อุปกรณ์ตรวจจับควัน Smoke Detector จะมีด้วยกันอยู่ 2 แบบ หลักๆ คือ
1. แบบ Ionization Smoke Detector
2. แบบ Photoelectric Smoke Detector
โดยทั้ง 2 แบบนี้จะมี Sensing Chamber (ห้องจับควัน) ที่แตกต่างกัน มีหลักการทำงานที่ต่างกันใน
การจับการสันดาป ซึ่งทำให้เกิดอณูในขนาดที่มองเห็น และมองไม่เห็นได้ด้วยตาเปล่า ถึงสามารถ
ตรวจจับควันที่ลอยขึ้นมาจากเหตุเพลิงไหม้ได้ทั้งแบบมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า และมองเห็นไม่ได้ด้วยตาเปล่า
การทำงานของแบบ Ionization Smoke Detector
โดยทั่วไปแล้วแบบ Ionization Smoke Detector จะประกอบไปด้วย แผ่นชาร์จประจุ และ สารแผ่รังสี
(โดยทั่วไปใช้ Americium 241) ใช้ Ionized อากาศที่อยู่ระหว่างแผ่นชาร์จประจุ (ดูภาพ Figure 3-1)
สารแผ่รังสี จะแผ่รังสีให้กับโมเลกุลของอากาศ ซึ่งจะส่งรังสีอณูเล็กๆ วิ่งไปชนกระแทก กับโมเลกุล
ของอากาศ ทำให้อิเลคตรอนของโมเลกุลของอากาศกระเด็นออกไป ขณะที่โมเลกุลนั้นๆ เสียประจุ
อิเลคตรอนไป จะมีประจุเป็นบวก ( ) อิเลคตรอนที่กระเด็นออก จะวิ่งไปหาโมเลกุลอื่น ทำให้โมเลกุล
นั้นได้รับ อิเลคตรอนเพิ่ม กลายเป็นประจุลบ (-) จำนวนโมเลกุลประจุ และประจุ (-) ของอากาศใน
ห้อง Sensing Chamber จะมีจำนวนเท่ากัน โมเลกุลของประจุ ( ) จะวิ่งไปหาแผ่นชาร์จประจุ (-)
โมเลกุลประจุ (-) จึงวิ่งไปหาแผ่นชาร์จประจุ ( ) ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าไหลหมุนเวียนระดับหนึ่ง
(ให้ดูที่ภาพ Figure 3-2)
กระแสไฟฟ้าหมุนเวียนดังกล่าว สามารถวัดได้โดยวงจรไฟฟ้าที่ต่อเข้ากับ แผ่นชาร์จประจุทั้งสอง เมื่อมี
การทำสันดาป จากการเผาไหม้เกิดขึ้น อณูที่เกิดจากการสันดาปจะใหญ่กว่า โมเลกุลของอากาศที่ถูก
Ionized มาก เมื่ออณูของการสันดาปเข้ามาในห้อง Sensing Chamber นี้ โมเลกุลของอากาศที่ถูก
Ionized จะวิ่งชนกับอณูที่เกิดจากการสันดาป (ให้ดูที่ภาี่พ Figure 3-3)
ทำให้เกิดการถ่ายเทประจุระหว่าง อณูสันดาป และ โมเลกุลอากาศ Ionized อณูที่เกิดจากการสันดาป
บางตัวก็เป็น บางตัวก็เป็น ? เนื่องจากอณูที่เกิดจากการสันดาป ดังกล่าวนี้เป็นอณูที่ใหญ่กว่าโมเลกุล
ของ อากาศมาก มันจึงรวมตัวอยู่ระหว่างกลาง เมื่ออณูสันดาปเข้ามาเพิ่มขึ้น และถ่ายเทประจุ และรวม
กลุ่มกันมากขึ้นจะทำให้โมเลกุลที่ถูก Ionized ของอากาศลดลงทำให้กระแสไฟฟ้าที่ไหลลดลงไปตาม
ลำดับ เมื่อมาถึงจุดๆหนึ่ง (เกิดพิกัด) วงจรที่ใช้วัดค่ากระแสจะส่งสัญญาณ Alarm การเปลี่ยนแปลงของ
ความชื้น และ ความกดดันของบรรยากาศ จะมีผลต่อการไหลของกระแสไฟฟ้าด้วย ซึ่งจะคล้ายกับผลที่
ได้จากที่มี อณูการสันดาป เข้ามาในห้อง Sensing Chamber ดังนั้น เพื่อชดเชยผลกระทบจากการ
