Автоматика для устройства очистки питьевой воды

Используя пресную воду для приготовления пищи или питья, предварительно следует очистить её от механических и животных примесей.

К механическим примесям относится речной песок, взвеси глины, ржавчина - при использовании стальных труб по подаче водопроводной воды. К примесям животного происхождения относятся отходы подводной жизнедеятельности. На поверхности водных бассейнов может присутствовать нефтяная плёнка или парафин от эксплуатации речного транспорта или выхода из трещин в земной коре.

Вода практически непригодна для употребления из рек после наводнений и сильных дождей, качественная вода поступает из артезианских колодцев или скважин, кроме небольшого количества механических примесей не содержит иных включений.

Артезианская вода для хозяйственного использования берётся с глубины до десяти метров, для питья и приготовления пищи - с глубины до 100метров. Разница в качестве и вкусе состоит от расположения водоносного слоя от поверхности земли, дождевые воды фильтруются через грунт в течении нескольких десятков лет. Некоторые слои грунта содержат глину и тогда вода выходит в виде ключей, не имея возможности проникнуть в более глубокие слои земли.

Минеральные воды, насыщенные микроэлементами и ионами металлов берутся с глубин более ста метров, при большой минерализации такая вода разбавляется очищенной пресной водой до необходимой концентрации.

Для доведения воды до состояния потребления в сыром виде требуется дополнительный фильтр. Заводские устройства для очистки воды представляют собой резервуар с фильтрами для задержки примесей. Домашние фильтры дополнительно снабжаются серебряной сеткой для уничтожения бактерицидного состояния.

Характеристики насоса:
Насос MAGIC-JET FILTER « Magi-200».
1) Напряжение 220-240В 50Гц.
2) Мощность 5 ватт.
3) Высота напора 60 см.
4) Производительность 200 литров в час.

Характеристика устройства очистки воды:
1) Напряжение питания 220В.
2) Мощность потребления 5 ватт.
3) Интервал времени очистки 15 мин - 2 часа.

В состав насоса входит двигатель - насос с питанием от сети и система угольных и целлюлозных фильтров, электрическая часть защищена от влаги и насос может устанавливаться даже на дно резервуара, очистка идёт с подачей воды в приёмную ёмкость через шланг диаметром 6мм. За час работы насос очищает бочку воды в 200 литров, при этом не наблюдается перегрев электродвигателя. Схема автоматики необходима для управления процессом очистки воды, автоматического отключения по времени заполнения ёмкости с чистой водой, сигнализация смены фильтров, ручная и автоматическая регулировка скорости подачи фильтрованной воды, установка времени работы насоса в зависимости от объёма приёмного резервуара.

Реле времени на двух микросхемах DD1, DD2 позволяет отрабатывать интервалы времени от 15 минут до 2 часов. Для гальванического отделения высокого напряжения сети от электронной схемы устройства команда на отключение насоса проходит через оптопару U1. В качестве ключа используется усилитель на полевом транзисторе VT1.

Регулятором оборотов электродвигателя насоса является микросхема А1 – фазовый регулятор мощности.

Генератор прямоугольных импульсов выполнен на двух элементах 2ИЛИ-НЕ микросхемы DD1 серии К561 с низким энергопотреблением. Схемное решение обладает параметрами : частота F = 0.44/R1C1 где частота - в килогерцах, сопротивление - в килоомах, ёмкость в микрофарадах. Минимальная частота генератора равна F= 0.44/3300к*1мф = 0,2 Гц, максимальная 4,4 Гц при нулевом номинале R1. Напряжение питания микросхем DD1 и DD2 не должно превышать 15 вольт постоянного тока, частота генератора не зависит от температуры и не снижается при уменьшении напряжения питания до 4 вольт. Скважность импульсов равна двум. Потребление тока не превышает 2мА.

Элемент DD1.2 используется для сброса показаний счётчика DD2 по входу R в автоматическом режиме. В исходном состоянии конденсатор С2 на входе элемента D1.2 имеет нулевое сопротивление, на выходе 10 DD1 высокий уровень. По мере зарядки конденсатора C2 через резистор R3 происходит сброс показаний счётчика DD2. Напряжение на конденсаторе C2 возрастёт до напряжения питания, элемент DD1.2 переключится и на его выходе появится низкий уровень, разрешающий работу счётчика DD2.

Микросхема DD2 содержит 14-разрядный асинхронный счётчик (счётчик пульсаций) дающий на своих выходах Q0-Q13 16384 двоичных отсчётов, имеет выходной каскад формирующий тактовые импульсы. Выход Q0 получает сигнал от буферного инвертора.

Счётчик сбрасывает выходные сигналы в нуль при напряжении высокого уровня на входе сброса R. Содержание счётчика увеличивается согласно каждому отрицательному перепаду тактового импульса. Интервал времени взят с выхода Q13 (3DD2), хотя возможно использовать выходы от Q9 до Q13, внеся изменения в работу генератора.

