Электронный манометр

Добавил статью: Сергей

Дата: 2013-03-11

Электронный манометр

В.МИЛОСЛАВСКИЙ г.Москва

Некоторое время тому назад я уже делился с читателями журнала «Аквариум» идеей, как из подручных средств смастерить манометр, фиксирующий напор очищенной воды на выходе фильтра*. До недавних пор эта конструкция служила мне верой и правдой, своевременно сигнализируя о том, что пора озаботиться промывкой фильтрующих материалов. Угнетало одно, а именно примитивность и конструкционная архаичность этого, с позволения сказать, агрегата. Однако весьма скудные познания в области электроники не позволяли соорудить что-нибудь в стиле Hi-Tech. Вот и приходилось довольствоваться тем, что есть, пока...

...Пока в дачный сезон я не купил дочери велокомпьютер, который монтируется на велосипед и показывает текущую скорость, пройденную дистанцию и некоторые другие полезные (и не очень) параметры движения на этом популярном у любителей активного отдыха двухколесном транспорте.

Конечно, место этой «фишке» именно на велосипеде, но ознакомившись с принципом ее работы, я понял, что велокомиьютер с успехом можно использовать и в качестве электронного манометра в аквариумных водоочистных системах. В общем, недолго думая, я отправился в рейд по магазинам спорттоваров в поисках подходящего устройства. С результатами этого похода имеет смысл знакомиться только в том случае, если вы любите мастерить собственными руками, готовы расстаться с несколькими сотнями рублей и не прочь потратить свой выходной день на сборку и отладку небесполезного, но, сразу должен оговориться, отнюдь не необходимого в хозяйстве аквариумиста датчика (в данном случае уместна популярная у некоторой части молодежи фраза «понты дороже денег»).

Фото дисплеи велокомпьютеров

Ассортимент имеющихся сейчас в продаже вело-комльютеров широк. В коллекции каждой фирмы-изготовителя (а их около десятка) есть несколько моделей, различающихся функциональной насыщенностью, дизайном и, конечно, ценой. Принцип действия всех велокомпьютсров одинаков. На спице колеса фиксируется магнит, на вилке -датчик-геркон (два нормальноразомкнутых контакта в герметичной стеклянной колбе), на руле - сам
компьютер. С каждым оборотом колеса магнит проходит в непосредственной близости от геркона (зазор составляет обычно не более 4-6 мм) и на короткое время замыкает контакты.

Процессор велокомпьютера фиксирует количество замыканий и, с учетом заранее введенного пользователем значения радиуса, диаметра или длины окружности колеса велосипеда, калькулирует параметры движения. У наиболее «накрученных» моделей этих самых параметров может быть более дюжины: количество оборотов педалей, потраченные калории, время (текущее и с момента начала движения), пройденная дистанция (суммарная, за год, за текущую сессию) и пр.

Но нашим целям в большей степени отвечает один - текущая скорость. Помимо нее в некоторых моделях индицируются еще средняя, максимальная и минимальная, но именно по текущей мы будем судить о степени заиленности губок и забитости шлангов бактериальной слизью, то есть определять, пора ли их чистить или можно еще подождать. К счастью, текущая скорость относится к базовым функциям и имеется даже в самых примитивных электронных велоспидометрах ценой 250-400 руб.

Не гоняйтесь за моделями престижных фирм, а также всякими «наворотами» вроде беспроводной передачи информации с датчика -лишние деньги. В конце концов даже самый совершенный велокомпьютер — это всего лишь видоизмененный калькулятор, а со сборкой подобных устройств, как показывает практика, успешно справляются и безвестные, китайско-вьетнамские кооперативы. Гораздо важнее, чтобы шаг ввода диаметра/радиуса/длины окружности колеса был минимальным. Идеал - 1 см с максимально широким разбросом значений (скажем, от 80 до 300 см). Зачем нужна такая точность? Дело в том, что абсолютное большинство вело-компыотеров показывают значения скорости в пределах от 0 до 100 км/ч (обычно с одним или двумя знаками после запятой). Допустим, вы хотите отслеживать работу фильтра реальной производительностью 800 л/ч. Естественно, сподручнее, если на дисплее велокомпьютера будет высвечиваться визуально схожее число, то есть «80,0» или «80.00». Дюймовый шаг ввода длины окружности колеса (2,54 см), да еще и с узким разбросом вводимых значений (например, от 150 до 220 см), затруднит калибровку прибора с нужной точностью, и уж почти наверняка это не удастся сделать, если в компьютер можно ввести только 5-7 «стандартных», наиболее распространенных типоразмеров колес. В остальном ограничений по выбору моделей нет.

