一氧化碳探测器

背景

一氧化碳探测器是一种电子设备，可感应建筑物中一氧化碳 (CO) 的存在并发出警报以警告居住者逃离。一氧化碳是一种无味、有毒的气体，如果燃气炉和热水器、炉灶、空间加热器或柴火炉出现故障或通风不良，就会产生一氧化碳。汽车、便携式发电机和以燃气为动力的园艺设备也会产生一氧化碳，如果在封闭区域或附属车库中运行，可能会导致问题。一旦吸入，一氧化碳会通过替换红细胞中的氧气来抑制血液携带氧气的能力，从而阻止氧气供应到达体内器官。这种缺氧会导致不同程度的损害，具体取决于暴露水平。低水平接触会导致类似流感的症状，包括呼吸急促、轻度头痛、疲劳和恶心。较高水平的接触可能会导致头晕、精神错乱、严重的头痛、恶心和昏厥。长期高浓度接触可导致死亡。据美国消费品安全委员会称，未来 10 年，一氧化碳将导致 2,500 多人死亡，100,000 多人受重伤。

用于检测一氧化碳的技术最初是为工业应用而开发的。例如，化学工业使用许多电子气体传感器进行分析应用。早期的工业传感器采用双腔传感器，它氧化一氧化碳，并将来自测试腔和参考腔的氧化热进行比较。这种类型的氧化需要特殊的氧化铂催化剂和热源来燃烧一氧化碳。由于操作复杂、费用高且缺乏灵敏度，这些系统不适合家庭使用。然而，在过去十年左右的时间里，通过先进气体传感技术的改进，家用一氧化碳探测器已成为可能。其他关键因素也促进了 CO 检测器的普及。一是其他家用安全设备的使用增加，例如烟雾报警器。另一个是提高对一氧化碳危险的认识。如今，相对便宜的一氧化碳探测器只需 30 至 80 美元即可购买。事实上，许多城市现在要求每个家庭、公寓和酒店至少安装一个烟雾探测器。

设计

CO 检测器最重要的设计因素是它使用的传感器类型。家用探测器可以设计有几种不同类型的传感器。最简单的类型称为检测卡。这些是印有一个点的纤维板卡片，当暴露于一氧化碳时，该点会发生化学变化。这种类型的探测器不会发出警报，需要定期检查以确定它是否已接触到一氧化碳。虽然它们很便宜（4 美元到 18 美元），但它们不能提供足够的保护来用作主要探测器。仿生凝胶传感器是一种更复杂的技术，旨在通过不断吸收气体来模拟人体对一氧化碳的反应。然而，由于这种类型的传感器不断吸收一氧化碳，它不能正确地将自身归零，因此更容易出现误报。此外，仿生凝胶传感器在暴露后可能需要长达 48 小时才能重置，在此期间家中的居住者不受保护。金属氧化物传感器更准确，是家用模型中常用的传感器类型。这种类型的传感器使用固态二氧化锡电路，可快速清除并持续监测空气中是否存在一氧化碳。使用该技术构建的探测器可以将 CO 浓度显示为数字读数。当达到特定的 CO 水平时，检测器会发出警报。然而，这些检测器的自诊断能力有限，无法确定传感器的效率或工作状态。此外，它们可能对家中发现的一氧化碳以外的气体（例如发胶推进剂）敏感。最后，这种类型的传感器在使用六个月后的精度可能会漂移高达 40%。某些制造商采用的另一种传感器是即时检测和响应 (IDR) 电化学传感技术，据称这是最有效的检测方法。 IDR 技术被用作专业传感设备的行业标准，可立即检测一氧化碳的存在。采用该技术构建的检测器不会对其他气体发生反应，准确度在正负 3% 以内。

另一个重要的设计因素是探测器的电源类型。提供电池供电和交流供电的探测器。电池供电的探测器易于安装、易于移动，并且在可能使用紧急加热系统的停电期间继续运行。但是，电池必须至少每两年更换一次。另一方面，交流供电的插入式探测器不需要更换电池。这些电动装置能够在几分钟内清除错误读数。带有备用电池的插入式探测器也可以以稍高的价格购买。除了电池和插入式型号外，还提供一些可以硬接线到位的型号。这种方式允许将多个检测器连接在一起，这样当其中任何一个检测器检测到一氧化碳时，它们都会发出警报。

