Для многих производственных процессов очень важно поддерживать необходимый микроклимат, в частности, определенное содержание паров воды в воздухе или газе. Для этой цели используются такие приборы, как гигрометр и гигростат. Первые измеряют содержание водяных паров, вторые поддерживают их необходимый уровень. На рисунке 1 показано устройство Роса-10, используемое как в промышленности, так и сельском хозяйстве.
Рисунок 1. Отечественные приборы Роса-10 в различном исполненииНо датчик влажности применяется не только в производстве (например, для определения характеристик древесины), с его помощью можно регулировать сухость воздуха в помещении (рис.2), измерять насыщение почвы водой и т.д. Предлагаем рассмотреть устройство и принцип работы таких приборов. Это существенно поможет их правильному применению в бытовой сфере, например, чтобы сделать вытяжной вентилятор в ванную, терморегулятор для бани или самодельный датчик температуры и влажности в теплицу.
Рисунок 2. Все современные климатические системы снабжены модулем, измеряющим влажность
Прежде чем перейти к теории, определимся с терминологией.
Терминология
Под абсолютной влажностью подразумевают содержание воды (в граммах) в одном кубометре воздуха. Соответственно, единица измерения этой величины – г/м3. Состояние, при котором содержание воды в газе достигает максимальной величины (100%), называется порогом максимального насыщения или влагоемкостью. При достижении этого предела начинается процесс конденсации.
Необходимо заметить, что влагоемкость прямо пропорциональна температуре: чем она выше, тем большее количество воды может содержаться в том же объеме газа. Именно поэтому цифровой или аналоговый модуль измерения влажности практически всегда снабжен датчиком температуры.
Перейдем к определению, описывающему относительную влажность. Эта величина показывает соотношение влагоемкости и абсолютной влажности, соответствующие температурному режиму на момент измерения. Состояние, при котором эти величины сравняются, называется «точка росы».
Теперь, когда мы определились с терминологией, рассмотрим существующие типы датчиков и узнаем, по какому принципу работает каждый из них.
Виды датчиков и их принцип работы
Наибольшее распространение получили четыре типа приборов, каждый из них имеет свою специфику эксплуатации:
Рисунок 4. Датчик воды SYH-2RS
Поскольку детекторы данного типа чаще всего используются в любительских схемах, мы еще вернемся к рассмотрению их устройства.
Рисунок 6. Аспирационный измеритель влажности МВ-4М
Мы привели наиболее распространенные виды детекторов, на самом деле их значительно больше. Например, есть еще оптический датчик, где используется рассеивание света при образовании конденсата по достижению точки росы, термический (задействованы два терморезистора в открытой и герметичной камере), канальный и т.д.
Устройство детекторов резистивного типа
Теперь, как и обещали, рассмотрим конструктивные особенности сенсоров резистивного типа на примере модели SYH-2RS.
Рисунок 7. Устройство резистивного сенсора
1) – вид сбоку; 2) – вид сверху.
Обозначения:
- а – керамическая подложка;
- b – напыленные электроды;
- c – гигроскопичное покрытие на основе оксида алюминия.
Как видите, конструкция сенсора довольно простая, этим и обуславливает низкая стоимость устройств данного типа. А если еще принять во внимание взаимозаменяемость таких элементов, то неудивительно, что в большинстве самодельных устройств для дома (например, датчик протечки воды) радиолюбители предпочитают использовать резистивные сенсоры.
Краткий обзор имеющихся на рынке устройств их применение
Рассмотрим приборы, которые могут быть полезны в быту, начнем с реле влажности воздуха HIG-2 (рис.8), служащего для управления вытяжкой в ванной.
Рисунок 8. Модуль HIG-2 с релейным выходом
Основные характеристики:
- устройство запитывается от домашней электросети с напряжением 220 В;
- срабатывание при относительной влажности от 60% до 90% (устанавливается);
- допустимый ток нагрузки – не более 2 А;
- время работы вентилятора после срабатывания задается таймером (2-20 мин.).
Как подключить датчик влажности HIG-2?
