ЦТТ "Городской" г.Липецка

выполнил Тонких Сергей, 11 кл,
2011-2012 учебный год

Аннотация

Прошло более 130 лет, как был открыт пьезоэлектрический эффект. И до сегодняшнего дня всё более и более расширяется сфера применения пьезоэлементов. Мною были проведены исследования поведения пьезоэлемента с изменением окружающей температуры. Результаты были положительными. Для сравнения скорость изменения параметров пьезоэлемента во много раз больше скорости изменения параметров любых других термозависимых элементов. Опираясь на это отличие, мною были разработаны несколько схем с применением пьезоэлементов.

Схемы воплощены в реальные действующие изделия, которые выполняют следующие функции:

• Датчик направления движения воздуха.
• Датчик изменения потока воздуха.
• Датчик аварийно-пожарной сигнализации.

Все устройства прошли лабораторные испытания и показали положительные результаты, и думаю, что скоро они найдут своё применение в быту и промышленности.

Описание

Использование пьезоэлемента как быстродействующего датчика температуры было затруднено тем, что напряжение, полученное на контактах элемента с изменением температуры вырабатывалось на нагрузке в несколько МОм. Т.е. Для дальнейшего преобразования этого напряжения требуются согласующие каскады с большим входным сопротивлением. Мною была выбрана широко распространённая микросхема К561ЛН2, внутри которой находятся 6 логических элементов «НЕ», что тоже очень удобно для создания схем автоматики. Предложенные датчики (См. фото Приложение 1) не содержат движущихся деталей и обладают более высокой чувствительностью и быстродействием, чем механические и электронные датчики с термозависимыми элементами.

Собственно датчик направления тяги и датчик изменения потока воздуха представляют собой отрезок трубы, через которую в том или ином направлении проходит воздух. На концах отрезка трубы установлены пьезоэлементы, а в середине стоит маломощный нагреватель, благодаря которому выходящий из трубы воздух имеет большую температуру, чем входящий. Таким образом, определяя, на каком конце трубы температура воздуха выше, можно определить и направление движения воздуха.

Принципиальная схема датчика направления движения воздуха представлена на рисунке. (См. Приложение 2)

На первом логическом элементе, который введён в режим линейного усилителя собран усилитель микромощных напряжений, вырабатываемых пьезоэлементом, причём пьезоэлемент включен между входом и выходом логического элемента, т. е. В цепь отрицательной обратной связи. Любое повышение температуры вызовет изменение напряжения на пьезоэлементе, причём он включен так, что повышение температуры вызовет уменьшение напряжения на входе логического элемента относительно его выхода, это сразу переведёт элемент DD1.3 из единичного в нулевое состояние, и через согласующие каскады в виде элемента DD1.4 и транзистора VT1 запустит одновибратор, выполненный на элементах DD1.5 и DD1.6. Единица, полученная на выходе элемента DD1.5 откроет ключ и включит вентилятор. Регулировка длительности работы вентилятора производится переменным резистором, и устанавливается в пределах от нескольких секунд до нескольких минут. Чтобы датчик не срабатывал от звука, установлены дополнительные фильтры в виде шунтирующих конденсаторов C1, C2.

Регулировка чувствительности датчика осуществляется изменением номинала резистора R5 или изменением температуры нагревателя.

На переднюю панель устройства выведены 2 регулятора и 2 индикатора. Схема питается от аккумулятора 7.2 вольта или от адаптера и потребляет ток не более 30 мА.

Предложенный датчик может выполнять роль автоматической вытяжки в жилых домах старого типа.

Датчик определения изменения потока воздуха может найти применение при определении направления тяги в длинных коридорах, шахтах, и просто банального сквозняка в квартирах. Он выполнен на такой-же микросхеме, но имеет некоторые отличия. (См. Приложение 3). Во первых, в трубе 2 пьезоэлемента, которые реагируют на направление тяги и, соответственно, 2 отдельных усилителя. Но в этом датчике нет системы включения вентилятора и длительности его работы. Работа остальной части схемы такая-же, как в первом устройстве.

И наконец, ввиду того, что один датчик, без нагревателя, потребляет ток не более 5 мкА, был разработан датчик превышения температуры, настроенный на температуру 60 градусов, который может найти применение в пожарных сигнализациях. Кроме того, предложенный датчик может подавать сигнал тревоги по двухпроводной линии, по которой и будет получать питание.

Работа и эксплуатация предложенных на рассмотрение устройств до того проста, что не требует дополнительного пояснения. Закрепил датчик и забыл, пока он не сработает. Одной батарейки в спящем режиме хватит на несколько лет работы датчика. Вся электроника уместилась в стандартный корпус от потолочного температурного датчика.

Сигнализация