2024年1月19日发(作者：)
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离子式烟雾传感器NIS-09C
深圳市深国安电子科技有限公司
地址：广东省深圳市龙华新区牛栏前大厦Ｃ５０７ 蒋小姐：１３４ ２８７６ ２６３１ 电话：８６ ７５５－８５２５８９００网址：ｗｗｗ．ｓｉｎｇｏａｎ．ｃｏｍ ｗｗｗ．ｓｉｎｇｏａｎ．ｃｏｍ．ｃｎ ｗｗｗ．ｓｈｅｎｇｕｏａｎ．ｃｏｍ
1.概述:
离子式烟雾传感器NIS-09C是一种可用于探测火灾事故中的烟尘，烟雾及房子中灰尘的传感器。此传感器含有少量同位性放射元素，但它已经完全密封，因此它可以被安全地处置。因为此传感器的电流量非常小，所以它被广泛地用于用电池带动的烟雾报警器。下面是关于NIS-09C的特征的介绍。
1） 特性：
*功耗极低，所以用电池就可以使用几年。
*结构简单，成本也比光电式烟雾传感器低。
*输出独立，不取决于烟雾的颜色。
*和光电式烟雾传感器相比，有较强的耐用性。
2）应用范围：
*火灾报警器
*空气清洁器
*灰尘计量计
3) 最大额定值;
* 供给电压 DC 24V
* 操作环境中的温湿度 温度 -10 - +60oC
湿度 小于95% RH
* 储藏环境中的温湿度 温度 -25 - +80oC
湿度 小于95% RH
4) 推荐额定值;
* 供给电压 DC 9V
* 电流功耗 27 +/- 3 pA (9V 电压供应时)
* 空气中输出 5.6 +/- 0.4 V (25oC, 60% RH)
* 烟感敏感度 0.6 +/- 0.1 V (2%/英尺,依据UL217)
o* 操作环境中的温湿度 温度 0 - +50C
湿度 小于95% RH
* 储藏环境中的温湿度 温度 -10 - +70oC
湿度 小于95% RH
5) 结构, 尺寸 & 重量
* 结构 如下页图纸所示
* 尺寸 22.0 x 直径42 mm
* 重量 约12克
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2. 结构
下图所示.
+
15
.3550.564124518.5NIS-09A0.8JAOOPANA0.32.342174513
6 Label Aluminum sheet
5 Mount basePBT V0 spec.
4 Lead wireFEP wire Teflon
3 GND SUS304 Presoldered
2 Input SUS304 Presoldered
1 Cover SUS304
NoParts MateriaRemarks
l
Fig. 1 NIS-09C的结构
放射性同位元素（图中7所示）是阿尔法射线放射源镅241，它的辐射量非常小约33.3KBq.由于放射源已被不锈钢完全密封（如图中1所示），所以放射能不会泄漏至周围的环境中。
放射性同位元素本身也有被镀金密封以防止受有机溶脂及碳酸物的腐蚀。另外封口处也有耐溶性，所以当有必要的时候传感器也可以用有机溶脂清洗。
NIS-09C是1/2资源性离子式传感器，封口处是由聚丁烯对苯二酸脂化合物（PBT）做成，所以可以抗热及有机溶脂。其他部件由不锈钢（SUS304）制成，有抗腐蚀性，可达到UL测试规格之要求。
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3. 探测原理
这种传感器是离子型传感器，结构如右图所示。
传感器内室的空气经常被放射源辐射的阿尔法
射性所电离。当9V电压通电至电极时， 产生约
25pa的电离电流及约5.6V的输出。当烟雾进入传
感器内室的时候，烟尘粒子就会被压制成阴阳双
粒子。从而上层室的电离电流就会减弱。最终导
致对烟尘密度的输出电压比例降低。调节阺低输
出电压就可以探测到烟尘。
Fig. 2 探测电路
4. 基本特征
1）烟雾敏感特性
Fig 3.示例了传感器对烟雾密度的敏感特性。这个数据是使用高级测试设备测试燃烧的锡铂纸后所得出的结果。详细的测试设备将在后面再做介绍。
6
4
2
0
05101520
% Obscuration per foot
Fig. 3 NIS-09C的烟雾敏感特性
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9V
深圳市深国安电子科技有限公司2）温度依赖性
Fig 4示例了NIS-09C的温度依赖特性。所有的传感器在0~50℃范围内都保留了此输出趋势，个别的差异可以忽略不计。如果有需要，可以用电热调节器来补偿温度的依赖性。然而一般火灾报警系统都不使用电热调节器。
Relative Humidity : 60%7
6
5
020
4060o
Temperarture ( C)
Fig. 4 NIS-09C的温度依赖性
3）湿度依赖性
Fig 5示例了NIS-09C在10~40℃范围内的湿度信赖特性。这个特性在高温环境下会有稍微的波动，但是可以忽略不计。
7
o
40 Co
20 C6
o10 C
5
2
Relative Humidity (%)
Fig. 5 NIS-09C的湿度依赖性
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4）风依赖性
Fig 6示示例了风速是每秒2米时的风依赖特性。由于所产生的阴阳离子受风影响而游离，所以会产生轻微的影响。但在实际应用中并不会产生严重的问题。
6
4
wind
2
0
00.51.01.52.0
Wind Velocity (m/s)
Fig. 6 NIS-09C的风依赖性
5. 耐用性
实施了下列耐用性测试，输出及敏感特性证实和以前的结果是一致的.