Фото Колесо на базе катушки из под рыболовной лески

Теперь нам надо соорудить блок, который обеспечит замер интенсивности вытекающего из фильтра водного потока, то есть аналог велосипедных колеса и вилки, на которых разместятся геркон и магнит. Естественно, аналог этот должен быть компактным и приводиться в движение не ногами, а течением воды в аквариуме.
Конструкционных решений здесь может быть много. Все зависит от того, какие материалы имеются в мастерской аквариумиста, с какими из них он предпочитает работать, каким хочет видеть готовое изделие. Многое определяется и тем, какой фильтр предполагается оснастить манометром: внутренний («стакан»), навесной («водопад») или внешний («канистра»). В первом случае колесо скорее всего будет полностью погружено в воду (на мой взгляд, самый простой и стабильный вариант), во втором — размещено выше уровня воды, в третьем придется ориентироваться на
способ подачи очищенной воды в аквариум.

В целом блок представляет собой раму-кронштейн, которая, с одной стороны, обеспечивает крепление конструкции на стенке аквариума или в другом нужном месте, а с другой - несет датчик-геркон и колесо с магнитами. Желательно, чтобы все элементы блока были выполнены из инертных к воде материалов, поскольку он будет эксплуатироваться как минимум во влажной среде. Чтобы обеспечить высокую чувствительность манометра, колесо должно быть легким и максимально свободным во вращении. Следует позаботиться и об отсутствии его люфта как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскостях: от этого зависит точность показаний велокомпьютера.

Возможные варианты конструкции колеса представлены на фото. В одном случае в качестве основы использован пластиковый диск (не помню уже, от чего), на который наклеены лопасти, вырезанные из листа плотного целлулоида, во втором - небольшая катушка из-под рыболовной лески с такими же лопастями.
Размеры колеса и лопастей подбираются экспериментально. Советую на этапе макетирования использовать для фиксации деталей силиконовый герметик. Это позволит при необходимости разобрать конструкцию без механического повреждения ее составных компонентов. На мой взгляд, оптимальный внешний диаметр колеса составляет 4-6 см. Лопастей на нем должно быть 6-8. большее их количество лишь усложняет и утяжеляет конструкцию, не принося ощутимой пользы, а меньшее -приводит к неравномерному вращению. Разумеется, все лопасти должны иметь одинаковую геометрию и размещаться на диске строго симметрично, чтобы не сместить центр тяжести колеса, что также приведет к огрехам (правда, не фатальным) в работе манометра.

Фото варианты конструкции колесного блока

То же самое касается и магнитов. В штатном комплекте велокомпьютера имеется только один. Чтобы не разбалансировать легкое колесо манометра, на его противоположном от магнита крае потребуется установить противовес. Лучше же использовать 3-4 магнита — это позволит равномерно распределить их по краям колеса, обеспечив его плавный ход и, соответственно, стабильность показаний ЖК-дисплея. Большее количество магнитов использовать не советую: при слишком плотном расположении они создадут сплошное магнитное поле, препятствующее своевременному размыканию контактов геркона.
Магнитики должны быть по возможности компактными, но в то же время мощными. Приоритет следует отдать полимерным, как стойким к коррозии и более легким. Подходящие есть в маятниках электронно-механических часов, роторах некоторых аквариумных водяных насосов и пр. Отличные магниты в лазерных головках устройств для работы с компакт-дисками (CD) - компактные и очень сильные, так что, если есть возможность достать вышедшие из строя лазерные «пушки», не премините ею воспользоваться.
Отсутствие постоянного магнита в закромах - не проблема. В дело могут пойти мебельные, кухонные, канцелярские - они не дефицитны и не дороги.

В общем, выйти из положения можно, лишь бы размер подходил. Кстати, по поводу размера. В туристических шахматах, шашках, нардах магнитики маленькие, и, главное, их много. Но соблазн купить подобный набор придется преодолеть: магнитные вкладыши в них слабенькие, они не в состоянии замкнуть (или разомкнуть, поскольку герконы бывают еще и нормальнозамкнутые контакты датчика, даже самого маленького. По крайней мере с имеющимися в моей коллекции герконами. в том числе и высокочувствительными, не справились ни азиатские, ни отечественные, еще советских времен, магнитные пешки и ферзи.

