离子感烟探测器的工作原理介绍

离子感烟探测器主要是利用烟雾粒子改变电离室电流原理而设计的探测器。探测器内部装有а放射源的电离室为传感器件,现今使用大多为单源双室结构(补偿室,测量室),再配上相应的电子电路或CPU芯片所构成。
探测器内部的а放射源是由镅-241(Am241)发出。物质的放射性来自原子核的自发衰变过程如下:Am241->237Np+42He
由于а粒子比电子重得多,且带两个单位正电量,其穿透能力很弱。能量为5MeV的а粒子在空气中的射程为3.5cm, 而金属中射程为2.06*10cm, 所以屏蔽遮挡很容易, 同时а粒子的电离能力很强,当它穿过物质时,每次与物质分子或原子碰撞而打出一个电子,约失33eV能量,一个能量为5MeV的а粒子,在它完全静止前, 大约可以电离15万个左右的分子或原子。采用放射源Am241的优点,除了电离能力强,射程短以外,其半衰期长,成本也较低。
图所示是单源双室结构的离子感烟探测器原理框图:

在单源双室结构的电离室正极板上放置有а放射源AM241,其放射源可以在上百年的时间里不断地放射出а粒子, а粒子不断地撞击空气分子,引起电离,产生大量带正,负电荷的离子,从而使极间空气具有导电性,两个电离室分别称为补偿室和检测室。当在电离室的正负极间加上12V的工作电压时(实险测得：12V 工作电压时电离室线性度最佳),可使原来做无序运动的正负离子在电场作用下做有规则的定向运动,正离子向负极运动,负离子向正极运动,从而形成电离电流。电离电流的大小与电离室的结构尺寸,放射源的特性,施加电压的大小,以及空气的密度,温度,湿度和气流等多种因素有关, 施加的电压越高,电离电流越大,但当电压达到一定值时, 施加电压再高, 电离电流也不会再增加，此时达到饱和工作区。设计时保证离子室工作于线性区。

当火灾发生时,烟雾粒子进入测量室,部分正负离子会被吸附到比离子重许多倍的烟雾粒子上。一方面将使离子在电场中的速度降低了,另一方面增加了正负离子互相复合的几率,其结果是电离电流减小，相当于测量室的空气等效阻抗增加了。补偿室结构上几乎是封闭的, 烟雾粒子很难进入,空气可以缓慢进入。测量室结构上是敞开的,烟雾粒子很容易进入,这样补偿室的阻抗几乎未变,其结果是测量电极上的电压因分压比而发生变化,经高阻抗的场效应管取样后放大整形。

单源双室结构同双源双室结构完全不同,双源双室结构利用两个放射源形成
两个电离室。单源双室结构简单,节省上了一块放射源,环境的变化对电离室的影响基本相同,提高了探测器对环境的适应性,增加了抗潮湿能力。

信号放大拾取整形电路将电离室里的微弱电流信号转变成较大的电压信号，通过高输入阻抗的场效应管进行耦合放大,地址码预置及信号解码处理电路如是开关量探测器直接将其电压变化与阈值电压进行比较, 判别是否报警，如是模拟量探测器, 则将电压变化传到报警控制器,如探测器内置有CPU芯片,则其自身可以进行智能处理,利用内置的智能算法进行判断, 同时探测器至报警器间发生电路断线, 探测器安装接触不良或探测器内部电路元件损坏等都能够发出故障报警信号。滤波整形稳压电路是给离子源、集成电路和CPU等芯片提供直流工作电压,总线上发送的各种编码信息需经编码信号变换电路处理后发送给解码电路,并将解码电路发送的状态信息和值(烟雾浓度)传至总线上供报警器接收处理。

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