Для правильного подключения устройства достаточно придерживаться схемы, приведенной в инструкции к прибору, она показана на рисунке 9.
Рисунок 9. Схема подключения вентилятора к модулю контроля влажности
На клемнике прибора есть соответствующие обозначения, поэтому сложностей эта операция не вызовет. Если электропроводке квартиры или на самом вентиляторе не предусмотрено заземление, то его можно не подключать, так же не обязательно ставить на вход питания выключатель.
Тех, кого увлекает концепция «умного дома», наверняка заинтересует внешний сенсор Mi Smart (рис. 10). При установке на смартфон специального приложения можно получать информацию о температуре и влажности в квартире. Если задать в такой программе определенные параметры микроклимата, то она известит, если условия будут нарушены.
Рисунок 10. Беспроводной сенсор производства компании Xiaomi
Заметим, что у этого устройства довольно низкая погрешность измерений (для влажности она в пределах 3%, что касается температуры, то точность показаний порядка 0,3 С°). Существенный недостаток – нерусифицированное программное обеспечение, но данная проблема будет решена в ближайшее время.
Тем, кто хочет сделать для теплицы капельный полив с датчиком влажности, можно порекомендовать сенсор Gardena (рис. 11), который регулирует работу клапанов систем этого же производителя.
Рисунок 11. Сенсор Gardena, управляющий системой полива
Для питания устройства используются две алкалиновые батарейки, их заряда хватает на 10-12 месяцев непрерывной работы.
Теперь рассмотрим характеристики промышленной модели цифрового измерителя Ивит-М.Т (рис. 12), который может применяться в производственной сфере, сельском хозяйстве или ЖКХ.
Рисунок 12. Измеритель влажности с выносным датчиком из серии ИВИТ-М
Перечень основных характеристик:
- для питания прибора необходимо напряжение 18-36 В;
- относительная влажность может быть измерена в диапазоне от 5 % до 95 % (максимальная погрешность не более 4 %);
- измерение температуры воздуха в пределах от -40 С° до 50 С° (модификации Н1, V) или от -40С° до 60°(модели Н2, К1, К2), точность 2 С°;
- прибор может эксплуатироваться в температурном диапазоне от -40 С° до 50 С°.
Любителей поэкспериментировать наверняка заинтересуют сенсоры DHT11 и DHT22 (рис. 13), которые используются вместе с платформой Ардуино. В сети можно найти много интересных решений на этой элементной базе.
Рисунок 13. Сенсоры влажности для платформы Arduino
a) DHT22; b) DHT11.
Как видно из рисунка внешний вид этих датчиков практически идентичен, это же касается и распиновки. Технические характеристики сенсоров очень похожи, за исключением точности и диапазона измерений. Приведем эти данные.
Основные технические параметры DHT11:
- подключение к источнику постоянного напряжения 3-5 В;
- в процессе запроса пиковый уровень потребляемого тока не более 2,5 мА;
- границы измеряемой влажности и температуры – 20-80 % и 0-50 С°, погрешность 5% и 2 С°;
- частота выборки 1 Гц, то есть получать данные можно один раз в течение секунды.
Теперь сравним эти параметры с более точной моделью DHT22:
- напряжение источника питания остается без изменений, как и потребляемы ток при передаче данных;
- влажность измеряется во всем диапазоне 0-100 %, погрешность в пределах 2-5 %;
- границы замеряемой температуры существенно расширены, по сравнению с предыдущей моделью, минимальная -40 С°, максимальная +125 С°.
Стоимость этих приборов вполне доступна на Алиэкспрессе их можно заказать с бесплатной доставкой по $1.28 (DHT11) и $4,9 (DHT22). Если покупать в России цена будет примерно в полтора-два раза дороже. Что касается базовой платформы, то плату Arduino Uno можно приобрести в Поднебесной за $25-$48 (стоимость зависит от комплектации). Программное обеспечение и прошивки скачиваются бесплатно.
Несколько схем датчиков
В январе 2007 года издательство "Наука и Техника" выпустило книгу автора А.П.Кашкарова "Электронные датчики". На этой страничке хочу познакомить Вас с некоторыми из конструкций.
