دتکتور حرارتی هر زمان که دمای ترموکوپل اول نسبت به ترموکوپل دیگر افزایش یابد، پاسخ خواهد داد.
یک آشکارساز حرارتی با نرخ افزایش دما به سرعت های پایین آزادسازی انرژی ناشی از افزایش دمای عمدی واکنش نشان نمیدهد. (مانند گرم شدن تدریجی یک سالن دارای کوره عملیات حرارتی) آشکارسازهای ترکیبی یک عنصر دمای ثابت اضافه میکنند که میتواند برای تشخیص آتشسوزیهای با سرعت کم استفاده شود. این عنصر در نهایت هر زمان که عنصر دمای ثابت به آستانه طراحی برسد، واکنش نشان میدهد.
دتکتورهای حرارتی دمای ثابت
این رایجترین آشکارساز حرارتی است. هر زمان که دما یا گرما تغییر کند، بوسیله یک ترموستات و یا ذوب شدن یک ماده عمل میکند و به این روش آشکارسازهای دمای ثابت کار میکنند. به طور کلی، برای نقطه دمای ثابت ۵۸ درجه سانتیگراد تنظیم شده است.
اصول کار مدار آشکارساز گرما
یک مدار آشکارساز گرما ساده در شکل نشان داده شده است که میتواند به عنوان حسگر گرما استفاده شود. در این نمودار مدار آشکارساز گرما، یک مدار تقسیمکننده پتانسیل با اتصال سری ترمیستور و مقاومت ۱۰۰ اهم تشکیل شده است. اگر از ترمیستور نوع NTC (با ضریب دمایی منفی) استفاده شود، مقاومت ترمیستور پس از گرم شدن کاهش مییابد. بنابراین، جریان بیشتری از مدار تقسیمکننده پتانسیل تشکیل شده توسط ترمیستور و مقاومت ۱۰۰ اهم عبور میکند. از این رو، ولتاژ بیشتری در محل اتصال ترمیستور و مقاومت ظاهر میشود.
بیایید ترمیستوری با ۱۱۰ اهم را در نظر بگیریم که پس از گرم شدن، مقدار مقاومت آن ۹۰ اهم میشود. سپس، طبق مدار تقسیمکننده پتانسیل که مفهومی فراگیر به نام تقسیمکننده ولتاژ است: ولتاژ دو سر یک مقاومت و نسبت مقدار آن مقاومت و مجموع مقاومتها ضربدر ولتاژ دو سر ترکیب سری برابر هستند. رابطه ورودی-خروجی برای این سیستم مدار آشکارساز گرما، به شکل نسبت ولتاژ خروجی به ولتاژ ورودی است که توسط مفهوم تقسیمکننده ولتاژ در این مفهوم خاص ارائه شده است.
در نهایت، ولتاژ خروجی از طریق یک مقاومت به ترانزیستور NPN نشان داده شده در مدار اعمال میشود. یک دیود زنر برای حفظ ولتاژ امیتر در ۴.۷ ولت استفاده میشود که میتواند به صورت مقایسهای استفاده شود. اگر ولتاژ بیس بیشتر از ولتاژ امیتر باشد، ترانزیستور شروع به هدایت میکند. دلیل این امر این است که وقتی ترانزیستور ولتاژ بیس بیش از ۴.۷ ولت دریافت میکند، یک زنگ هشدار متصل میشود تا مدار آشکارساز گرما که برای تولید صدا استفاده میشود را تکمیل کند.
مدار آشکارساز گرما با استفاده از SCR و LED
مدار آشکارساز گرما با استفاده از ترمیستور طراحی شده است، اما به جای استفاده از ترانزیستور و زنگ اخبار، در اینجا از SCR و LED استفاده شده است. SCR به صورت سری با LED متصل شده است. در اینجا از LED به عنوان یک عنصر هشدار دهنده استفاده شده است. LED قرمز متصل در مدار به گونهای تغییر میکند که تغییر قابل توجه در گرمای حس شده توسط ترمیستور را نشان دهد.
به طور کلی، ترمیستور در دمای اتاق مقاومت بسیار بالایی (تقریباً برابر با مقدار نامی آن ۱۰۰ کیلو اهم) ارائه میدهد. به دلیل این مقاومت بسیار بالا، عملاً هیچ جریانی جریان نخواهد داشت. از این رو، هیچ پالس تحریکی به ترمینال گیت SCR داده نمیشود. اما اگر مقدار قابل توجهی گرما توسط ترمیستور حس شود، مقاومت ترمیستور به طور قابل توجهی کاهش مییابد. بنابراین، مقدار کافی جریان از مدار عبور میکند و ترمینال گیت SCR تحریک میشود. بنابراین، LED متصل به صورت سری با SCR به عنوان هشداری روشن میشود که تغییر گرما را نشان میدهد.
به طور مشابه، ما میتوانیم عملاً پروژههای الکترونیکی را برای توسعه مدارهای مختلف آشکارساز گرما پیادهسازی کنیم. در اینجا، در درجه اول در مورد مدار آشکارساز گرما با آلارم زنگ فعال شده با ترانزیستور بحث کردیم؛ میتوانیم به جای ترانزیستور از SCR استفاده کنیم. به این ترتیب، ترکیب عناصر هشدار دهنده و عناصر فعال کننده را میتوان برای پیادهسازی عملی انواع مختلف مدارهای آشکارساز گرما تغییر داد. این مدار آشکارساز گرما را میتوان با تغییر عنصر خروجی زنگ یا LED با برخی بارهای دیگر اصلاح کرد. به عنوان مثال، میتوانیم از یک مدار آشکارساز گرما خاص با محدودیتهای خاص استفاده کنیم که با تشخیص تغییر گرما، یک فن یا کولر یا تهویه مطبوع را روشن میکند.
علاوه بر موارد فوق دو نوع اشگار ساز دیگر نیز کاربرد دارند که عبارتند از اشگار ساز شعله که به نور مادون قرمز شعله حساس می باشد و اشکار ساز خطی حرارتی که یک کابل مقاومتی در برابر گرما می باشد. که به Line Heat Detector معروف می باشد.
