Пионер-электротехник

Электросигнализация очень широко используется в современной технике и в быту. Простейший вид сигнализации можно наблюдать в квартирах. Это звонковая, или звуковая, сигнализация. Световая и звуковая сигнализации находят большое применение в различных отраслях техники.

При помощи специальных электрических сигналов и приборов осуществляется буквопечатание на расстоянии как по проводам (телеграфирование), так и без проводов (радиотелеграфирование); передача неподвижных изображений (фотографий) на расстояние как по проводам, так и без проводов (радиофототелеграфирование); управление механизмами и ракетами на расстоянии (радиотелемеханика); управление машинами автоматически, без человека (автоматика); обнаружение самолетов, кораблей, ракет и определение их местоположения в пространстве (радиолокация); вождение и посадка самолетов в условиях отсутствия видимости (радионавигация). Неоценимые услуги оказывают человеку электрические сигналы и во многих других отраслях техники.

В работах пионера-электротехника может быть широко использована только звуковая и световая сигнализации для вызовов, охраны, защиты от аварий и пожаров, сигнализация времени, а также некоторые специальные случаи использования сигнализации.

Приборы для звонковой сигнализации

Самой простой сигнализацией является звонковая. Для ее установки потребуется электрический звонок, некоторое количество изолированных проводов (звонковых, телефонных или радиотрансляционных), источники электрического тока и кнопка для вызова.

Электрические звонки в продаже встречаются на сеть напряжением 120 и 220 вольт. Некоторые из них включаются непосредственно в осветительную сеть.

В конструкцию некоторых звонков входят и понижающие трансформаторы, преобразующие сетевой ток 120 или 220 вольт в ток низкого напряжения б—12 вольт.

Этим напряжением питается цепь звонка.

В помещениях, где отсутствует электрическая сеть, применяются электрические звонки с питанием от 3—4-вольтовых мокрых или сухих батарей, а также от аккумуляторов.

Устройство электрозвонка с питанием от батарей и схема его включения показаны на рисунке 43.

Рис. 43. Устройство электрозвонка постоянного тока и схема его включения.

Он состоит из электромагнита 1; против его полюсов на расстоянии 2–3 миллиметров расположен якорь 2, состоящий из железной пластинки, к которой прикреплена контактная упругая тонкая пластинка 3. Один конец пластинки якоря 2 изогнут дугой и заканчивается молоточком 4, а другой его конец прикреплен к контактной пластинке 3, которая отогнутым концом касается контактного винта 5, а вторым концом прикреплена к корпусу звонка 6. Против молоточка 4 установлена чашечка 7 при помощи стойки с гайкой 8. Все детали звонка укрепляются на деревянном основании 9.

Когда кнопка 10 не нажата, электрическая цепь разомкнута. При этом якорь отведен в сторону контактного винта.

Если нажать кнопку, то плотно соприкоснутся ее контакты 11 и замкнут цепь звонка.

Ток от плюса батарейки 12 потечет по соединительному проводу через металлическую планку 13, регулировочный винт, контактную пластинку на корпус звонка. С корпуса звонка ток попадает в обмотку электромагнита и возвращается на минус батарейки через зажим 14, соединительный провод и контакты кнопки.

Когда ток проходит по обмотке электромагнита, сердечник 15 намагничивается и притягивает к своим полюсам якорь. Молоточек якоря ударяет по чашечке.

Как только к электромагниту притянется якорь, вместе с ним отойдет от контактного винта и пластинка 3, электрическая цепь в этом месте разомкнется, и движение тока прекратится. При исчезновении тока электромагнит мгновенно размагничивается. Якорь под действием упругости контактной пластинки отходит от полюсов электромагнита, снова замыкая электрическую цепь звонка в том месте, где она была разорвана. Когда замкнется цепь якоря, он снова притянется к электромагниту, вызывая второй удар молоточка о чашечку. В этот момент цепь звонка разомкнется, и все повторится снова. Таким образом, пока нажата кнопка, молоточек будет ударять о чашечку звонка. Если отпустить кнопку, то движение тока в цепи прекращается, и звонок перестает издавать звук.