Очень хочется предупредить - данные схемы я НЕ собирал - работоспособность их полностью зависит от "порядочности" г-на Кашкарова!В начале рассмотрим схемы с применением микросхемы К561ТЛ1. Первая схема - емкостное реле:
Микросхема К561ТЛ1 (зарубежный аналог CD4093B) - одна из самых популярных цифровых микросхем этой серии. Микросхема содержит 4 элемента 2И-НЕ с передаточной характеристикой триггера Шмита (имеет определенный гистерезис).
Данное устройство имеет высокую чувствительность, что позволяет использовать его в охранных устройствах, а также в устройствах, предупреждающих о небезопасном нахождении человека в опасной зоне (например в распиловочных станках). Принцип устройства основан на изменении емкости между штырем антенны (используется стандартная автомобильная антенна) и полом. По утверждению автора, данная схема срабатывает при приближении человека среднего размера на расстояние около 1,5 метров. В качестве нагрузки транзистора может использоваться, например, электромагнитное реле с током срабатывания не более 50 миллиампер, которое своими контактами включает исполнительное устройство (сирену и проч.). Конденсатор С1 служит для снижения вероятности срабатывания устройства от помех.
Следующее устройство - датчик влажности:
Особенностью схемы является применение в качестве датчика переменного конденсатора С2 типа 1КЛВМ-1 с воздушным диэлектриком. Если воздух сухой - сопротивление между пластинами конденсатора составляет более 10 Гигаом, а уже при небольшой влажности сопротивление уменьшается. По сути этот конденсатор представляет собой высокоомный резистор с изменяющимся в зависимости от внешних условий абсорбированной атмосферной влажности сопротивлением. При сухом климате сопротивление датчика велико, и на выходе элемента D1/1 присутствует низкий уровень напряжения. при увеличении влажности сопротивление датчика уменьшается, возникает генерация импульсов, на выходе схемы присутствуют короткие импульсы. При увеличении влажности частота генерации импульсов увеличивается. В определенный момент влажности генератор на элементе D1/1 превращается в генератор импульсов. на выходе устройства появляется непрерывный сигнал.
Схема сенсорного датчика показана ниже:
Принцип действия этого устройства заключается в реагировании на "наводки" в теле человека или животного от различных электрических устройств. Чувствительность устройства очень велика - оно реагирует даже на прикосновение к пластине Е1 человека в матерчатых перчатках. При первом прикосновении устройство включается, при втором - выключается. Конденсатор С1 служит для защиты от помех и его в отдельном случае может и не быть...
Следующее устройство - индикатор влажности почвы. Это устройство может быть использовано, например, для автоматизации полива теплицы:
Устройство, на мой взгляд, весьма оригинально.
Датчиком служит катушка индуктивности L1, закопанная в почву на глубину
35-50 сантиметров.
Транзистор Т2 и катушка индуктивности совместно с
конденсаторами С5 и С6 образуют автогенератор на частоту около 16
килогерц. При сухой почве амплитуда импульсов на коллекторе транзистора
VT2 равна 3 вольтам. Увеличение влажности почвы приводит к понижению
амплитуды этих импульсов. Реле включено. При некотором значении
влажности генерация срывается, что приводит к выключению реле. Реле
своими контактами выключает, например, насос или электромагнитный
вентиль в цепи полива.
О деталях: Самой ответственной частью схемы
является катушка. Эта катушка наматывается на отрезок пластмассовой
трубы, диаметром 100 , длиной 300 миллиметров и содержит 250 витков,
провода ПЭВ, диаметром 1 миллиметр. Намотка - виток к витку. Снаружи
обмотка изолируется двумя - тремя слоями ПХВ изоляционной ленты.
Транзисторы можно заменить на КТ315. Конденсаторы - типа КМ. Диоды
VD1-VD3 - типа КД521 - КД522.
Вся конструкция питается от стабилизированного
источника, напряжением 12 вольт. Ток потребления схемой равен (в
режимах "влажно-сухо") 20-50 миллиампер.
