Sharing Chemistry with the Community

Hóa học đằng sau đầu dò khói

Đến thời điểm hiện tại thì dân số Việt Nam đã tăng lên khá nhanh trên 97 triệu dân theo số thống kê mới nhất từ Liên Hợp Quốc. Vì thế nhu cầu nhà ở ngày càng trở nên cấp thiết khi đất chật người đông, đặc biệt ở những thành phố lớn như Sài gòn, Hà Nội…Vì thế việc xây dựng những căn chung cư là giải pháp tốt ở thời điểm hiện tại. Tuy nhiên có một vấn đề đặc ra là liệu những căn chung cư đó có an toàn phòng cháy chữa cháy (PCCC) hay không, sau hàng loạt những vụ cháy chung cư điển hình xảy ra khắp đất nước?

Do vậy việc lắp đặt hệ thống PCCC tự động cùng với với những đầu dò khói để cảnh báo sớm vụ cháy là điều bắt buộc. Nhưng có mấy ai trong số các bạn đang đọc bài viết này hiểu về hóa học đằng sau các loại đầu dò khói này? Do vậy đây là chủ đề hôm nay của chúng ta nhé!

Trên thực tế có hai loại đầu báo khói chính: đầu dò ion hóa (hay đầu dò khói ion) và đầu dò quang điện (hay đầu dò khói quang). Thiết bị báo khói sử dụng một hoặc cả hai phương pháp, đôi khi cộng với đầu báo nhiệt để cảnh báo hỏa hoạn. Các thiết bị có thể được cung cấp năng lượng bởi pin 9 volt, pin lithium hoặc hệ thống dây điện trong nhà. Ngoài ra còn có các loại đầu dò khói khác, tùy theo nhu cầu sử dụng như là đầu dò khói beam, đầu dò lửa UV & IR…

Đầu dò ion hóa

Đầu dò ion hóa có buồng ion hóa và nguồn bức xạ ion hóa. Nguồn bức xạ ion hóa là một lượng nhỏ của americium-241 (có lẽ là 1/5000 gam), đây là nguồn của các hạt alpha (hay còn gọi là hạt nhân helium). Buồng ion hóa gồm hai tấm cách nhau khoảng một centimet. Pin áp một điện áp cho các tấm, sạc một tấm dương và tấm còn lại âm.

Hạt alpha không ngừng được tạo ra bởi americium “gõ” electron ra khỏi của các nguyên tử trong không khí, ion hóa oxy và các nguyên tử nitơ trong buồng. Các nguyên tử oxy và nitơ tích điện dương bị hút vào bản âm và các electron bị hút vào bản cực dương, tạo ra một dòng điện nhỏ, liên tục. Khi khói đi vào buồng ion hóa, các hạt khói bám vào các ion và trung hòa chúng, do đó chúng không đến được tấm bản. Sự sụt giảm dòng điện giữa các tấm kích hoạt báo động.

Đầu dò ion hóa được sử dụng cho các khu vực có khả năng xảy ra các đám cháy bùng phát thường tạo ra các phân tử khói có kích thước nhỏ, khó hoặc không thấy được bằng mắt.

Đầu dò quang điện

Trong một loại thiết bị quang điện, khói có thể chặn một chùm ánh sáng. Trong trường hợp này, việc giảm ánh sáng tới một tế bào quang điện sẽ tắt báo thức. Tuy nhiên, trong các loại đơn vị quang điện phổ biến nhất, ánh sáng bị tán xạ bởi các hạt khói lên tế bào quang điện, bắt đầu báo động. Trong loại đầu dò này có một buồng hình chữ T với một đi-ốt phát sáng (LED) bắn ra một chùm ánh sáng ngang qua thanh ngang của T.

Một tế bào quang điện, được đặt ở dưới cùng của đế dọc T, tạo ra một dòng điện khi nó tiếp xúc với ánh sáng. Trong điều kiện không có khói, chùm sáng đi qua đỉnh T theo một đường thẳng không bị gián đoạn, không chiếu vào tế bào quang điện đặt ở một góc bên dưới chùm tia. Khi có khói, ánh sáng bị tán xạ bởi các hạt khói, và một số ánh sáng được chiếu xuống phần dọc của chữ T để chiếu vào tế bào quang điện. Khi đủ ánh sáng chiếu vào tế bào, dòng điện sẽ kích hoạt báo động.

Đầu dò quang điện được sử dụng cho các khu vực có khả năng xảy ra các đám cháy âm ỉ thường tạo ra các phân tử khói có kích thước lớn, dễ thấy bằng mắt.

Các loại đầu dò khói khác

  • Đầu dò nhiệt

Đầu dò nhiệt được chia làm hai loại, đầu dò nhiệt cố định và đầu dò nhiệt gia tăng.

Đầu dò nhiệt cố định chỉ chuyển sang trạng thái báo cháy khi nhiệt độ môi trường xung quanh đạt đến một nhiệt độ nhất định, thông thường là 57°C, 93°C, 106°C.

