Устройство для определения влажности почвы

September 12, 2011 by admin Комментировать »

На садово-огородных участках урожай овощных и пло- дово-ягодных культур полностью зависит от их своевременного полива и устранения причин переувлажнения почвы. В большинстве случаев опытное определение влажности земли на участках дает ошибочные результаты, что приводит к низкому урожаю, особенно овощных и влаголюбивых культур.

Ниже рассматривается простое электронное устройство, позволяющее определять влажность почвы с большой степенью точности (рис. 4.24). Это устройство с успехом может быть использовано также в городских условиях для определения влажности почвы в цветочных горшках и ящиках с цветами, высаживаемыми на балконах и на подоконниках.

Устройство включает в свой состав входные и выходные цепи, сетевой понижающий трансформатор питания 77, выпрямитель, работающий на емкостную нагрузку, базовый генератор стабильного тока и индикатор влажности с двухпроводным зондом.

Подключается устройство к сети переменного тока напряжением 220 В частотой 50 Гц с помощью электрического соединителя XI типа «вилка». Плавкий предохранитель F1, установленный на входе устройства, защищает его электрические цепи от коротких замыканий и перегрузок, которые могут возникнуть при неправильной сборке и ошибках в монтаже, а также из-за неисправности самих элементов. Включается и выключается электропи-

Рис. 4.24. Схема устройства для определения влажности почвы.

тание с помощью однополюсного переключателя S1. Лампа тлеющего разряда HI загорается сразу же после включения питания и свидетельствует о готовности устройства к эксплуатации. Работать определитель влажности может также и от автономного источника питания напряжением 9 В, который подключается к зажимам А и Б, выведенным на лицевую панель устройства.

Сетевой понижающий трансформатор питания 77 броневой конструкции изготавливается на магнитопроводе типа Ш или УШ, ШЛ, ШЛМ по данным, приведенным в табл. 4.16. В качестве сетевого трансформатора можно использовать трансформатор кадровой развертки типа ТВК-110, ТВК-70 или ТВК-70Л2 с уменьшением количества витков вторичной обмотки до 123 (вместо 146 витков). Сетевой понижающий трансформатор питания обеспечивает расчетный уровень выходного выпрямленного напряжения постоянного тока, полную гальваническую развязку вторичных цепей от сети переменного тока и дополнительную электробезопасность при эксплуатации.

Таблица 4.16. Моточные данные сетевого понижающего трансформатора питания, примененного в устройстве для измерения влажности почвы

Обозначение трансформатора на схеме и тип конструкции

Магнито- провод, марка стали и толщина, мм

Обмотка

Выводы

Марка и диаметр провода, мм

Число витков

Сопротивление постоянному току, Ом (предельное отклонение ±15%)

77, броневой, с одной катушкой

УШ16Х32, 3311,

0,35; шихтованный

I               

Экран

II              

1—2 0

3—4

ПЭВ-1; 0,12 ПЭВ-1; 0,21 ПЭВ-1; 0,47

3000 1 слой 123

560 1,6

Выпрямитель собран на четырех выпрямительных диодах малой или средней мощности VD1—VD4y работает на емкостный фильтр, выполненный на оксидном конденсаторе С/. Выпрямительное устройство собрано по однофазной двухполупериодной мостовой схеме Греца, которая характеризуется повышенной частотой пульсаций выпрямленного напряжения постоянного тока, хорошим использованием габаритной мощности сетевого трансформатора 77 и достаточно низким обратным напряжением на комплекте диодов, что обеспечивает их повышенную работоспособность. На выходе выпрямителя действует постоянный ток напряжением 9,1 В.

Простой последовательный стабилизатор напряжения, собранный на транзисторе VT1 и стабилитроне VD5, обеспечивает стабильное выходное напряжение 9 В при номинальном токе 400 мА. Транзистор VT1 установлен на радиаторе, активная площадь охлаждения которого должна быть не менее 80 см2. При выходном токе до 200 мА транзистор на радиатор можно не устанавливать.