Электронная схема собирается в небольшой
герметичной коробке. Для возможности регулировки напротив движка R5
следует предусмотреть отверстие, которое после настройки также
герметично закрывается. Для питания использован маломощный
трансформатор с выпрямителем и стабилизатором на КР142ЕН8Б. Реле должно
нормально срабатывать при токе не более 30 миллиампер и напряжении 8-10
вольт. Для примера - можно применить РЭС10, паспорт 303. Для питания
насоса контакты этого реле непригодны. В качестве промежуточного реле
можно использовать автомобильное. Контакты такого реле выдерживают ток
не менее 10 ампер. Можно применить и реле типа КУЦ от цветных
телевизоров. Оба из рекомендованных реле имеют обмотку на 12 вольт и их
можно включать до микросхемы стабилизатора (после выпрямителя и
сглаживающего конденсатора), либо после стабилизатора (но тогда
микросхему стабилизатора следует установить на небольшой теплоотвод).
Также на корпусе следует установить два герметичных разъема (например
типа РША). Один разъем используется для подключения сети и
исполнительного устройства (насос), другой - для подключения катушки.
Настройка схемы сводится к регулированию
чувствительности устройства при помощи переменного резистора R5.
Окончательная настройка производится на месте работы устройства более
точной подстройкой резистора. Следует иметь в виду, что данное
устройство несколько изменяет порог включения при изменении температуры
почвы (но это не очень существенно, поскольку на глубине в 35-50
сантиметров температура почвы изменяется незначительно).
Весной
у владельцев овощных ям и гаражей появляется еще одна забота
- талые воды. Если вовремя не откачать воду - овощи приходят в
негодность... Можно процедуру откачки воды поручить автоматике. Схема
получается простенькой, а сэкономит Вам множество времени и нервов (эта схема не из книжки!
)
:
Схема автоматической "водооткачки" работает на
принципе
электропроводности воды. Основным элементом контроля уровня является
блок из трех пластин из нержавеющей стали. Пластины 1 и 2 имеют
одинаковую длину, пластина 3 - датчик верхнего уровня воды. Пока
уровень воды ниже уровня 3 пластины - на входе логического элемента D1
уровень логической еденицы, на выходе элемента уровень логического нуля
- транзистор заперт, реле обесточено. При увеличении уровня воды датчик
3 через воду соединяется с общим проводом схемы (пластина 1) - на входе
элемента уровень логического нуля, на выходе элемента - уровень
логической еденицы - транзистор открывается - реле своими контактами
включает насос. Одновременно с насосом на вход схемы подключается
пластина 2 датчика. Эта пластина является датчиком нижнего уровня воды.
Насос будет работать до тех пор, пока уровень воды не опустится ниже
уровня пластин. После этого насос отключается и схема переходит в
дежурный режим...
В схеме можно применить практически любые
логические
элементы КМОП технологии серий 176, 561,564. Реле РЭС22 используется на
напряжение срабатывания 10-12 вольт. Данное реле имеет довольно мощные
контакты, что позволяет непосредственно управлять насосом типа
"Водолей" мощностью до 250 ватт. Для увеличения надежности работы
полезно свободные группы контактов реле (их всего четыре) соединить
параллельно и параллельно контактам реле включить цепочку из
последовательно
соединенных резистора на 100 ом (мощностью не менее 2 ватт) и
конденсатора на 0,1 микрофарады (с рабочим напряжением не менее 400
вольт). Эта цепочка служит для уменьшения искрения на контактах в
моменты коммутации. Если у Вас насос большей мощности - придется
применить дополнительное промежуточное реле с контактами большей
мощности (например пускатель ПМЕ 100 - 200...), обмотку которого
(обычно
на 220 вольт) коммутировать при помощи реле РЭС22. В этом случае обычно
хватает одной пары контактов и искрогасящую цепочку параллельно
контактам реле можно не ставить. Трансформатор питания использован на
12 вольт (был готовый) с мощностью около 5 ватт. При самостоятельном
изготовлении следует учитывать тот факт что трансформатор будет
работать непрерывно, поэтому лучше увеличить (для надежности) на 15-20
процентов количество витков первичной и вторичной обмоток по сравнению
с расчетными. Использовать Китайские трансформаторы я бы Вам не
советовал - при работе они очень сильно греются - может произойти
пожар, либо трансформатор попросту сгорит, а Вы будете уверены в
надежности работы схемы и перестанете наведываться в гараж... Результат
- овощи испорчены...
