一酸化炭素検出器

背景

一酸化炭素検出器は、建物内の一酸化炭素（CO）の存在を検知し、警報を鳴らして居住者に逃げるよう警告する電子機器です。一酸化炭素は無臭の有毒ガスであり、ガス炉や給湯器、レンジ、スペースヒーター、または薪ストーブが誤動作しているか、適切に排気されていない場合に発生する可能性があります。車、携帯用発電機、ガス式の園芸機器も一酸化炭素を生成し、閉鎖された場所や付属のガレージで操作すると問題が発生する可能性があります。一酸化炭素は、吸入されると、赤血球内の酸素を置換することによって血液が酸素を運ぶ能力を阻害し、酸素供給が体内の臓器に到達するのを防ぎます。この酸素欠乏は、曝露レベルに応じてさまざまな量の損傷を引き起こす可能性があります。低レベルの曝露は、息切れ、軽度の頭痛、倦怠感、吐き気などのインフルエンザのような症状を引き起こす可能性があります。より高いレベルの曝露は、めまい、精神錯乱、激しい頭痛、吐き気、および失神を引き起こす可能性があります。高レベルの曝露が長引くと、死に至る可能性があります。米国消費者製品安全委員会によると、今後10年間で、2,500人以上が死亡し、10万人が一酸化炭素によって重傷を負います。

一酸化炭素を検出するために使用される技術は、もともと産業用に開発されました。たとえば、化学業界では、分析アプリケーションに多数の電子ガスセンサーを使用しています。初期の産業用センサーには、一酸化炭素を酸化し、テストチャンバーからリファレンスチャンバーへの酸化熱を比較するデュアルチャンバーセンサーが含まれていました。このタイプの酸化には、一酸化炭素を燃焼させるための特別な酸化白金触媒と熱源が必要です。これらのシステムは、操作の複雑さ、費用、および感度の欠如のために、家庭での使用には受け入れられませんでした。しかし、過去10年ほどで、高度なガス検知技術の改善により、家庭用一酸化炭素検出器が可能になりました。他の重要な要因も、CO検出器の人気の高まりに貢献しています。 1つは、煙探知器などの他の家電製品の使用の増加です。もう1つは、一酸化炭素の危険性に対する意識の高まりです。今日、比較的安価なCO検出器は、わずか30ドルから80ドルで購入できます。実際、多くの都市では現在、すべての家、アパート、ホテルに少なくとも1つの煙探知器を設置する必要があります。

デザイン

CO検出器の最も重要な設計要素は、使用するセンサーのタイプです。家庭用検出器は、いくつかの異なるタイプのセンサーを使用して設計できます。最も単純なタイプは、検出カードとして知られています。これらは、一酸化炭素にさらされると化学的に色が変わるドットが印刷されたファイバーボードカードです。このタイプの検出器はアラームを鳴らさず、一酸化炭素にさらされているかどうかを判断するために定期的なチェックが必要です。それらは安価ですが（$ 4- $ 18）、一次検出器として使用するのに十分な保護を提供しません。生体模倣ゲルセンサーは、より洗練された技術であり、ガスを継続的に吸収することにより、一酸化炭素に対する身体の反応を模倣するように設計されています。ただし、このタイプのセンサーは常に一酸化炭素を吸収するため、適切にゼロにリセットできず、誤警報が発生しやすくなります。さらに、生体模倣ゲルセンサーは、曝露後リセットするのに最大48時間かかることがあり、その間、家の居住者は保護されません。金属酸化物センサーはより正確で、家庭用モデルで採用されている一般的なタイプのセンサーです。このタイプのセンサーは、一酸化炭素の存在について空気を迅速かつ継続的に監視する固体二酸化スズ回路を使用します。この技術で構築された検出器は、CO濃度をデジタル表示として表示できます。特定のCOレベルに達すると、検出器はアラームを鳴らします。ただし、これらの検出器には、センサーの効率や動作状態を判断するための自己診断機能が制限されています。さらに、それらは、ヘアスプレー推進剤などの家庭で見られる一酸化炭素以外のガスに敏感である可能性があります。最後に、このタイプのセンサーの精度は、6か月の使用後に最大40％ドリフトする可能性があります。特定のメーカーで採用されている別のタイプのセンサーは、最も効果的な検出方法であると主張されているインスタント検出および応答（IDR）電気化学センシング技術です。 IDRテクノロジーは、プロのセンシング機器の業界標準として使用されており、一酸化炭素の存在を即座に検出します。この技術で構築された検出器は他のガスに反応せず、プラスマイナス3％以内の精度です。

もう1つの重要な設計要素は、検出器の電源のタイプです。電池式とAC式の両方の検出器が利用可能です。電池式の検出器は、設置が簡単で、移動が簡単で、非常用暖房システムが使用されている可能性がある停電中も動作し続けます。ただし、電池は少なくとも2年ごとに交換する必要があります。一方、AC電源のプラグイン検出器は電池の交換を必要としません。これらの電動ユニットは、数分以内に誤った読み取り値をクリアすることができます。バッテリーバックアップ付きのプラグイン検出器もわずかに高いコストで利用できます。バッテリーとプラグインモデルに加えて、所定の位置に配線できるいくつかのモデルが利用可能です。このスタイルでは、複数の検出器を相互に配線して、いずれかの検出器で一酸化炭素が検出されたときにすべての検出器がアラームを鳴らすことができます。

