fon2

Анемометр своими руками.

сопротивления,сопротивление,сопротивлением

Предлагаемый анемометр предназначен для индикации скорости воздуха и разработан для поиска "неплотностей" в окнах, дверях и других местах отапливаемых помещений. Небольшие щели зимой могут быть источником холодного воздуха с улицы, в итоге - потери тепла. Через невидимую глазу щель непрерывно струится фонтанчик пыли с городской улицы, и мы удивляемся: откуда пыль в квартире? Анемометр чувствителен к воздушному потоку со скоростью 0,01...0,05 м/с и выше. Чтобы искать "неплотности", нужно чтобы немного "дуло" в окна или двери.
Схема анемометра показана на рис.1.
anemometr1 Датчик скорости воздушного потока В1 содержит терморезистор Rt с положительным температурным коэффициентом сопротивления α. К датчику подключены параллельно два стабилизированных источника питания на интегральных микросхемах: источник тока (ИТ) на DA1, R1 и источник напряжения (ИН) на DА2, R2, R3, R4. Выходной ток ИТ Io вызывает нагрев терморезистора в неподвижном воздухе до температуры около 200°С и падение напряжения на нем, равное U. Выходное напряжение ИН установлено на этом же уровне U, и ток через миллиамперметр РА1 не протекает. Воздушный поток обтекает датчик анемометра и терморезистор охлаждается.
Сопротивление Rt и падение напряжения на нем U уменьшаются, и через миллиамперметр РА1 протекает ток:
Ip = (U-Rt·Io)/(Rp-Rt),
где Iр, Rр - ток и внутреннее сопротивление РА1.

Детали.

Переменный резистор R1 - типа СП5-2ВА(ВБ) 0,5 Вт;
R3 - СП5-35Б(А) 68 Ом или СП5-29 1 Вт 47 Ом.
Резисторы R2, R4 - МЛТ-0,25.
Величина R2 определяется в процессе настройки анемометра.
Конденсаторы - типа К50-6.
Типы резисторов и конденсаторов могут быть и другими.
В качестве терморезистора Rt, применена миниатюрная лампа накаливания типа СМН на напряжение 5 В, у которой удален стеклянный баллон. Баллон нужно надрезать надфилем у цоколя, аккуратно сломать и удалить, не повредив вольфрамовую нить.
Микросхемы КР1557ЕН1 можно заменить микросхемами LМ317L.
Миллиампер РА1- магнитоэлектрической системы (первая буква в обозначении "М') при полном отклонении на 1 мА, например, М903, М4222, М1400, М1690, М2100 и др. с внутренним сопротивлением, не превышающим 100 Ом [1].
Тумблер SА1 - любого типа.
В качестве источника GB1 желательно применить малогабаритную батарею аккумуляторов, например, 7Д-0, 115-У1.1, или две батареи по 4,5 В, соединенные последовательно.

Конструкция.

Анемометр состоит из корпуса, в который устанавливается плата с элементами схемы и датчика. Конструкция корпуса — произвольная. На его панели устанавливаются миллиамперметр РА1, ручка регулировки резистора R3 и тумблер SА1, остальные детали — на плате.
Датчик анемометра состоит из металлической или пластмассовой трубки диаметром 8...12 мм и длиной около 250 мм. На конце трубки размещается лампа без стеклянного баллона, соединенная с корпусом двухжильным кабелем длиной примерно 1 м, проложенным в трубке датчика, которую держат в руке при поиске воздушного потока. Проволочные дужки, закрепленные на конце трубки вокруг лампочки, защищают ее от механических повреждений. Кабель датчика для удобства хранения анемометра и замены лампы желательно соединить с корпусом анемометра посредством разъема.

Настройка.