Данное устройство эксплуатируется автором на
протяжении
5 лет и показало высокую надежность. Соседи по гаражному кооперативу
тоже высоко оценили этот "девайс" - уровень воды в их ямах также
значительно понизился...
Можно подобное устройство изготовить и без микросхемы:
Реле в данной конструкции используется типа КУЦ (от цветных телевизоров). Этот тип реле имеет две пары замыкающих контактов. Одна пара используется для переключения пластин датчика, другая - для управления насосом. Следует иметь в виду, что реле типа КУЦ нежелательно использовать совместно с микросхемой - могут появиться ложные срабатывания от наводок!
Схема каких либо особенностей не имеет. Возможно, во время настройки придется подобрать резистор R2 в цепи смещения транзистора VT2, добиваясь четкого срабатывания реле при контакте датчика с водой.
На оставшихся элементах микросхемы можно собрать еще одно полезное устройство - имитатор охранной сигнализации:
Настройка сводится к подбору с помощью сопротивления резистора R1 уровня чувствительности схемы. Резистором R2 можно изменять частоту генератора.
Данное устройство относится к так называемому "пассивному" устройству защиты, но оно реально работает! Эксплуатация "моргасика" в течении более 5 лет показала его довольно высокую эффективность. За это время не было зафиксировано ни одной попытки вскрытия гаража (у соседей такие случаи бывали). Понятно, что серьезного жулика подобным устройством не напугаешь - (но где они, серьезные жулики - так, одна шпана...).
Самодельный, стабильный датчик влажности почвы для автоматической поливальной установки
Эта статья возникла в связи с постройкой автоматической поливальной машины для ухода за комнатными растениями. Думаю, что и сама поливальная машина может представлять интерес для самодельщика, но сейчас речь пойдёт о датчике влажности почвы. https://сайт/
Самые интересные ролики на Youtube
 |
 |
 |
 |
Пролог.
Конечно, прежде чем изобретать велосипед, я пробежался по Интернету.
Датчики влажности промышленного производства оказались слишком дороги, да и мне так и не удалось найти подробного описания хотя бы одного такого датчика. Мода на торговлю «котами в мешках», пришедшая к нам с Запада, уже похоже стала нормой.
Описания самодельных любительских датчиков в сети хотя и присутствуют, но все они работают по принципу измерения сопротивления почвы постоянному току. А первые же эксперименты показали полную несостоятельность подобных разработок.
Собственно, это меня не очень удивило, так как я до сих пор помню, как в детстве пытался измерять сопротивление почвы и обнаружил в ней... электрический ток. То есть стрелка микроамперметра фиксировала ток, протекающий между двумя электродами, воткнутыми в землю.
Эксперименты, на которые пришлось потратить целую неделю, показали, что сопротивление почвы может довольно быстро меняться, причём оно может периодически увеличиваться, а затем уменьшаться, и период этих колебаний может быть от нескольких часов до десятков секунд. Кроме этого, в разных цветочных горшках, сопротивление почвы меняется по-разному. Как потом выяснилось, жена подбирает для каждого растения индивидуальный состав почвы.
Вначале я и вовсе отказался от измерения сопротивления почвы и даже начал сооружать индукционный датчик, так как нашёл в сети промышленный датчик влажности, про который было написано, что он индукционный. Я собирался сравнивать частоту опорного генератора с частотой другого генератора, катушка которого одета на горшок с растением. Но, когда начал макетировать устройство, вдруг вспомнил, как однажды попал под «шаговое напряжение». Это и натолкнуло меня на очередной эксперимент.
И действительно, во всех, найденных в сети самодельных конструкциях, предлагалось замерять сопротивление почвы постоянному току. А что, если попытаться измерить сопротивление переменному току? Ведь по идее, тогда вазон не должен превращаться в "аккумулятор".
