Занимательная электроника. Нешаблонная энциклопедия полезных схем - Кашкаров Андрей Петрович - Страница 5

Рис. 1.7. Электрическая схема устройства

Электрическая схема устройства, сигнализирующего на поток холодного воздуха (сигнализатор продувки), реализована на трех транзисторах n-p-n-проводимости.

Отличительные особенности устройства – в простоте повторения и необычном датчике – термопаре. Я взял термопару ТТД-1 от популярного мультиметра и при испытаниях обнаружил интересный эффект.

Термопара, если есть разность температур между горячим и холодным концом, вырабатывает ЭДС. Оказалось, термопара очень чувствительна к резкому изменению температуры окружающей среды.

1.2.1. Особенность идеи

Так и родилась эта идея определения места продувки (течи воздуха) в применении… термопары.

Чувствительным датчиком устройства является термопара типа К – температурный щуп ТТД-1 – термопара открытого типа от популярного цифрового мультиметра (многофункционального тестера) М-830В; подключаются в схему в качестве датчика температуры. Технические характеристики поверхностного температурного щупа ТТД-01 типа ХА (К) таковы:

• диапазон измерения температуры: -50…+300 °C;

• длина погружной части (рабочая поверхность термопары): 2,5 мм;

• длина соединительного провода: 900 мм.

Особенность щупа ТТД-1 – в малой инерционности изменения состояния, поэтому его уместно использовать для определения локального воздушного потока.

Кстати, на практике установлено, что благодаря качественному изготовлению термопар точность измерения температур (у мультиметра М-830В) весьма высока.

Термопару я расположил в самодельном корпусе от… зубной щетки – в месте перфорации (отверстий). Воздушный поток через перфорацию в корпусе устройства (см. рис. 1.8) достигает рабочей поверхности термопары ТТД-1, охлаждая ее, вследствие чего возникает ЭДС (в зависимости от интенсивности воздушного потока, воздействующего на рабочую поверхность ТТД-1).

Рис. 1.8. Устройство в корпусе от зубной щетки

Испытания проводились в марте: как известно, это самый ветреный весенний месяц.

Холодный воздух (температурой ниже нуля), проникающий через «неплотности» изоляции на застекленной лоджии, приводит к увеличению тока в цепи датчика (базы и базы транзистора VT1).

На этом эффекте термопары основана работа всей схемы. Рассмотрим ее подробнее.

Подобные схемы многократно описаны в литературе, однако, на мой взгляд, большинство из них неоправданно усложнены, хоть при этом и применяется современная электронная база – операционные усилители и компараторы. Предлагаемая же простая схема основана на принципе последовательного усиления с использованием популярных кремниевых транзисторов (имеет высокий суммарный коэффициент усиления).

Транзисторы включены по схеме с общим эмиттером по принципу усилителя тока. Когда на датчик воздействует холодный поток воздуха, ток увеличивается и изменяется величина смещения на базе транзистора VT1. Следующий каскад еще больше усиливает ток. Нагрузкой транзисторного усилителя служит светодиод HL1. Его свечение свидетельствует об обнаружении в районе установки термопары воздушной тяги.

Устройство стабильно работает в диапазоне питающего напряжения постоянного тока 2,7–4 В. Для напряжения выше указанного в схеме потребуется изменить номиналы постоянных резисторов R1-R4.

В качестве источника питания используется аккумулятор в виде «мизинчиковой» батареи UltraFire 18650/ 2400 мАч с номинальным напряжением 3,7 В. Он содержат электронную плату контроля внешнего/внутреннего напряжения и автоматически отключает зарядку батареи при превышении напряжения 4,2 В, а также при глубокой разрядке элемента (ниже 2,75 В). Система внутренней защиты/контроля убережет аккумулятор UltraFire 18650 3,7 В от случайного короткого замыкания.

Для питания схемы (рис. 1.7) можно применить и «плоский» элемент CR3032 c номинальным напряжением питания 3 В.

1.2.2. Принцип работы устройства

Даже при слабом потоке воздуха (незначительной продувке) включается светодиод. Световой поток от него пропорционален силе воздушного потока в области проверки.

Чувствительность прибора регулируется изменением сопротивления постоянного резистора R1; при его увеличении чувствительность устройства повышается.

Для приведенной схемы, если она смонтирована без ошибок и с применением исправных радиоэлементов, нет необходимости в сложной настройке. Сопротивление R1 при напряжении питания 3,7 В выбрано таким, при температуре окружающего воздуха +22 °C светодиод не светился.

Индикатор продувки хорошо реагирует на локальный поток ветра с расстояния 0,5–6 см.

В приведенной конструкции постоянные резисторы типа МЛТ-0,125, светодиод HL1 – любой с током 1015 мА, транзисторы КТ315 можно заменить на аналогичные маломощные приборы КТ3102, КТ503, КТ373, КТ342 с любым буквенным индексом.

Корпус прибора может быть любой компактный.

В данном варианте сигнализатор продувки испытан не только для выявления неплотности в оконном проеме (окнах, рамах), но и в ряде других случаев, к примеру, для сигнализации тяги в бытовых вытяжках (рис. 1.9 и 1.10).

Рис. 1.9. Применение прибора для контроля тяги вытяжки

Рис. 1.10. Иллюстрация работы: светодиодный индикатор показывает наличие потока холодного воздуха

Нельзя сказать, что этот прибор в быту незаменим, однако необычное использование термопары и простая идея обнаружения несанкционированных воздушных потоков небольшой величины, пожалуй, стоят дальнейших разработок (усовершенствований) в этой области.

1.2.3. Варианты применения устройства

Второй вариант применения – выявление мест локального проникновения холодного воздуха через рамы и окна (см. рис. 1.11).

Рис. 1.11. Иллюстрация работы прибора по выявлению мест проникновения холодного воздуха через неплотности рам и окон – особенно полезно осенью и зимой

Кроме рассмотренного вариантов применения такого электронного устройства немало. Я опробовал и хочу поделиться только двумя из них, оставив радиолюбителям творческий простор для иных возможных вариантов.

Может возникнуть вопрос: зачем нужен сигнализатор прохладного воздуха в квартирах, если этот параметр можно контролировать визуально или, как чукча, выставлять послюнявленный указательный палец для тактильной диагностики воздушных потоков?

Отвечаю: нужен. Во-первых, кожа рук по-разному, в зависимости от общего состояния организма диагноста и окружающей температуры, воспринимает то или иное воздействие; тем более, когда речь идет не о сильных ветряных потоках, а об относительно слабом напоре воздуха.

То есть визуально фиксировать продувку сквозь изоляцию можно только с большой неточностью. Электроника, с позволения сказать, более объективна в этом, и почему бы не поручить ей такой безобидный контроль, сняв с человека хоть малую толику заботы?

Во-вторых, работа мысли в этом направлении стимулирует радиолюбителя к новым усовершенствованиям и открытиям в сфере применения как термопар (на рассмотренном примере показавших хорошие результаты в части безынерционности изменения тока в цепи и, как следствие, чувствительности всего устройства к потокам воздуха), так и самой схемы.