К сожалению, постоянный магнит, будь он полимерным, металлическим или керамическим, - материал не самый удобный для обработки в домашних условиях. Худо-бедно справиться с ним могут лишь отрезные круги с алмазным напылением -это касается как резки, так и шлифовки заготовок. Лучше в качестве инструмента использовать мини-дрели (в обиходе их чаще называют бормашинками) и соответствующие насадки к ним. Но и это не гарантирует надлежащего качества готового изделия, поскольку даже очень нежный распил, как правило, сопровождается спонтанным расслаиванием заготовки.
С другой стороны, расколоть магнит труда не представляет. Так что, если под рукой не оказалось подходящего по габаритам изделия, берем в руки молоточек и... отбираем максимально плоские осколки примерно равного размера.

Остается продумать систему крепления колеса в рамке-кронштейне. Здесь также возможны варианты. Принципиальных два - горизонтальная и вертикальная ориентация колеса. В первом случае удобнее жестко закрепить колесо на оси, которую (предварительно обточив концы на конус) устанавливают в проделанные в кронштейне лунки глубиной 2-3 мм (лучше с фторопластовыми вкладками для обеспечения максимальной легкости вращения). Во втором — ось жестко закрепляют в кронштейне, предоставляя колесу возможность свободного вращения на ней. При этом важно добиться максимально легкого хода колеса, минимизируя его трение об ось.

Фото геркон

Мне кажется, что проще всего сделать так. В просверленное строго в центре колеса отверстие вклеивают пластиковую трубку, длина которой чуть больше, чем суммарная толщина колеса вместе с лопастями и магнитом, а диаметр раза в два превышает диаметр оси. На торцы этой трубки наклеивают тонкие шайбы (опять же лучше из фторопласта), внутренний диаметр которых на 0,1-0,2 мм больше диаметра оси. Эти шайбы будут выполнять функции цилиндрических опор, сводя площадь соприкосновения колеса и оси к минимуму и, соответственно, уменьшая их трение.

В целом возможные конструкции блоков представлены на рисунке. Как видите, ничего сложного они собой не представляют: объяснять едва ли не дольше, чем делать. Главное - собрать все максимально аккуратно, соблюдая всякие там симметрии, прямоугольности, перпендикулярности, соосности и т.д.
Способы фиксации блока зависят от того, где именно он будет установлен. Если внутри аквариума, то достаточно пары банальных присосок, если вне его -придется еще немного помудрить с зажимами, клипсами или другими подходящими для этого случая конструкциями.

Несколько слов о герконе. В велокомпьютерном исполнении он залит в пластиковую оболочку и в дополнительной гидроизоляции не нуждается. Остается лишь закрепить его на рамке колесного блока так, чтобы зазор между датчиком и проходящим мимо него магнитом был достаточным для замыкания контактов. Определить это расстояние просто: надо несколько раз провести магнитом мимо геркона, следя за тем. что происходит на ЖК-дисплее спидометра и фиксируя максимальный отступ, при котором система начинает срабатывать.
Если габариты или внешний вид «родного» датчика не устраивают, его можно заменить любым другим герконом. Нельзя сказать, что они есть в каждом магазине, но на радиорынках бывают почти всегда и стоят копейки. Замена - дело минутное: нужно лишь отрезать штатный и припаять новый, а небольшой порции силиконового герметика хватит и для гидроизоляции, и для приклеивания геркона на рамке.

Ну а напоследок несколько слов об эксплуатации манометра. По сути ни в каком уходе он не нуждается. Даже образовавшийся на кронштейне и колесе водорослевой налет, если только он не препятствует вращению, можно не трогать. Наоборот, эти «украшения», на мой взгляд, лишь помогают устройству гармонично вписаться в интерьер комнатного водоема. Единственное, что требует контроля, - это состояние элементов питания. В качестве таковых используются часовые «таблетки», ресурса которых, как указано в инструкциях, обычно хватает на 2 года эксплуатации. Тут, правда, есть один нюанс. Большинство моделей велокомпьютеров «оживают» лишь с началом движения, а остальное время «спят», показывая, например, текущее время. В нашем же случае эксплуатация будет действительно круглосуточная. Насколько быстро исчерпают себя батарейки в этом интенсивном ритме, не знаю. Могу только отметить, что мой манометр работает уже 4 месяца и пока проблем нет. Но и прогнозы давать рано, поскольку индикатора состояния батарей на нем нет.

*См. В.Милославский. При минимуме затрат - «Аквариум» № 3/2001.

Журнал Аквариум 2004 №4

Еще по этой теме:

ЭЛЕКТРОННЫЙ ТАЙМЕР

Просмотров: 5688

Комментарии к этой статье:

Добавить ваш комментарий: