А что внутри: детектор утечки газа

Добавлено 13 октября 2017 в 18:21

На этот раз мы заглянем внутрь детектора утечки газа!

Данный детектор предназначен для обнаружения присутствия таких галогенных газов, как CFC (ХФУ), HCFC (ГХФУ), HFC (ГФУ), газ окиси этилена и SF-6 (гексафторид серы).

Детектор утечки газа
Детектор утечки газа

Метод детектирования, используемый для обнаружения присутствия галогенных газов, довольно интересен. Проще говоря, этот детектор генерирует высокое напряжение, которое затем подается на пару электродов. Один из электродов направлен так, чтобы образовывался коронный разряд. Затем измеряется ток, идущий через электроды. Если наблюдается изменение тока, это указывает на наличие галогенного газа. Патент США “US4609875 A” более подробно описывает этот метод.

Печатная плата

Печатная плата со стороны компонентов
Печатная плата со стороны компонентов

Внутри этого детектора утечки газа находится одна печатная плата. Эта двухслойная плата с зеленой маской и белой шелкографией с обеих сторон. На плате расположены компоненты как монтажа через отверстия, так и поверхностного монтажа (все они расположены на одной стороне).

Изолирующая разводка
Изолирующая разводка

Также на плате есть изолирующая разводка для отделения высоковольтного трансформатора от остальной электроники.

Источник питания

Низковольтный импульсный источник питания
Низковольтный импульсный источник питания

Этот детектор утечек в качестве источника питания использует две батареи размера "C". Для обеспечения стабильного питания напряжение от батарей идет через импульсный источник питания. Импульсный источник питания управляется микросхемой U4, регулятор напряжения в корпусе SOT-23-5. Выходное напряжение источника питания составляет 5 вольт.

Низковольтный импульсный источник питания
Низковольтный импульсный источник питания

Похоже, что единственные нагревающиеся компоненты на плате входят в состав импульсных источников питания. В середине изображения (выше) находится транзистор TIP41. Ниже и справа находится низковольтный импульсный источник питания.

Высоковольтный источник питания
Высоковольтный источник питания

Для генерации коронного разряда необходимо намного большее напряжения. Для получения этого высокого напряжения, этот прибор использует импульсную схему. Для коммутации входного напряжения используется транзистор TIP41. Частота коммутации транзистора составляет примерно 2 кГц. Затем полученные импульсы подаются на первичную обмотку трансформатора.

Благодаря коэффициенту трансформации мы получаем на выходе высокое напряжение. Это высокое напряжение затем выпрямляется с помощью полуволнового выпрямителя на диоде D$. Ниже приведена осциллограмма напряжения между коллектором и эмиттером транзистора.

Частота коммутации транзистора
Частота коммутации транзистора

Из-за чрезвычайно низкого выходного тока трансформатора, когда мы подключаем к высоковольтным выводам мультиметр с входным сопротивлением 10 МОм, напряжение падает. Поскольку выходной конденсатор этой схемы рассчитан на 1000 В, можно предположить, что генерируемое напряжение находится в диапазоне сотен вольт.

Пользовательский интерфейс

Шесть кнопок для пользовательского управления
Шесть кнопок для пользовательского управления

Для управления различными настройками этого детектора утечек на передней панели детектора имеется сборка с шестью мембранными кнопками. Кроме того, эта сборка имеет полупрозрачные окна для светодиодных индикаторов. Эта клавиатура подключается к основной плате с помощью шлейфа из пяти проводов с шагом 0,1" (2,54 мм).

Двухцветные светодиоды
Двухцветные светодиоды

Для индикации величины концентрации галогенных газов имеется семь светодиодов. Эти диоды двухцветные: зеленый и красный цвета. Они управляются отдельными транзисторами и ограничены по току резисторами по 100 Ом (входят в состав резисторных сборок).

Схема управления светодиодами
Схема управления светодиодами

Для звуковой сигнализации, говорящей о концентрации присутствующих газов, используется динамик. Это типовой электромагнитный громкоговоритель, маркировка на котором указывает, что его мощность составляет 0,5 Вт, а сопротивление – 8 Ом. Двухконтактный разъем подключен к разъему на печатной плате.

Динамик
Динамик

Для управления этим динамиком используется аудиоусилитель HWD4861. Этот усилитель, разработанный Chengdu Sino Microelectronics System Co., Ltd, CSMSC, предназначен для портативных потребительских товаров, игрушек. Он способен выдавать мощность до 1,1 Вт. Однако, в этом случае динамик всего на 0,5 Вт.

Аудиоусилитель
Аудиоусилитель

Детектор

>Сопло детектора
Сопло детектора

В рамках метода обнаружения газов необходимо создать коронный разряд. Для его создания используется специальное сопло. В сопле имеется внутренний электрод с острым концом для создания коронного разряда. Этот детектор утечки газа поставляется с запасным соплом, так как предполагается, что они рассчитаны только на 50 часов работы.

 

Микроконтроллер

Микроконтроллер ATmega
Микроконтроллер ATmega

Управление всем детектором утечки газа осуществляется микроконтроллером Microchip ATmega48P в 32-выводном квадратном корпусе (32-TQFP).

К микроконтроллеру подключен минимум пассивных компонентов. Например, нет внешнего кварцевого резонатора, что указывает на использование внутреннего генератора. На правой стороне печатной платы находится 7-контактный разъем, J4, который используется для первоначального программирования.

Разъем программирования
Разъем программирования

Заключение

В этом детекторе много интересной электроники. При своей цене его внутренности довольно интересны, хотя качество сборки определенно не «промышленный класс». Спасибо, что прочитали очередную статью из серии «А что внутри?»!


На сайте работает сервис комментирования DISQUS, который позволяет вам оставлять комментарии на множестве сайтов, имея лишь один аккаунт на Disqus.com.


Сообщить об ошибке