Прикладная аквариумистика Мюллер Андрей

4.7. Регуляторы температуры воды

4.7.1. Охлаждение воды в аквариуме

Проверенный вариант применения термоэлектрических охлаждающих модулей (ТЭОМ) может быть интересен читателям, имеющим дома или на производстве аквариумы с рыбами. Как известно, для нормальной жизнедеятельности декоративных аквариумных рыб необходимы определенные условия температуры воды. Для большинства декоративных рыб нижний предел температуры не должен опускаться менее чем +18 °C, а верхний не превышает +28 °C.

Как повышать температуру воды в зимний период, всем известно – применяют нагревательные элементы со специальным классом защиты от проникновения воды (есть пассивные и автоматически управляемые нагреватели для аквариумов). А вот как понижать температуру воды при ее бесконтрольном увеличении из-за сухого климата или продолжительной жаркой погоды пока широко не известно. Вот здесь поможет ТЭОМ.

Области применения термоэлектрических охлаждающих модулей (ТЭОМ) весьма широка. Это охладители для рассеивающих мощность активных элементов (транзисторов, полупроводников и микросхем, установленных на радиаторы) в усилителях и коммутирующих цепях. Охладители ПЗС-матриц, лазеров, фотоприемников, датчики тепловых потоков (с помощью таких датчиков, основываясь на зависимости тепловой волны, можно контролировать скорость воздушного потока, скорость ветра), специализированные системы охлаждения для научных и исследовательских приборов (многокаскадные модули).

ТЭОМ рассчитаны на работу в цепях постоянного тока. Внешний вид ТЭОМ показан на рисунке 4.12.

Рис. 4.12. Вид конструкции ТЭОМ

Для охлаждения стенок аквариума используют два-три стандартных однокаскадных ТЭОМ ТВ-127-1-2,5 с напряжением питания 15,9 В и током потребления 1,9 А.

Шлифованные керамические пластины модуля позволяют плотно закрепить его (охлаждающей обкладкой к стенке аквариума с внешней стороны) моментальным клеем «супермомент-гель».

В момент склейки модуля и стеклянной стенки аквариума модуль следует осторожно прижать пальцем.

Два-три однотипных ТЭОМ (для объема аквариума соответственно 60-200 л) располагаются на стенках аквариума и соединяются между собой параллельно (этот тип ТЭОМ реализуется с припаянными проводами) через электрические колодки-панельки. При объеме аквариума 60 л для уменьшения температуры воды в климатической зоне Санкт-Петербурга в летний период достаточно двух указанных ТЭОМ, расположенных в разных нижних (противоположных) углах аквариума.

Источник питания (электрическая схема на рис. 4.13) для устройства сетевой, с понижающим трансформатором типа ТПП217-127/220-50 или аналогичным мощностью не менее 60 Вт.

Выходное переменное напряжение выпрямляется диодным мостом VD1-VD4, состоящим из четырех мощных диодов Д231 или Д242 с любым буквенным индексом.

Диодный мост быть и другим, в том числе реализованным на современной диодной сборке типа КЦ-ххх, однако требования к нему таковы, чтобы он выдерживал ток не менее 8 А (с запасом).

Потребляемая трансформатором мощность при использовании двух ТЭОМ составит около 40 Вт.

Диоды моста устанавливаются на изолированные друг от друга и общего провода охлаждающие радиаторы с площадью охлаждения не менее 60 см² каждый. Оксидный конденсатор типа К50-35 или аналогичный на рабочее напряжение не менее 25 В сглаживает пульсации выпрямленного напряжения. Источник питания соединяется с блоком ТЭОМ многожильными соединительными проводами длиной 30 см и сечением 0,8–1,5 мм (длина стремится к минимуму для уменьшения потерь – падения напряжения в проводах из-за достаточно большого потребляемого ТЭОМ тока). Таким образом, непосредственно на ТЭОМ постоянное напряжение будет равно 14,5-15 В. Этот метод позволит уменьшать температуру в районе места крепления ТЭОМ со скоростью около 3,5 °C в минуту.

