從電阻分壓聯(lián)想到家庭暖氣爆管監(jiān)測

北京市東直門中學(xué)(100007)

石玉峰●

從電阻分壓聯(lián)想到家庭暖氣爆管監(jiān)測

北京市東直門中學(xué)(100007)

石玉峰●

物理，來源于生活，服務(wù)于生活.引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注生活中遇到的問題，嘗試使用課堂上學(xué)習(xí)的物理知識解決問題，極大地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，使學(xué)生加深對物理概念和規(guī)律的理解，同時提高學(xué)生動手操作的能力，對學(xué)生智力開發(fā)大有裨益.采用電阻分壓和比較器可以可靠地實現(xiàn)家庭暖氣爆管的檢測，該檢測方法簡單易行、成本低廉，減少居民家庭的經(jīng)濟損失.

物理;電阻分壓;暖氣爆管監(jiān)測;比較器

北方地區(qū)進入冬季后，由于家家戶戶都有供暖設(shè)備，室內(nèi)環(huán)境非常舒適，南方地區(qū)的人們對此的感情是羨慕.殊不知，雖然目前的暖氣管色彩斑斕、外觀整潔，但是由于金屬材料較薄，居民時不時會受到暖氣管爆管的襲擾.

一次，媽媽正在做晚飯，爸爸還沒下班，我正在放學(xué)途中，我臥室的暖氣管突然爆管，大量的暖氣水噴濺在房頂、木地板、床鋪上，由于抽油煙機的響聲較大，掩蓋了暖氣水的濺射聲音，等到媽媽發(fā)現(xiàn)，我的臥室已經(jīng)是一片汪洋大海.媽媽手忙腳亂地關(guān)閥、除水，弄得渾身濕透，等我和爸爸趕到家，她已經(jīng)筋疲力盡了.沒過多久，大白天我家客廳的暖氣管又爆管，水漫金山，把樓下奶奶家都淹了，我爸媽在單位接到樓下奶奶的電話，匆匆趕回家，又是一通折騰，除了自家地板泡壞了，還賠了樓下奶奶一筆裝修錢.自那以后，爸爸媽媽上班時一聽到電話鈴響，總是提心吊膽的，生怕家里的暖氣管又爆管.

學(xué)了中學(xué)物理的電路以后，我想起了家里的暖氣管爆管，是否可以利用電路原理實現(xiàn)暖氣爆管的監(jiān)測，一旦發(fā)現(xiàn)暖氣爆管，能夠自動給爸媽、鄰居和物業(yè)發(fā)出短信報警.這樣既能及時發(fā)現(xiàn)爆管事故，減少經(jīng)濟損失，還能讓家長上班不再提心吊膽.為此，我根據(jù)課上老師給我們講的電路原理進行了大膽的實驗設(shè)計和研究.

一、漏水檢測方案

隨著科技的發(fā)展，手機成為人們生活中隨身攜帶必備用品之一，利用手機短信提醒業(yè)主家里暖氣爆管是一種簡單有效的方法.單片機在我們周圍有著大量的應(yīng)用，基于單片機設(shè)計的智能設(shè)備隨處可見，所以我想通過微處理器來采集電壓信號實現(xiàn)是否發(fā)生暖氣泄漏.

當(dāng)前的暖氣管道內(nèi)通常采用水作為傳熱介質(zhì)，由于水中含有鈣離子、鎂離子、氯離子等雜質(zhì)，所以具有一定的導(dǎo)電性.聯(lián)想到課上的伏安法測電阻原理，我設(shè)計了圖1所示的暖氣漏水檢測電路.其中，兩根金屬棒作為檢測元件，當(dāng)?shù)孛鏇]有積水時，兩根金屬棒不導(dǎo)通，輸出端的電壓等于供電電源；一旦暖氣管漏水導(dǎo)致地面積水，兩根金屬棒導(dǎo)通，理想情況下信號輸出端Uo電壓等于“地電平”，以此實現(xiàn)暖氣管漏水檢測.

該方法具有結(jié)構(gòu)簡單，容易實現(xiàn)等優(yōu)點，但實測結(jié)果發(fā)現(xiàn)：由于自來水的導(dǎo)電性相對較差，電極間的電阻值很大(為MΩ級)，導(dǎo)致R1下端的電壓值變化很小，因此該方法并不可靠.為此設(shè)計了圖2所示方案.

圖2中，在原電阻R1下面串接了具有相同阻值的電阻R2.正常情況下由于兩根金屬不導(dǎo)通，電阻R1和R2沒有分壓作用，輸出Uo為3.3V；一旦暖氣管漏水，兩根金屬導(dǎo)通，電阻R1和R2就有分壓作用.把分壓輸出Uo接到比較器的正輸入端，通過適當(dāng)調(diào)節(jié)電阻R3和R4的比值，使暖氣管沒有漏水時比較器輸出為高電平；一旦暖氣管爆管造成地板上積水，比較器輸出低電平.把該信號輸送給單片機，就可由單片機根據(jù)輸入電平的變化通過GSM短信模塊，把報警信息發(fā)送給業(yè)主的手機上，實現(xiàn)暖氣管漏水的及時報警.

2.漏水檢測實驗

為了驗證漏水檢測方案是否可行，選用了電阻、銅柱和萬用表進行了實驗.使用自來水進行測試，調(diào)節(jié)電阻R3，使R3電阻上的電壓為3.0V.當(dāng)兩根銅柱之間沒有水時，U0的電壓值約為3.3V，比較器輸出也為3.3V；當(dāng)兩根銅柱之間有水時，U0的電壓值約為2.1V，低于U1的3.0V，比較器的輸出發(fā)生了明顯翻轉(zhuǎn)，具有很高的檢測靈敏度和可靠性.

實驗結(jié)果表明采用電阻分壓和比較器可以可靠實現(xiàn)家庭暖氣爆管的檢測，該檢測方法簡單易行、成本低廉.結(jié)合微處理器和GSM短信模塊，可以實現(xiàn)暖氣管爆管的快速監(jiān)測報警，為減少居民家庭損失提供幫助.

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