Введение

Устройство для измерения монооксида углерода (CO)
Датчики для контроля качества воздуха в помещении

Детектор монооксида углерода или детектор CO – это устройство, предназначенное для обнаружения газа монооксида углерода (CO) с целью предотвращения отравления угарным газом. В конце 1990-х годов Underwriters Laboratories изменили определение однопостового детектора CO со звуковым устройством на сигнализатор монооксида углерода (CO). Это относится ко всем сигнализаторам безопасности CO, соответствующим стандарту UL 2034; однако для пассивных индикаторов и системных устройств, соответствующих стандарту UL 2075, UL называет их детекторами окиси углерода. Большинство детекторов CO используют датчик с определенным ограниченным сроком службы и не работают бесконечно. CO – это бесцветный, безвкусный и не имеющий запаха газ, образующийся при неполном сгорании углеродсодержащих материалов. Его часто называют «тихим убийцей», поскольку он практически незаметен для человека. В исследовании, проведенном Underwriters Laboratories, «шестьдесят процентов американцев не смогли определить какие-либо потенциальные признаки утечки CO в доме». Повышенные уровни CO могут быть опасны для человека в зависимости от концентрации и продолжительности воздействия. Небольшие концентрации могут быть вредными в течение длительного времени, в то время как увеличение концентрации требует сокращения времени воздействия для возникновения вредного эффекта. Жильцам домов, полностью отапливаемых электричеством, детекторы CO не нужны, если только нет пристроенного гаража с автомобилем, работающим не на электричестве, или если резервный генератор используется слишком близко к жилым помещениям во время отключения электроэнергии. Детекторы CO предназначены для измерения уровня CO с течением времени и подачи сигнала тревоги до того, как в помещении накопится опасная концентрация CO, предоставляя людям достаточно времени для безопасной вентиляции помещения или эвакуации. Некоторые детекторы, подключенные к системе, также оповещают диспетчерскую службу, которая может при необходимости вызвать экстренные службы. Хотя детекторы CO не заменяют детекторы дыма и наоборот, также продаются комбинированные детекторы дыма и CO. В домах распространенными источниками CO являются открытое пламя, обогреватели, водонагреватели, заблокированные дымоходы, а также работающий автомобиль или гриль в гараже.

Установка

Устройства могут работать от батарей или от сети переменного тока (с резервным питанием от батареи или без него). Устройства, работающие от батарей, заявляют о сроке службы батареи до 10 лет. Газовые датчики в извещателях угарного газа имеют ограниченный срок службы, обычно от двух до пяти лет. Более новые модели разработаны таким образом, чтобы сигнализировать о необходимости замены через определенный период времени. Все детекторы угарного газа имеют кнопки "тест", как и дымовые извещатели, но эти кнопки проверяют только батарею, электронную схему и звуковой сигнал, а не способность извещателя обнаруживать газ. В соответствии с рекомендациями Национальной ассоциации противопожарной защиты, детекторы угарного газа должны быть установлены в каждой спальне, и каждый детектор должен быть расположен "на стене, потолке или в другом месте, как указано в инструкции по установке, прилагаемой к устройству". Детекторы угарного газа доступны как отдельные модели, так и в виде устройств, подключенных к системе, которые можно контролировать удаленно.

Функция

Основная цель детекторов угарного газа – оповещать находящихся в закрытом помещении людей о достижении опасного уровня монооксида углерода. Сигнал тревоги должен срабатывать обычно через 40–165 минут при концентрации 100 ppm и через 4–15 минут при 400 ppm. Сигнал не должен срабатывать слишком быстро, поскольку кратковременные ложные тревоги могут заставить пользователей отключить детектор, оставив себя без защиты. Важно отметить, что в некоторых случаях красное мигание без звукового сопровождения может указывать на другое состояние или просто сообщать о неисправности. Существуют беспроводные системы безопасности, которые связывают детекторы угарного газа с вибрирующими накладками на подушки, стробоскопами или переносным устройством оповещения.