Изготовление простейшего электрического звонка

Самый простой в изготовлении звонок и его части показаны на рисунке 44.

Для его изготовления потребуются обычные провода диаметром 0,15—0,30 миллиметра, а другие материалы можно найти в любой квартире.

Из мягкой стальной полоски изготовьте П-образный сердечник электромагнита с отверстиями на концах. Оберните его середину несколькими слоями бумаги, пропитанной парафином. Из картона или плотной бумаги вырежьте щечки и приклейте их по концам бумажной обертки — вы получите катушку электромагнита.

Намотайте на катушку 100–150 витков обмоточного провода диаметром 0,15—0,30 миллиметра. Испытайте силу притягивания электромагнита. Для этого возьмите новую батарейку от карманного фонаря, присоедините ее полюсы к выводам обмотки электромагнита через кнопку. Поднесите к полюсам электромагнита лезвие ножа на расстояние 4–5 миллиметров и нажмите кнопку. Лезвие должно притянуться к сердечнику. Если же этого не произойдет, то домотайте 30–40 витков и снова испытайте электромагнит. Если при этом обнаружится ослабление намагничивания, то смотайте 50–60 витков и вновь проверьте намагничивание сердечника.

Продолжайте подбор витков для обмотки электромагнита до тех пор, пока не получите удовлетворительного результата. После этого припаяйте к обмотке гибкие изолированные провода — выводы.

Приготовленный электромагнит прикрепите к деревянному основанию.

Изготовьте якорь из тонкой стальной полоски и прикрепите к нему контактную пластинку из тонкой упругой латунной полоски. Изготовьте П-образную скобу из мягкой стали для контактного винта. Укрепите чашечку с торца основания при помощи шурупа, пропущенного сквозь трубочку, сделанную из жести. Чашечкой может служить любая металлическая крышка от чернильного прибора.

Прикрепите скобу к основанию звонка мелкими шурупами. Подберите латунный болтик с двумя гайками, заострите его конец напильником, он будет служить контактным винтом. Укрепите контактный винт гайками с двух сторон скобы. Прикрепите якорь к основанию звонка и соберите его электрическую схему. Один вывод от обмотки присоедините к скобе, а другой — к контакту кнопки. Присоедините один конец гибкого провода к якорю, а другой — к полюсу батарейки карманного фонаря. Минус батарейки соедините гибким проводом со свободным контактом кнопки — и схема готова.

Рис. 44. Самодельный электрозвонок и его части: 1 — деревянное основание; 2 — электромагнит; 3 — катушка электромагнита; 4 — якорь; 5 — контактная пластинка; 6 — молоточек; 7 — контактный регулировочный винт; 8 — контргайка; 9 — чашечка; 10 — стоечка; 11 — крепежный шуруп; 12 — контактная скоба.

Теперь приступайте к регулировке звонка. Сделайте зазор 3–4 миллиметра между якорем и полюсами электромагнита путем ввинчивания контактного винта и отгибания свободного конца контактной пластинки. Нажмите на кнопку, и звонок должен звонить. Если звонок не будет звонить, попробуйте уменьшить зазор между якорем и полюсами электромагнита или ослабить давление якоря на контактный винт, отгибая якорь в сторону электромагнита. Силу удара молоточка надо регулировать отгибанием молоточка в ту или другую сторону, при этом регулируется зазор между молоточком и краем чашечки. Готовый звонок можете использовать для различной сигнализации.

Схемы сигнализации для вызова

Наиболее часто встречается вызывная сигнализация. Она представляет собой обычные звонковые установки, которые служат для подачи звуковых сигналов в учреждениях, у входных дверей квартир, в школах, мастерских и т. п.

Самая простая схема сигнализации для вызова содержит один звонок, одну нажимную кнопку, источник питания и соединительные провода. Подобная схема показана на рисунке 45, а.

