Серед численних датчиків стану зустрічаються прилади, вражаючі часом своїми конструктивними особливостями. Однак при розробці датчиків насамперед враховуються, як правило, більш «прозаїчні» параметри: компактність, висока чутливість, надійність, тобто високий коефіцієнт напрацювання до відмови, мінімальна кількість механічних частин, універсальність застосування, широкий діапазон робочих температур і напруги живлення, відсутність впливу на інші вузли пристрою, мінімальне споживання струму тощо. Ще одна електрична схема із серії датчиків впливу – датчика струсу – представлена на Рис. 4.10.

Рис. 4.10. Електрична схема датчика струсу

Елементи схеми і їх призначення

Особливість схеми полягає в незвичайному поєднанні мікросхеми-компаратора DA1 з індуктивним датчиком L1.

Індуктивний датчик L1. Котушка датчика навита на круглий пластмасовий каркас від резонансних котушок радіоприймача

ВЕФ-202 або аналогічних діаметром 8 мм. Обмотка виконана внавал проводом ПЕЛ-i діаметром 0,6 мм і містить 150 витків. Феритовий сердечник з каркаса не виймати і перед першим включенням схеми розташовується в середині вільного ходу всередині каркаса. Навпаки котушки L1 на відстані 1 … 2 мм поміщається шматочок фериту круглої або прямокутної форми розміром 4×9 мм. Ферит кріпиться на спеціальних підвісках з еластичної гуми так, щоб при струсі він вібрував на вільному відстані до каркаса котушки L1.

Змінний резистор jRt. Тип резистора – СПО-1, СПЗ-ЗОВ, СПЗ-12В (або підлаштування, типу СП5-28В, СПЗ-1ВБ (обидва багатооборотні). Головне при виборі типу цих резисторів, щоб вони мали лінійну характеристику зміни опору. При необхідності досягнення вузлом максимальною і нерегульованої чутливості цей резистор зі схеми виключається, а середній висновок, показаний на схемі, з’єднується з верхнім (Рис. 4.10) висновком котушки L1.

Включений як регулятор-обмежувач струму, змінний резистор Ri дозволяє регулювати чутливість датчика. Максимальна чутливість вузла відповідає верхньому (Рис. 4.10) положенню движка резистора ϋχ. При відсутності механічних впливів на датчик через котушку L1 протікає постійний струм, величина якого становить частки мікроампера.

Обмежувальний резистор R7. Захищає мікросхему від перенапруги джерела живлення і зворотного випадкового включення Упіт. Тип резистора – МЛТ-0,5. Всі інші постійні резистори типу МЛТ-0,25.

Оксидний конденсатор Не пропускає постійну складову напруги на вхід компаратора (висновок 2). Конденсатор фірми Hitano, ESP, їх аналог чи вітчизняний типу К50-29, К50-35.

Оксидний конденсатор С3. Згладжує пульсації напруги. Конденсатор фірми Hitano, ESP, їх аналог чи вітчизняний типу К50-29, К50-35.

Індикаторний світлодіод HL1. Тип світлодіода – L63SRC, КІПД14А, КІПД-36, L1503SRC-C, КІПД41Б1-М або аналогічні зі струмом до 10 мА.

Транзистор VT1. Будь серії КТ503 або аналогічний.

Випрямний діод VD2. Може бути замінений діодами КД213, КД105, Д202 чи аналогічними за електричним характеристикам з будь-яким буквеним індексом.

Решта діоди типу КД521, КД522, Д311, Д220 з будь-яким буквеним індексом.

Вихідна напруга для керування пристроями навантаження (виконавчими елементами і наступними електронними вузлами) можна знімати між висновками +V„u FBbIx. Тоді в спокійному стані датчика напруга на виході вузла буде прагнути до нуля, а при механічному впливі приймати значення, близькі до напруги джерела живлення (12 В).

Баланс напруги між інвертованим і неінвертірован- ним входом компаратора (висновки 1 і 2) не порушується, тому на виході компаратора (висновок 7) присутня напруга низького рівня. Індикатор стану вузла – світлодіод HL1 не світиться, і напруга в базі транзистора VT1 недостатньо для його відкривання. Між загальним проводом і виходом (Івих) Різниця потенціалів (напруга) близька до напруги джерела живлення.

Метод підключення вихідних контактів вибирається самостійно в кожному конкретному випадку. Якщо немає необхідності в додаткових виконавчих вузлах, резистор Rl0 в ланцюзі колектора транзистора VT1 замінюється електромагнітним реле на напругу 8 … 12 В з струмом спрацьовування не більше 100 мА. При струмі спрацювання реле більше 100 мА, враховуючи можливо тривалий характер роботи реле у включеному стані, потрібно замінити транзистор VT1, виконуючий роль підсилювача струму, більш потужним, наприклад будь-яким із серії КТ815.

