Схема детектора утечки воды: принцип работы и почему она вам нужна

Схема детектора воды

Если у вас есть рыбный пруд или бассейн, вы знаете, как раздражает утечка воды. Она заставляет постоянно доливать воду, что утомительно, отнимает много времени и в долгосрочной перспективе обходится дорого. Поэтому отслеживание медленных, но разрушительных утечек имеет критическое значение. Но не обязательно покупать сложные системы обнаружения утечек — простая схема детектора воды отлично справится с выявлением проблемы в сантехнике. В этой статье мы подробно разберем принцип работы этого простого проекта.

Схема детектора воды

Ниже приведена схема данного устройства. Схемы могут отличаться, но базовая структура показана на рисунке.

Рисунок 1: Схема детектора воды

Примечание: На схеме используется компаратор LM339 для сравнения напряжения на измерительном зонде и опорного напряжения V_REF. Предполагается, что схема должна контролировать изменения уровня воды в бассейне или пруду.

На практике потребуются измерительный зонд и заземляющий зонд, как показано на иллюстрации ниже.

Рисунок 2: Иллюстрация установки зондов детектора воды

В качестве зондов используются перемычки для беспаечной макетной платы.

Компоненты схемы детектора воды

По схеме можно выделить следующие электронные компоненты:

• R1–R5 — резисторы
• Q1 — транзистор 2N3904
• C1 — конденсатор 0,1 мкФ
• D1 / Зеленый светодиод
• T1 — PNP-транзистор BC557
• U1 — компаратор LM339

Принцип работы схемы

Рисунок 3: Техник работает со схемой

Как уже упоминалось, ключевую роль играет компаратор LM339, а также измерительный зонд (sense probe). Напряжение на этом зонде в первую очередь зависит от того, контактирует ли он с водой.

В разомкнутом состоянии зонд не касается воды. Напряжение на нем составляет 5 В. Входное сопротивление компаратора очень высоко, поэтому через резистор R3 течет ничтожный ток, а падение напряжения на нем равно нулю. Таким образом, напряжение на инвертирующем входе компаратора и на зонде — 5 В.

Делитель напряжения

Когда измерительный зонд контактирует с водой, между заземлением и зондом возникает сопротивление, образующее делитель напряжения. Обозначим это сопротивление как R_WATER.

Рисунок 4: Иллюстрация сопротивления воды

Уравнения для напряжения на зонде V_PROBE

Если R_WATER меньше 1 МОм, напряжение V_PROBE падает ниже 2,5 В. Мы предполагаем, что сопротивление воды менее 1 МОм, так как речь не идет о чистой дистиллированной воде (у нее удельное сопротивление значительно выше).

Таким образом, по уровню напряжения на зонде можно определить контакт с водой: выше 2,5 В — контакта нет, ниже 2,5 В — зонд в воде.

Сравнение напряжений возможно благодаря компаратору. Опорное напряжение 2,5 В формируется делителем на двух резисторах 100 кОм (R1 и R2). Из-за высокого входного сопротивления неинвертирующего входа компаратора ток через них ничтожен, и они создают стабильное опорное напряжение.

Рисунок 5: Эксперт по бассейнам проводит плановое ТО

Компараторы

В LM339 четыре компаратора, но в схеме используется только один. Важно: у них открытый коллектор. Когда V_PROBE < V_REF, выход компаратора в состоянии высокого импеданса (висит). Когда V_PROBE > V_REF, выход подключается к земле.

Транзистор Q1 играет роль ключа. Если V_PROBE > V_REF, выход компаратора замыкается на землю — база тока Q1 нет, транзистор закрыт, светодиод не горит. При V_PROBE < V_REF выход компаратора «висит», базовый ток течет через R4, насыщая транзистор и зажигая светодиод. Резистор R4 обеспечивает насыщение транзистора при контакте зонда с водой.

Как протестировать схему?

Рисунок 6: Зеленая кнопка-светодиод

После сборки схемы проведите два теста:

1. Заземляющий зонд в воде, измерительный — нет. Зеленый светодиод не горит.
2. Оба зонда в воде. Зеленый светодиод загорается.

Эти тесты подтверждают работоспособность. Перемычки подходят для простого датчика влажности. Для более серьезных проектов нужно учитывать коррозию зондов и повышать надежность компонентов.

Существует ли альтернативная схема?

Рисунок 7: Электрик собирает схему

Да, есть альтернативный вариант — достаточно поменять местами входы компаратора. Электрические принципы остаются теми же, меняются лишь незначительные детали.

Заключение

Поддержание постоянного уровня воды важно во многих приложениях. Мы рассмотрели базовую схему детектора утечки. Попробуйте собрать её как учебный проект. При вопросах обращайтесь — мы с удовольствием поможем.