Рис. 45. Различные схемы звонковой сигнализации: I, II, III — вызываемые пункты.

Чтобы не напутать в проводке и получить линию наиболее короткой, надо сначала составить схему на бумаге. Составляя схему звонковой проводки с питанием от элементов или аккумуляторных батарей, надо учитывать, чтобы источники тока были расположены близко от звонковой линии и находились в промежутке между звонком и кнопкой. В этом случае на проводку тратится меньше провода, а в цепи звонка тратится меньшая электрическая мощность.

На схеме (рис. 45, а) для проверки правильности ее составления стрелочками указаны направление движения тока по проводам. Схема будет тогда правильно собрана, когда ток, следуя от плюса источника по проводам, проходит поочередно все детали и снова возвращается в источник через провод, соединенный с минусом.

Перед прокладкой звонковой сигнализации изготавливают ящики для гальванических элементов и укрепляют их на заранее размеченных местах.

Если для звонковой установки приходится вести длинные линии, а в помещении имеется центральное отопление и водопровод, то проводку можно сделать однопроводной. Роль другого провода будет выполнять металлическая водопроводная труба. Схема однопроводной сигнализации показана на рисунке 45, б.

В сельской местности, когда приходится вести длинную линию сигнализации из одного дома в другой, используется тоже однопроводная сигнализация.

В этом случае на обоих концах линии закапывают в землю железные или медные листы, к которым припаивают выводы. Для лучшего контакта на листы насыпают соли, поливают их водой, засыпают землей, смачивая ее соленой водой. Схема подобной сигнализации показана на рисунке 45, б.

Звонковая проводка может быть выполнена от сети переменного тока. При этом возможны три варианта звонковых цепей:

1. Прокладка провода с использованием отдельного понижающего трансформатора для звонковой цепи, как показано на рисунке 45, в.

В этом случае электрическая линия от сети ведется на роликах, перед трансформатором устанавливается щиток с предохранительными пробками. Проводка звонковой цепи низкого напряжения производится с помощью скобочек.

2. Проводка звонка со своим понижающим трансформатором внутри. При этом отвод от электрической сети прокладывается на роликах до звонка. Перед звонком устанавливается щиток с предохранителями. А провода, идущие к звонковой кнопке, прокладываются на скобочках, как показано на рисунке 45, г.

3. Прокладка линии для звонка с использованием лампы накаливания вместо понижающего трансформатора, как показано на рисунке 45, д. Эта проводка прокладывается осветительным шнуром на роликах, а вместо кнопки устанавливается обязательно выключатель. Такая проводка делается только в исключительных случаях и в сухих деревянных помещениях. При этой проводке применяется лампочка самой малой мощности.

Во многих учреждениях имеются кабинеты, например секретариат, где устанавливается звонок. К этому звонку присоединяются кнопки из нескольких кабинетов. Схема подобной сигнализации показана на рисунке 45, г, где вызов одного лица может быть произведен из двух пунктов. Подобная сигнализация может быть установлена в школе и пионерском лагере.

Очень часто встречается звонковая сигнализация, когда один человек может вызвать к себе трех человек из разных кабинетов, например из трех. Схема такой сигнализации показана на рисунке 45, е.

Сигнализатор «Пришла почта»

Оригинальный звонковый сигнализатор, извещающий о приходе почты, можно сделать в каждой квартире.

Конструкция подобного сигнализатора может быть выполнена по-разному, в зависимости от почтового ящика.

Сигнализатор представляет собой два контакта от звонковой цепи, которые замыкаются в момент укладывания почты в ящик. Такие контакты можно установить либо на верхней крышке, либо на дне ящика. Надежно работает сигнализатор, показанный на рисунке 46.

Рис. 46. Сигнализатор «Пришла почта».

Он состоит из гибких контактов 1, укрепленных на деревянном основании 2 и тяги 3. Когда открывается верхняя крышка, закрывающая прорезь для писем и газет, то при помощи тяги (узкой резинки, привязанной к нижнему контакту и проволочному кольцу) контакты замыкаются, и звонок оповещает о приходе почты.

