煤氣關(guān)閥自動提醒裝置設(shè)計(jì)

顧曉猛 李久繁

摘要：煤氣作為一種優(yōu)質(zhì)能源已經(jīng)普及，在給人們帶來便利的同時(shí)也帶來了潛在危險(xiǎn)，如煤氣泄漏、爆炸等。本設(shè)計(jì)的煤氣關(guān)閥自動提醒裝置主要由電磁繼電器、熱敏電阻、連桿裝置開關(guān)和報(bào)警器四部分組成。當(dāng)煤氣灶的開關(guān)旋鈕打開點(diǎn)火后，煤氣灶開關(guān)所連接的連桿裝置就會帶動報(bào)警電路的開關(guān)使報(bào)警電路閉合。高溫會使靠近爐頭的熱敏電阻阻值改變從而增大該電路電流，并使得電磁鐵的動觸點(diǎn)脫離報(bào)警器所在電路。當(dāng)煤氣灶關(guān)閉后，熱敏電阻因?yàn)闇囟冉档妥柚瞪撸沟美^電器動觸點(diǎn)接通報(bào)警器所在電路，裝置報(bào)警，提醒關(guān)閉煤氣罐閥門。

關(guān)鍵詞：電磁繼電器;動觸點(diǎn);自動報(bào)警

一、引言

煤氣在日常生活中已得到廣泛應(yīng)用，但在使用過程中，由于人們的疏忽，忘記關(guān)閉煤氣閥門從而導(dǎo)致煤氣泄露，引發(fā)安全問題，進(jìn)而帶來人員傷亡、財(cái)產(chǎn)損失。為避免此類事情發(fā)生，本文設(shè)計(jì)了一套用于檢測煤氣是否泄漏從而自動提醒的裝置。

二、硬件的選取與設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)的煤氣關(guān)閥自動提醒裝置以電磁繼電器為核心，利用熱敏電阻隨溫度的變化其電阻阻值呈相反趨勢變化的特性，來改變電磁繼電器電磁鐵磁性的強(qiáng)弱，從而通過動觸點(diǎn)的切換，接通不同的工作電路。煤氣灶溫度升高，熱敏電阻阻值減小，電路中的電流增大。當(dāng)電流達(dá)到某個(gè)特定值時(shí)，電磁鐵吸引下銜鐵，使動觸點(diǎn)脫離報(bào)警器所在電路。反之，當(dāng)關(guān)閉煤氣后，隨著煤氣灶溫度的降低，熱敏電阻的阻值升高，銜鐵回升，接通報(bào)警器所在電路接通，從而達(dá)到報(bào)警的作用。

2.1 熱敏電阻的選取

本裝置中所用傳感器主要是能感知熱源溫度強(qiáng)弱，選用MF58玻封型NTC熱敏電阻傳感器作為本次煤氣關(guān)閥自動提醒裝置的熱敏傳感器，其優(yōu)點(diǎn)如下：1、測試精度高;2體積小、反應(yīng)速度快;3、能長時(shí)間穩(wěn)定工作;4、互換性、一致性好;5、玻璃封裝，可在高溫和高濕等惡劣環(huán)境下使用。

2.2 電磁繼電器的選取

電磁繼電器作為本裝置的核心元件之一，其作用是用低電壓、弱電流的控制電路來控制高電壓、強(qiáng)電流的工作電路，并且能實(shí)現(xiàn)遙控和生產(chǎn)自動化。本裝置采用的是的Risym的1路5V繼電器模塊，其價(jià)格優(yōu)惠，操作簡單，易于接入線路板。

2.3 報(bào)警器的選取

在整個(gè)煤氣關(guān)閥自動提醒裝置中，起警示提醒作用的就是報(bào)警器。本裝置主要用于家庭，老年人待在家里的時(shí)間比較多，報(bào)警器需要有更大的聲、光。選用LED報(bào)警燈，聲音高達(dá)110分貝，配備了旋轉(zhuǎn)燈光，高頻閃亮，警示效果明顯。2.4 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)

因?yàn)閳?bào)警器接的是電磁繼電器的常閉端，倘若不在報(bào)警器所處電路安裝一個(gè)開關(guān)，報(bào)警器所在電路就會被一直接通，達(dá)不到煤氣關(guān)閥自動提醒的要求。為了避免此類情況的發(fā)生，本設(shè)計(jì)在報(bào)警電路中設(shè)計(jì)了一個(gè)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，如圖1所示。該機(jī)構(gòu)為對心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，滑塊的導(dǎo)路中心線通過曲柄的回轉(zhuǎn)中心。在本機(jī)構(gòu)中紅桿為主動件，黃桿以及滑塊為從動件，且紅桿固定在煤氣灶的開關(guān)上，旋轉(zhuǎn)方向?yàn)槟鏁r(shí)針。通過紅、黃桿及滑塊（與銅芯相連）的運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)報(bào)警電路的開關(guān)。

