آشنایی کامل با دتکتورهای تشخیص آتش مبتنی بر انرژی تابشی طبق استاندارد NFPA 72

در حوزه ایمنی صنعتی، استفاده از تجهیزات دقیق و سریع برای تشخیص آتش، اهمیت بالایی دارد. یکی از پرکاربردترین فناوری‌های مدرن در این زمینه، دتکتورهای تشخیص آتش مبتنی بر انرژی تابشی هستند که در استاندارد معتبر NFPA72 به آن‌ها اشاره شده است. در این مقاله، به زبان ساده و در عین حال تخصصی، با انواع حسگرهای شعله و اصول عملکرد آن‌ها آشنا می‌شویم.

 

دتکتورهای شعله چگونه کار می‌کنند؟

دتکتورهای شعله یا Flame Detectors، تجهیزاتی هستند که تابش‌های خاصی از آتش مانند فرابنفش (UV)، مادون‌قرمز (IR) و گاهی نور مرئی را شناسایی می‌کنند. این حسگرها معمولاً در محیط‌های صنعتی و خطرپذیر مثل پالایشگاه‌ها، نیروگاه‌ها و انبارهای مواد شیمیایی نصب می‌شوند.

استاندارد NFPA 72 در بخش A.17.8.2 به تفصیل نحوه عملکرد این دتکتورها را بیان کرده و انواع مختلف آن‌ها را معرفی می‌کند.

بیشتر بخوانید: راهنمای جامع طراحی سیستم‌های تشخیص شعله بر اساس استاندارد NFPA 72

انواع حسگرهای شعله بر اساس نوع تابش

حسگر شعله فرابنفش (UV)

این حسگرها از فوتودیودهای خلاء یا لوله گایگر-مولر استفاده می‌کنند تا تابش‌های فرابنفش ساطع شده از شعله را شناسایی کنند. هر فوتون UV که وارد لوله شود، یک جریان ناگهانی تولید می‌کند. اگر این جریان‌ها در بازه زمانی مشخص از حد آستانه عبور کنند، هشدار فعال می‌شود.

مزیت اصلی: سرعت پاسخ‌دهی بالا

نکته مهم: این حسگرها ممکن است به نور UV محیط یا قوس الکتریکی نیز حساس باشند، بنابراین برای محیط‌هایی با نویز نوری باید تدابیر لازم اندیشیده شود.

 

حسگر شعله مادون‌قرمز تک‌طول‌موج (Single IR)

این نوع حسگر، تابش مادون‌قرمز ساطع‌شده از شعله را در یک باند مشخص شناسایی می‌کند. برای کاهش هشدارهای کاذب، معمولاً فیلترهایی برای حذف نور لامپ‌ها یا نور خورشید در آن‌ها استفاده می‌شود.

مزیت: قابلیت کاربرد در فضاهای باز با نور زیاد

 

حسگر ترکیبی فرابنفش/مادون‌قرمز (UV/IR)

حسگرهای UV/IR از دو سنسور برای تشخیص همزمان تابش UV و یک طول‌موج خاص IR استفاده می‌کنند. ترکیب این دو منبع تابشی، دقت تشخیص را افزایش داده و احتمال هشدارهای کاذب را کاهش می‌دهد.

 

حسگر مادون‌قرمز چندطول‌موج (Multi IR یا IR/IR)

این نوع از پیشرفته‌ترین حسگرهاست که تابش را در دو یا چند باند باریک از طیف IR مقایسه می‌کند. اگر نسبت این تابش‌ها مطابق با الگوی شناخته‌شده‌ی آتش باشد، هشدار فعال می‌شود.

مزیت اصلی: کاهش چشمگیر خطاهای ناشی از منابع غیرآتش مانند موتور خودرو یا نور خورشید

 

حسگرهای تشخیص جرقه یا ذغال (Spark/Ember Detectors)

در برخی صنایع مانند چوب‌بری یا تولیدات کاغذی، جرقه‌های داغ یا ذغال‌های نیم‌سوز می‌توانند باعث حریق شوند. این نوع حسگرها، که عمدتاً از فوتودیود یا فوتوترانزیستور استفاده می‌کنند، در محدوده ۰.۵ تا ۲ میکرون از طیف نور مادون‌قرمز فعال هستند.

