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

Многие в своей жизни сталкивались с таким явлением, как продувка. Я веду речь о продувке ветром через «неплотности» в закрытом окне; причем даже современные стеклопакеты на окнах – не панацея от таких вещей. Небольшую струйку воздуха можно ощутить тактильно, буквально с помощью руки, если приложить ее к месту возможной щели. Продувание ветром с улицы сквозь щели в окнах (рамах) особенно опасны там, где на полу жилой комнаты играют дети, да и в эстетическом плане ветер с улицы портит картину – оставляет на окне черные разводы. Таким образом, нарушение изоляции в стеклопакетах можно заметить уже через неделю после их установки визуально, без всякого прибора – невооруженных глазом. Но что делать, когда проблема не выявляет себя, утечка холодного воздуха есть, но незначительная, вроде бы дети болеют от сквозняков – с улицы дует, но прямо это «не доказано». Тогда на помощь приходит простое приспособление, электрическая схема которого представлена на рисунке 1.7.

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.