Собрал простейшую схему и сразу проверил на разных почвах. Результат обнадёжил. Никаких подозрительных поползновений в сторону увеличения или уменьшения сопротивления не обнаружилось даже в течение нескольких суток. Впоследствии, данное предположение удалось подтвердить на действующей поливальной машине, работа которой была основана на подобном принципе.
Электрическая схема порогового датчика влажности почвы.
В результате изысканий появилась эта схема на одной единственной микросхеме. Подойдёт любая из перечисленных микросхем: К176ЛЕ5, К561ЛЕ5 или CD4001A. У нас эти микросхемы продают всего по 6 центов.
Датчик влажности почвы представляет собой пороговое устройство, реагирующее на изменение сопротивления переменному току (коротким импульсам).
На элементах DD1.1 и DD1.2 собран задающий генератор, вырабатывающий импульсы с интервалом около 10 секунд. https://сайт/
Конденсаторы C2 и C4 разделительные. Они не пропускают в измерительную цепь постоянный ток, которые генерирует почва.
Резистором R3 устанавливается порог срабатывания, а резистор R8 обеспечивает гистерезис усилителя. Подстроечным резистором R5 устанавливается начальное смещение на входе DD1.3.
Конденсатор C3 – помехозащищающий, а резистор R4 определяет максимальное входное сопротивление измерительной цепи. Оба эти элемента снижают чувствительность датчика, но их отсутствие может привести к ложным срабатываниям.
Не стоит также выбирать напряжение питания микросхемы ниже 12 Вольт, так как это снижает реальную чувствительность прибора из-за уменьшения соотношения сигнал/помеха.
Внимание!
Я не знаю, может ли длительное воздействие электрических импульсов оказать вредное воздействие на растения. Данная схема была использована только на стадии разработки поливальной машины.
В для полива растений я использовал другую схему, которая генерирует всего один короткий измерительный импульс в сутки, приуроченный ко времени полива растений.
Одним из зимних вечеров гулял по просторам интернета в поисках схемы датчика влажности почвы, увидел эту схему и она мне приглянулась из за её простоты.
Немного её переделал и вот что получилось
Развел дорожки в " ", вытравил плату, впаял детали и подключил питание. Попробовал дотронуться до контактов Д1 Д2, реле щелкнуло, покрутив переменник убедился что чувствительность меняется. Вроде бы все и надо успокоиться, но я вспомнил, что когда то я разбирал видеомагнитофон и нашел там два как я тогда подумал сопротивления (я не ошибся). Откопав эти сопротивления в куче радиодеталей попробовал одно из них подключить и посмотреть что получится. Вращая переменник добился, чтобы схема реагировала на пар исходящий из рта. Дышишь на датчик и реле срабатывает, таким образом получился датчик влажности воздуха.
Схема очень простая с доступными деталями (кроме сопротивления влажности из видеомагнитофона) . Применить устройство можно для включения вентиляции в ванной комнате, открытия форточки в теплице или парнике а если заменить сопротивление двумя электродами то можно включать автоматически полив растений.
При сборке используются следующие детали:
Переменный резистор 100 кОм тип R3296; Конденсаторы 0,022 мкФ керамика или пленочный, 220 мкФ х 16В электролит, 470мкФ х 25В электролит; Сопротивление 10 кОм 0,125Вт; Транзистор КТ315 с любым буквенным индексом или любой его аналог например BC847 ; Диод 1N4007 или любой другой аналогичный диод; Стабилизатор напряжения LM7809 (9B) или любой другой аналогичный; Реле LEG-12 или любое другое на 12В и тем-же расположением выводов; Микросхема К176ЛА7 или К561ЛА7 или CD4011 или любой её аналог, разница между микросхемами в напряжении питания;
При использовании микросхем К561ЛА7 и CD4011 вместо LM7809 нужно установить перемычку и реле 12В.
Если будет использоваться микросхема К176ЛА7, то вместо перемычки (видно на фото перемычка красного цвета между электролитами) надо впаять стабилизатор по схеме, так как питание этой микросхемы максимум 9В. Так же надо вместо реле 12В установить реле на 9В.