Регулирующий транзистор 1/77 включен между положительным полюсом источника напряжения и выходом выпрямителя. Тип выбранного стабилитрона определяет потенциал базы транзистора относительно отрицательного полюса источника питания, так как положительное смещение между базой и эмиттером транзистора 1/77 относительно мало. Резистор R2 обеспечивает необходимый режим работы стабилитрона VD5 и транзистора VT1. Конденсатор С2 образует дополнительный фильтр.

Основная часть измерителя влажности представляет собой несложное электронное устройство, собранное на трех транзисторах VT2—VT4 и позволяющее определять влажность почвы, которая влияет на проводимость и изменяет ее сопротивление.

В качестве датчика влажности используется одношты- ревой двухпроводной стандартизованный штекер, помещаемый в землю на глубину до 100 мм. При этом сопротивление нормально увлажненной почвы находится в пределах от 10 до 40 кОм. Изменение сопротивления указывает на изменение влажности почвы. При высыхании почвы сопротивление увеличивается, и наоборот: значительное уменьшение сопротивления свидетельствует о повышенной влажности. Проводники от датчика подключаются к контактным зажимам Х2 и ХЗ.

Для того чтобы показания ИП РА1 можно было измерять линейной шкалой, в устройстве включен генератор стабильного тока, собранный на двух транзисторах VT4 и VT3. По мере изменения влажности, когда ток, проходящий через транзистор, растет, напряжение на резисторе R6 увеличивается. На этот транзистор поступает ток смещения с резисторов R4 и R5, открывающий его. Когда напряжение на транзисторе VT4 возрастет, открывается второй транзистор генератора VT3, который начинает пропускать избыточный ток через резисторы R4 и R5 на землю.

Таким образом, на резисторе R6 поддерживается постоянное напряжение, которое приблизительно равно падению напряжения на переходе база—эмиттер транзистора VT3, а через эмиттерный переход транзистора VT4 и резистор R6 проходит постоянный по значению ток. Цепочка, составленная из резисторов R4, /?5, обеспечивает плавную регулировку тока в пределах от 0,05 до 0,2 мА. При среднем положении движка резистора R4 значение тока должно составлять примерно 0,11—0,13 мА. Если зонд, погруженный в почву, измеряет сопротивление грунта в пределах от 10 до 50 кОм, то падение напряжения составит 0,5—7,5 В. Напряжение, снимаемое с датчика влажности, усиливается транзистором VT2, который включен по схеме повторителя напряжения. Напряжение на эмиттерном переходе транзистора VT2 ниже напряжения, снимаемого с базы на 0,6 В, поэтому напряжение на выходе этого транзистора должно находиться в пределах от 0 до 7 В для сопротивления почвы от 5 до 55 кОм. Для данной схемы расчетная величина сопротивления эмиттерной цепи транзистора VT2 должна находиться в пределах от 6,9 до 7,1 кОм. Регулируется это сопротивление подбором резистора R3. При этом постоянный ток, проходящий через миллиамперметр, изменяется в пределах от 0 до 1 мА.

Для изготовления данного устройства применены следующие комплектующие ЭРЭ: транзисторы VTI типа ГТ404Ж, VT2 — КТ3102Д, УТЗ — КТ3107И, VT4 — КТ3107Б; выпрямительные диоды УД1— УД4 типа КД204В; стабилитрон VD5 типа КС191Ж; конденсаторы С/ типа К50-6-25В-1000 мкФ, С2 — К50-6-25В-100 мкФ; резисторы R1 типа МЛТ-2-470 кОм, R2 — МЛТ-0,5-620 Ом, R3 — МЛТ-0,25- 5,6 кОм, R4 — СП4-2Ма-1 Вт-А-4,7 кОм, R5 — МЛТ-0,25-2,7 кОм, R6 — МЛТ-0,25-68 кОм; электрические соединители XI типа «вилка», Х2, ХЗ типа КМЗ-1 приборные, А и Б — разъемные контакты; переключатель SI типа П1Т-1-1; плавкий предохранитель FI типа ПМ-1- 0,15 А; индикаторная лампочка тлеющего разряда HI типа ТН-0,2-1; ИП РА1 типа Ml692-0,5-20.

