模拟简易火灾报警器的电路设计与制作01.doc

模拟简易火灾报警器的电路设计与制作 实验背景 人们日常生活中离不开火，火灾很容易发生。即使并不是直接使用火，我们使用各种电子产品和机械装置，也很容易失火，而对付火灾最好的方法就是预防。当火灾及即将发生或刚发生时，如果能够产生报警时人们注意到，便能够有效地避免火灾带来的重大损失，具有重要意义。 我们科大就拥有国内最先进的活在监控及预防的国家级实验室。 实验原理 火灾发生时，必然会伴随着烟雾、高温和火光的产生，探测器对此十分敏感。当有烟雾、高温、火光产生的时候，它就改变平时的正常状态，引起电流、电压或机械部分发生变化或位移，再通过放大、传输等过程，发出报警声，有的还能同时发出灯光信号，并显示发生火灾的部位和地点。 火灾探测器主要分为感烟、感温、光辐射三大类。鉴于实验器材与实际操作的限制，我们选择以热敏电阻为感应器的感温型探测器。 实验设计 实验设计电路如图(1)所示： 图(1) 图下部为报警信号电路，上部为热敏感应电路。闭合开关S后，正常状态下无反应。当有火灾发生时，热敏电阻感应高温后温度上升，电阻急剧下降，电路电流通过三极管放大作用急速上升，当电流达到反应临界强度范围内时，继电器闭合，报警信号电路接通，警铃响起，警示灯明亮指示火灾位置。 注意：为使感应电路具有较高灵敏度与可靠性，必须使感应电路电流在一定温度范围内有较大的电流变化，可根据具体情况拓展热敏电阻部分，如串并联可变电阻或热敏电阻等。 实验器材 可变30V直流电源两台，热敏温度传感器一台，NTC热敏电阻一支，连接线若干，伏特表、毫安表、变阻器、发光二极管、蜂鸣器、继电器各一个。其中继电器、发光二极管和蜂鸣器具体性能待测。 实验过程 热敏电阻的温阻曲线测定 热敏电阻的温阻特性曲线是决定电路结构的重要根据之一。使用温度传感器测量35至70摄氏度 范围内的对应阻值，每隔5摄氏度记录一次。测定电路如图（1）所示，即使用温度传感器自带的1mA恒流电源，测定电路如图（2）所示： 图（2） 测定所得数据列表如下： T/℃ U/V R/Ω 35 0.623 623 40 0.501 501 45 0.410 410 50 0.355 355 55 0.311 311 60 0.267 267 65 0.226 226 70 0.193 193 表（1） 其中R=U/I,为计算所得；绘得T-R曲线如图（3）所示 图（3） 继电器、发光二极管和蜂鸣器具体性能测定 由于实验室未配置实验可用的继电器、发光二极管和蜂鸣器，须购买并测定相应器件。经过一系列试测实验之后，终于对该型号继电器的工作原理及其使用方法有所了解。所用应用型继电器如图（4）所示，其中①-⑤为五个接线柱: 图（4） 其中①，③为感应电路接线柱，②④⑤为报警信号电路接线柱；④为NC（NOT CLOSE） 图（6） 分析可知，在3~6V时继电器电阻变化极小(仅2.6%)，U-I曲线近似为直线，可以认为在U=4V的工作电压范围内阻值不变，可视为纯电阻。发光二极管工作电压为0~2V,亮度在该范围内与电压正相关；蜂鸣器为0~5V，响度在该范围内与电压正相关。 由于发光二极管对电压极为灵敏，容易烧坏，故须对该局部电路进行电压范围的测定，而0~30V旋钮式可变直流电源极为合适。将二极管与蜂鸣器串联接入电源，缓慢调节电源输出电压，至6V时二极管接近最大亮度时，用万用表测得其两端电压为2V，蜂鸣器两端为4V，响度较大。即报警信号电路额定电压设为6V可用。 对完整实验电路的分析及报警温度范围的确定 实际火灾报警电路会用到起放大电流作用的三极管，而鉴于其放大系数较高（通常为几十到几百倍）和客观限制，本模拟实验中由于电磁继电器与报警时热敏电阻阻值相差不大,所以可以不使用。关于三极管的探究将在实验拓展中进行介绍。 实际应用中的火灾报警器报警温度多为70~90摄氏度，本次模拟实验将报警温度预设为60~70摄氏度，由热敏电阻的温阻曲线可得65度时其阻值为226；由继电器伏安曲线可读出，分压4V时其阻值约为104Ω，为计算方便，不妨预设热敏电阻阻值为208Ω，从温阻曲线读出此时对应温度约为67~68摄氏度，符合预设报警温度范围。再由欧姆定律计算得此时热敏电阻分压为8V，感应电路总电压为12V。 实验注意事项 ①实验器件（如二极管）对电压极为敏感，调节电压须缓慢。 ②由于电阻发热，实验时间可尽量缩短，以减小误差。 ③实验前电源要归零。 完整实验 至此，所有准备工作完