Рис. 4.13. Электрическая схема источника питания

Естественно, из-за низкой тепловой проводимости стекла температура воды будет уменьшаться с большой инерцией. В данном случае это скорее положительный момент, так как для живых организмов в аквариуме нежелательны резкие перепады температур. Контролируют температуру воды внутри аквариума с помощью электронного или обычного жидкостного термометра.

Требования к установке модулей. При использовании ТЭОМ необходимо принимать во внимание температуру на горячей стороне (обкладке). Ее превышение выше предела, установленного в паспортных данных, приводит к интенсификации процессов деградации термоэлектрического вещества (находящегося между горячей и холодной пластинами-обкладками) и разрушению термоэлектрических модулей.

ТЭОМ (в зависимости от модели и назначения) производятся с металлизацией и без металлизации поверхностей обкладок. При монтаже ТЭОМ на неметаллические поверхности используются модули без металлизации обкладок. Монтаж поверхностей осуществляется «холодным» способом, путем приклеивания моментальным клеем.

Как правило, после пары минут прижимающего режима воздействия на поверхности монтаж ТЭОМ можно считать законченным. Клей и его производные при «холодном» монтаже не должны попадать во внутреннюю структуру модуля. Кроме указанного типа клея соединения «холодным» методом возможно произвести с помощью автомобильной замазки «холодная сварка». В этом случае требуется соблюдение правил пользования, которые указаны на упаковке.

При соединении модулей параллельно (для увеличения мощности охлаждения и воздействия на большую площадь поверхности) необходимо выбирать сечение подводящих проводников по суммарному току потребления модулями. При параллельном подключении двух одинаковых модулей (энергопотребителей) ток в цепи возрастает вдвое.

При последовательном соединении модулей необходимо обеспечить электрическую прочность изоляции подводящих проводов по суммарному напряжению.

При последовательном соединении одинаковых ТЭОМ их напряжение питания складывается, а ток потребления остается равным току потребления одного модуля.

Практически это выглядит как задача подключения в сети 220 В нескольких электрических ламп накаливания, рассчитанных на напряжение 6,3 В; тогда пришлось бы последовательно соединить не менее 35 таких однотипных ламп.

Для защиты ТЭОМ от проникновения влаги во внутренний объем модуля (в условиях повышенной влажности, близости к открытой воде, а также в случае использовании модуля в помещениях с повышенной конденсацией: сауна, парилка, бассейн), ТЭОМ необходимо подвергнуть принудительной силиконовой или эпоксидной герметизации.

Это касается материала между обкладками модуля. Герметизации выполняется соответственно строительным силиконом или эпоксидной смолой с отвердителем по правилам, указанным в инструкции по эксплуатации данных видов температуростойких герметиков.

4.7.2. Внешний подогрев стенок аквариума

В сильные морозы несмотря на отопление в доме приходится дополнительно одеваться. Человек может заботиться о себе, а жизнь рыб и животных намного более зависит от капризов природы. Но люди в силах им помочь.

Несложное приспособление подогрева с помощью электрического тока ограниченных поверхностей испытано как внешний подогреватель воды для аквариума.

Безопасное напряжение 26 В получается со вторичной обмотки понижающего сетевого трансформатора ТПП277-127/220-50 (см. рис. 4.14).

Рис. 4.14. Электрическая схема источника питания для внешнего нагревателя аквариума

Этот прибор можно оставлять включенным в сеть 220 В надолго. Его пожаробезопасность подтверждена длительными испытаниями. В источнике тока применен мощный трансформатор, для которого нагрузка в качестве нагревательного элемента L1 ничтожна мала. Сопротивление нагревательного элемента составляет 47,3 Ом. Соответственно ток, протекающий в цепи, будет равен:

I = U: R,

I_п= 0,55 А.

Потребляемая мощность рассчитывается по формуле:

Р = U*I

и составляет 14,3 Вт. Выделение тепловой энергии незначительно. Применять обогреватель можно в любом положении относительно поверхности земли.

Перед изготовлением нагревательного элемента надо позаботиться о нихромовой проволоке. Ее потребуется 4,86 м. Нагревательный элемент изготавливается так.