Вот что получилось у меня
Настройка схемы производится вращением переменного сопротивления R1 100 кОм.
Список радиоэлементов
| Обозначение | Тип | Номинал | Количество | Примечание | Магазин | Мой блокнот |
|---|---|---|---|---|---|---|
| DD1 | Логическая ИС | К561ЛА7 | 1 | CD4011 | В блокнот | |
| IC1 | Линейный регулятор | LM7809 | 1 | В блокнот | ||
| VT1 | Биполярный транзистор | BC847 | 1 | В блокнот | ||
| VD1 | Выпрямительный диод | 1N4007 | 1 | В блокнот | ||
| C1 | 220мкФ 16В | 1 | К50-35 | В блокнот | ||
| C2 | Конденсатор | 2.2 нФ | 1 | К15-5 керамический | В блокнот | |
| C3 | Электролитический конденсатор | 470мкФ 25В | 1 | К50-35 | В блокнот | |
| R1 | Подстроечный резистор | 100 кОм | 1 |
Микросхема TL431 — это регулируемый стабилитрон. Используется в роли источника опорного напряжения в схемах различных блоков питания.
Технические характеристики TL431
- напряжение на выходе: 2,5…36 вольт;
- выходное сопротивление: 0,2 Ом;
- прямой ток: 1…100 мА;
- погрешность: 0,5%, 1%, 2%;
TL431 имеет три вывода: катод, анод, вход.
Аналоги TL431
Отечественными аналогами TL431 являются:
- КР142ЕН19А
- К1156ЕР5Т
К зарубежным аналогам можно отнести:
- KA431AZ
- KIA431
- HA17431VP
- IR9431N
- AME431BxxxxBZ
- AS431A1D
- LM431BCM
Схемы включения TL431
Микросхема стабилитрон TL431 может использоваться не только в схемах питания. На базе TL431 можно сконструировать всевозможные световые и звуковые сигнализаторы. При помощи таких конструкций возможно контролировать множество разнообразных параметров. Самый основной параметр — контроль напряжения.
Переведя какой-нибудь физический показатель при помощи различных датчиков в показатель напряжения, возможно изготовить прибор, отслеживающий, например, температуру, влажность, уровень жидкости в емкости, степень освещенности, давление газа и жидкости. ниже приведем несколько схем включения управляемого стабилитрона TL431.
Данная схема является стабилизатором тока. Резистор R2 выполняет роль шунта, на котором за счет обратной связи устанавливается напряжения 2,5 вольт. В результате этого на выходе получаем постоянный ток равный I=2,5/R2.
Индикатор повышения напряжения
Работа данного индикатора организована таким образом, что при потенциале на управляющем контакте TL431 (вывод 1) меньше 2,5В, стабилитрон TL431 заперт, через него проходит только малый ток, обычно, менее 0,4 мА. Поскольку данной величины тока хватает для того чтобы светодиод светился, то что бы избежать этого, нужно просто параллельно светодиоду подсоединить сопротивление на 2…3 кОм.
В случае превышения потенциала, поступающего на управляющий вывод, больше 2,5 В, микросхема TL431 откроется и HL1 начнет гореть. Сопротивление R3 создает нужное ограничение тока, протекающий через HL1 и стабилитрон TL431. Максимальный ток проходящий через стабилитрон TL431 находится в районе 100 мА. Но у светодиода максимально допустимый ток составляет всего 20 мА. Поэтому в цепь светодиода необходимо добавить токоограничивающий резистор R3. Его сопротивление можно рассчитать по формуле:
R3 = (Uпит. – Uh1 – Uda)/Ih1
где Uпит. – напряжение питания; Uh1 – падение напряжения на светодиоде; Uda – напряжение на открытом TL431 (около 2 В); Ih1 – необходимый ток для светодиода (5…15мА). Также необходимо помнить, что для стабилитрона TL431 максимально допустимое напряжение составляет 36 В.
