Signalizace zaplavení

Vytopení bytu určitě není příjemná záležitost. Prasklá hadice k pračce nebo přetečení napouštěné nádoby obvykle přinese poměrně velké škody. Když je potřeba pohlídat lidskou zapomnětlivost či starou vodovodní instalaci, může pomoci jednoduchá signalizace zaplavení. V nabídce elektro obchodů najdeme různé hotové moduly včetně příslušných sond.

Mohlo by se zdát, že nejjednodušší řešení je vybrat některý z modulů a ten jenom správně zapojit. Pokud je však potřeba zajistit signalizaci v místě, kde není dostupný zdroj napětí, musí být zařízení napájeno z baterie. Zde se objeví nevýhodné vlastnosti hotových řešení a přichází okamžik, kdy je dobré vzít do ruky páječku a začít "bastlit". Sestavené moduly mají totiž nezanedbatelný klidový odběr proudu a baterii by vybily za poměrně krátkou dobu.

Princip signalizace

Pitná či užitková voda má poměrně dobrou vodivost. Signalizace zaplavení se nejčastěji provádí pomocí dvou kovových hřebenových kontaktů s vzájemně těsnou blízkosti. V suchém stavu nejsou kontakty vodivě spojené. U kapky vody, která padne na snímací sondu a propojí oba vodiče, můžeme odhadnout, že představuje odpor v rozmezí 10 až 100 kΩ. Konkrétní hodnota závisí na tvrdosti vody a jejím znečištění. Přes snímač začne procházet proud.

Vyhodnocení procházejícího proudu je možné provést různými způsoby. Od jednoduchých až po velmi složité obvody založené na mikrořadičích. V našem případě se zaměříme na jednoduchost a zvolíme zapojení vhodné i pro začátečníky.

Parametry:

Schéma zapojení

Obvod, který zapne signalizaci pouze při průchodu proudu snímačem, je možné postavit na jediné aktivní součástce. Jako vhodný spínací prvek se nabízí běžný bipolární tranzistor s dostatečným zesílením. V současnosti je zesílení h_21E kolem 300 u obyčejného nízkovýkonového křemíkového tranzistoru zcela obvyklé.

Při napájecím napětí kolem 10 V můžeme počítat, že přes záplavovou sondu poteče při zasažení vodou více než 100 μA. Při výše uvedeném zesílení sepne tranzistor v kolektorovém obvodu proud až 30 mA. Malé piezo sirény mají obvykle spotřebu méně než 10 mA. Měl by tedy stačit pouze jeden tranzistor zapojený jako spínač. Zapojení záplavové signalizace je na následujícím schématu.

Základní tranzistor je doplněn několika pasivními součástkami. Záplavová sonda je není připojena k bázi tranzistoru přímo. Je použit ochranný rezistor, který případně omezí proud vstupu tak, aby nedošlo k poškození Q1. Místo jednoho rezistoru jsou použity rezistory dva R1 a R2. Vstupní odporová ochrana je rozdělena na dva rezistory, aby byl ošetřen i případ, kdy se kladná úroveň sondy při neopatrném zacházení omylem dotkne některé jiné části obvodu.

Rezistor R3 a kondenzátor C1 u báze Q1 mají za úkol potlačit případné rušení, které by se mohlo indukovat ze sondy do bázového obvodu.

Konstrukce

Pro obvod signalizace zaplavení je připravená jednostranná deska plošného spoje velikosti 50 x 40 mm. Obrázek, který se objeví po kliknutí, můžete uložit a vytisknout v rozlišení 600 dpi.

A zde je rozmístění součástek na desce plošného spoje.

Na desce je připraveno místo pro rezistor R4. Jeho účelem je zvýšit zátěžový proud pro druhou variantu uvedenou níže.

Jako záplavovou sondu můžeme například použít některý z hotových plošných spojů dostupných v obchodech. Příklad je vidět na horním obrázku. Po zakoupení je nutné sondu zkontrolovat. U konkrétního testovaného kusu výrobce použil nějaký ochranný lak proti vlhkosti. Sonda začala fungovat až po jemném obroušení této vrstvy. Hotový přístroj (bez krabičky na elektroniku) může vypadat takto:

Varianta s pamětí

Výše uvedené zapojení používající tranzistor jako spínač signalizuje vlhkost pouze po dobu přítomnosti vody na záplavové sondě. Jakmile voda zmizí a sonda vyschne, signalizace ustane. Pokud bychom u obvodu požadovali "paměťovou" vlastnost, je potřeba použít jiné zapojení.

Pro stejnosměrný obvod má paměťový jev ve své podstatě zabudována jiná součástka - tyristor. Sepne-li tyristor proud do zátěže, zůstává vést stejnosměrný proud i po ukončení ovládacího proudu do řídicí elektrody (gate). Vypnutí signalizace je potřeba provést odpojením napájení. Zapojení se mírně změní podle dalšího schématu:

Rozhodneme-li se pro variantu signalizace zaplavení s tyristorem, nemůžeme použít libovolný typ. Proud řídicí elektrody, při němž tyristor sepne bývá u běžných typů v řádu jednotek až desítek mA. To je příliš velký proud, který není schopna dvouvodičová záplavová sonda při uvažovaném nízkém napětí propustit. Musíme zvolit některý z citlivých typů s proudem řídicí elektrody nejvýše 200 μA. Mezi vhodné typy se nabízí produkt firmy STMicroelectronics [2] uvedený ve schématu nebo P0102DA apod.

Kromě proudu řídicí elektrody musíme v použitém zapojení pohlídat i další parametr udávaný pro všechny tyristory. Jde o tzv. přídržný proud definovaný jako proud, který musí téci tyristorem v okamžiku jeho sepnutí, aby tyristor zůstal v sepnutém stavu po zániku proudu do řídicí elektrody. U zmíněných typů je požadovaný přídržný proud vyšší než asi 10 mA. Protože malé piezo sirény mají často odběr kolísající a nižší než 10 mA, je potřeba zátěž tyristoru zvýšit, aby zůstala zachována "paměťová" funkce obvodu. Pokud bychom to neudělali, tyristor by přerušil proud do sirény po poklesu proudu v řídicí elektrodě.

Při stavbě záplavové signalizace s tyristorem je nutné doplnit na místě R4 vhodný rezistor pro zvýšení zátěže. Podle použité sirény se jeho hodnota může pohybovat mezi 1 až 2,2 kΩ. Před osazením Q1 na desku si nejprve zkontrolujeme zapojení vývodů použitého typu a pak při testu paměťové funkce postupně snižujeme hodnotu R4 až na velikost, kdy siréna zůstává spolehlivě signalizovat i po osušení záplavové sondy.

Závěr

Uvedená záplavová signalizace je velmi jednoduché zařízení, které zvládne vyrobit i začátečník. Popis této konstrukce má také za cíl ukázat, že některé přístroje je možné postavit i s velmi jednoduchým zapojením. Stačí nám k tomu několik diskrétních součástek a obejdeme se bez speciálních integrovaných obvodů či dokonce mikropočítačů.

Použitá literatura