Изготовьте основание из сухой доски и пропитайте его олифой или парафином.

К основанию прикрепите два контакта. Один из них — верхний — сделайте из толстой медной пластинки, а нижний — из упругой латунной полосочки с отверстием для кольца. Сделайте кольца из тонкой проволоки.

В верхней откидной крышке ящика сделайте два отверстия, проденьте через них проволочную петельку и прикрепите к ней один конец резинки.

Прикрепите сигнализатор ко дну ящика, привяжите к кольцу нижнего контакта свободный конец резинки. Отрегулируйте сигнализатор так, чтобы при закрытой верхней крышке его контакты были разомкнуты, а при открывании крышки — надежно замкнулись. Присоедините к контактам два гибких изолированных провода и подключите их параллельно звонковой кнопке, и сигнализатор готов к действию.

Если потребуется выключить сигнализатор, то в его цепь введите выключатель.

При желании вы можете придумать и другую конструкцию сигнализатора.

Противопожарная сигнализация

Каждому пионеру и школьнику известно, что ликвидировать пожар в самом начале его возникновения в сотни раз легче, чем бороться с ним, когда он достиг уже огромных размеров. Вот почему юные электротехники должны приложить много усилий для устройства противопожарной сигнализации в местах вероятных очагов пожаров не только у себя дома, но и в школе, на колхозном току, на складах и проч.

Противопожарная сигнализация может быть выполнена без особых затрат. При этом главную роль играют контакты, замыкающие цепь сигнализации.

Простейший противопожарный сигнализатор показан на рисунке 47, а.

Рис. 47. Различные конструкции противопожарной сигнализации.

Он состоит из неподвижного контакта — медного шурупа, к которому присоединяется один провод от цепи сигнализации. Другой провод присоединен к упругому подвижному латунному контакту в виде скобы. Контакты устанавливаются либо на стене, либо на специальной деревянной планке.

Подвижный контакт в свободном состоянии должен плотно прижиматься к неподвижному, замыкая цепь сигнализации. К кольцу подвижного контакта привяжите тонкую длинную нитку и протяните ее вдоль стен и потолков, натягивая так, чтобы контакты были разомкнуты. В случае возникновения пожара нитка перегорает, контакты замыкаются и включается противопожарная сирена, или автомобильный сигнал, или обычный звонок.

Другие весьма простые конструкции противопожарной сигнализации показаны на рисунке 47, б, в. В одной из них (рис. 47, б) контакты разомкнуты кусочком воска. При возникновении пожара повышается температура, воск расплавляется, а подвижный упругий контакт плотно соприкасается с неподвижным, замыкая цепь.

Контакты можно разъединять не воском, а тонкой ниточкой, которая прикрепляется одним концом к рукоятке рубильника, включающегося в цепь автоматически под действием специальной пружины. Второй конец ниточки прикрепляется к стене (рис. 47, в). Ниточка натянута так, что нож рубильника не касается неподвижного контакта. Ниточная сеть протянута в местах возможного очага пожара. В случае пожара ниточка быстро перегорает, и рубильник под действием пружины замкнет цепь сигнализации. На рисунке 47, г показан способ натягивания ниточкой «паутины» на потолке или на стене.

Противопожарный сигнализатор можно сделать при помощи специального термометра (рис. 47, б), у которого цепь сигнализации замкнется при помощи ртутного столбика. На шкале такого термометра имеется два зажима от контактов. Один из них соединен с ртутной головкой, а другой установлен против цифры, указывающей на аварию. При повышении температуры до угрожающего значения ртутный столбик поднимается вверх и соприкасается с верхним контактом, замыкая цепь сигнализации.

Такой термометр надо установить в месте вероятного очага пожара и включить его в цепь сигнализации.