เปลี่ยนแปลง ของ ความชื้น และการเปลี่ยนแปลงความกดดันในบรรยากาศ บริษัทฯ ผู้ผลิตพวกอุปกรณ์
Smoke Detector แบบ Ionization จึงได้พัฒนาการตรวจจับแบบ Dual Ionization Chamber
(ห้องจับควันคู่) (ให้ดูที่ภาพ Figure 3-4)
โดยที่ห้องตรวจจับควัน (Ionization Chamber) ทั้ง สองห้องสามารถให้ความชื้น และ ความกดดัน
ของบรรยากาศเข้าไปได้เหมือนกัน แต่ห้องหนึ่งไม่ให้อณูของ การสันดาป กับ ฝุ่นละออง เข้าไปถือเป็น
Reference Chamber (ห้องสำหรับเทียบค่า) ส่วนอีกห้องให้อณูการสันดาปเข้าไปได้ตามปกติ เมื่อ
ความชื้นในบรรยากาศ หรือ ความดันบรรยากาศเปลี่ยนแปลงไป ทำให้เกิดความเปลี่ยนแปลงทั้งสอง
ห้องเท่ากัน หักลบกันแล้วจะเป็นศูนย์ แต่ถ้ามีอณูจากการสันดาปเข้าไปห้องหนึ่ง ทำให้เกิดการเปลี่ยน
แปลงการไหล ของ กระแสไฟมากกว่าอีกห้อง เมื่อเทียบกันแล้วเปลี่ยนแปลงไปเกินพิกัด จึงจะส่งแจ้ง
สัญญาณ Alarm (ให้ดูที่ภาพ Figure 3-5)
สำหรับ Dual Chamber Ionization Smoke Detector นี้ ถ้าหากมี ฝุ่น และ ความชื้น มากเกินไป
(มีหยดน้ำเกาะ) ลมแรงไป หรือ แมลงขนาดเล็กเหล่านี้ สามารถสร้างปัญหาให้กับ Smoke Detector
แบบนี้ได้ ซึ่งจะอ่านค่าออกเป็นอณูสันดาป และส่งสัญญาณ Alarm ไม่ถูกต้อง ยิ่ง Smoke Detector
มีความไวมากเท่าใด ก็จะมีผลต่อการส่งสัญญาณ Alarm ให้ผิดเพี้ยนมากขึ้นเท่านั้น
การทำงานของแบบ Photoelectric (Optical) Smoke Detector
ควันที่เกิดจากเพลิงไหม้ สามารถบังลำแสง และ ทำให้ความเข้มของแสงลดลงได้ หรือทำให้เกิด
การกระจายแสงโดยแสงสะท้อนจากอณูของควันไฟ Photoelectric Smoke Detector อาศัย
หลักการนี้ ในการตรวจจับควันไฟ
Photoelectric Light Obscuration Smoke Detector (ใช้การบังแสง)
อุปกรณ์ตรวจจับสัญญาณควันที่ใช้หลักการง่าย ๆ ในการบังแสงของควันก็ คือ Beam Type Smoke
Detector ซึ่งจะใช้ควันบังแสง Photodiode (ให้ดูที่ภาพ Figure 3-6) เมื่ออณูของควันเข้าไปบังแสง
(ให้ดูที่ภาพ Figure 3-7)
ทำให้ลดความเข้มของแสงที่จะได้รับบนอุปกรณ์ไวแสง การเปลี่ยนแปลงความเข้มของแสงนี้วัดให้
โดยวงจรภายใน และ เมื่อความเข้มลดลงถึงจุดที่เลยพิกัด จะแจ้งส่งสัญญาณ Alarm
Photoelectric Optical Light Scattering Smoke Detector
อุปกรณ์ตรวจจับควันโดยการกระจายแสงสะท้อน Photoelectric Smoke Detector ส่วนใหญ่แล้ว
ทำงานโดยใช้หลักการ ของ การกระจายแสงสะท้อน โดยใช้หลอด Light Emitting Diode (LED)
ส่องแสงไปบริเวณที่ตัวส่ง Photosensitive Element (อุปกรณ์ไวแสง) มองไม่เห็น โดยทั่วไปใช้
Photodiode (ให้ดูที่ภาพ Figure 3-8)
เมื่ออณูของควันเข้าไปขวางอยู่ทางเดินของแสงจาก LED จะกระทบกับอณูของควัน (ดูที่ Figure 3-9)
