Датчик паров алкоголя своими руками, схема

Меняется мир - меняются и люди, населяющие его, хотя одной из неуменыпающихся величин на протяжении многих десятилетий (пока есть свидетельства статистиков — и веков, пока статистика дремала) остается количество употребления алкогольных напитков на душу населения.

В любой стране мира этот показатель растет, но разными темпами. Россия, как это нередко бывает, «впереди планеты всей» (после разве что Ирландии). Употребление алкогольных напитков не всегда можно оправдать, особенно когда последствия касаются не только себя самого.

Однако зная, насколько злободневна эта тема в России и соседних с ней странах, считаю важным осветить некоторые технические моменты контроля (и самоконтроля) лиц, в отношении которых допускается, что они употребляли или могли употребить алкогольные напитки. Разумеется, цель данного исследования не в споре о правовых нормах или причинах проблемы.

Ниже рассмотрим технические вопросы контроля алкогольных паров (от рта человека при выдохе), какими бы ни были причины и следствия алкоголизации некоторых слоев населения. Практически важно то, что радиолюбитель сегодня может самостоятельно изготовить устройство для контроля паров алкоголя (а при установке других датчиков с аналогичными параметрами контролировать и другие газы, например углекислый газ или выхлопы бензина). Для этого немного обратимся к истории и технологии производства промышленных датчиков различных паров и примесей в воздухе.

В многих странах Европы (Германия, Финляндия, Польша) несколько лет назад появились в свободной продаже алкотестеры или так называемые «детекторы алкогольных паров» (Roadtest).

Рис. 2.57. Внешний вид алкотестера

Конечно, это не профессиональные приборы (профессиональными, в частности, укомплектованы специальные службы, например ГИБДД), но и эти скромные устройства позволяют выявить «запах» и предотвратить нежелательные последствия водительской ошибки на дороге, аварии, или даже просто сохранить ваш кошелек, если в такой ситуации неминуема встреча с инспектором ГИБДД.

Вариантов алкотестеров, выпускаемых разными фирмами в Европе, много (аналогичных приборов отечественного производства в свободной продаже пока нет). Один из них показан на рис. 2.57, он приобретен в Финляндии в 2005 году.

Принцип работы алкотестера

Устройство представляет собой анализатор паров спирта, толуола, ксилена и других летучих органических паров. В верхней части корпуса прибора расположена сменная стеклянная трубка, которая предназначена для вдувания воздуха ртом человека.

При включении питания кнопкой «Power» загорается жидкокристаллический индикатор на передней панели прибора с мигающими цифрами (показаниями) 0000 % ВАС. Одновременно раздается кратковременный звуковой сигнал (пик-пик).

Через 1—2 с раздается второй (аналогичный первому звуковой сигнал), и на индикаторе (внизу под цифрами) начинает мигать слово «wait» (подождите). В этот период продолжительностью 10—12 с происходит нагрев датчика и его вхождение в режим анализа воздуха измерения. После этого третий звуковой сигнал (аналогичный первому) свидетельствует о том, что прибор готов к работе (к струе принимаемого воздуха). При этом на индикаторе (внизу под цифрами) слово «wait» сменяется на «ready».

Если после третьего сигнала «не дуть в трубочку» прибор воспримет тот же воздух, который он уже проанализировал и не найдя различий по составу воздуха, в течение 10—12 с выдаст отрицательный вердикт (в медицине отрицательный результат считается хорошим, не подтверждающим диагноз). Это состояние будет показано на индикаторе надписью «OFF» (без всяких звуковых сигналов). Система автовыключения отключит питание прибора самостоятельно спустя еще 1,5 мин. Это необходимо для экономии батарей.

Прибор имеет разъем для подключения внешнего постоянного напряжения 12 В, копку сброса (для перепроверки теста) и подсветку индикатора.

Если в вашем дыхании обнаружены примеси алкоголя, прибор выдаст на индикаторе цифровые показания (максимум >4000 — уже криминальные случай, когда надо забыть о машине) и подтвердит свое исследование бесконечной серией звуковых сигналов (пик-пик), отключить которые можно будет либо кнопкой «reset» (исследование сначала), либо кнопкой «power».

В устройстве установлен специальный датчик примесей в воздухе типа TGS-2620, для эффективной работы которого требуется постоянное стабилизированное напряжение всего 5 В.

Поэтому такой прибор может с успехом применяться автономно, например с элементами питания типа 4 батарей ААА, включенных последовательно, что снискало ему поистине огромную славу. Огорчает лишь стоимость — почти 50 USD.

По аналогичному принципу действует устройство, представленное ниже для самостоятельного повторения, с той лишь разницей, что промежуточных звуковых сигналов и цифровой индикации оно не имеет. А имеет только два сигнализационных состояния: «пьян» (звук длится до выключения питания) — «непьян» (нет звука). В более простом и менее функциональном варианте алкогольного тестера, рассматриваемого ниже, есть один большой плюс: цена деталей на его повторение не превысит 400 руб.