Перед началом настройки анемометра резистор R2 на плату не устанавливается. Сначала нужно определить ток лампы Io, обеспечивающий ее нагрев в неподвижном воздухе до 200°С, и сопротивление холодной нити лампы Ro.
Измерять его омметром с внутренней батареей (например, тестером) нельзя, так как ток омметра вызовет нагрев нити, и результат измерения будет недопустимо искажен. Измерить Ro с приемлемой точностью можно с помощью схемы, приведенной на рис.2, где РА1— миллиамперметр с с шкалой до 1 мА, PV1 — милливольтметр с напряжением полного отклонения 100 мВ.
anemometr2 По результатам измерений вычисляется Rо:
Rо = U1/I1(Ом).
Можно одним прибором сначала измерить ток нити, а затем напряжение на ней. Достаточная точность измерений — ±10%. Сопротивление нити при температуре 200°С определяется по формуле:
R200 = 1,9·Ro (Ом).
На схеме (рис.1) снимаются перемычки а-b и с-d. К точкам "а" и "b" подключается многопредельный миллиамперметр (тестер), а к точке "b" и корпусу - вольтметр. Движок переменного R1 устанавливается в правое по схеме положение (максимальное сопротивление). Проверьте правильность этой установки омметром. При ошибочной установке R1 сгорит нить лампы!
Питание прибора включается тумблером SA1, и осторожно (небольшими ступенями) уменьшается сопротивление R1, что приводит к увеличению тока через него. По ходу вычисляется сопротивление лампы Rt по формуле:
Rt = U/I (Ом),
где
I— ток по миллиамперметру, А;
U — напряжение по вольтметру, В.
Уменьшение R1 производится до тех пор, пока не установится равенство Rt = R200. Полученные значения тока и напряжения фиксируются. По таблице определяется значение резистора R2, и он устанавливается на свое место.
Амперметр отключается, а вольтметр переключается с точки 'b" на точку "с". Включается питание анемометра, и регулировкой R3 устанавливается измеренное ранее напряжение U. Вольтметр отключается, и обе перемычки устанавливаются на место. Теперь резистор R3 будет выполнять функцию "Установка 0" (установка стрелки миллиамперметра РА1 на "ноль") при условии, что датчик В1 находится в неподвижном воздухе. При замене лампы настройку надо полностью повторить.
О наличии потока воздуха свидетельствует отклонение стрелки миллиамперметра, причем увеличению скорости потока соответстствует увеличение показаний РА1. Можно составить приближенный график зависимости показания РА1 от скорости воздушного потока, шагая (в помещении) с анемометром с разной скоростью или равномерно перемещая датчик на мерном участке, отмечая время по секундомеру. На рис.3 показан характерный вид такого графика, из которого следует, что наибольшей чувствительностью анемометр обладает при малых скоростях потока (до 1 м/с).

Физику процесса охлаждения нити анемометра упрощенно можно объяснить так. От нагретой нити тепловой поток направлен в сторону более холодного воздуха, преодолевая, в основном, тепловое сопротивление "пристеночного" неподвижного слоя воздуха вокруг нити. При ее обдуве толщина "пристеночного" воздушного слоя уменьшается, тепловое сопротивление также уменьшается, и нить охлаждается интенсивнее.
Когда этот слой полностью срывается обтекающим потоком, остается только тепловое сопротивление между поверхностью нити и воздухом, котoрое слабее зависит от изменения скoрости обтекания. Поэтому и уменьшается чувствительность анемометра при повышенных скоростях обтекания. Чтобы уменьшить чувствительностью анемометра можно, не изменяя настройки, шунтировать микроамперметр резистором.
Анемометр может найти и другие применения, например, защищать аппаратуру от пропадания охлаждающего воздушного потока или разрешать включение питания только после того как установилась заданная скорость обдува. С его помощью можно найти место утечки газа (пожаровзрывобезопасного), оценить интенсивность дыхания больного и даже обнаружить вредную пульсацию воздуха низкой частоты на производстве.

В.Гусаров.

Литература:
1. Радио, 1991, N8, С.65.

Радиомир 2005/10

<< Предыдущая Cледующая >>

Вверх

radionet