และ สะท้อนแสงสู่ Photosensitive Device (อุปกรณ์ไวแสง) ทำให้อุปกรณ์ทำงาน
Smoke Detector Design Consideration :
การพิจารณาหลักการออกแบบอุปกรณ์ตรวจจับควัน :
Smoke Detector นั้นใช้หลักการทำงานง่าย ๆ แต่การออกแบบการใช้งาน ควรจะคำนึงถึงหลักบาง
ประการ Smoke Detector ต้องทำงานได้เมื่อตรวจจับควันได้ แต่ควรลดการแจ้งเตือนที่ผิดพลาดที่
ไม่ได้เกิดจากควันจริงๆ ซึ่งอาจจะเกิดจากสาเหตุหลายประการสำหรับ Ionization Smoke Detector
ฝุ่น และคราบสกปรกที่สะสมบนสารแผ่รังสี จะทำให้ Smoke Detector ตรวจจับไวเกินไป ส่วนใน
แบบ Photoelectric Smoke Detector นั้น ฝุ่นที่เกาะตามผนังของห้อง Sensing Chamber อาจ
จะเพิ่มแสงสะท้อนสู่ Photosensitive Element ทำให้เกิดการแจ้งเตือนที่ผิดพลาดได้เช่นกัน กระ
แสไฟกระเพื่อม หรือรังสีบางชนิดสามารถมีผลกระทบต่อวงจร ของ Smoke Detector ทั้งสองแบบ
ได้ และแปลความหมายเป็นควัน ซึ่งทำให้เกิดการแจ้งเตือนที่ผิดพลาดได้ ดังนั้นค่าความไว ของตัว
Smoke Detector ต้องอยู่ในระดับที่พอเหมาะ ตามที่ได้กำหนดไว้ โดยสถาบันรับรอง หรือ สถาบัน
ทดสอบ ที่น่าเชื่อถือของโลก เช่นที่สถาบัน Loss Prevention Certification Board (LPCB) ของ
ประเทศอังกฤษ หรือ Under Writer Laboratory (UL) ของ ประเทศสหรัฐอเมริกา (USA) เป็นต้น
ซึ่งสถาบันเหล่านี้สามารถตรวจสอบ และทดสอบ Smoke Detector ในห้องทดสอบ Fire Test ได้
จำลองการเผาไหม้จริงจากเชื้อเพลิงหลายชนิด เพื่อทดสอบประสิทธิภาพการตรวจจับควันของอุปกรณ์
Smoke Detector นั้นๆ ทั้งนี้ไม่ว่า Smoke Detector จะออกแบบมาให้มีหลักการทำงานอย่างไรก็
ตามที่สำคัญ คือ จะต้องสามารถตรวจจับควันได้ ตามมาตรฐาน และตามที่คุณสมบัติของระบบอุปกรณ์
กำหนดได้ไว้
การพิจารณาเลือกใช้ อุปกรณ์ตรวจจับควัน Smoke Detector
คุณลักษณะเฉพาะของ Ionization Smoke Detector ทำให้เหมาะสำหรับการจับควันที่เกิดจากการ
เผาไหม้ที่เกิดเปลวไฟ อย่างรวดเร็ว ก่อให้เกิดอณูขนาดเล็ก ประมาณ 0.01 ถึง 0.3 ไมคอน (Micron)
ส่วน Photoelectric Smoke Detector นั้น เหมาะสำหรับจับควันที่เกิดจากการเผาไหม้อย่างช้าๆ
โดยมีอณูที่ขนาด 0.3 ? 10 Micron ทั้งนี้ทั้งนั้น Smoke Detector อุปกรณ์ตรวจจับควัน Smoke Detectorทั้ง 2 แบบสามารถจับควันที่
เกิดจากการเผาไหม้ ทั้งสองได้เช่นเดียวกัน จะต่างกันก็ตรงที่เวลาตอบสนองต่อควันไฟแต่ละชนิด
เท่านั้น การป้องกันเพลิงไหม้ในอาคารนั้น จะมีเชื้อเพลิงอยู่หลายชนิด จึงเป็นการยากที่จะบอกได้ว่า
เมื่อเกิดเพลิงไหม้จะเกิดควันประเภทใดออกมา โดยความจริงแล้วต้นกำเนิดเพลิงเดียวกันอาจจะก่อ