Нихромовая проволока диаметром 0,4 мм наматывается равными витками на плоскую пожаробезопасную пластину (толщина 1–3 мм) из стеклотекстолита длиной 31 см, как показано на рисунке 4.15.

Рис. 4.15. Внешний вид пластины для намотки нихромовой проволоки нагревателя

Пластина имеет ширину 12,5 см. Края стеклотекстолита нужно вырезать зубчиками.

Это удобно и быстро можно сделать кусачками. Глубина зубчиков 5-7 мм. Зубчики нужны для того, чтобы намотанная с легким натяжением нихромовая проволока прочно оседала в пазах.

На заготовке с указанными размерами уместится 18 витков. Концы обмотки соединяются методом скрутки с гибким монтажным многожильным электрическим проводом, общим сечением не менее 1 мм². Места скрутки твердо фиксируются заклепками сквозь проделанные в текстолите отверстия диаметром 3,5–5 мм.

В качестве заклепок используются любые, в том числе применяемые в пошивочном производстве. Готовую обмотку оборачивают два раза плотным тканевым мешком из саржи. Края материала обшиваются. Можно применять сатин и бязь. Электрические провода выводятся через ткань в месте обшивки и соединяются с источником тока через компактный разъем РШ-2Н или клеммник. Длина проводов от источника тока должна стремиться к минимальной для того, чтобы исключить большие потери энергии в соединительных проводах.

В электрическую схему введен световой индикатор – светодиод HL1. Диод VD1 выпрямляет, а постоянный резистор R1 ограничивает ток в его цепи. Если индикатор не нужен, то эту цепь из схемы исключают. Светодиод АЛ307Б красного цвета излучения. Вместо него можно применить любой светодиод с прямым током до 20 мА и максимальным напряжением 2,5 В. Если применить мигающий светодиод зарубежного производства L-56DGD, L-769BGR или соответствующий отечественный, тогда схему можно разнообразить: индикатор будет мигать с частотой около 2 Гц. Включатель питания SA1 любой, например П2К. Вместо выпрямительного диода VD1 применяют КД103, КД202, КД226 с любым буквенным индексом. Постоянный резистор типа МЛТ-0,5. Вместо трансформатора Т1 можно применять любой другой с выходным переменным напряжением 24–26 В и мощностью не менее 20 Вт.

4.7.3. Внутренний подогрев воды в аквариуме

Для внутреннего подогрева воды в аквариумах используются специальные промышленные приборы-помощники, например, нагреватель в стеклянной колбе, который можно приобрести в магазинах, торгующих аквариумными аксессуарами. Такой нагреватель, действующий от сети 220 В, показан на рисунке 4.16.

Рис. 4.16. Внешний вид нагревателя воды в аквариуме

Нагреватель защищен от проникновения воды (герметичен) и надежен, поскольку в случае короткого замыкания сработает защита и он автоматически отключится от сети. Такой нагреватель работает у автора более 10 лет без сбоев. Часть электрических схем в этой главе специально предназначена для управлением таким пассивным нагревателем.

Активным считается нагреватель, который имеет встроенное устройство управления (таймер, регулятор температуры). Такие устройства сегодня также можно без труда приобрести.

4.8. Электронная приманка

Рыбы и другие обитатели живут под водой своей активной жизнью. Акустический фон под водой широк и разнообразен. Ученые утверждают, что есть записи звуков, издаваемых дельфинами, китами, акулами и другими представителями подводного мира. Возможно, что и более мелкие из рыб понимают сигналы своих сородичей, но зафиксировать акустические сигналы (звуки), издаваемые «мелочью», труднее из-за малой мощности таких сигналов и поглощающего общего фона. Наиболее важными сигналами среди живых существ (в том числе людей), безусловно, являются сигналы опасности и сигналы желания (в том числе еды). Рыбы в водной среде очень чувствительны к малейшим сотрясениям, акустическим звукам водной природы. Так, например, известно, что окунь чувствует и реагирует на мельчайшие сотрясения и подводные волны, расходящиеся от попавшего в среду предмета или другой рыбы – своими чешуйками, совпадающими с черной волнистой окраской на теле. Вопрос в том, как он воспринимает эти сигналы – как интерес или как опасность?

