Tip:
Highlight text to annotate it
X
Jak działa czujnik dymu
Od wykrywania dymu po elektronikę
Współfinansowane z Programu Dotacyjnego dla Nauk Chamicznych fundacji the Camile & Henry Dreyfus Foundation.
Według mnie czujnik dymu to inżynieryjne cudo.
Pokażę Wam jak działa.
Ten oto czarny cylinder ma wloty, które doprowadzają powietrze do detektora.
Cylinder kryje istotną część urządzenia.
Znajduje się tu ok. 0,29 mikrograma izotopu Ameryk 241 o radioaktywności wynoszącej w przybliżeniu 1μCi.
Ta odrobina substancji radioaktywnej wytwarza mały prąd, który zasila detektor.
Już wyjaśniam.
Powietrze przepływa między dwiema wskazanymi elektrodami. Oczywiście powietrze nie przewodzi prądu,
lecz gdy cząstki alfa z izotopu Ameryku zderzą się z cząstkami tlenu czy azotu, składnikami powietrza,
wybijane są elektrony i powstają naładowane cząstki gazu.
9-woltowa bateria wprawia jony w ruch i powstaje prąd.
Tutaj prąd jest niewielki – ok. 100 pikoamperów, czyli 100 miliardów razy mniej niż w domowych gniazdkach elektrycznych.
Dym wnikający do komory spowalnia jony, które często tracą ładunek elektryczny,
a w rezultacie prąd przestaje płynąć, co uruchamia alarm.
Stworzenie tak złożonego urządzenia, zasilanego jedynie 9-woltową baterią, jest możliwe dzięki rewolucyjnemu wynalazkowi z lat 60-tych.
Proszę spojrzeć.
Po wyjęciu obu elektrod można zobaczyć mały układ scalony.
Znajduje się tu cudowny wynalazek – tzw. MOSFET –, który wykrywa znikome wahania nasilenia prądu.
W detektorze, MOSFET służy za wyłącznik uruchamiany przez prąd płynący między elektrodami.
Jak każdy tranzystor, jego działanie zależy od zdolności tworzenia diod z półprzewodników.
Dioda umożliwia przepływ prądu jedynie w jedną stronę, gdyż wykorzystuje 2 rodzaje półprzewodników –
w jednym występują nośniki ujemne, w drugim dodatnie.
Po odwróceniu baterii prąd przestanie płynąć.
By stworzyć MOSFET, należy połączyć 2 takie diody jednoimiennymi końcówkami.
Wydaje się to zbyteczne, gdyż w tej sytuacji prąd nigdy nie popłynie,
jednak taki układ osadzono w płytce z półprzewodnika tego samego typu, co stykające się końcówki.
Następnie umieszczono metalowe kontakty na końcach diod oraz na płytce.
Potem diody pokryto cienką warstwą dwutlenku krzemu.
W przeciwieństwie do metali czy półprzewodników, taki układ nie przewodzi prądu.
Na koniec umieszczono dodatkowy metalowy kontakt zwany bramą (gate), która otwiera lub zamyka kanał pomiędzy źródłem (source) i drenem (drain).
Gdy nastąpi zmiana napięcia bramka-źródło, polaryzacja dielektryka spowoduje,
że wolne nośniki dodatnie popłyną w stronę bramy, otwierając kanał, który zezwoli na przepływ prądu.
W układzie używa się 9-woltowej baterii do wytworzenia różnicy potencjałów między źródłem i bramą,
która powoduje przepływ prądu przez MOSFET i uruchomienie alarmu.
Zapobiega temu prąd płynący z detektora.
Tutaj zjonizowany gaz wytwarza niewielki prąd między wspomnianymi wcześniej elektrodami,
który płynie przez opornik i wywołuje napięcie, które równoważy napięcie wytworzone przez baterię
i uniemożliwia przepływ prądu przez MOSFET.
Gdy dym wnika do komory, przepływ prądu w detektorze ustaje,
MOSFET umożliwia przepływ prądu w tej części obwodu,
i następuje włączenie alarmu.
Według mnie, to jest szczyt inżynieryjnego zamysłu.
Czujnik dymu jest prosty, niezawodny i tani. I ratuje życie wielu osób. Translated by Paul&Nettie