從電阻分壓聯想到家庭暖氣爆管監測

北京市東直門中學(100007)

石玉峰●

從電阻分壓聯想到家庭暖氣爆管監測

北京市東直門中學(100007)

石玉峰●

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

物理;電阻分壓;暖氣爆管監測;比較器

北方地區進入冬季后，由于家家戶戶都有供暖設備，室內環境非常舒適，南方地區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，等到媽媽發現，我的臥室已經是一片汪洋大海.媽媽手忙腳亂地關閥、除水，弄得渾身濕透，等我和爸爸趕到家，她已經筋疲力盡了.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.

學了中學物理的電路以后，我想起了家里的暖氣管爆管，是否可以利用電路原理實現暖氣爆管的監測，一旦發現暖氣爆管，能夠自動給爸媽、鄰居和物業發出短信報警.這樣既能及時發現爆管事故，減少經濟損失，還能讓家長上班不再提心吊膽.為此，我根據課上老師給我們講的電路原理進行了大膽的實驗設計和研究.

一、漏水檢測方案

隨著科技的發展，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用，基于單片機設計的智能設備隨處可見，所以我想通過微處理器來采集電壓信號實現是否發生暖氣泄漏.

當前的暖氣管道內通常采用水作為傳熱介質，由于水中含有鈣離子、鎂離子、氯離子等雜質，所以具有一定的導電性.聯想到課上的伏安法測電阻原理，我設計了圖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，當地面沒有積水時，兩根金屬棒不導通，輸出端的電壓等于供電電源；一旦暖氣管漏水導致地面積水，兩根金屬棒導通，理想情況下信號輸出端Uo電壓等于“地電平”，以此實現暖氣管漏水檢測.

該方法具有結構簡單，容易實現等優點，但實測結果發現：由于自來水的導電性相對較差，電極間的電阻值很大(為MΩ級)，導致R1下端的電壓值變化很小，因此該方法并不可靠.為此設計了圖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，通過適當調節電阻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，就可由單片機根據輸入電平的變化通過GSM短信模塊，把報警信息發送給業主的手機上，實現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，調節電阻R3，使R3電阻上的電壓為3.0V.當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，比較器的輸出發生了明顯翻轉，具有很高的檢測靈敏度和可靠性.

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

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1008-0333(2017)07-0068-01