На основе этих данных, предполагая, что слабые щелчки и подводные волны, распространяемые ими по всей среде, привлекают рыб, находящихся неподалеку от источника звука, а обычные съедобные наживка и приманка сделают остальное для успешной рыбалки – был разработан простой генератор инфранизкой частоты с низкоомным излучателем. Эффективность применения устройства для рыбалки превзошла все ожидания. Электрическая схема генератора показана на рисунке 4.17.

Рис. 4.17. Элeктрuчecкaя cхeмa гeнeрaтoрa-примaнкu

Генератор включен по схеме с общей базой на одном маломощном кремниевом транзисторе р-n-р типа КТ3107Г. Вместо указанного типа можно применить любой другой с аналогичными электрическими характеристиками, например КТ3107 с любым буквенным индексом. При заменах на другой тип надо стремиться, чтобы коэффициент усиления по току h2|э был не менее 60.

Резистор R2 и конденсатор С1 включены как фильтр НЧ и совместно с обмоткой I трансформатора Т1 обеспечивают возникновение и затухание электрических колебаний с частотой около 0,3–0,5 Гц. Такие параметры частоты задаются емкостью. С1 и сопротивлением R2. При уменьшении емкости С1 (его тип К52-18) частота увеличивается. В незначительных пределах (до 30 Гц) ее можно корректировать простым изменением указанной емкости до значения 1–5 мкФ.

Подстроечный резистор R1 (типа РП1-63М) нужен для первоначальной настройки рабочей точки транзистора VT1. Это может понадобиться, например, если применить в схеме другой трансформатор или иное напряжение питания. В схеме используется согласующий трансформатор Т1 типа СТ-1А (небольшой по габаритам) – он имеет первичную обмотку с центральным выводом и общим сопротивлением 480 Ом, а вторичную – с сопротивлением 4 Ома, но она не используется.

Ток потребления устройства в активном состоянии всего 3–4 мА. В таком режиме устройство постоянно генерирует сигнал (при хороших элементах питания) более 1 суток.

О деталях. Подстроечный резистор R1 можно заменить на СП5-2 с линейной характеристикой. Конденсатор С1 – на К50-30, К50-35 или старого образца с обозначением «ЭТО» – обязательно должен быть малый ток утечки до 40 мкА. Постоянный резистор R2 типа МЛТ-0,25, MF-25. О замене транзистора было сказано выше. Если трансформатор с рекомендуемыми данными не удастся найти – сопоставимые результаты генератор выдаст и с включенным вместо обмотки I дросселя L4 – ДПМ-2,4. Индуктивность, включенная параллельно пьезоэлектрическому капсюлю НА1, совместно с RC элементами обеспечивает введение капсюля в резонанс. Конденсатор С2 любой из типов К50-12, К50-24 и аналогичных. Капсюль НА1 – любой из серии НС0903, ВП-1.

Питание устройства – две последовательно включенных батареи ААА (пальчиковых) с общим напряжением 3 В. Вместо них можно использовать один элемент CR2025, но в последнем случае время непрерывной работы устройства заметно сократится. Генератор стабильно работает при напряжении источника питания в диапазоне 1,8–5.5 В. Повышать напряжение питания более значения 5.5 В без необходимости не рекомендуется. При этом возрастает потребляемый ток, и рабочая точка смещения транзистора VT1 находится в состоянии, близком к критическому – требуется изменение сопротивления резистора R1. Кроме того, с увеличением напряжения питания устройства частота импульсов генератора также возрастает.

Данных о том, насколько полезно или вредно применение данного генератора с частотой импульсов выше 30 Гц для привлечения рыбы, нет.

Наладка. Наладка устройства заключается в установке уровня напряжения —1,5 В в базе транзистора VT1 относительно «+» вывода источника питания. Осциллографом можно проконтролировать (при необходимости) наличие импульсов генератора (и подстроить их частоту) на коллекторе VT1 относительно «+» источника питания.

