Автору этой статьи по роду работы пришлось заниматься контролем потока воды, охлаждающей сложные физические приборы, например, рентгеновские спектрометры. Предусмотренные в них для этой цели датчики оказались ненадежными, требующими частого обслуживания, ремонта и замены. Все проблемы удалось решить с помощью дешевого бытового счетчика расхода воды, в который добавлен простой (всего на одной микросхеме К155АГЗ) электронный узел.

В системах водяного охлаждения физических приборов применяют реле контроля потока жидкости РПЖ-8, требующие частой регулировки вследствие утраты эластичности резиновой мембраной, а также ротаметры с герко-нами, реагирующими на вращение поплавка с магнитом. И те, и другие быстро загрязняются водопроводной водой и нуждаются в периодической чистке, предотвращающей отказы сигнализации об аварийном снижении расхода охлаждающей жидкости.
Однажды пришла мысль попробовать установить в систему водяного охлаждения показавший себя безотказным в быту счетчик воды крыльчато-го типа СВК-15-3. Я разобрал его счетный механизм, оставив лишь верхнюю и нижнюю платины с ведущим валом и насаженной на него "звездочкой". Вал имеет магнитную связь с находящейся в потоке воды крыльчаткой. На него примерно посередине я насадил сделанную из пластмассовой шестерни от переносной магнитолы заслонку, которая перекрывает оптическую связь между излучающим диодом и фототранзистором оптопары с открытым оптическим каналом (от неисправного принтера). Форма заслонки выбрана такой, что связь отсутствует в течение половины каждого оборота вала.
Оптопара смонтирована на стекло-текстолитовой плате, помещенной между платинами счетного механизма, разумеется, без шестерен и счетчика. Ось с заслонкой и звездочкой установлена в свои гнезда (подшипники). Получившийся датчик смонтирован непосредственно на преобразователе расхода (терминология завода-изготовителя) счетчика и подключен к водопроводу. Оптопара подключена по схеме, аналогичной использованной в окончательном варианте датчика (она будет рассмотрена ниже). Частота импульсов на коллекторе фототранзистора измерялась по их изображению на экране осциллографа. Поток заданной интенсивности создавался путем слива воды в мерную емкость. Оказалось, что частота формируемых датчиком импульсов прямо пропорциональна минутному расходу воды. При 6 л/мин она равна 3 Гц.
Пороговое устройство, формирующее сигнал о недопустимом уменьшении расхода воды, было решено строить по принципу сравнения периода повторения импульсов датчика с длительностью импульсов одновибратора. Были опробованы варианты на различных микросхемах - КР1006ВИ1, КР1561АГ1, К555АГ1. Неожиданно лучшим и требующим минимального числа деталей оказался вариант на микросхеме К155АГЗ (два одновибратора с повторным запуском). Его схема показана на рис. 1.

Рис. 1

При вращении заслонки на коллекторе фототранзистора оптопары U1 формируются импульсы, длительность которых приблизительно равна длительности пауз между ними, а частота следования зависит от расхода воды в системе охлаждения. В зависимости от того, какой из выключателей SA1-SA4 замкнут, импульсы через один из конденсаторов С1-С4 (их емкость подобрана экспериментально) поступают на вход 2 одновибратора DD1.1. При малой частоте следования их амплитуда недостаточна для его запуска и уровень напряжения на выходе 4 одновибратора остается постоянно высоким. Транзистор VT2 закрыт, а контакты реле К1 (РЭС42 исполнения РС4.569.151) разомкнуты.
С увеличением расхода воды частота вращения крыльчатки датчика и следования импульсов на коллекторе фототранзистора растет. Увеличивает ся и амплитуда импульсов на входе одновибратора. При некотором пороговом значении расхода эти импульсы начинают запускать одновибратор. Поскольку период их повторения меньше, чем длительность импульса одновибратора, происходит многократный перезапуск последнего и уровень на его выходе становится постоянно низким (это характерно для одновибратора на микросхеме К155АГЗ). Транзистор VT3 открывается, срабатывает реле К1, его контакты замыкают цепь, разрешающую работу охлаждаемого прибора. Схема подключения к разъему Х1 сигнального светодиода HL1 приведена в качестве примера.
При снижении расхода ниже порога контакты реле разомкнутся не ранее чем через 6 с (длительность импульса одновибратора). Такая задержка предотвращает ложные срабатывания сигнализатора при неравномерной подаче воды. В качестве выключателей SA1-SA4 использован блок DIP-переключателей ВДМ-4, снятый с компьютерной платы. Конденсаторы С1-С4 подбирают экспериментально, вращая вал датчика с нужной частотой маломощным электроприводом с регулируемой частотой вращения. При необходимости конденсаторы нужной емкости собирают из нескольких, включенных параллельно. Если достаточно одного значения порога, выключатели можно не устанавливать, оставив в приборе только один из конденсаторов С1-С4.

Рис. 2

Все детали сигнализатора смонтированы на печатной плате, форма которой соответствует имеющемуся внутри корпуса измерительного механизма счетчика воды СВК-15-3 свободному месту. Вид сверху и снизу показан на рис. 2. Плату располагают между пла-тинами механизма, устанавливают вал с заслонкой и звездочкой визуального контроля вращения. Свободный конец вала вставляют в предназначенное для него гнездо нижней (черной) крышки счетчика. Устанавливают верхнюю (прозрачную) крышку до защелкивания с нижней. В прозрачной крышке сделана прорезь для управления с помощью отвертки выключателями SA1-SA4. Собранный электронный блок устанавливают на "преобразователь расхода" счетчика и фиксируют его хомутом. Блок можно легко снять для проверки, ремонта или замены, не демонтируя "преобразователь расхода" из водопровода.

Вероятно, число лепестков заслонки, прерывающей поток И К излучения в оптопаре U1, можно увеличить, повысив этим частоту формируемых опто-парой импульсов Это позволило бы значительно уменьшить емкость конденсаторов в датчике. К сожалению, на практике я этой возможности не проверял.

Автор: А. Скорынин, г. Златоуст Челябинской обл.