Датчики

В первых конструкциях использовался химический детектор, состоящий из белой прокладки, которая меняла цвет на коричневый или черный при обнаружении угарного газа. Такие детекторы недороги, но обеспечивают только визуальное предупреждение. С ростом числа смертельных случаев, связанных с угарным газом, в 1990-х годах, стандартными стали детекторы со звуковой сигнализацией. Пороговые значения срабатывания сигнализации в детекторах угарного газа не являются фиксированными (как в дымовых извещателях), а зависят от времени воздействия концентрации газа. При низких концентрациях, например, 100 частей на миллион (ppm), детектор не срабатывает в течение нескольких десятков минут. При 400 ppm сигнализация включается в течение нескольких минут. Эта зависимость от времени и концентрации разработана для имитации процесса поглощения угарного газа организмом и предотвращения ложных срабатываний, вызванных кратковременными выбросами угарного газа из распространенных источников, таких как сигаретный дым. Доступны четыре типа датчиков, различающихся по цене, точности и скорости реакции. В большинстве детекторов датчики не подлежат замене.

Биомиметический тип

Биомиметический датчик работает по принципу, схожему с гемоглобином, темнеющим в присутствии CO пропорционально концентрации угарного газа в окружающей среде. В его составе используются циклодекстрины, хромофор и ряд солей металлов. Изменение цвета можно наблюдать непосредственно или использовать инфракрасный источник фотонов, например, ИК-светодиод, и отслеживать его с помощью фотодиода. При использовании обычных щелочных батарей срок их службы обычно составляет два-три года, а литиевая батарея может прослужить весь срок службы прибора. Датчики, основанные на биотехнологиях, имеют эксплуатационный срок в шесть лет. Эти продукты первыми появились на массовом рынке, но из-за более высокой стоимости они в основном применяются в устройствах премиум-класса и в автодомах. Согласно отчету Национальной лаборатории Лоуренса Беркли, эта технология была усовершенствована и признана наиболее надежной.

Электрохимический тип

Электрохимический детектор использует принцип топливного элемента для генерации электрического тока, когда газ, подлежащий обнаружению, вступает в химическую реакцию. Сгенерированный ток точно коррелирует с количеством монооксида углерода в непосредственной близости от датчика. По сути, электрохимическая ячейка состоит из корпуса, двух электродов, соединительных проводов и электролита, как правило, серной кислоты. Монооксид углерода окисляется на одном электроде до диоксида углерода, а на другом электроде потребляется кислород. Для обнаружения монооксида углерода электрохимическая ячейка имеет преимущества перед другими технологиями, такие как высокая точность и линейная зависимость выходного сигнала от концентрации монооксида углерода, минимальное энергопотребление благодаря работе при комнатной температуре и длительный срок службы, обычно от пяти до десяти лет. Эта технология стала доминирующей в США и Европе. Кнопки тестирования указывают только на работоспособность батареи, схемы и звукового сигнала. Единственный способ полностью проверить работоспособность сигнализатора монооксида углерода с использованием электрохимической ячейки – это использование известного источника откалиброванного тестового газа, подаваемого под колпаком для поддержания необходимого уровня концентрации в течение времени тестирования.

Тип полупроводника

Тонкие провода полупроводникового диоксида олова на изолирующей керамической основе формируют датчик, контролируемый интегрированной схемой. Для работы этот чувствительный элемент необходимо нагревать примерно до 400 °C. Кислород повышает сопротивление диоксида олова, а монооксид углерода – понижает. Интегрированная схема отслеживает сопротивление чувствительного элемента. Срок службы составляет около пяти лет, при этом сигнализацию необходимо проверять при установке и не реже одного раза в год с использованием контрольного газа. Ввиду высокой энергоемкости этого датчика, он обычно питается от сети переменного тока. Существует также импульсный датчик, работающий от батареи, со сроком службы в несколько месяцев. Эта технология широко распространена в Японии и других странах Дальнего Востока, и постепенно завоевывает рынок в США. Однако, благодаря более высокой производительности, электрохимические датчики начинают вытеснять эту технологию.