三、電路設(shè)計(jì)

3.1 預(yù)警電路

電磁繼電器的VCC與GND分別連接在5V電源的兩端，熱敏電阻模塊接到電磁繼電器的VCC端。注意：由于熱敏電阻的物理特性，進(jìn)行試驗(yàn)的熱源不能離熱敏電阻太遠(yuǎn)，否則將由于外界熱源的干擾，導(dǎo)致電路中的電流不準(zhǔn)確。

熱敏電阻模塊與電磁繼電器相連，熱敏電阻模塊檢測外界熱源變化的模擬量，使得預(yù)測電路中熱敏電阻的阻值不斷發(fā)生變化，從而使得電磁繼電器中的電磁鐵產(chǎn)生磁場吸合銜鐵，達(dá)到控制報(bào)警電路的作用。

值得注意的是在預(yù)警電路連接中熱敏電阻要使用三線制接法連接，因?yàn)閷?dǎo)線本身就存在一定的阻值，會對電路中的總電阻產(chǎn)生影響，從而影響熱敏電阻的準(zhǔn)確性。

3.2報(bào)警電路與工作指示燈電路

本裝置中選用的電磁繼電器有一個(gè)常開端和一個(gè)常閉端。分為兩個(gè)小電路，即報(bào)警電路和工作指示燈電路。

報(bào)警電路中報(bào)警器和報(bào)警開關(guān)串聯(lián)，一端接在電磁繼電器的常閉端口，一端連接電源的負(fù)極，動觸點(diǎn)上連接的導(dǎo)線直接連接在電源的正極。當(dāng)預(yù)警電路的電流未產(chǎn)生變化時(shí)，動觸點(diǎn)處于常閉狀態(tài)，而由于沒有旋轉(zhuǎn)煤氣灶的開關(guān)，未能帶動連桿裝置接通電路，報(bào)警電路處于斷開狀態(tài)，報(bào)警器不報(bào)警。

工作指示燈電路里面連接了一個(gè)綠色指示燈，該電路一端連著電磁繼電器的常開端口，一端通過動觸點(diǎn)閉合連通電源的負(fù)極。當(dāng)電磁鐵產(chǎn)生磁場吸下銜鐵時(shí)整個(gè)指示燈電路處于閉合狀態(tài)，指示燈亮，顯示為正常工作狀態(tài)。

因?yàn)閯佑|點(diǎn)在整個(gè)電路中充當(dāng)著報(bào)警電路和工作指示燈電路的開關(guān)，兩電路不會同時(shí)被接通。

3.3總體電路

將前面提到的兩大部分電路組合起來即為整個(gè)煤氣關(guān)閥自動提醒裝置的總電路圖，如圖2所示。

圖2 煤氣關(guān)閥自動提醒裝置總體電路圖

四、總結(jié)

本裝置通過對各模塊的選取和設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)了一套符合要求的煤氣關(guān)閥自動提醒裝置，該裝置主要由電磁繼電器、熱敏電阻、報(bào)警器和連桿裝置開關(guān)四部分組成。當(dāng)煤氣灶的開關(guān)旋鈕打開點(diǎn)火后，會帶動連桿裝置開關(guān)使報(bào)警器所在電路閉合。點(diǎn)火后靠近爐頭的熱敏電阻會隨著煤氣灶火源溫度的升高而降低阻值，使其所在電路中的電流增大。當(dāng)電流達(dá)到某個(gè)特定值時(shí)，電磁繼電器中電磁鐵的磁力增強(qiáng)從而吸引銜鐵，使銜鐵末端的動觸點(diǎn)脫離報(bào)警器所在電路。當(dāng)煤氣灶關(guān)閉后，熱敏電阻因?yàn)闇囟冉档投柚瞪撸姶爬^電器中的電磁鐵磁力減弱，不足以吸引銜鐵，銜鐵回升，報(bào)警器所在電路接通，裝置報(bào)警，提醒關(guān)閉煤氣罐閥門。

作者簡介：顧曉猛，男，1987.10，漢族，湖南永州人，碩士研究生，助教，研究方向：超聲微成形。