Датчик пожара

В радиолюбительской практике популярны простые и надежные устройства-датчики реагирующие на изменение каких-либо параметров на входе. Одним из таких устройств является приведенная на рис. 1 схема, реагирующая на повышение температуры окружающей среды. Датчиком температуры служит терморезистор R7 (ММТ-4). Момент переключения компаратора, реализованного на первом каскаде (транзистор VT1), отмечается светодиодом VD1, выполняющем также роль индикатора при настройке схемы. Эта схема используется как датчик пожара на даче, в отдельном деревянном помещении бани, где установлен электрический нагреватель (ТЭН).

Рис. 1. Датчик пожара

При повышении температуры выше установленного регулировочным переменным резистором R6 предела устройство включает звуковую сигнализацию. Схему можно использовать также в виде датчика пожара в жилом помещении. Терморезистор на выносных проводах (длиной не более 5 м) помещают непосредственно под потолком деревенской бани-сауны, а саму схему с узлом коммутации - в предбаннике. Контакты реле К1 включают электрический звонок в цепи 220 В. Их можно приспособить также и для коммутации любой другой нагрузки. Переключатель с фиксацией S1 (типа П2К) подает питание на элемент устройства.
Отличительные особенности схемы - простота в повторении, недорогие распространенные детали и высокая надежность работы (устройство безотказно работало в течении года эксплуатации). При температуре среды +18...+20 °С активное сопротивление термодатчика около 100 кОм. Терморезистор R7 вместе с переменным резистором R6 и резистором R2 образуют классический делитель напряжения. Напряжение смещения подается на базу транзистора VT1, который используется как компаратор (пороговый выключатель). Пороговое напряжение переключения компаратора равно сумме напряжений смещения светодиода VD1 и перехода база-эмиттер транзистора VT1. Относительно положительного полюса источника питания порог переключения компаратора (напряжение на базе VT1) равен 2 В.

Пока разница потенциалов на концах терморезистора не уменьшится 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, составной транзистор VT2, VT3 закрыт, 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 p-n-р транзистора VT1 относительно «минуса» источника питания падает и он открывается. Загорается светодиод VD1 и на резисторе R1 появляется падение напряжения, обуславливающее ток через транзисторный переход и светодиод. Ограничивающий резистор R4 и детектор на диоде VD2 пропускают высокий уровень напряжения и конденсатор С1 быстро заряжается. Диод VD2 выполняет и другую функцию: он препятствует быстрой разрядке конденсатора С1 через резистор R4 в обратном порядке при возврате транзистора VT1 в закрытое состояние. Это приводит к задержке выключения сигнала тревоги, делая схему несколько инертной в режиме выключения, но в итоге такое схемное решение идет только на пользу. Задержка возникает благодаря очень малому току потребления ключа на составном транзисторе VT2, VT3 , включенном по схеме Дарлингтона с общим коллектором. Поэтому резистор R5 может иметь очень большое сопротивление и оксидный конденсатор С1 подходит практически любой марки на рабочее напряжение не менее 12 В. Начиная с момента зарядки конденсатора С1 напряжение с диода VD2 подается на составной транзистор, который открывается и включает реле. Диод VD3 препятствует обратному току через реле К1 и предотвращает дребезг контактов. Пока светодиод VD2 горит, зарядка конденсатора С1 поддерживается открытым транзистором VT1, находящимся в режиме насыщения. И наоборот- когда индикатор VD2 гаснет, конденсатор С1 разряжается, обеспечивая ток насыщения составного транзистора, который еще некоторое время удерживается во включенном состоянии. Когда напряжение на обкладках конденсатора С1 близко к 0 (режим разрядки), тока базы транзистора VT2 оказывается недостаточно для удержания составного транзистора в открытом состоянии и реле отключается.

Схема не содержит дефицитных деталей. Транзистор VT1 необходимо применить с большим коэффициентом усиления h21a (более 60). Транзисторы VT2 можно заменить на любые маломощные кремниевые приборы типа КТ315, КТ312, КТ503 с любым буквенным индексом. В качестве реле К1 применяется маломощное реле, уверенно срабатывающее при напряжении на его обмотке 7...10 В. Это могут быть приборы РЭС 15, РЭС 10 (паспорт 302), РЭС 48А (паспорт РС45.902.16). Переменный резистор R6 - многооборотистый типа СП5-2БВ, СП5-3 или аналогичный. Остальные резисторы типа МЛТ-0,25. Построенная таким образом схема стабильно работает при напряжении питания 9...14 В, полученным от стабилизированного трансформаторного источника. Ток, потребляемый от источника питания составляет 5/30 мА при нормальной и повышенной температуре соответственно и обусловлен в основном током потребления активированного реле К1.

Элементов схемы так мало, что печатная плата не разрабатывалась, а устройство смонтировано на перфорированной плате.

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. Настройку следует производить с обычным термометром в руках.

Сначала отрегулируйте сопротивление R7 так, чтобы загорелся светодиод-реле включится (это будет слышно по щелчку). Затем вращайте движок R7 в обратную сторону до выключения светодиода и реле. 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 R7 до температуры 80...90 °С (приблизив его к открытому пламени зажигалки - метталлический корпус терморезистора позволяет проводить такие опыты). Светодиод вновь должен загореться, а реле включиться. Далее с помощью проверенного термометра добиваются более точной регулировки порога срабатывания схемы, нагревая помещение бани-сауны штатным ТЭНом и следя за температурой.

Терморезистор ММТ-4 помещают 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 пластиковыми трубочками с термоусадкой. Соединительные провода от термодатчика удобно монтировать внутри гибкого алюминиевого витого шланга от душа (пропустив провода внутрь). Экранировать проводку не обязательно. Собранный таким образом термодатчик монтируют к потолку помещения бани-сауны, куда естественным образом уходит все тепло. При невозможности найти терморезистор ММТ-4 нужного сопротивления можно воспользоваться менее точным способом, применив в качестве R7 термодатчик закипания воды в радиаторе отечественного легкового автомобиля. Такие датчики (например, в ВАЗ 21061) управляют принудительным включением вентилятора радиатора.

А.П. Кашкаров, А.Л. Бутов
"Радиолюбителям - схемы для дома", 2008