Другим сигнализатором пожара может быть специальный предохранитель (рис. 47, а), сделанный из легкоплавкого материала. При повышении температуры окружающей среды предохранитель расплавится, и упругий контакт замкнет цепь сигнализации.

Предохранитель можно изготовить из сплавов следующего состава: олова — 3 части (по весу), свинца — 2, висмута — 5 или олова — 3 части, свинца — 5, висмута — 8.

Первый сплав плавится при температуре около 100 °C, а второй при 80 °C.

Охранная сигнализация

Можно придумать очень интересную «тайную» сигнализацию, заменяющую сторожей. Легко устроить, например, простейший сигнализатор, оповещающий о появлении человека на ступеньках крыльца или открывающего дверь помещения, шкафа, стола, сейфа и проч.

На рисунке 48 показаны некоторые варианты конструкции контактов «тайной» сигнализации. Их задача — замкнуть цепь сигнализации при открывании двери, окна, форточки, шкафа и проч.

Особенность цепи охранной сигнализации состоит в том, что ее провода скрыты от человеческого взора.

Простейшая конструкция охранного сигнализатора показана на рисунке 48, а.

Рис. 48. Различные устройство охранной сигнализации.

Врежьте контактные пластинки в косяк окна или двери с таким расчетом, чтобы обвязка оконного переплета или двери в закрытом положении надавливала на выступающий кончик упругой пластинки 1 и отводила ее от пластинки 2, разрывая цепь сигнализации.

При открывании окна или двери пластинка 1 под действием своей упругости плотно прижмется к пластинке 2, замкнет цепь сигнализации, и звонок или сирена оповестят о появлении человека в недозволенном месте.

Другие конструкции контактов сигнализаторов у входных дверей показаны на рисунке 48, б, в, г, д.

Если дверь или окно открывается наружу, то сигнализатор значительно упрощается.

Привинтите к косяку окна или двери со стороны комнаты один контакт — медную скобу 1, как показано на рисунке 48, б, и на некотором расстоянии от скобы привинтите второй контакт — упругую скобу 2 несколько большей длины так, чтобы ее свободный конец плотно прижимался к скобе 1, когда дверь открыта. После этого в обвязку двери или оконного переплета против конца упругой скобы 2 вбейте гвоздь или укрепите деревянный упор, размыкающий контакты сигнализатора, если дверь закрыта. Стоит только немного приоткрыть дверь, как контакты замкнут цепь сигнализации, приводя в действие звонок или сирену. Если дверь открывается внутрь помещения, то контакты надо установить так, как показано на рисунке 48, в.

Специальные виды охранной сигнализации

Надежную сигнализацию можно установить на ступеньках входного крыльца общественных хранилищ.

Для этого одну из ступенек установите на петлях. Под ее свободный конец подложите резиновые прокладки. На углу под ступенькой прикрепите два контакта с таким расчетом, чтобы они замыкались только под действием тяжести человека (рис. 49, а).

О появлении человека на ступеньках крыльца оповестит звонок, который включается при замыкании контактов.

При организации различных игр в пионерских лагерях вы можете построить очень забавную сигнализацию.

Она состоит из автоматического переключателя и звонка, соединенных между собой, как показано на рисунке 49, б. В цепь питания переключателя включается батарея из элементов Попова, а в цепь звонка включается батарейка от карманного фонаря. Переключатель и звонок устанавливаются рядом на стенке. Охранные контакты включаются в цепь переключателя.

Рис. 49. Конструкции сигнализаторов специальных видов.

Принцип работы этого вида сигнализации состоит в следующем. Охранные контакты между собой замкнуты, по обмотке электромагнита переключателя все время проходит электрический ток, и якорь переключателя притягивается электромагнитом. В это время цепь звонка разомкнута пластинкой на переключателе.

При размыкании охранных контактов ток в цепи переключателя прекращается, якорь под действием упругой пластинки отходит в сторону контактного винта, замыкая цепь звонка, который оповещает о появлении человека. Если «подозрительное лицо» умышленно перережет провода охранной цепи, то звонок и в этом случае немедленно зазвонит.