При налаживании допустимо пользоваться стационарным источником питания с понижающим трансформатором. Излучатель НА1 при работающем устройстве издает слышимые щелчки с частотой 0,3–0,5 Гц. После успешной проверки на рабочем столе устройство помещают в герметичный корпус и испытывают в водной среде.

Особенности изготовления герметичного корпуса-капсулы. В силу особенностей ловли рыбы корпус конструкции должен быть полностью герметизирован. Для этого элементы устройства закрепляют на участке монтажной платы размерами 20 х 30 мм. Контакты питания и перемычку между последовательно соединенными элементами припаивают к контактам элементов ААА. Плату вместе с подключенным излучателем помещают в ламинатную пленку и с краев проглаживают последнюю с утюгом, добиваясь герметизации. Образовавшуюся конструкцию помещают в любой удобный пластмассовый корпус, например, в пластмассовую коробку от часов, и по периметру наносят клей «супермомент гель». Подсушка продолжается в течение часа.

Перед началом эксплуатации устройство проверяют на герметизацию дома, наполнив ванную водой температуры +20…+25 °C и погрузив капсулу на дно. Для того чтобы капсула утонула, надо привязать к конструкции груз. В таком виде оставляют устройство на 1–2 ч. Если после времени испытания устройство работает нормально – слабые импульсы вибрирования чувствуются пальцами сквозь корпус – его можно применять даже для рыбалки. На водной среде импульсы генератора визуально практически не заметны.

Недостатком устройства является автономность источника питания.

Устройство, а особенно конструкцию корпуса с целью добиться абсолютной герметичности можно дополнить, преобразовать – ив этом есть творческая ниша для тех, кто захочет повторить конструкцию.

Описание экспериментов. Герметизированная капсула с включенным устройством помещалась на дно аквариума с декоративными рыбами (емкость аквариума 200 л), где привлекала внимание на всем протяжении эксперимента – в течение 10 ч. Декоративные рыбы «кучковались» вблизи капсулы группами– при естественном (дневном) освещении аквариума и при включении электрического освещения вечером – ведя активный образ движения, а при затемнении (ночью) – более пассивный, сонный образ жизни, оставаясь, в основном, на одном месте. В обоих случаях доступа света подавляющая часть водной стихии, кроме места затопления капсулы с генератором, где собирались рыбы, оставалась свободной. По неожиданным результатам этого эксперимента был сделан вывод о возможном привлечении внимания пресноводных рыб.

Привыкнув и адаптируясь в определенных условиях воздействия мощности и частоты сигнала, рыба будет реагировать на такой прибор, почти как на обыкновенный камень или улитку – «мало ли что здесь еще лежит». Поэтому при длительной эксплуатации устройства необходимо периодически менять частоту и мощность генерируемых сигналов.

4.9. Контроль температуры аквариума

Применение предлагаемой схемы автоматического терморегулятора актуально в осеннее-зимний период в жилых помещениях и круглый год в нежилых, промышленных помещениях (холл, вестибюль, кафе, зоомагазин и др.), когда колебание температуры окружающего воздуха очевидно. Тем, кто занимается разведением декоративных рыб или просто держит дома аквариум с рыбами и земноводными для удовольствия, известно, что большинство видов декоративных рыбок не переносит сильных колебаний температуры водной среды относительно комнатной. Большая часть рыб и земноводных хорошо себя чувствуют в диапазоне температур от +18 до +24 °C. Причем кратковременное повышение температуры воды (до +26 °C, что бывает жарким летом) для большинства экземпляров еще терпимо и не приводит к их гибели. Некоторые специалисты даже специально искусственно повышают температуру среды обитания своих питомцев, максимально приближая ее к естественной для того или иного вида рыб, чтобы вызвать быстрое созревание икринок или роды живородящих экземпляров, так как при повышении окружающей температуры процессы созревания всегда ускоряются. Понижение температуры ниже предела +18 °C (а для отдельных видов рыб (карпы) предел составляет +19 °C) губительно для большинства декоративных плавающих и земноводных. Простое устройство, варианты которого представлены на рисунках 4.18 и 4.19, обеспечит автоматический контроль нижнего предела температуры воды в аквариуме до 100 литров (объем контролируемой территории зависит от мощности специального нагревательного элемента) и включит нагрев при понижении температуры воды ниже установленного предела.