Table 1 耐用性测试
测试 测试方法
1抗热测试 不通电在80oC 环境下储藏72小时
2抗冷测试 不通电在-30oC 环境下储藏72小时
3高湿测试 不通电在40oC & 85% RH 环境下储藏72小时
4震动测试 振幅0.25mm, 10 - 35Hz, 15分钟
5落地测试 从1米高处落地于3厘米厚的木制盘子3次
*外观测试（变形，变色，破裂等测试）也实施了
**没有发现共振点
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6. 怎样使用NIS-09C
因为功耗很彽，所以用电池就可以使用几年。但是阻抗很高（约1012ohm ），并且需要配套高级IC（市场上可找到）。因为NIS-09C容易被外界电子噪音所干扰，所以最好对传感器做保护措施，特别是在导线和IC输入终端的连接点处做保护措施。一般连接点粘贴特氟纶作支撑，或者焊接使用包特氟纶的线在空气中进行，但不触及PCB板。下面是一个带高级IC的烟雾报警器的电路示范。
1) 推荐电路
1MΩ1MΩA1KΩTSM C 78110 9V330Ω0.1µFC0.1µF0.001µF+8.2MΩ9.0V1.5MΩGND150KΩIONIZATIONCHAMBERFig. 7 推荐电路
2) 使用方法
DC 9V适用于输入及GND终端。因为所有传感器都没有散热器，所以只有通电后才能监控。测试器和记录器连接GND和V终端以获得输出信号。图纸中“T” 是检测电池寿命的按钮，“S“是传感器的内上室（让烟雾进入），“C”是传感器的内下室。报警点可以通过使用V/R控制GND和A终端间的电压来调节。详细的介绍请参考后页。
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7. NIS-09C评估
依据前页所提供的推荐电路可进行样品评估。
1） 测试设备
下面是我们公司进行实验所使用的测试设备。
T
Smoke densitometers
Standard chamber
3.51
0Cotton yarns50
1750
Volume; approx. 430 litters
Fig. 8 测试设备
备注:
a) 测试箱
测试箱由木或金属做成。如果是金属箱，内侧需漆成黑色以防止反射，所以光电式烟雾计量仪也可以使用。为了平静内室的烟雾，需要在内室安装搅拌风扇和蜂状内层。所以推荐如上尺寸的测试箱。如想了解更多信息，请参考UL-217标准。
b) 烟雾煽动
为了平静驱散内室的烟雾，需要安装2台如上所示的风扇并且风速需控制在每秒0.2米。由于传感器风信赖性的缘故高风速会导致非精准的输出信号。风速太低会导致烟雾非平静驱散，从而引起非精准的检测。
c) 烟雾通风
测试之后不需要特殊的通风系统来使烟雾驱出测试箱。
d) 烟雾类型
一般UL-217所描述的是由棉纱燃烧后所产生的灰色烟雾。
2）烟雾浓度调节
烟的浓度是由棉纱燃烧的时间来调节的，但是实际浓度需由光电式烟雾计量仪来检测。UL-217中也有描述黑烟是由燃烧汽油所产生的，但是用黑烟作实验太危险。一般地在私人实验室不用黑烟进行实验。
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3）报警点调节
下面是关于怎样调节火灾报警系统中的烟雾探测器的说明。NIS-09C在空气中的输出范围是5.6±0.4V，敏感度是0.6±0.1V/2%/英尺。因此推荐设置低于空气中输出0.6V作为报警点。调节由控制V/R来完成，但是设置如上报警点相当于2%/英尺的烟雾浓度。当使用光电式计量仪测试时，这个浓度表示光的比率变得暗淡。上述报警水平意味着1英尺距离处测量时2%的光被烟雾粒子所吸收。大多数的烟雾探测器设置的报警点是约2%/英尺。
4) 测量
a) 烟雾计量仪
*市场上有%/M光电式烟雾计量仪，但是烟雾颜色和粒子尺寸不同结果就不同。这种类型的计量仪不需要预热。
*市场上有粒子计数器可提供，用来计算烟雾粒子数量，所提供的类型为粒子/ m3。这种设备不用来做实验因为它检测不到光变暗淡的比率。
b) 测量
*样品放置于测试箱中做测试
*使用风扇，DC 9V通电于测试样品。电压由电池或电压稳定器提供。
*调节输出电压，把燃烧的棉纱放置于测试箱内。
*调节烟雾浓度至2%/英尺，然后取出棉纱。
c) 通风
*测试完之后，打开测试箱的门，烟雾就会被风扇自然通风。
d) 评价
*证实空气中的输出为5.6±0.4V，输出在2%/英尺的烟雾中的变化是0.6V±0.1V。
5) 备注
a) 远离水蒸汽以防止露珠浓缩。
b) 在储存过程采取防静电措施。
c) 不要经常触摸有特氟纶防护的传感器导线。
d) 不要阻塞烟雾入口，打开传感器放于校准器上。
e) 用大于1014ohm 阻抗的静电计，推荐电路带高级IC。不能使用常规测试设备做测试.