Đầu dò nhiệt gia tăng chuyển sang trạng thái báo động khi nhiệt độ môi truờng xung quanh tăng từ 8°C đến 9°C trong 1 phút.

Ngoài ra, cũng có loại đầu dò trên được tích hợp 2 chức năng trên để tăng khả năng phát hiện cháy.

Đầu dò nhiệt thường được sử dụng ở các khu vực nhiều khói, bụi… như nhà xe, phòng máy phát điện, nhà bếp, …

  • Đầu dò khói và nhiệt tích hợp

Ở một số khu vực đặc biệt yêu cầu đầu dò báo cháy phải có độ chính xác cao. Để đáp ứng yêu cầu này, các nhà sản xuất đã nghiên cứu tích hợp cả hai chứ năng dò khói và nhiệt vào một đầu dò duy nhất.

Đầu dò khói và nhiệt tích hợp có hoạt động như sau: dữ liệu từ đầu dò khói và đầu dò nhiệt được phân tích cùng với dữ liệu thời gian sẽ xác định trạng thái báo cháy của đầu dò một cách hiệu quả, và nhanh chóng, tránh các tín hiệu báo cháy giả.

Đầu dò khói và nhiệt tích hợp được sử dụng cho các phòng thí nghiệm sạch, máy móc kỹ thuật cao, trung tâm dữ liệu, phòng y khoa.

  • Đầu dò khói beam

Đầu dò khói Beam hoạt động dựa trên nguyên lý tán xạ ánh sáng. Các phân tử khói từ đám cháy sẽ tạo ra hiện tượng tán xạ ánh sáng, làm lệch đường đi của tia sáng hồng ngoại đi từ đầu phát đến đầu thu tạo ra tín hiệu báo cháy.

Đầu dò khói Beam khác biệt với đầu dò khói quang ở đặc điểm đầu dò khói Beam được thiết kế với hai bộ phát và thu ánh sáng hồng ngoại riêng biệt. Điều này giúp cho diện tích bảo vệ của đầu dò khói Beam tăng lên rất nhiều lần so với đầu dò khói quang thông thường. Diện tích bảo vệ của đầu dò khói Beam có thể lên đến 3000m2.

Đầu dò khói Beam thường được sử dụng cho các nhà xưởng sản xuất, nhà kho có diện tích lớn.

  • Đầu dò lửa UV & IR

Đầu dò lửa UV sẽ thu các sóng bức xa tử ngoại có bước sóng 185nm đến 260nm, đầu do lửa IR sẽ thu các sóng bức xạ hồng ngoại có bước sóng 1.0μm đến 2.7μm phát ra từ đám cháy. Đầu dò UV-IR được kết hợp dò sóng tử ngoại và hồng ngoại.

Đầu dò lửa thường được sử dụng trong các đám cháy có bức xạ UV và IR mạnh như xăng dầu, khí đốt, hóa chất và sử dụng trong các khu vực rộng lớn chứa các đường ống dẫn dầu, khí nén và bồn chứa, các nhà máy chế biến và lọc hóa dầu…

Vậy phương pháp nào tốt hơn?

Cả đầu dò ion hóa và quang điện đều là cảm biến khói hiệu quả. Cả hai loại đầu báo khói đều phải vượt qua cùng một thử nghiệm để được chứng nhận là đầu báo khói UL, nghĩa là đã đạt chứng nhận chất lượng từ tập đoàn khoa học an toàn toàn cầu Underwriters Laboratories (UL) . Các đầu dò ion hóa phản ứng nhanh hơn với các đám cháy bùng cháy với các hạt đốt nhỏ hơn; đầu dò quang điện phản ứng nhanh hơn với các đám cháy âm ỉ. 

Trong cả hai loại đầu dò, hơi nước hoặc độ ẩm cao có thể dẫn đến ngưng tụ trên bảng mạch và cảm biến, làm cho âm báo thức phát ra. Tuy nhiên, đầu dò ion hóa ít tốn kém hơn đầu dò quang điện, nhưng một số người dùng cố tình vô hiệu hóa chúng vì chúng có nhiều khả năng phát ra âm thanh báo động từ nấu ăn bình thường do độ nhạy của chúng đối với các hạt khói nhỏ. 

Bên cạnh đó, các đầu dò ion hóa có một mức độ bảo mật tích hợp không giống như các đầu dò quang điện. Khi pin bắt đầu hỏng trong đầu dò ion hóa, dòng ion rơi và âm báo thức, cảnh báo rằng đã đến lúc phải thay pin trước khi đầu dò trở nên không hiệu quả. Pin dự phòng có thể được sử dụng cho các đầu dò quang điện.

Trên đây chỉ là một vài điều thú vị về các loại đầu dò khói. Hi vọng sẽ giúp ịch cho các bạn trong cuộc sống. Lần sau nếu có ai hỏi về đầu dò khói trong PCCC thì hãy nhớ về hóa học đằng sau chúng nhé!

Tham khảo Thoughtco, T&T Security và tổng hợp.

Leave a Reply