При сборке и регулировке устройства могут быть применены другие аналогичные ЭРЭ. Конденсаторы типа К50-6 можно заменить на конденсаторы типов К50-3, К50- 12, К50-20; резисторы типа МЛТ — на МТ, ВС, ВСа, С1-4, УЛИ, ОМЛТ; транзистор типа ГТ404Ж — на транзистор с входным напряжением 100 В и выходным напряжением 12,6 В при номинальном токе 1 А; стабилитрон типа

КС191Ж — на Д814В; выпрямительные диоды типа КД204В — на КД226А, КД202А, Д305.

Правильно собранное устройство начинает работать сразу же после включения напряжения. Но начинающим радиолюбителям рекомендуется проверку работоспособности устройства осуществлять в два этапа.

Первый этап — проверяется наличие стабилизированного напряжения на клеммах А и Б при отключенном индикаторе влажности почвы. Вместо него к клеммным зажимам А и Б подключается вольтметр постоянного тока и включается напряжение сети. Если выходное напряжение равно нулю, необходимо отключить сетевое напряжение и проверить монтаж и плавкий предохранитель. Перегорание предохранителя в момент включения свидетельствует о серьезных ошибках в монтаже. При отключенном напряжении проверяется сначала соединение проводников на первичной обмотке трансформатора, а затем на вторичной.

Второй этап — проверяется правильность соединений диодов, транзистора и полярность подключения конденсаторов С/ и С2, а также полярность включения стабилитрона. Обнаружив ошибки в соединениях или короткое замыкание в монтаже, надо внести соответствующие поправки и вновь включить устройство в сеть. Если вольтметр показывает необходимое напряжение, то проверку первой ступени устройства можно считать законченной. В противном случае неисправность надо искать в самих комплектующих ЭРЭ, проверку которых производят на приборах, рассмотренных в гл. 1. Напряжение на конденсаторе С/ при отключенной нагрузке должно равняться 15—16 В. Перед включением устройства в сеть необходимо быть совершенно уверенным в правильности монтажа. Во всех случаях досадные ошибки могут вывести из строя дорогостоящие ЭРЭ. Если выходное напряжение в точках А и Б будет колебаться в пределах 9 В и носить неустойчивый характер, то, по всей видимости, неисправным окажется стабилитрон. Если в процессе эксплуатации регулирующий транзистор стабилизатора напряжения перегревается или выходит из строя, то причиной тому может быть слишком большое потребление тока от источника питания. Этот транзистор устанавливается на теплоотвод.

Техническая характеристика

устройства для определения влажности почвы

Номинальное напряжение питающей сети

переменного тока, В …………………………………….. 220

Номинальная частота питающей сети

переменного тока, Гц …………………………………… 50

Пределы изменения напряжения питающей сети, при которых сохраняется полная эксплуатационная

работоспособность устройства, В…………………… .180—250

Пределы изменения частоты питающей сети

переменного тока, Гц …………………………………… 49,5—50,5

Напряжение питания автономного источника

постоянного тока, В ………………………………………… 9

Максимальный ток, потребляемый устройством

в процессе измерения, мА ………………………………. 400

Сопротивление нагрузки, кОм ………………………. 5—60

Стабилизированный постоянный ток,

проходящий через ИП при эксплуатации, мА . . . .0—1 Сопротивление изоляции токоведущих проводников при прохождении через них переменного тока

высокого напряжения, МОм………………………………. 20

Срок службы, ч, не менее……………………………… 5000

Вероятность безотказной работы, не менее………… 0,96

Время готовности устройства к эксплуатации

после включения, мс, не более …………………………. 0,2

Помехозащищенность, дБ, не менее ………………….. 100

Кпд, %, не менее ……………………………………………. 92

Литература:

  Сидоров И. Н. С34 Самодельные электронные устройства для дома: Справочник домашнего мастера.— СПб.: Лениздат, 1996.- 352 е.. ил.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты