Датчик паров алкоголя

А.КАШКАРОВ, RA1AGS,

г. С.-Петербург.

Количество употребленного "на душу" (точнее, на тело) алкоголя в ряде случаев весьма критично (например, для водителей). Во многих странах Европы (Герма­нии, Финляндии, Польше и др.) несколько пет назад появились в свободной продаже детекторы ал­когольных паров, или так называ­емые "алкотестеры" (Roadtest). Конечно, это не профессиональ­ные приборы, но и они позволяют контролировать "запах" и оценить свое состояние после приема чего-нибудь "согревающего". Вари­антов алкотестеров, выпускаемых разными фирмами, много, а вот аналогичных приборов отече­ственного производства в свобод­ной продаже пока нет. "Алкотестер" (рис.1) представ­ляет собой анализатор паров спирта, а также толуола, ксилола и других летучих органических ве­ществ. В верхней части прибора расположена сменная пластмас­совая трубка, которая предназна­чена для вдувания воздуха ртом (в прибор).

При включении питания раздается кратковременный звуковой сигнал (пик-пик), через 1...2с — второй (аналогичный первому), и на индикаторе (внизу, под циф­рами) мигает слово "Wait" (подож­дите). В этот период продолжи­тельностью 10...12 с происходит вхождение датчика в режим изме­рений. После этого третий звуко­вой сигнал свидетельствует о том, что прибор готов к работе (к ана­лизу принимаемого воздуха). При этом на индикаторе "Wait" сменя­ется на "Ready".

Если после третьего сигнала "не дуть в трубочку", прибор воспри­нимает тот же воздух, который он уже проанализировал, и, не най­дя различий, в течение 10...12 с выдает отрицательный вердикт (в медицине отрицательный резуль­тат считается хорошим, не под­тверждающим диагноз). Это со­стояние показывается на индика­торе надписью "OFF" (без всяких сигналов). Система автовыключе­ния отключает питание прибора спустя примерно 1,5 мин (для эко­номии батарей).

Когда в дыхании обнаружено присутствие паров алкоголя, при­бор выдает на индикаторе цифро­вые показания (максимум 4000 — надо просто забыть о машине) и подтверждает свое исследование бесконечными сигналами, отклю­чить которые можно либо кнопкой "Reset" (тестирование сначала), либо "Power".

В устройстве установлен специ­альный датчик наличия примесей в воздухе типа TGS-2620 (Taguchi Gas Sensor — рис.2) фирмы Figaro Engineering Inc (Япония). Первоот­крывателем этих датчиков в 1962 г. стап японский изобретатель Н.Тагучи. Большинство датчиков TGS (TGS-822, TGS-2620) сделано на основе оксида олова. Сопротивле­ние этих датчиков постоянному току в обычном воздухе велико, а при наличии в воздухе примесей (паров органического происхожде­ния) сопротивление резко снижа­ется. Зависимость относительно­го сопротивления датчика от кон­центрации газа показана на рис.3. Датчики не универсальны, например,датчик паров алкоголя не реагирует на на­личие фреона.

Типовая схема включения датчи­ка приведена на рис.4. Если подключить такой датчик к компара­тору (устройству сравнения), то последний среа­гирует на измене­ние сопротивления датчика и включит сигнали­зацию. Для эф­фективной рабо­ты датчиков требуется постоянное напряжение около 5 В, поэтому такой прибор может с успехом использоваться с автоном­ным питанием, например, от 3-4 миниатюрных батареек типораз­мера ААА. Огорчает лишь стоимость датчиков — почти 50 USD. По аналогичному принципу действует предлагаемое устройство с той лишь разницей, что промежуточных звуковых сигналов и цифровой индикации оно не имеет, а показывает только два состо­яния: ПЬЯН (звук длится до выключения питания) или не пьян (нет звука). Схема "Алкотестера" с использованием датчика TGS-2620 приведена на рис.5.

Напряжение питания для нагре­вателя датчика В1 подается на его вывод 1, к общему проводу под­ключается вывод нагревателя 4. Для обработки выходного сигна­ла датчика используется компа­ратор DA2 (К554САЗ), который сравнивает напряжения на своих входах. Неинвертирующий вход компаратора подключается к вы­воду 2 датчика, а инвертирующий — к цепочке R2-R3-R4-R5, созда­ющей термокомпенсированное (за счет термистора R2) опорное на­пряжение Uo.

Операционный усилитель DA1 с элементами VD1, R6, С2, R7, R9 обеспечивает задержку 1 ...1,5 мин, необходимую для устранения ложных срабатываний при вклю­чении питания и проведения из­мерений. Без этой задержки уст­ройство может включить звуковой сигнал независимо от наличия па­ров алкоголя.

Когда изменение выходного на­пряжения В1 под воздействием паров алкоголя с концентрацией, превышающей установленный предел, вызывает срабатывание компаратора DA1, высокий уро­вень на его выходе обеспечивает включение звукового капсюли со встроенным генератором НА1 или иного устройства сигнализации.

Без термокомпенсирующей схе­мы сигнал датчика мог бы изме­няться в диапазоне 600...3400 ppm (600-10^-6...3400-10^-6) при задан­ном значении концентрации паров спирта 1500 ppm (при окружающей температуре 20°С и влажности 65%). Зависимость относительного сопротивления датчика от окружающей температуры изображена на рис.6. Для термокомпенсации служит термистор R1. На­пряжение Uo может меняться в диа­пазоне 2,5...3,2В при температуре окружающего воздуха +40°С и отно­сительной влажности 65% и, соответственно, в диапазоне 1,9...3,1 В при температуре -10°С. Результа­ты применения термокомпенсирующего резистора представлены в таблице. Конденсатор С1 сглажи­вает пульсации напряжения при питании устройства от сетевого ис­точника питания. Диод VD1 пре­пятствует току утечки оксидного конденсатора С2.

Детали. Терморезистор R1 — типа NTC, ММТ или аналогичный. Транзистор VT1 заменяется на КТ601, КТ603, КТ940 с любым бук­венным индексом, микросхема DA1 —    на KР140УД120Э, КР140УД6. Диод VD1 — КД521, КД522 с лю­бым буквенным индексом. Оксид­ные конденсаторы С1, С2 — типа К50-29 или аналогичные.

Звуковой излучатель НА1 — лю­бой с встроенным генератором 34 на напряжение 5. ..12 В.

Для дополнительной световой сигнализации параллельно капсю­лю НА1 можно подключить светодиод (типа АЛ307БМ или аналогич­ный с током до 10 мА) анодом к"+" питания с последовательно подсо­единенным резистором сопротив­лением 470...750 Ом.

Источник питания прибора (если не использовать батарею)—стабилизированный, напряжением 5 В (±5%). Ток потребления не превышает 70 мА (без учета светодиодного индикатора).

Кроме датчика TGS-2620, в дан­ной схеме могут применяться дат­чики фирмы Murata TGS-880, TGS-2181 или TGS-822 (напряжение питания — 12... 15 В).

 

 

Датчик паров алкоголя (ПРОДОЛЖЕНИЕ)