Как-то на днях мне потребовалось закрепить деревянный брус на фронтоне дома так, чтобы он был абсолютно горизонтален. Обычно проблемы подобного рода решаются с помощью поплавкового уровня – древнейшего строительного инструмента. Однако в этом конкретном случае я не мог им воспользоваться из-за того, что лестница оказалась коротка, и я не мог одновременно контролировать положение бруса и положение поплавка в уровне.
Помучившись минут двадцать, я решил, что необходимо применить смекалку и свои знания в области электроники. Через час было найдено удачное решение, и работа была завершена.
Для изготовления электронного индикатора уровня за основу был взят все тот же пузырьковый уровень, который был слегка модернизирован добавлением нескольких электронных компонентов.
Устройство датчика уровня изображено на Рисунке 1.
 |
|
| Рисунок 1. | Устройство датчика горизонтального уровня. |
Для преобразования положения пузырька воздуха в поплавковом уровне в электрический сигнал колба поплавка 1 подсвечивается с торца светодиодом 2, а в нижней части колбы по ее центру закреплен фоторезистор 3, сопротивление которого меняется от положения пузырька.
Сопротивление фоторезистора уменьшается, когда воздушный пузырек оказывается в пределах центральной части колбы и увеличивается по мере отклонения пузырька в любую сторону. Как правило, колба имеет две граничных черты, в пределах которых положение воздушного пузырька показывает отклонение от горизонтали в пределах ±0.5 градуса. Во всяком случае, мои измерения при помощи цифрового инклинометра для имеющегося в моем распоряжении образца это подтверждают.
Принципиальная схема простейшего индикатора горизонтального положения приведена на Рисунке 2.
 |
|
| Рисунок 2. | Простейший индикатор горизонтального уровня. |
Мы видим, что фоторезистор R2 включен в цепь положительной обратной связи генератора импульсов, и его сопротивление определяет частоту генерируемого сигнала при неизменном значении конденсатора С1. Частота генератора увеличивается при приближении воздушного пузырька к центру колбы и достигает своего максимального значения при его расположении точно по центру колбы. Изменения частоты при отклонении от горизонтали в 1 градус в любую сторону достигают 10% от максимального значения. Однако даже незначительные отклонения пузырька воздуха от центра колбы легко улавливаются на слух.
Оптимальную частоту, равную примерно 1000 герц, можно установить, подбирая значение конденсатора С1 или изменяя ток через светодиод.
Однако, с практической точки зрения, лучше иметь индикатор горизонтального положения, индицирующий момент достижения равновесия, включая звуковой сигнал и зажигая светодиод. Схема такого индикатора приведена на Рисунке 3.
 |
|
| Рисунок 3. | Практическая схема индикатора горизонтального уровня. |
Ток, проходящий через фоторезистор R2, создает падение напряжения на резисторе R3. Наибольшее значение напряжения на резисторе R3 соответствует равновесному положению датчика уровня и запоминается пиковым детектором A1.1, VD1 и C1.
К выходу повторителя A1.2 подключена цепочка из переменного резистора R4 и постоянного резистора R5. Напряжение в контрольной точке кт2 соответствует максимальному значению в контрольной точке кт1. Переменным резистором R4 выставляется напряжение в контрольной точке кт3, примерно равным 0.99 от напряжения в контрольной точке кт2. Компаратор A2.1 сравнивает напряжения в точках кт1 и кт3, и пока напряжение в точке кт1 будет больше напряжения в точке кт3, на выходе A2.1 будет присутствовать низкий уровень, гореть зеленый светодиод и раздаваться звуковой сигнал.
Если напряжение в точке кт1 станет меньше напряжения в точке кт3, а это случится, если плоскость, на которой расположен датчик, отклонится от горизонтального положения, на выходе A2.1 появится высокий уровень, потухнет зеленый светодиод, звуковой сигнал смолкнет, и загорится красный светодиод.
Настройка индикатора сводится к регулировке R4 для получения приемлемой чувствительности.
Индикатор уровня смонтирован в прямоугольном светонепроницаемом корпусе, при этом датчик расположен параллельно одной из сторон корпуса. Это позволяет использовать индикатор как для контроля горизонта, так и для контроля вертикали.
После включения питания индикатор следует наклонить влево, затем вправо, чтобы пиковый детектор запомнил положение равновесия, затем установить индикатор на контролируемую поверхность.
В заключение следует отметить, что фоторезистор вполне можно заменить фототранзистором.
В случае применения двух фототранзисторов становится возможным построение индикатора по дифференциальной схеме, что позволит контролировать не только факт отклонения от горизонтали, но и знак этого отклонения. Разумеется, в этом случае будет необходима периодическая калибровка прибора.
Схема, приведенная на Рисунке 3, в калибровке не нуждается в силу самого принципа реализации.
Купить TLC2272 на РадиоЛоцман.Цены