Датчики TGS называются так потому, что это аббревиатура расшифровывается как: «Taguchi Gas Sensor». Первооткрывателем этих датчиков и их модификаций в 1962 году стал японский изобретатель Наойоши Тагучи.

Большинство датчиков TGS сделаны на основе оксида олова. Сопротивление этих датчиков постоянному току в обычном воздухе высоко, а при наличии в воздухе примесей (паров органического происхождения) у соответствующего датчика (они не универсальны, датчик паров алкоголя не реагирует на утечку фреона) сопротивление резко снижается. Логично, что если подключить такой датчик к компаратору (устройству сравнения напряжения), то последний среагирует по аналогии с параметрическим сигнализатором на изменение сопротивление датчика.

Алкотестер своими руками

Датчик паров алкоголя можно собрать самостоятельно. На основе этих расчетов разработано и испытано простое в повторении устройство, заменяющее промышленный прибор контроля алкоголя.

Электрическая схема устройства контроля и звуковой сигнализации примесей паров алкоголя в воздухе (с применением датчика алкогольных паров) TGS-2620 представлена на рис. 2.58.

Рис. 2.58. Электрическая схема устройства контроля и сигнализации паров алкоголя в воздухе

При обработке выходного сигнала датчика используется микросхема-компаратор, которая сравнивает напряжения на двух своих входах. Напряжение питания для датчика подается на вывод 1. Общий провод подключают к выводу 2. Компаратор DA2 подсоединяют к выводу 3.

Операционный усилитель DA1 с элементами VD1, R6, С2, R7, R9 обеспечивает задержку 1—1,5 мин, необходимую для устранения ложных срабатываний устройства при подаче питания.

Диод VD1 препятствует току утечки оксидного конденсатора С2.

Без этой задержки в течение 1—1,5 мин после подачи питания устройство может включить звуковой сигнал независимо от наличия паров алкоголя.

Принцип работы устройства

Выходной сигнал датчика GS1 снимается с контрольной точки А в дежурном режиме (когда «воздух чист»). В тот момент,

когда напряжение (под воздействием паров алкоголя с концентрацией, равной или превышающей установленный предел) в точке А превысит заданную элементами внешней RC-обвески величину напряжения на входе U0 выходной сигнал с компаратора DA1 (его высокий уровень) обеспечит включение звукового капсюля со встроенным генератором НА1 (или иное устройство звуковой/световой сигнализации, подключенное с соблюдением полярности вместо капсюля НА1).

Напряжение U0 может меняться в диапазоне 2,5—3,2 В при температуре окружающего воздуха +40 °С и относительной влажности 65 % и, соответственно, в диапазоне 1,9—3,1 В при температуре -10 °С.

Без термокомпенсирующей схемы график отклика мог бы изменяться в диапазоне 600—3400 ppm при заданном значении концентрации газа 1500 ppm (при окружающей температуре 20 °С и влажности 65 %).

Для термокомпенсации служит термистор R1.

Наиболее значимыми моментами являются концентрация газа, выражающаяся в миллионной доле (ppm). То есть, например, значения концентрации газа 20 ppm означает концентрацию паров алкоголя 20x10Л

Таблица 2.1 Влияние компенсирующего терморезистора R1 на замер концентрации газа

О деталях и монтаже

Терморезистор R1 — NTC, ММТ или аналогичный. Транзистор VT1 заменяют КТ601, КТ603, КТ940 с любым буквенным индексом. Микросхему DA1 КР140УД12 заменяют КР140УД1208, КР140УД6. Диод VD1 — КД521, КД522 с любым буквенным индексом. Оксидные конденсаторы Cl, С2 — типа К50-29 или аналогичные. С1 сглаживает пульсации напряжения (важно при питании устройства от сетевого источника питания).

Звуковой излучатель НА1 — любой с встроенным генератором 34 на напряжение 5—12 В.

Особенности практического применения устройств с датчиками паров алкоголя

Для наглядной световой сигнализации (дополнительно к звуковой) параллельно капсюлю НА1 (со встроенным генератором 34) подключают светодиод с последовательно соединенным резистором. Сопротивление резистора 470—750 Ом. Светодиод типа AЛ307BM или аналогичный с током до 10 мА подключают в соответствии с полярностью — анодом к положительному полюсу источника питания.

Источник питания для устройства — стабилизированный с напряжением 5 В и отклонением ±5%.

Ток потребления не превышает 70 мА (без учета светодиодного индикатора). Кроме датчика TGS-2620 в данной схеме могут применяться датчики фирмы «Murata» TGS-880, TGS-2181 или, например, датчик TGS-822 (который требует двуполярное напряжение питания ±12 В).

Как один из альтернативных вариантов, можно рассмотреть применение в качестве электронного компаратора популярных и недорогих микропроцессоров, например фирм AMTEL, AVR. При соответственном программировании данный тип микропроцессоров способен выполнять автокалибровку и учитывать, например, функцию температурной зависимости.

Кашкаров А. П. 500 схем для радиолюбителей. Электронные датчики.