组件

一氧化碳探测器由以下组件组装而成： 传感器，能够测量气体浓度并在一氧化碳浓度达到预定水平时发送信号；微处理器，能够接收来自传感器的电信号，并且能够向警报喇叭和控制面板发送信号；视觉显示器（通常是液晶显示器 (LCD) 面板），用于传达 CO 水平和其他操作信息；报警电路能够产生足够响亮的声音来唤醒在探测器附近睡觉的人；电源连接（交流插头、电池连接或两者）；电路板，作为电子元件的底座；以及将所有组件固定在一起的塑料外壳。

制造
过程

一氧化碳检测器的生产包括三个主要步骤。第一步是制造单个电子元件并将这些元件连接到电路板上。其次是塑料外壳的制作。第三步涉及所有组件的组装、性能测试和装运包装。

组件构建

• 1 通过在基板表面以所需图案电镀（或添加）铜，根据示意图组装电路板。各种二极管和电路元件插入电路板的孔中并焊接到位。主要的探测器部件，如传感器室、报警喇叭和液晶显示面板，通常由专门从事电子元件制造的公司单独制造。这些通常由烟雾探测器制造商购买。

塑料外壳制造

• 2 塑料外壳是通过注塑工艺制成的，其中将塑料树脂和其他添加剂混合在一起，熔化，然后注射到两件式模具中 制作 一个 一氧化碳检测仪涉及三个主要步骤。第一步是制造单个电子元件并将这些元件连接到电路板上。其次是塑料外壳的制作。第三步涉及所有组件的组装、性能测试和装运包装。 在压力之下。塑料冷却后，打开模具，顶出塑料外壳。这些部件可能需要手动刷洗以平滑塑料中的小瑕疵或毛刺。

最终组装和包装

• 3 电路板安装在外壳中并进行适当的连接。安装测试按钮，增加安装支架，盖上盖子，完成组装。适当的识别和警告标签使用压敏胶粘贴。有代表性的数量单位在包装之前进行了性能测试。最后，这些单元被装箱并运送给分销商。

质量控制

CO 检测器制造的关键质量控制特征是传感器的校准。更高质量的 CO 检测器实际上是气体监测器，与内部标准相比，它会持续评估本地 CO 浓度。这种校准过程允许传感器区分正常的 CO 背景水平和危险的高浓度。在正常条件下，可接受的背景水平可能高达百万分之 25-35 (ppm)。如果浓度达到 75-100 ppm 范围，则会导致有害暴露。保险商实验室的 CO 检测器标准要求它们在接触 100 ppm CO 后 90 分钟内发出警报；暴露于 200 ppm 时，35 分钟内；当暴露于 400 ppm 时，在 15 分钟内。早期的 CO 检测器必须通过将仪器放置在已知 CO 浓度的环境中并测量结果来手动校准。然而，该过程昂贵且耗时，因此仅用于昂贵的工业设备。随着家用设备的日益普及，需要更有效的校准方法。高质量的现代探测器配备内部校准功能，可以定期进行低水平气体排放诊断测试，以确认传感器的准确性和运行状态。如果探测器发现传感器有任何问题，它会发出一种特殊的声音模式，以提醒乘员传感器出现故障。此外，每个探测器都配有一个测试按钮，可以手动评估报警电路。

美国保险商实验室 (UL) 发布了已被 CO 检测器行业采用的质量标准。自 1995 年 10 月 1 日起，如果探测器符合当前的安全和质量标准，则应带有编号“UL 2034”。

未来

随着气体传感电子设备的改进，一氧化碳探测器的未来不断发展。前面描述的 IDR 技术就是这种尖端技术的一个例子。未来的探测器也将包含类似的高级功能。计算机控制界面提供的可控性增强将使未来的设备更加用户友好。这些为消费者提供了组合安全装置的好处。例如，未来几代计算机控制的探测器可能与最有可能产生一氧化碳的家用电器相关联，例如燃气炉或热水器。当该装置检测到不可接受的高 CO 水平时，它会向设备发送信号以终止燃烧过程并关闭气流，从而不再释放一氧化碳。随着具有更高灵敏度和其他增值功能的新型号面世，CO 探测器将变得更加人性化，并且作为救生设备将更加有用。