Конструктивно устройство является параметрическим стабилизатором, однако схемное решение выполнено просто и эффективно, что позволяет повторить схему даже радиолюбителю с небольшим опытом.

Отличительная особенность устройства – его простота и надежность. Устройство собрано всего на одной логической КМОП микросхеме К561ЛЕ5 и состоит из двух основных узлов преобразователя температуры в напряжение (на элементах 001.1 и 001.2) и выходного управляющего каскада, варианты которого представлены на двух разных рисунках.

Рис. 4.18. Электрическая схема устройства контроля температуры аквариума

На рисунке 4.18 представлен вариант температурного стабилизатора, который рекомендуется применять для контроля воды в аквариуме и автоматического подогрева. Использовать в аквариуме (или другой водной среде) первый вариант схемы эффективнее потому, что он должен питаться от трансформаторного стабилизированного блока питания, например, со стабилизатором КР142ЕН8Б (на схеме не показан). Схема источника питания не приводится намеренно, так как эти источники питания популярны, многократно описаны в литературе по радиоэлектронике.

Опускать в аквариум нужно электробезопасный датчик (терморезистор), а использовать в аквариуме схему с бестрансформаторным источником питания просто опасно!

Как видно из рисунков, они отличаются выходным каскадом управления нагрузкой и питанием. Во втором варианте показан выход через тиристорный каскад. Здесь достаточно бестрансформаторного узла, состоящего из нескольких элементов (VD4, RIO, СЗ, С5, VD2). При этом схема температурного стабилизатора (рис. 4.18) соединяется со схемой на рисунке 4.19 соответственно точкам А, Б и В.

Рис. 4.19. Узел управления нагревательным элементом в цепи 220 В

При использовании данного устройства с бестрансформаторным питанием от сети 220 В необходимо соблюдать меры безопасности и не прикасаться к элементам устройства до отключения его от сети. Мощность нагрузки – до 100 Вт, а если установить тиристор на охлаждающий радиатор, можно управлять нагрузкой до 600 Вт. Ограничивающий резистор R10 в бестрансформаторном узле питания должен быть типа МЛТ-2 (ОМЛТ-2) сопротивлением 22–68 кОм.

Диод КД209 можно заменить на КД105Б. Стабилитрон используется с напряжением стабилизации 9—14 В (при применении микросхемы K561ЛE5) и 11–12 В при применении микросхемы К176 серии. Конденсаторы СЗ, С5 сглаживают пульсации переменного тока. Преобразователь напряжение-температура выполнен как делитель напряжения, в который включен терморезистор R4. Пороговый выключатель реализован на элементах DD1.1, DD1.2, K561ЛE5. Терморезистор (термистор) применен типа ММТ-4 (или КМТ-4) с сопротивлением 10–47 кОм. При настройке схемы (установке порога срабатывания) необходимо скорректировать положение движка переменного резистора R2 – лучше использовать его с линейной характеристикой изменения сопротивления. Допустим, что падение напряжения на резисторе R4 мало. Тогда на выходе элемента DD1.2 напряжение также мало, ключ на транзисторе VT1 закрыт, и ток в нагревателе отсутствует. Вследствие потерь тепла температура постепенно понижается и, достигнув порогового значения переключения элемента DD1.1, переключает его. Тогда на выходе элемента DD1.1 появляется низкий логический уровень, после инвертирования на выходе второго элемента микросхемы КМОП появляется высокий логический уровень (напряжение 8—10 В), которое

отрывает транзистор, реле К1 включается, и через нагревательный элемент начинает протекать ток.

