Принципиальная схема датчика пожара на транзисторах
В радиолюбительской практике популярны простые и надежные устройства пожарной сигнализации. Многие из них описаны в популярной литературе для радиолюбителей. Одним из таких устройств является приведенная на рис. 2.8 схема, реагирующая на повышение температуры окружающей среды. Датчиком изменения температуры здесь служит терморезистор R7 (ММТ-4).
Момент переключения компаратора, собранного на транзисторе VT1, фиксируется светодиодом VD1, который также играет роль индикатора при настройке схемы. Эта схема используется автором как датчик возгорания на даче, в отдельном помещении деревянной бани, в котором установлен электрический нагреватель (ТЭН). При повышении температуры воздуха выше некоторого значения (задаваемого переменным резистором R6) устройство включает звуковую сигнализацию (на схеме она не показана, предполагается, что радиолюбитель самостоятельно соберет этот узел).
Рис. 2.8. Электрическая схема датчика пожара
Контакты реле К1 также можно использовать и для коммутации другой маломощной нагрузки. Терморезистор на выносных проводах (длиной не более 3 м) помещается непосредственно под потолком деревенской бани (сауны), а сама схема с узлом коммутации — в предбаннике.
Отличительные особенности датчика — высокая надежность работы, простота конструкции, недорогие комплектующие.
При температуре среды +18...+20 °С активное сопротивление термодатчика около 100 кОм. Терморезистор R7 вместе с переменным резистором R6 и резистором R2 образуют делитель напряжения. Напряжение смещения подается на базу транзистора VT1, который используется как компаратор (пороговый выключатель). Пороговое напряжение переключения компаратора равно сумме напряжения смещения светодиода VD1 и напряжения перехода «база-эмиттер» транзистора VT1.
Относительно положительного полюса источника питания порог переключения компаратора примерно равен 2 В. До тех пор, пока разность потенциалов на выводах терморезистора не станет ниже 10 В, транзистор VT1 будет закрыт. Следовательно, ток в цепи «эмиттер-коллектор» VT1 отсутствует, светодиод VD1 не горит, напряжение на выводах резистора R1 близко к 0, транзисторы VT2, ѴТЗ закрыты, реле К1 обесточено, нагрузка отключена.
Резистор R3 ограничивает ток базы транзистора VT1 и с указанным сопротивлением почти не влияет на порог срабатывания компаратора. Регулировка переменным резистором R6 (чувствительность компаратора) позволяет повысить напряжение на базе VT1 так, чтобы транзистор был все еще закрыт, но находился на грани включения (светодиод очень слабо светится). При повышении температуры вокруг терморезистора (более +50 °С) сопротивление R7 лавинообразно уменьшается.
Напряжение на базе транзистора VT1 относительно «минуса» питания падает, и он открывается. Ток через открытый переход «кодлектор-эмиттер» транзистора VT1 и светодиод VD1 обуславливает падение напряжения на резисторе R1. Через ограничивающий резистор R4 и детектор на диоде VD2 конденсатор С1 быстро заряжается. Диод VD2 выполняет и другую функцию: препятствует быстрому разряду конденсатора С1 через резистор R4 при возврате транзистора VT1 в закрытое состояние.
Это приводит к задержке выключения сигнала тревоги, делая схему несколько инерционной в режиме выключения, но в итоге такое схемное решение идет только на пользу. Задержка возникает благодаря очень малому току потребления ключа на транзисторах VT2, ѴТЗ, включенных по схеме с общим коллектором. Поэтому резистор R5 может иметь очень большое сопротивление, а оксидный конденсатор С1 подходит любой марки на рабочее напряжение не менее 12 В.
Начиная с момента заряда конденсатора С1 напряжение с диода VD2 подается на оконечные транзисторы, которые открываются и включают реле. Диод VD3 препятствует обратному току через реле К1 и предотвращает дребезг контактов. Пока светодиод VD1 горит, заряд конденсатора С1 поддерживается открытым транзистором VT1, находящимся в режиме насыщения. И наоборот— когда индикатор VD1 гаснет, конденсатор С1 разряжается, удерживая еще некоторое время составной транзистор в открытом состоянии.
Когда напряжение на обкладках конденсатора С1 близко к 0 (режим разряда), тока базы транзистора ѴТ2 оказывается недостаточно для удержания составного транзистора в открытом состоянии, и реле отключается.
Схема не содержит дефицитных деталей. Транзистор VT1 необходимо применить с коэффициентом усиления h21е более 60.
