Сигнализатор опасных газов
С момента первой публикации описания подобного устройства в журнале "Радио" [1] прошло около 10 лет. За этот время было описано несколько подобных приборов: от простейших до собранных на микроконтроллере [2]. Все они, имея как определенные достоинства, так и недостатки, основаны на типовой схеме включения датчика газа [3], рекомендованной фирмой-изготовителем.
За прошедшие годы появились как новые, более совершенные и чувствительные к присутствию разнообразных газообразных веществ датчики, так и другие очень удобные для построения сигнализаторов элементы - звуковые сигнализаторы со встроенным генератором, электромагнитные реле в микросхемных корпусах.
Предлагаемое устройство для обнаружения утечки горючих и взрывоопасных газов построено на основе хорошо себя зарекомендовавшей схемы из [1] с учетом рекомендаций [3] и на современной элементной базе. Сигнализатор может применяться для обнаружения утечки газа в быту, в автомобилях с газобаллонным оборудованием и на газовых магистралях.
Отличия предлагаемого устройства от ранее опубликованных состоят в улучшенной термокомпенсации датчика и возможности подключения внешнего исполнительного устройства. При наличии подходящих датчиков (а их ассортимент сегодня довольно широк) прибор можно сделать чувствительным, например, к парам алкоголя и к -другим газам, присутствие которых в воздухе нежелательно или представляет опасность.
Технические характеристики
Тип датчика..................TGS813
Виды обнаруживаемых газов .........метан, пропан,
нефтяные газы Чувствительность в воздухе,
ррт.........................500
Потребляемый ток, мА, не
более .......................200
Рабочий интервал температуры, °С ................-10...+40
Рис. 1
Схема сигнализатора изображена на рис. 1. На выводы 2 и 5 датчика газа В1 подано напряжение 5 В для нагревания его чувствительного элемента до рабочей температуры. При наличии газа проводимость чувствительного элемента (он подключен между выводами 1, 3 и выводами 4, 6) увеличивается. Пропорционально концентрации газа в воздухе растет напряжение на сопротивлении нагрузки датчика - резисторе R1. Оно поступает на неинвертирующий вход (вывод 3) компаратора напряжения DA1, который сравнивает его с образцовым напряжением, поданным на инвертирующий вход (вывод 4). Образцовое напряжение формирует делитель из терморезистора RK1 и резисторов R2, R3. Оно равно приблизительно половине напряжения питания датчика. Терморезистор RK1 делает образцовое напряжение зависящим от температуры, компенсируя этим температурную зависимость чувствительности датчика.
Пока газа нет, напряжение на инвертирующем входе компаратора больше, чем на неинверТирующем, в результате чего на его выходе 9 установлен низкий логический уровень. При появлении и достижении определенной концентрации газа в воздухе напряжение на неин-вертирующем входе превышает образцовое и уровень напряжения на выходе компаратора, а также на входах 3 и 12 элементов микросхемы DD1 становится высоким.
Вторые входы этих элементов соединены с цепью R5C4VD1, обеспечивающей задержку начала работы сигнализатора примерно на 2 мин. Это время необходимо, чтобы чувствительный элемент датчика прогрелся и пришел в рабочее состояние. После того как конденсатор С4 зарядился, эта цепь не влияет на работу прибора. При выключении напряжения питания конденсатор С4 быстро разрядится через диод VD1, и при последующем включении задержка будет повторена.
Если с момента включения сигнализатора прошло достаточно много времени, наличие высокого уровня на всех входах логических элементов микросхемы DD1 приведет к открыванию встроенных в эти элементы выходных полевых транзисторов. В результате будет включен светодиод HL2, зазвучит сигнал, подаваемый излучателем НА1 (со встроенным генератором), а реле К1 сработает. Замкнувшиеся контакты К1.1 этого реле при необходимости могут привести в действие внешнее исполнительное устройство, например сирену.
Узел питания сигнализатора состоит из гнезда Х1 и интегрального стабилизатора на 5 В DA2 с конденсаторами С1-СЗ, С5. Светодиод HL1 сигнализирует о наличии питания. Напряжение на гнездо Х1 подавалось от сетевого адаптера для бесшнурового телефона "Panasonic" (8 В, 500 мА).
Рис. 2
Сигнализатор был собран на показанной на рис. 2 односторонней печатной плате, изготовленной из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм. Плата помещена в готовый корпус КР-4 размерами 90x60x32 мм, в крышке которого напротив свето-диодов просверлены отверстия диаметром 5 мм. Возле датчика В1 для свободного доступа к нему воздуха в стенке крышки просверлено большое число отверстий диаметром 1,5 мм.
Терморезистор RK1 - ММТ-1 с номинальным сопротивлением 2,2...3,3 кОм. Можно использовать такой же терморезистор сопротивлением 4,7 кОм, подключив параллельно ему обычный резистор номиналом 11 кОм. Конденсатор С4 -обязательно К53-14. Светодиоды серии АЛ307 могут быть заменены любыми другими красного (HL1) и зеленого (HL2) цветов свечения. Реле К1 - TRR-1A-05D-00 Изменив конфигурацию проводников печатной платы, его можно заменить отечественными РЭС55А (исполнение РС4.569.600-03) или РЭС64 (исполнение РС4.569.724).
Для удобства смены датчик можно установить в ламповую панель ПЛК-7 для печатного монтажа. При налаживании сигнализатора резистор R2 необходимо подобрать таким, чтобы при температуре +20 °С напряжение на выводе 4 компаратора DA1 равнялось 2,5 В.
Вместо датчика TGS 813 можно без изменения схемы использовать MQ-6, HS133 и TGS2610 (у последнего выводы 1 и 4 - нагревательный элемент, выводы 3 (+) и 2 (-) - чувствительный элемент). Если сигнализатор будет использоваться в качестве тестера на алкоголь, в него следует установить датчик TGS2620 (цоколевка такая же, как у TGS2610), а постоянный резистор R1 заменить переменным, чтобы иметь возможность регулировать порог срабатывания.
Все эти датчики рассчитаны на напряжение питания 5 В. Существуют и другие, питать которые необходимо большим напряжением. Для использования такого датчика в описанном сигнализаторе необходимо заменить стабилизатор напряжения КР142ЕН5А другим, имеющим нужное выходное напряжение. Замене подлежат также звуковой сигнализатор и реле. Остальные узлы остаются работоспособными при питании напряжением 5... 18 В.
Литература:
1. Виноградов Ю. Контроль взрывоопасных газов. - Радио, 2000, № 10, с. 37.
2. Суров В. Сигнализатор загазованности воздуха. - Радио, 2009, № 9, с. 37.
3. Датчики газа фирмы FIGARO. - www. chipdip.ru/library/DOC000052164. pdf .
Применять описанный сигнализатор в качестве единственного или основного средства контроля загазованности допустимо только после его сертификации уполномоченным на это органом и при условии проведения периодических поверок.
Похожие материалы из категории "Электроника в быту":
Комментарии посетителей
Добавление комментария