Когда температура воды плавно (из-за большого объема воды и небольшой мощности нагревательного элемента) достигнет уровня +20 °C – уровня, на который надо настроить схему, произойдет обратный процесс – пороговый элемент переключится, нагрузка обесточится. Параллельно реле К1 установлен сигнализатор на светодиоде для визуального контроля за работой автоматики. Кроме этой функции такое схемное решение препятствует кратковременным броскам напряжения в моменты включения-отключения реле, исключая «дребезг» контактов К1. Кроме указанного в схеме, в качестве исполнительного элемента (реле К1) можно использовать маломощные реле РЭС15 (паспорт РС4.591.003), РЭС10 (РС4.524.302) или любое другое на напряжение включения, соответствующее напряжению питания схемы. В качестве нагревательного элемента используется отечественный или импортный стеклянный «нагреватель для аквариумов», рассчитанный на переменное напряжение 220 В промышленного изготовления. Хорошие результаты были получены и при использовании в качестве К1 автомобильного реле на 12 В (позиция 90.3747 в каталоге автомобилей семейства ВАЗ) с нормально разомкнутыми контактами. Подключение (коммутирование) нагрузки мощностью до 0,5 кВт контактами реле осуществляется безопасно. Термистор соединяется с основной схемой через двухконтактный разъем экранированным проводом (длина которого должна стремиться к минимальной). Сам термистор и места пайки его выводов к соединительному проводу изолируются поливинилхлоридными трубками и запекаются в парафин.

Питание первого варианта устройства необходимо осуществлять через понижающий трансформатор со стабилизатором напряжения. Микросхема К561ЛЕ5 работоспособна в диапазоне напряжений 5-15 В, микросхема К176 серии – в диапазоне 8,4-12,5 В.

Схема начинает работать сразу при использовании исправных элементов и отсутствии ошибок в монтаже. Из-за малого количества компонентов печатная плата не разрабатывалась.

Микросхему DD1 и элементы обвески можно монтировать на плату из одностороннего фольгированного гетинакса (текстолита), выполненную методом прорезания в проводящем слое скальпелем (или другим острым предметом) изолирующих дорожек. Выводы элементов припаиваются к проводящим секторам платы, разделенным изолирующими дорожками.

Грубую настройку устройства (установку уровня срабатывания, соответствующего +20 °C) осуществляют так: при первой подаче питания нагрузку не подключают, опускают датчик (термистор) в аквариум (предварительно выдержанный при комнатной температуре +20 °C – о чем должен свидетельствовать плавающий в аквариуме ртутный термометр). Плавным вращением регулятора R2 устанавливают критическое положение, при котором нагрузка еще не включается, но вот-вот включится. О состоянии питания нагрузки судят по свечению индикатора-светодиода HL1. Когда индикатор светится – потенциальная нагрузка включена. Продержав в воде с комнатной температурой датчик 10–15 мин, его вынимают и, не обесточивая схему, помещают в любую емкость с холодной водопроводной водой (контролируемая термометром температура +19 °C) – в течение нескольких мин датчик охладится, и устройство включит нагрузку (светодиод).

Если реле срабатывает нечетко (поет), уменьшают до 2–2,5 кОм сопротивление резистора RЗ.

По завершении этого этапа настройку можно считать законченной.

4.10. Чувствительный аквариумный термометр

Для контроля температуры в водной среде аквариума удобно применять чувствительный преобразователь температуры в напряжение, схема которого представлена на рисунке 4.20.

Рис. 4.20. Вариант схемы чувствительного аквариумного термометра

Интегральный таймер КР1006ВИ1 в режиме самовозбуждающегося мультивибратора применяют для генерации прямоугольного напряжения. Частота генератора пропорционально изменяется соответственно измеряемой температуре. В зарядной цепи таймера при этом используется терморезистор с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления. При изменении температуры от +3 до +46 °C частота на выходе схемы меняется почти по линейному закону в пределах 38-114 Гц. Во всем этом интервале температур нет ни одной точки, где бы частота отклонялась от идеальной зависимости больше чем на ±1 Гц. Благодаря малому числу используемых деталей, низкой себестоимости и невысоким требованиям к источнику питания (ток потребления 9,3 мА при напряжении 10 В постоянного тока) этот преобразователь температура-частота удобен для применения в телеметрических системах. Обычно при включении таймера КР1006ВИ1 по схеме самовозбуждающегося мультивибратора нужны два постоянных резистора.

В схеме преобразователя вместо одного из них последовательно включены терморезистор и постоянный резистор, а вместо другого – транзистор VT1, который насыщается в период заряда времязадающего конденсатора С1 и выключается в период его разряда.