Транзисторы VT2 можно заменить маломощными «кремниевыми приборами типа КТ315, КТ312, КТ503 с любым буквенным индексом. В качестве реле К1 применяется маломощное реле, уверенно срабатывающее при напряжении 7—10 В. Это могут быть приборы РЭС15, РЭС10 (паспорт РС4.524.302), РЭС48А (паспорт РС45.902.16). Переменный резистор R6— многооборотный типа СП5-2БВ, СП5-3 или аналогичный. Остальные резисторы — типа МЛТ-0,25. Схема устойчиво работает при напряжении питания 9—14 В от стабилизированного источника. Потребляемый ток составляет 5 и 30 мА при нормальной и повышенной температуре, соответственно, он обусловлен в основном током потребления реле К1.
Элементов схемы так мало, что автор не разрабатывал печатную плату, а смонтировал устройство на монтажной. Настройка пожарного датчика сводится к точной регулировке чувствительности компаратора переменным резистором R6 таким образом, чтобы светодиодный индикатор VD2 не светился при самой высокой естественной температуре окружающей среды вашей климатической зоны. Калибровку следует производить с обычным термометром в руках.
Сначала необходимо отрегулировать сопротивление R7 так, чтобы загорелся светодиод, при этом реле включится (раздастся характерный щелчок); затем, вращая движок R7 в обратную сторону, добиться выключения реле и погасания светодиода. Реле должно оставаться во включенном состоянии еще 2-3 мин после того, как погаснет светодиодный индикатор.
При необходимости можно сократить или увеличить время задержки выключения, соответственно уменьшив или увеличив емкость конденсатора С1. Отметив порог переключения компаратора, нагрейте датчик до температуры +80—Н90 °С, приблизив к открытому пламени зажигалки, — металлический корпус терморезистора позволяет проводить такие опыты: светодиод должен вновь загореться, а реле включиться. Далее с помощью термометра (желательно поверенного) добиваются более точной регулировки порога срабатывания схемы, нагревая помещение бани-сауны ТЭНом и следя за температурой.
Терморезистор ММТ-4 помещается в алюминиевую трубочку внутренним диаметром 5 мм и длиной 50 мм. К стенкам трубочки терморезистор приклеивают несколькими каплями клея типа «Супермомент-гель», предварительно изолировав выводы «термоусадкой». Соединительные провода от термодатчика удобно монтировать с помощью гибкого алюминиевого металлорукава или шланга от душа (пропустив провода внутрь). Экранировать проводку не обязательно. Собранный таким образом датчик крепят к потолку помещения бани-сауны, куда естественным образом поднимается разогретый воздух. Место закрепления термодатчика желательно выбрать над ТЭНом.
При отсутствии терморезистора ММТ-4, можно применить в качестве R7 термодатчик закипания воды в радиаторе, например используемый в автомобиле ВАЗ 21061. Кроме рекомендуемых здесь вариантов применения устройства, можно воспользоваться материалом из [36] в списке литературы, чтобы получить справочные электрические характеристики и наиболее полное представление о датчиках пожара, срабатывающих на увеличение температуры в контролируемой зоне.
Разумеется, датчик пожара можно использовать и в жилом помещении.
Несколько рекомендаций по монтажу пожарной сигнализации:
1) все пожарные датчики следует подключать к отдельному шлейфу, свободному от датчиков другого назначения (например охранных); «пожарный» шлейф подключается к отдельному прибору, т. к. пожарная сигнализация должна работать круглосуточно вне зависимости от присутствия людей и домашних животных;
2) по возможности устанавливаются «дымовые» датчики, реагирующие на задымление;
3) каждое помещение (исключая санузлы) оборудуется как минимум 2 датчиками;
4) в случае, если потолок помещения разделен строительными конструкциями (ригель, балка и т. п.) высотой (от потолка вниз) более 400 мм на несколько частей, то каждая часть оборудуется парой датчиков;
5) при использовании подвесного (фалыы-) потолка высотой более 400 мм датчики устанавливают и на капитальный, и на подвесной потолки; в Настоящее время появились двунаправленные .дымовые датчики, устанавливаемые только на подвесной потолок, но при этом контролирующие объем по обе стороны (выше и ниже) последнего;
6) при монтаже сигнализации необходимо соблюдать правила устройства электроустановок (ПУЭ) и техники безопасности (ПТБ), а также задумываться над возможными последствиями тех или иных действий, чтобы причиной пожара не явилась ...пожарная сигнализация.
Кашкаров А. П. 500 схем для радиолюбителей. Электронные датчики.