У разі заміни резистора 1?10 слабкострумовим електромагнітним реле рекомендації з вибору останнього такі: FRS10C-03, TRU-12VDC-SB-SL, TTITRD-9VDC-FB-CL, Relpol RM85-2011-35-1012, РЕЗ-22 (виконання РФ.4.523.023-01 ) або аналогічні. При виборі реле слід враховувати струм і напруга комутації. Всі вказані тут типи реле комутують струм до 3 А при напрузі до 250 В.

При незначному струсі датчика (феритового осердя) поблизу котушки L1 в ній короткочасно створюється ЕРС електромагнітної індукції, виникає струм і напругу, рівну декільком десяткам мікровольт. Стрибок напруги (імпульс) безперешкодно передається через оксидний конденсатор С% і обмежувальний резистор R2 на вхід компаратора DA1.

Компенсаційні ланцюжка в різних плечах компаратора, що складаються з елементів VD1, R5, R6 і VD4, Rl2, Налаштовані таким чином, що навіть такого мінімального сигналу, що вносить дисбаланс в напругу на входах компаратора, виявляється достатньо для спрацьовування внутрішньої схеми порівняння напруги і появи на виводі 7 напруги високого рівня, яке включає світлодіод HL1, що сигналізує про вплив на датчик. Пройшовши через обмежувальний резистор R $, напруга детектується діодом VD3 і через обмежувальний резистор Rg надходить в базу транзистора VT1. У момент появи напруги на виводі 7 мікросхеми DA1 починає заряджатися оксидний конденсатор С4. Він включений в схему, для того щоб забезпечити плавну затримку вимикання вузла (на 2 … 3 секунди), інакше включення навантаження буде нагадувати «брязкіт» контактів і носити хаотичний характер.

Завдяки Оксидні конденсатори С4 транзистор VT1, який відкрився від імпульсу напруги, закриється тільки через 2 … 3 секунди після закінчення керуючого імпульсу. Якщо ємність цього конденсатора збільшити до 50 мкФ, затримка вимкнення вузла складе одиниці хвилин. Це може виявитися корисним при вирішенні певних завдань, що стоять перед радіоаматором-конструктором. Наприклад, така затримка буде доречна, якщо реле, включене замість резистора i?10, В свою чергу буде включати охоронну сирену.

Надійшло на базу транзистора VT1 напруга високого рівня відкриває його і змінює стан виходу вузла: між позитивним висновком джерела живлення і контактом Дових тепер присутня напруга джерела живлення, а між загальним проводом і точкою Увих напруга дорівнює нулю.

При свідомо справному та стабілізованого джерела живлення, а також при живленні від батарей (акумуляторів) елементи С3, R · ?, VD2 можна зі схеми виключити, так як пристрій работоспособно в діапазоні напруги живлення +7 … + 16 В. Струм споживання в режимі спокою не перевищує 5 мА. Однак при використанні пристрою в автомобілі і в поєднанні з нестабілізованими джерелами живлення дані елементи виконують захисну роль і дозволяють застосовувати пристрій в автомобілях як елемент охорони – датчик струсу (удару). ,

Вузол не вимагає налагодження.

Елементи збірки

Елементи схеми компактно монтуються в пластмасовому корпусі і жорстко прикріплюються до контрольованої поверхні. Цьому сприяє «моментальний» клей або «липучка».

Можливості використання рекомендованого датчика практично не обмежені, так як це простий і разом з тим чутливий і надійний вузол контролю струсів і ударів. Він може бути прототипом датчика удару в автомобілях, працювати у складі охоронної сигналізації. У цьому випадку корпус датчика закріплюється на косяку дверної коробки або двері приміщення, що охороняється. Удавана складність виготовлення датчика і котушки L1 не більше ніж міф. Практика випробувань пристрою показала, що навіть при видаленні фериту від каркаса L1 на відстань до 5 мм датчик впевнено спрацьовує від струсу і кочення фериту поблизу котушки. Це досягається в результаті високої чутливості компаратора DA1 на мікросхемі LM358N. Крім зазначеної мікросхеми, можна застосувати її аналоги – LM358, С358С, НА17358, а також аналоги цього популярного компаратора, що випускаються іншими фірмами. Вітчизняні мікросхеми аналоги компаратора – К1401УД5А … К1401УД5Б, К544УД8А … К544УД8Б, КР1040УД1А, КФ1053УД2 (А). При застосуванні мікросхеми К544УД8А … К544УД8Б чутливість вузла дещо менше, і доведеться змінити підключення висновків мікросхеми. Крім того, в якості фериту прямокутної форми можна використовувати шматочок звичайного магніту.

Джерело: Кяшкаров А. П., Збери сам: Електронні конструкції за один вечір. – М .: Видавничий дім «Додека-ХХ1», 2007. – 224 с .: іл. (Серія «Збери сам»).