Сопротивление перехода коллектор-эмиттер транзистора VT1, когда он открыт, близко к нулю, а когда он закрыт – более 1 МОм. Регулировку чувствительности производят переменным многооборотным резистором R2 (типа СПЗ-1ВБ). Перед эксплуатацией прибора его нужно откалибровать. Настройка заключается в установке резистором R2 порога включения прибора тогда, когда термодатчик R1 регистрирует комнатную температуру (+20 °C), при этом индикатор HL1 мигает с частотой 1 Гц. Это показание необходимо принять за исходное.

Перед погружением в воду терморезистор R1 «прячется» в поливинилхлоридную изолирующую трубку. Его выводы и сам корпус покрываются слоем эпоксидной смолы. После высыхания следует нанести второй слой.

Когда и он высохнет, по прошествии 24 час датчик готов к работе. При увеличении температуры, воздействующей на терморезистор, частота вспышек светодиода HL1 увеличивается. При уменьшении температуры – уменьшается. Контроль за температурой воды (среды) производят визуально.

Макетная плата «прячется» в любой подходящий корпус. Питание подается через разъем. Внешний вид готового устройства в корпусе представлен на рисунке 4.21.

Рис. 4.21. Внешний вид готового устройства чувствительного аквариумного термометра

Без ошибок в монтаже устройство начинает работать сразу. Источник питания для прибора – стабилизированный, с понижающим трансформатором. Постоянное напряжение может быть в пределах 10–15 В. Все постоянные резисторы типа МЛТ-0,5. Оксидный конденсатор С2 (К50-12, К50-20 или аналогичный) сглаживает помехи по питанию. Другие оксидные конденсаторы должны быть с малым током утечки, например, марки К52-18 или К53-4. Светодиод НЬ1 может быть любым с током 3—10 мА. Времязадающий конденсатор С1 типа К73-3. Можно применить два оксидных конденсатора емкостью 2 мкФ каждый, соединив их последовательно, положительными обкладками друг к другу.

4.11. Промышленные устройства-помощники

С помощью промышленных электронных устройств можно автоматизировать работу светильника для аквариума, насоса-фильтра-помпы, кормушки и даже нагревательного элемента. Важно только, чтобы все эти исполнительные устройства питались от напряжения осветительной сети 220 В. Поскольку большинство промышленных устройств именно такие, проблем в этой части не предвидится.

На рисунках 4.22-4.24 изображены таймеры (два механических) и один на рис. 4.24 – электронный, которые в соответствии с заданной программой обеспечивают включение устройств нагрузки.

Устройства нагрузки (светильник, фильтр-помпа и др.) подключаются непосредственно к выходной розетке, установленной на корпусе таймеров.

Рис. 4.22. Промышленный программируемый таймер для автоматизации работы светильника и устройства аэрации (вариант 1)

В первых двух случаях программирование осуществляется «флажками», в третьем – с электронным таймером – с помощью кнопок на передней панели и в соответствии с показаниями цифрового индикатора.

Запрограммированные таким образом таймеры будут циклически включать/отключать свет и аэрацию в аквариуме в заданное время, например, время включения 11.00, выключения – 20.30. Такая работа будет осуществляться ежесуточно, пока в сети 220 В есть напряжение.

В авторской практике такие устройства работают годами без сбоев.

Рис. 4.23. Промышленный программируемый таймер для автоматизации работы светильника и устройства аэрации (вариант 2)

Применение данных устройств в практике аквариумиста позволяет увеличить степень комфорта от декоративного аквариума, сэкономить время на его обслуживание (поручив его электронике), а также сэкономить (без ущерба) на покупке данных устройств. Поскольку, если обратиться в магазин аквариумных аксессуаров, подобный таймер (иной фирмы, но аналогичной конструкции и предназначения) обойдется на несколько (!) порядков дороже, чем его «собрат», приобретенный в обычном магазине электротоваров, где его стоимость в диапазоне 120–350 руб. Выводы делайте сами.

Рис. 4.24. Промышленный программируемый таймер для автоматизации работы светильника и устройства аэрации (вариант 3)