Такая сигнализация позволяет установить множество охранных контактов, которые соединяются между собой только последовательно, как показано на рисунке 49, в. Это значительно повысит надежность охраны.

Автоматический переключатель можно сделать из старого звонка. Удалите его чашечку и установите упор так, чтобы якорь не касался полюсов электромагнита. На основании переключателя установите две пары контактных зажимов и соедините их в цепь, как показано на рисунке 49, г.

Юные пионеры-электротехники могут широко использовать звонковую сигнализацию в лагерной жизни, в школе и дома. Надо только проявить инициативу и побольше подумать.

Автоматический сигнализатор уровня воды

На рисунке 50 показано устройство сигнализации, оповещающей о расходе воды в баках или резервуарах.

На деревянной рейке над баком укреплены блоки, через которые перекинуты и подвешены на промасленной бечевке два груза. На одном конце бечевки подвешен поплавок (бачок), на другом — небольшой грузик.

К рейке на определенной высоте прикреплены две пары параллельно соединенных контактов. Одна пара контактов соответствует наибольшему уровню воды в баке, а другая — наименьшему. Контакты установлены так, что один из них (короткий) укреплен неподвижно, а другой (длинный, упругий) имеет отверстие, через которое пропущена бечевка. Бечевка может свободно двигаться вверх и вниз. Вторая пара контактов устроена точно так же.

На бечевке завязан узелок, который не может пройти через отверстия в контактах. При повышении уровня воды в баке поплавок с водой поднимается кверху, а грузик на противоположном конце бечевки опускается. Вместе с грузиком движется и узелок, который, дойдя до нижних контактов, останавливается у отверстия в упругом контакте. Грузик под действием своего веса оттягивает упругий контакт, и тот соприкасается с неподвижным. Происходит замыкание цепи, и звонок подает сигнал.

Если уровень воды в баке будет понижаться, узелок, перемещаясь вместе с поплавком, достигнет верхней пары контактов и так же замкнет цепь звонка, который подаст сигнал о понижении уровня воды в баке.

Таким образом звонок будет сообщать о повышении и понижении уровня воды в баке. Для того чтобы сразу определить, о чем сообщает звонок (о повышении или о понижении уровня воды), возле него устанавливают две разноцветные лампочки. Одна из них включается в цепь верхних контактов, другая — в цепь нижних.

Рис. 50. Устройство автоматического сигнализатора уровня воды (а — конструкция; б — электрическая схема): 1—деревянная рейка; 2 — бак; 3 — блоки; 4 — просмоленная бечевка; 5 — поплавок; 6 — груз; 7 — предохранители; 8 — щиток; 9 — лампочки; 10 — звонок; 11 — неподвижные контакты; 12 — подвижные контакты.

Автоматический сигнализатор времени

Звонковую сигнализацию легко использовать в качестве электрического будильника, который будет давать знать о наступлении определенного часа (рис. 51). Электрическая сигнализация имеет преимущества перед будильником: будильник звонит только в том месте, где он установлен, тогда как электрический звонок 3 может быть установлен и далеко от часов. Сигнал, подаваемый электрическим звонком, можно получить более громкий, чем от будильника.

Принцип действия электрического будильника состоит в том, что минутная или часовая стрелка замыкает контакты цепи звонка, который будет подавать сигнал в определенный час. Он устроен довольно просто. На циферблате устанавливают медное кольцо 1. На нем укрепляют эластичный контакт 2, который изолирован от корпуса часов. Вторым контактом служит минутная или часовая стрелка. На рисунке показана схема электрического будильника, где в цепь батарейки 4 включены контакт 2 и стрелка часов.

Можно замыкать контакты звонковой сигнализации и при помощи часовой гири. Правда, эта система сложнее, так как приходится определять, на каком месте стены против гири нужно установить контакты звонковой цепи, чтобы произошла подача сигналов в соответствующий час.

Рис. 51. Автоматический сигнализатор времени.