Концентрация

Хотя все домашние детекторы используют звуковой сигнал тревоги как основной индикатор, некоторые модели также предоставляют цифровое отображение концентрации CO в частях на миллион (ppm). Обычно они могут показывать как текущее значение, так и пиковое значение из памяти, соответствующее максимальному уровню, зафиксированному за определенный период времени. Эти более продвинутые модели стоят несколько дороже, но в остальном аналогичны базовым моделям. Детекторы с дисплеем позволяют видеть уровни ниже порога срабатывания тревоги, узнавать о концентрациях, которые могли быть достигнуты в ваше отсутствие, и оценивать степень опасности при срабатывании сигнализации. Они также могут помочь службам экстренного реагирования оценить уровень предшествующего или текущего воздействия или опасность.

Портативный

Переносные детекторы предназначены для самолетов, автомобилей и грузовиков. Они предупреждают находящихся в транспортном средстве о риске отравления угарным газом.

Измерительные приборы для измерения CO

Портативные приборы, отображающие концентрацию CO до нескольких ppm, более чувствительны, чем детекторы CO для домашней безопасности, и, соответственно, значительно дороже. Они используются специалистами по гигиене труда и службами экстренного реагирования, а также для технического обслуживания и поиска утечек CO. Эти приборы измеряют низкие уровни CO за секунды, в отличие от жилых сигнализаций, которым требуются минуты или часы. Как и другое измерительное оборудование, профессиональные CO-метры нуждаются в периодической проверке и перекалибровке.

Соединенные Штаты

В США (по состоянию на 2017 год) 32 штата приняли законы, касающиеся датчиков угарного газа, и еще 11 штатов приняли нормативные акты по датчикам CO, а также в округе Колумбия и городе Нью-Йорк. В Канаде требования к сигнализации о CO вступили в силу 15 октября 2014 года в провинции Онтарио, и в провинции Альберта активно продвигается идея сделать датчики CO обязательными во всех домах. Все больше штатов принимают законы, предписывающие их установку в качестве обязательного элемента. Строители домов в Колорадо обязаны устанавливать датчики угарного газа в новых домах в соответствии с законом, подписанным в марте 2009 года. Закон 1091 требует установки датчиков в новых и перепродаваемых домах рядом со спальнями, а также в сдаваемых в аренду квартирах и домах. Он вступил в силу 1 июля 2009 года. Законодательство было принято после гибели инвестиционного банкира из Денвера Паркера Лофгрена и его семьи. Лофгрен вместе с женой и детьми были найдены мертвыми в своем доме недалеко от Аспена, штат Колорадо, 27 ноября 2008 года, от отравления угарным газом. В штате Нью-Йорк "Закон Аманды" (A6093A/C.367) требует, чтобы в одно- и двухсемейных домах, оборудованных приборами, работающими на топливе, был установлен как минимум один датчик угарного газа на самом нижнем этаже с зоной для сна, начиная с 22 февраля 2010 года. Хотя дома, построенные до 1 января 2008 года, могут быть оснащены датчиками, работающими от батарей, дома, построенные после этой даты, должны быть оснащены проводными датчиками. Кроме того, подрядчики штата Нью-Йорк обязаны устанавливать датчик угарного газа при замене водонагревателя или печи, если в доме отсутствует датчик. Закон назван в честь Аманды Хансен, подростка, которая умерла от отравления угарным газом из-за неисправного котла во время ночевки у подруги. Закон штата Аляска 351 требует установки датчика угарного газа в жилых помещениях, которые используют или обслуживаются приборами, работающими на углеродном топливе, или другими устройствами, производящими продукты сгорания. В июле 2011 года в Калифорнии потребовали установить датчики угарного газа в существующих отдельно стоящих домах, а в 2013 году – в многоквартирных домах. Закон штата Калифорния 2015 года требует, чтобы все новые установки дымовых и CO-датчиков были не обслуживаемыми в течение 10 лет. Существующие датчики могут не требовать замены для домовладельцев, см. местные нормы. Требуемые места установки датчиков также варьируются в зависимости от местных контролирующих органов. В штате Мэн все сдаваемые в аренду жилые помещения должны быть оснащены датчиками угарного газа. В домах, не сдаваемых в аренду, их установка рекомендуется, но не является обязательной.