コンポーネント

一酸化炭素検出器は、次のコンポーネントで構成されています。一酸化炭素濃度が所定のレベルに達したときにガスの濃度を測定し、信号を送信できるセンサー。マイクロプロセッサ。センサーから電気信号を受信し、アラームホーンとコントロールパネルに信号を送信できます。 COレベルおよびその他の操作情報を伝達するビジュアルディスプレイ（通常は液晶ディスプレイ（LCD）パネル）。検出器に隣接するエリアで眠っている人々を目覚めさせるのに十分な大きさの音を生成できる警報回路。電源接続（ACプラグ、バッテリー接続、またはその両方）。電子部品のベースとして機能する回路基板。そして、すべてのコンポーネントを一緒に保持するプラスチック製のハウジング。

製造
プロセス

一酸化炭素検出器の製造には、3つの主要なステップが含まれます。最初のステップは、個々の電子部品を製造し、これらの部品を回路基板に取り付けることです。 2つ目は、プラスチック製のハウジングの製造です。 3番目のステップには、すべてのコンポーネントの組み立て、パフォーマンスを確認するためのテスト、および出荷用のパッケージングが含まれます。

コンポーネントの構築

• 1回路基板は、基板の表面に希望のパターンで銅をメッキ（または追加）することにより、概略図から組み立てられます。さまざまなダイオードと回路コンポーネントがボードの穴に挿入され、所定の位置にはんだ付けされます。センサーチャンバー、アラームホーン、LCDディスプレイパネルなどの主要な検出器コンポーネントは、通常、電子コンポーネントを専門とする会社によって個別に製造されています。これらは多くの場合、煙探知器の製造元によって購入されます。

プラスチックハウジングの製造

• 2プラスチックハウジングは、プラスチック樹脂とその他の添加剤を混合して溶融し、2ピースの金型に射出する射出成形プロセスによって製造されます。 の制作 a 一酸化炭素検出器には3つの主要なステップが含まれます。最初のステップは、個々の電子部品を製造し、これらの部品を回路基板に取り付けることです。 2つ目は、プラスチック製のハウジングの製造です。 3番目のステップには、すべてのコンポーネントの組み立て、パフォーマンスを確認するためのテスト、および出荷用のパッケージングが含まれます。 圧力の下で。プラスチックが冷却された後、金型が開かれ、プラスチックハウジングが排出されます。プラスチックの小さな欠陥やバリを滑らかにするために、手作業でブラッシングする必要がある場合があります。

最終的な組み立てとパッケージング

• 3回路基板がハウジングに取り付けられ、適切に接続されています。テストボタンを取り付け、取り付けブラケットを追加し、カバーを取り付けて組み立てを完了します。適切な識別ラベルと警告ラベルには、感圧接着剤が貼られています。代表的な数のユニットは、パッケージングの前にパフォーマンステストされています。最後に、ユニットは箱詰めされ、販売業者に出荷されます。

品質管理

CO検出器製造の重要な品質管理機能は、センサーのキャリブレーションです。高品質のCO検知器は、実際にはガスモニターであり、内部標準と比較してCOの局所濃度を継続的に評価します。このキャリブレーションプロセスにより、センサーは通常のバックグラウンドレベルのCOと危険な高濃度を区別できます。通常の状態では、許容可能なバックグラウンドレベルは25〜35パーツパーミリオン（ppm）に達する可能性があります。濃度が75〜100 ppmの範囲に達すると、有害な暴露が発生する可能性があります。 CO検出器のUnderwriterLaboratory基準では、100 ppmCOにさらされてから90分以内にアラームを鳴らす必要があります。 200ppmに暴露した場合35分以内。 400ppmに暴露した場合は15分以内。初期のCO検出器は、機器を既知のCO濃度の環境に置き、結果を測定することにより、手動で校正する必要がありました。ただし、このプロセスは費用と時間がかかるため、高価な産業機器にのみ使用されていました。ホームユニットの人気が高まるにつれ、より効率的なキャリブレーション方法が必要になりました。高品質の最新の検出器には、センサーの精度と動作ステータスを確認するために定期的に低レベルのガス放出診断テストを実行できる内部キャリブレーション機能が装備されています。検出器がセンサーに問題を発見すると、特別な音のパターンを発して、センサーに欠陥があることを乗員に警告します。さらに、各検出器にはテストボタンが取り付けられており、アラーム回路を手動で評価できます。

Underwriters Laboratory（UL）は、CO検出器業界で採用されている品質基準を発行しています。 1995年10月1日の時点で、検出器が現在の安全および品質基準に準拠している場合、検出器には「UL2034」という番号が付けられている必要があります。

未来

一酸化炭素検出器の未来は、ガス検知電子機器の改良が進むにつれて絶えず進化しています。前述のIDRテクノロジーは、この最先端テクノロジーの一例です。将来の検出器にも、同様に高度な機能が組み込まれる予定です。コンピューター制御のインターフェースによって提供される制御性の向上により、将来のデバイスはよりユーザーフレンドリーになります。これらは、組み合わせた安全装置で消費者に利益をもたらします。たとえば、次世代のコンピューター制御検出器は、ガス炉や給湯器などの一酸化炭素を生成する可能性が最も高い家電製品とリンクする可能性があります。ユニットが許容できないほど高いCOレベルを感知すると、アプライアンスに信号を送信して燃焼プロセスを終了し、ガスの流れを遮断して、一酸化炭素がそれ以上放出されないようにします。感度の向上やその他の付加価値機能を備えた新しいモデルが利用可能になると、CO検出器はさらに使いやすくなり、救命装置としてさらに便利になります。