При частоте импульса 1,066 Гц на выводе 6DD2 счётчика единица появляется через одну минуту после обнуления. Мультивибратор на DD1.1 и DD1.2 остановится после появления высокого уровня на выходе Q13.

Счёт можно в любое время сбросить нажатием кнопки «Сброс». Индикация контроля счёта выполнена на светодиоде HL1, каждые восемь импульсов светодиод горит, а следующие восемь импульсов не горит.

При достижении счёта в 8192 импульса (вывод 3 DD2), мультивибратор при наличии высокого уровня на входе 6 DD1.2, остановится.

Время длительности импульсов мультивибратора устанавливается переменным резистором R1. Длительность импульса также можно изменить заменой резистора R2 и конденсатора С3 другими номиналами.

Сигнал низкого уровня во время счёта с выхода 3 DD2 шунтирует напряжение делителя на резисторах R5,R6, что разрешает работу генератора и запрещает включение полевого транзистора VT1.Ток в стоковой цепи транзистора отсутствует, светодиод оптопары U1 закрыт и цепь коллектор- эмиттер внутреннего транзистора оптопары имеет высокое сопротивление и не шунтирует резистор R9, то есть фазовый регулятор мощности открыт, электродвигатель насоса работает на полное напряжение и мощность. По окончанию счёта на выходе 3DD2 возникнет высокий уровень напряжения, который запретит работу мультивибратора по входу 6DD1.3 и через резистор R5 откроет полевой транзистор VT1, светодиод оптопары включит внутренний транзистор, который шунтирует выводы 3,6 микросхемы A1. Фазовый регулятор мощности DA1 входит в режим отключения и нагрузка плавно обесточивается со временем, зависящим от ёмкости конденсатора С7. Включение насоса после нажатия кнопки «Сброс» происходит также плавно, что защищает механику от преждевременного выхода из строя.

Транзисторная оптопара U1 позволяет простым методом регулировать мощность в нагрузке, как и регулятор на резисторе R9 -«Обороты насоса». Оптопара в схеме работает в режиме фототранзистора, когда подключены все три вывода фотоприёмника.
Схемотехническая возможность управления как по цепи светодиода, так и по цепи базы внутреннего транзистора, позволяет оптопаре работать в линейном или ключевом режиме.
Большое внутреннее усиление оптопары позволяет использовать микросхему для коммутации больших токов электрических цепей.

Микросхема DА1 - фазовый регулятор мощности используется для плавного включения и выключения нагрузки, в данном случае электродвигателя насоса и регулирования частоты вращения.
Микросхема регулятора мощности при перегрузке и перегреве ограничивает мощность в нагрузке и состоит из двух тринисторов, узла управления и устройства тепловой защиты. Выходной мощности микросхемы фазового регулятора достаточно для работы электродвигателя используемого насоса, обороты насоса достаточно плавно регулируются при напряжении на электродвигателе от 80 до 240 вольт.

Фазовый регулятор мощности применяется не только для изменения яркости ламп накаливания, но и для регулирования частоты вращения электрических двигателей. Изменяя выходной ток узла управления микросхемы DA1 резистором R9, меняется задержка включения внутренних тринисторов в каждом полупериоде сетевого напряжения и мощность в нагрузке, конденсатор С7 плавно заряжается, напряжение на нагрузке плавно возрастает со временем зависящим от значения R9, C7.

Регулировок в схеме практически нет. Работа начинается с нажатия кнопки «Сброс», при этом все показания счётчика DD2 придут в ноль. Запущенный мультивибратор должен выдавать на выходе 4DD1 импульсы длительностью в секунду. При установки времени резистором R1 частота мультивибратора должна изменяться в указанных пределах. При включении напряжения схема устройства не работает, насос не вращается, светодиод HL1 не горит. После кратковременного нажатия на кнопку SA1 светодиод загорает, а двигатель - насос начинает вращаться.

Обороты двигателя насоса можно изменить регулятором оборотов R9, это иногда требуется для более качественной очистке воды от примесей.

Питание принципиальной схемы устройства выполнено от сети через умножитель напряжения на двух диодах VD2, VD3 с ограничением напряжения конденсатором C5. При наладке схему желательно питать от отдельного адаптера напряжением двенадцать вольт и ток до ста миллиампер, для соблюдения мер безопасности.

Схема собрана на монтажной плате размером 115*45 мм. Корпус по размерам ненамного превышает размеры монтажной платы, питание подаётся сетевым проводом с вилкой, для подключения насоса закреплено гнездо. Светодиод HL1, кнопка «Сброс», регулятор оборотов R9 и выключатель сети SA2 с предохранителем FU 1 установлены на передней панели прибора.

Литература:
1) С.Елимов «Генераторы прямоугольных импульсов». Радио №1 2000г.С.44.
2) В.Л.Шило «Популярные цифровые микросхемы». Справочник 1989г.
3) М.Путырский «Оптоэлектроника». Радиолюбитель №7 /04. С.14.
4) «Микросхема КР1182ПМ1 – фазовый регулятор мощности». Радио№7.1999 год.С.44.

Теги:

• Sprint-Layout