ให้เกิดเพลิงไหม้ที่แตกต่างกัน ยกตัวอย่างเช่น ถ้าทิ้งก้นบุหรี่บน โซฟา หรือ เตียงนอน จะก่อให้เกิด
ไฟไหม้ที่ลามอย่างช้า ๆ แต่ถ้าทิ้งก้นบุหรี่ลงไปบนกระดาษหนังสือพิมพ์ที่วางบนโซฟา หรือเตียงนอน
จะทำให้เกิดเพลิงไหม้โดยเกิดเปลวไฟขึ้นอย่างรวดเร็วได้
Photoelectric Smoke Detector
ตามที่กล่าวมาข้างต้นว่า Ionization Smoke Detector นั้นตรวจจับควัน ประเภทที่ลุกไหม้เป็นเปลวไฟ
อย่างรวดเร็ว (Fast Fire) ได้เร็วกว่า Photoelectric Smoke Detector ดังนั้น จึงมีผู้พัฒนาอุปกรณ์
เสริมในตัว Photoelectric Smoke Detector เพื่อให้ทำงานได้สมบูรณ์มากขึ้น นั้น โดยทำการเพิ่ม
Heat Detector แบบ Fixed Temperature เข้าไปในตัว Photoelectric Smoke Detector
ส่วนใหญ่แล้ว จะเรียกว่า Photoelectric Smoke & Heat Detector
หลักการทำงานของ Photoelectric Smoke & Heat Detector
คือ เมื่อเกิดเพลิงไหม้ที่เกิดเปลวไฟเผาไหม้ อย่างรวดเร็ว ส่วนใหญ่แล้วจะก่อเกิดความร้อนขึ้นมาก
เช่นกัน Heat Detector ในตัว Smoke Detector นั้นจะตรวจจับความร้อนได้ และวงจรภายใน
จะสั่งให้ Smoke Detector จะปรับค่าตัวเองให้ไวขึ้น สามารถจับควันที่เกิดขึ้นได้รวดเร็วกว่าการ
จับควันในสภาวะปกติ ซึ่งจะสามารถชดเชยจุดด้อยของมันได้ จึงสามารถทำงานได้อย่างสมบูรณ์
สำหรับการเกิดเพลิงไหม้ ทั้งแบบที่ค่อย ๆ ลามช้า ๆ และ แบบเพลิงไหม้ ประเภท เกิดเปลวไฟขึ้น
อย่างรวดเร็ว
สำหรับประเทศไทยนั้น เราไม่ได้ผลิตอุปกรณ์ Smoke Detector เอง เนื่องจากมีปริมาณการใช้
อุปกรณ์ Smoke Detector ไม่มากพอที่จะผลิตให้ได้ต้นทุนที่เหมาะสม หรือ กล่าวได้อีกนัยหนึ่ง
ว่า ไม่ได้ Economy Of Scale ดังนั้น เองอุปกรณ์ Smoke Detector ที่มีจำหน่ายในประเทศ
ไทย จึงเป็นการนำเข้ามาจากต่างประเทศทั้งสิ้น แต่ส่วนอุปกรณ์ตรวจจับควัน Smoke Detector
แบบ Ionization Smoke Detector ใช้สารกัมมันตภาพรังสี Americium 241 เป็นแหล่งพลัง
งาน Energy Source ในการ Ionization ทำให้ต้องขออนุญาตนำเข้าตามกฎระเบียบของ ทาง
ราชการ และทำให้ต้องเพิ่มต้นทุนในการนำเข้าสินค้า ดังนั้น ผู้จำหน่าย Smoke Detector ส่วน
ใหญ่จึงนิยมนำเข้ามา เฉพาะอุปกรณ์ตรวจจับควันแบบ Photoelectric Smoke Detector หรือ
อุปกรณ์ตรวจจับควันและตรวจจับความร้อน Photoelectric Smoke and Heat Detector กับ
อุปกรณ์ตรวจจับควันและตรวจจับก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์ Photoelectric Smoke / Carbon
Monoxide Sensors และ อุปกรณ์ตรวจจับควันกับตรวจจับความร้อนและตรวจจับก๊าซคาร์บอน
มอนอกไซด์ Photoelectric Smoke with Heat Detector & Carbon Monoxide Sensor
เพราะคุณภาพไม่ต่างกัน และมีความปลอดภัยมากกว่า