Сигнализатор утечки воды
А.Н. Каракурчи, г. Запорожье PA 6'2010
В статье описывается сигнализатор, оповещающий о скоплении воды на горизонтальной поверхности. Устройство автономно и предназначено для оповещения звуковым сигналом об утечке воды в местах, закрытых для визуального контроля.
В быту иногда возникает необходимость контролировать отсутствие течи воды от сантехнических устройств или бытовой техники. Места, где возможно появление воды, иногда неудобны для визуального контроля (встраиваемая техника, всевозможные строительные ниши, каналы и пр.), кроме того, ежедневное обследование возможных мест утечки может быть весьма трудоемким или неудобным. Своевременное обнаружение течи позволяет свести к минимуму ущерб, наносимый нежелательным появлением воды. Поэтому возникла потребность в устройстве, которое оповещало бы о появлении воды на горизонтальных поверхностях. Речь идет о протекании небольшого количества воды: протекание от стиральной машины-автомата, соединений трубопроводов и др., т.е. где не требуется срочного перекрытия подачи воды, но следует принять меры по устранению протекания. Такое сигнализирующее устройство и описывается в данной статье. Сигнализатор производит звуковую сигнализацию появления воды на горизонтальной поверхности. Он имеет батарейное питание, небольшие габариты, не требует крепления для монтажа (в авторском варианте) и может быть установлен в местах скрытых для визуального контроля, где подведение стационарного питания может быть затруднено или невозможно.
Первоначально предполагалось контролировать наличие воды методом измерения сопротивления постоянному току участка поверхности. Но опыты показали, что значение сопротивления чистой воды, как наихудшего случая с точки зрения измерения, из-за происходящих электрохимических процессов медленно растет примерно от 100 кОм и может превысить 2 МОм. При длительном измерении возможно превышение предела измерения схемы, что может привести к пропуску факта появления течи. Поэтому было решено контролировать появление воды методом измерения сопротивления участка поверхности переменному току.
Схема сигнализатора показана на рис. 1.

На элементах DD1.3, DD1.4 собран генератор с частотой 1 ...2 кГц. Элементы R7, VD2 симметрируют форму генерируемых импульсов. Через конденсатор СЗ, отсекающий постоянную составляющую, конденсатор С4 и резистор R22, образующие ФНЧ, переменное напряжение подается на внешний электрод ХТ1. Электрод-приемник ХТ2 подключен к входу компаратора DA1.1. При одновременном соприкосновении электродов ХТ1 и ХТ2 с водой на выходе компаратора DA1.1 присутствуют импульсы с частотой генератора, которые через усилитель VT2 подаются на излучатель BF1. ФНЧ С4, R22 «срезает» высокочастотные составляющие выходного напряжения генератора, устраняя «подзвон» сигнализатора в дежурном режиме из-за емкостной связи между электродами ХТ1 и ХТ2.
Для уменьшения расхода энергии батареи (3 элемента типоразмера АА) питание на схему сигнализатора подается в импульсном режиме. Для этого служит второй генератор, выполненный на элементах DD1.1, DD1.2, который через ключ VT1 подает питание на схему устройства. При этом запускается генератор на элементах DD1.3, DD1.4 и производится тестирование состояния поверхности под электродами ХТ1, ХТ2. При соприкосновении электродов с водой производится звуковая сигнализация в течение включенного состояния сигнализатора. Элементы R2, R3, VD1 определяют соотношение между включенным и выключенным состоянием сигнализатора. Конденсатор С6 уменьшает длительность свечения светодиода HL1 до необходимой для визуального контроля и уменьшает средний потребляемый устройством ток. Так как сигнализатор предполагается использовать непрерывно, то выключатель питания в устройстве отсутствует. Ожидаемое время работы устройства в дежурном режиме от одного комплекта элементов - до 6 месяцев. При необходимости длительного неиспользования устройства следует вынуть из него элементы питания.
Для контроля уровня заряда батареи собран индикатор разряда на компараторе DA1.2. Источник опорного напряжения выполнен на микромощном стабилизаторе DA2. Резистор R20 задает гистерезисную характеристику компаратора DA1.2. Свечение светодиода HL1 сигнализирует о функционировании устройства и достаточном уровне заряда батареи. Отсутствие вспышек светодиода сигнализирует о необходимости замены элементов питания. Налаживание сигнализатора сводится к установке частоты генератора на элементах DD1.3, DD1.4. Значение частоты выбирается равным значению резонансной частоты излучателя BF1 (для увеличения громкости подаваемого сигнала). Для чего предварительно излучатель подключается к низкочастотному генератору, и, перестраивая частоту генератора, по максимуму громкости излучателя определяется значение частоты для генератора на элементах DD1.3, DD1.4. При указанных на схеме номиналах частота генератора составляет 1,8 кГц. При необходимости, для увеличения чувствительности компаратора DA1.1 следует уменьшить сопротивление резистора R10, но при этом возможно увеличение влияния наводок. Резисторами R15, R19 устанавливается порог гашения светодиода HL1. Для этого, подавая напряжение от внешнего регулируемого источника, подбором резисторов R15 или R19 устанавливают порог выключения светодиода HL1 при конечном значении напряжения батареи (3 В). В данной схеме, без ее усложнения, длительность вспышки светодиода HL1 зависит от величины напряжения питания: при понижении напряжения -вспышка короче. Это следует учитывать при уменьшении емкости, менее указанной на схеме. Соответственно, проверять наличие вспышки следует при минимальном напряжении питания: в данном случае - при 3 В. Несколько улучшить экономичность устройства можно, применив свето-диод с большей яркостью свечения и увеличив сопротивление резистора R21.
В схеме сигнализатора возможно применение и отечественной микросхемы К561(564)ЛА7 в качестве DD1, но при понижении напряжения питания будет происходить изменение частоты генератора на элементах DD1.3, DD1.4, что может привести к снижению громкости подаваемого звукового сигнала из-за ухода частоты генератора от резонансной частоты излучателя BF1. Микросхема 74НС00 работает от 2 В, и в диапазоне напряжений питания 3...5 В заметного изменения частоты генератора не происходит. В авторском варианте сигнализатора для конденсатора С1 выделено 3 позиции на печатной плате для подбора емкости из имеющихся конденсаторов и, соответственно, для подбора желаемой частоты включений устройства. Возможный вариант разводки печатной платы, выполненный в редакторе Sprint Layout4.0, находится на сайте журнала. Файл не преобразовывался в другие форматы для удобства радиолюбителей отредактировать разводку печатной платы под имеющиеся компоненты.
Сигнализатор собран в небольшом пластмассовом корпусе (120x55x30 мм), возможный внешний вид которого показан на фото. Электроды ХТ1 и ХТ2 одновременно служат подставкой. Для увеличения эффективности работы устройства его следует установить в самой нижней точке возможного скопления воды, подложив под электроды ХТ1, ХТ2 ткань, хорошо впитывающую воду. Эксплуатация сигнализатора сводится к периодическому прислушиванию к звуковому сигналу и контролю состояния элементов питания по наличию вспышек светодиода HL1.