ویژگی مهم: پاسخ‌دهی در حد میکروثانیه

بیشتر بخوانید: تاندا (TANDA)؛ پیشرو در تولید سیستم‌های اعلام حریق هوشمند

تشخیص بر اساس ویژگی‌های آتش

طبق بند A.17.8.2.1، ویژگی‌های تابش آتش بسته به نوع سوخت، دما و سرعت احتراق متفاوت است. به‌عنوان مثال:

• همه شعله‌ها تابش فرابنفش دارند.
• تنها سوخت‌های دارای کربن تابش قابل‌توجهی در باند ۴.۳۵ میکرون (IR) تولید می‌کنند.
• تابش ذغال‌ها عمدتاً در باند IR است و فقط در دماهای بسیار بالا UV تولید می‌کنند.

بنابراین انتخاب نوع حسگر باید با نوع آتش و شرایط محیطی هم‌خوانی داشته باشد.

 

تاثیر شرایط محیطی بر عملکرد حسگرها

یکی از عوامل کلیدی در انتخاب دتکتور، شرایط محیطی محل نصب است:

• آئروسل‌ها و رسوبات سطحی روی حسگر می‌توانند حساسیت را کاهش دهند.
• دود حاصل از نفت سنگین معمولاً UV را جذب می‌کند و می‌تواند باعث عملکرد ناقص حسگرهای UV شود.
• باران، برف و یخ نیز تابش‌ها را تضعیف می‌کنند.

طراح سیستم باید اطمینان حاصل کند که حسگر انتخاب‌شده با دمای محیطی و شرایط اقلیمی محل نصب سازگار باشد.

 

مدارهای زمانی و فیلتر سیگنال‌ها

بسیاری از حسگرها دارای مدارهای داخلی برای تأیید صحت سیگنال‌ها هستند. این مدارها نقش مهمی در کاهش هشدارهای کاذب دارند، اما در آتش‌هایی با رشد سریع مثل انفجار گاز، ممکن است حسگر نتواند به موقع هشدار دهد.

بنابراین در محیط‌هایی با احتمال انفجار ناگهانی، باید از حسگرهایی با پاسخ‌دهی سریع استفاده شود.

 

منابع طبیعی تابش و ملاحظات نصب

تابش‌های غیرآتش مثل تابش خورشید، قوس الکتریکی، لامپ‌ها و … می‌توانند روی عملکرد حسگر تأثیر بگذارند. طبق بند A.17.8.2.2، هنگام انتخاب محل نصب، باید تمام منابع احتمالی تابش انرژی در محیط شناسایی شوند تا از بروز هشدارهای اشتباه جلوگیری شود.

 

محاسبه حساسیت و فاصله مؤثر دتکتورها

در استاندارد NFPA 72، معادله‌ای برای تعیین قدرت سیگنال رسیده به حسگر ارائه شده:

S = k × P × e^(-ζd) / d²

که در آن:

• S: توان دریافتی توسط حسگر
• P: توان تابش شعله
• d: فاصله بین شعله و حسگر
• ζ: ضریب تضعیف هوا
• k: ثابت تناسب

طبق این معادله، اگر فاصله دو برابر شود، توان دریافتی یک‌چهارم می‌شود. این مسئله در تعیین حداکثر فاصله نصب دتکتور از منبع آتش بسیار مهم است.

جمع‌بندی

برای انتخاب و نصب یک دتکتور شعله کارآمد، باید عوامل زیر در نظر گرفته شوند:

نوع آتش مورد انتظار (شعله، ذغال، جرقه)
شرایط محیطی محل نصب (رطوبت، گرد و غبار، دود، دما)
وجود منابع نوری مزاحم یا بازتاب‌های نوری
سرعت رشد آتش و اهمیت واکنش سریع
رعایت استانداردهای معتبر جهانی مانند NFPA 72

در نهایت، انتخاب درست یک حسگر شعله می‌تواند نقش حیاتی در کاهش تلفات جانی و مالی ناشی از آتش‌سوزی ایفا کند.