f) 当把传感器放置于PCB上时，不要使焊锡溶物化进入传感器，当有进入时必要清洗。
g) 用硅胶树脂来防护IC与传感器导线的连接点。湿气会影响连接点导致事故。
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8. 空气清洁器应用案例
NIS-09C可用于空气清洁器，例如探测香烟烟雾。
1）烟雾粒子尺寸分布。
Fig 9和10示范了第一根和第二根香烟的烟雾粒子尺寸分布。第二个烟雾表明它来自光的头部，而第一个烟雾是来自于过滤嘴的底部。如图所示，第二个烟雾的粒子小于第一个烟雾。NIS-09C对第二个烟雾更敏感。
100
100
8080
6060
µµD50 : 0.6 mD50 : 0.2 m
4040
2020
00
0.30.30.11.00.11.0
µµParticle Diameter ( m)Particle Diameter ( m)Fig 9 Particle size of Fig. 10 Particle size of
secondary smoke (µm) primary smoke (µm)
2） 烟雾敏感度
Box made of acrylic
用图Fig 11所示的测试箱（容(Volume; approx.200 litters)Voltage积：约200升，燃烧10MG不同stabilizer的烟叶来测试NIS-09C对烟雾的敏感度。选用8种不同的香SensorBurning of cigarettes烟（尼古丁和焦油的含量由高到低）。数据2显示了结果，Voltmeter但是没有告知与尼古丁和焦Fan油含量的联系。
Fig. 11 香烟测试箱
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Table 2 对烟叶敏感度
含量顺序号
7
1
4
3
6
2
8
5
牌子
Mild Seven
Short Peace
Chun Nan Hai
Wakaba
Peace Light
Hi-light
Cabin
Lark
输出变化范围(delta V)
0.69－0.76
0.71－0.85
0.77－0.87
0.70－0.85
0.72－0.93
0.82－0.91
0.62－0.72
0.70－0.85
含量顺序号： 以一般的吸烟者的观点统计。
3）领域测试
上述测试条件相当于在实际生活环境
中相当高的浓度。因此在如图Fig 12
所示的房间中进行了领域测试。测试
房间是一个装有小风扇约30平方米的
房间。传感器放置于房子中间离天花
板50厘米和离地板80厘米的墙上。香
烟放置于一个烟雾发生器在进行燃烧，
烟雾渐渐地泄漏进入房间。数据3显示
了被要求照亮LED的一组香烟的测试数据。
50cmVolume of the test room; approx. 30m3 (2,700 x 3,600 x 3,100)80cmSmoke generatorFanFig. 12 领域测试房
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LED lit
L0
L1
L2
L3
L4
Table 3 领域测试结果如下
Pieces of cigarettes burnt
Condition A Condition B Condition C
0 0 0
More than 5 1.4 2.4
－ 2.6 2.8
－ 3.4 3.4
－ 4.4 3.8
Condition D
0
1.2
1.8
2.4
3.2
测试条件如下
L0：只有灯打开
L1：delta V = 30mV
L2：delta V = 60mV
L3：delta V = 90mV
L4：delta V = 120mV
条件A：传感器放置于测试房的中间，没有风扇搅拌。
条件B：传感器放置于测试房的中间，有风扇搅拌。
条件C：传感器放置于测试房的墙上，没有风扇搅拌。
条件D：传感器放置于测试房的墙上，有风扇搅拌。
试结果表明当一根香烟在标准的日本房间内燃烧时会获得30mV的△V。但是，传感器必须放置于房间的中央。用于测试的传感器是用推荐电路带一个附加的比较仪来激活LEDS。推荐使用相似电路用于空气清洁器上。
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