Величина напряжения Uз при котором срабатывает сигнализатор (светится светодиод), определяется делителем на сопротивлениях R1 и R2. Его параметры можно подсчитать по формуле:
R2 = 2,5 х Rl/(Uз — 2,5)
Если необходимо точно выставить уровень срабатывания, то необходимо на место сопротивления R2 установить подстроечный резистор, с бОльшим сопротивлением. После окончания точной настройки, данный подстроичник можно заменить на постоянный.
Иногда необходимо проверять несколько значений напряжения. В таком случае понадобятся несколько подобных сигнализатора на TL431 настроенных на свое напряжение.
Проверка исправности TL431
Выше приведенной схемой можно проверить TL431, заменив R1 и R2 одним переменным резистором на 100 кОм. В случае, если вращая движок переменного резистора светодиод засветиться, то TL431 исправен.
Индикатор низкого напряжения
Разница данной схемы от предшествующей в том, что светодиод подключен по иному. Данное подключение именуется инверсным, так как светодиод светится только когда микросхема TL431 заперта.
Если же контролируемое значение напряжения превосходит уровень, определенный делителем Rl и R2, микросхема TL431 открывается, и ток течет через сопротивление R3 и выводы 3-2 микросхемы TL431. На микросхеме в этот момент существует падение напряжения около 2В, и его явно не хватает для свечения светодиода. Для стопроцентного предотвращения загорания светодиода в его цепь дополнительно включены 2 диода.
В момент, когда исследуемая величина окажется меньше порога определенного делителем Rl и R2, микросхема TL431 закроется, и на ее выходе потенциал будет значительно выше 2В, вследствие этого светодиод HL1 засветится.
Индикатор изменения напряжения
Если необходимо следить всего лишь за изменением напряжения, то устройство будет выглядеть следующим образом:
В этой схеме использован двухцветный светодиод HL1. Если потенциал ниже порога установленного делителем R1 и R2, то светодиод горит зеленым цветом, если же выше порогового значения, то светодиод горит красным цветом. Если же светодиод совсем не светится, то это означает что контролируемое напряжение на уровне заданного порога (0,05…0,1В).
Работа TL431 совместно с датчиками
Если необходимо отслеживать изменение какого-нибудь физического процесса, то в этом случае сопротивление R2 необходимо поменять на датчик, характеризующейся изменением сопротивления вследствие внешнего воздействия.
Пример такого модуля приведен ниже. Для обобщения принципа работы на данной схеме отображены различные датчики. К примеру, если в качестве датчика применить , то в конечном итоге получится фотореле, реагирующее на степень освещенности. До тех пор пока освещение велико, сопротивление фототранзистора мало.
Вследствие этого напряжение на управляющем контакте TL431 ниже заданного уровня, из-за этого светодиод не горит. При уменьшении освещенности увеличивается сопротивление фототранзистора. По этой причине увеличивается потенциал на контакте управления стабилитрона TL431. При превышении порога срабатывания (2,5В) HL1 загорается.
Данную схему можно использовать как датчик влажности почвы. В этом случае вместо фототранзистора нужно подсоединить два нержавеющих электрода, которые втыкают в землю на небольшом расстоянии друг от друга. После высыхания почвы, сопротивление между электродами возрастает и это приводит к срабатыванию микросхемы TL431, светодиод загорается.
Если же в качестве датчика применить терморезистор, то можно сделать из данной схемы термостат. Уровень срабатывания схемы во всех случаях устанавливается посредством резистора R1.
TL431 в схеме со звуковой индикацией
Помимо приведенных световых устройств, на микросхеме TL431 можно смастерить и звуковой индикатор. Схема подобного устройства приведена ниже.
Данный звуковой сигнализатор можно применить в качестве контроля за уровнем воды в какой-либо емкости. Датчик представляет собой два нержавеющих электрода расположенных друг от друга на расстоянии 2-3 мм.
Как только вода коснется датчика, сопротивление его понизится, и микросхема TL431 войдет в линейный режим работы через сопротивления R1 и R2. В связи с этим появляется автогенерация на резонансной частоте излучателя и раздастся звуковой сигнал.
Калькулятор для TL431
Для облегчения расчетов можно воспользоваться калькулятором:
(103,4 Kb, скачано: 21 590)
(702,6 Kb, скачано: 14 618)
