Разделы

В сети

Пользователей: 142
Из них просматривают:
Аналоги: 52. Видео: 2. Даташиты: 21. Инструкции: 8. Новости: 26. Остальное: 4. Ошибки: 2. Программы: 3. Производители: 2. Торрент: 4. Форум: 15. Чат: 3.
Участников: 5
Гостей: 137

an , KT315 , Google , wolf170571 , Яндекс , далее...
Рекорд 2375 человек онлайн установлен 26.12.2015.

Партнёры


Партнёры

Новые объявления

Для дома и быта

Детектор интенсивности молний

Написал evildesign в 08.01.2013 22:00:00 (14416 прочтений)

Детектор молнийОбщеизвестно, что силы природы могут быть разрушительными. Это доказано снова и снова: бури, цунами, торнадо, землетрясения, и это лишь некоторые из проявлений. К счастью, появление этих впечатляющих природных сил редко. Гроза- наиболее часто встречающиеся явление с меньшим влиянием, чем любое из вышеперечисленных (но отнюдь не менее опасное), вызванное электрическими зарядами в огромном масштабе, что делает его пригодным для обнаружения с помощью электронных средств.



Автору пришла в голову идея разработать эту схему во время  спортивных соревнований. Многие из зрителей были быстры, чтобы успеть развернуть свои зонтики, когда начался дождь. Это произошло в то время, когда  далеких раскатов грома еще не было слышно. Вдруг, большая группа людей бросила зонтики на землю. Через несколько секунд ударила молния. Видимо, зонты работали в качестве своего рода антенны. К счастью, не было прямого попадания, поэтому количество энергии, наведенное в зонтах, было достаточно мало, чтобы не нанести травмы или серьезные повреждения.
 

Гроза

 
После восстановления от "атаки" сверху, один из владельцев зонтика начал изучать предмет гроз и превратил результаты изучения в практическую схему, которая бы позволила ему получить более полное представление о «работе» этого увлекательного природного события. Мы должны отметить, что конструкция, обсуждаемая здесь, предназначена только для обнаружения молний. К сожалению, этот метод обнаружения не скажет вам, расстояние между молнией и детектором и  не дает раннего предупреждения о неминуемой молнии. С другой стороны, схема предусматривает индикацию с полезным показателем- напряженности электрического поля, которое сопровождает грозовой разряд.

Грозы.
В то время, как ученые придерживаются различных теорий о точном происхождении и последствиях гроз, они обычно договариваются о следующем.
Большая разница напряжение возникает между грозовым облаком и земной поверхностью, что приводит к чрезвычайно сильным электрическим полям. В конце концов, напряженность поля между облаком и землей поднимается до уровня, при котором в результате ионизации, область газа (воздуха) превращается в плазму. Плазма обеспечивает  путь для дугового разряда. Как только плазменный канал достигает Земли, заряды могут начать протекать между облаками и землей. В результате ток в плазменном канале огромен.
Поскольку плазменный канал представляет собой определенное сопротивление (хотя и очень маленькое), происходит выделение тепла. Научные измерения показали, что температура внутри молнии может превышать температуру на поверхности Солнца! Внезапное повышение температуры приводит к тому, что окружающий воздух расширяется и образуется распространяющаяся ударная волна, которую мы можем слышать, как удар грома.
Ударная волна, кстати, может быть опасна, и не только для ваших барабанных перепонок! Чем короче разряда, тем более интенсивна ударная волна.  Были зарегистрированы случаи  обрушения домов  от ударных волн грозовых разрядов.

Измерение.
Итак, как мы можем определить, что разряд молнии произошел в окрестностях?  В то время, как образуется  плазма, электрический потенциал плазмы будет примерно равен грозовой туче. Электрическое поле может быть описано в терминах разности потенциалов на единицу расстояния (вольт на метр). С плазмой заряды быстро приближаются к Земле, плотности поля между плазмой и землей будут увеличиваться. Это резкое увеличение плотности электрического поля может быть обнаружено с помощью антенны.
Поскольку напряжения огромны, они должны быть снижены до уровня, при котором полупроводники смогут работать.

Описание схемы.

Схема

Рис. 1. Принципиальная схема

 

 

Практическая схема детектора интенсивности молнии показана на рисунке 1. К устройству подключают телескопическую антенну длиной около 1 м, ко входу с надписью «Ant». Если гроза все еще относительно далеко, чувствительность детектора может быть увеличена путем подключения заземления на водопровод или центральное отопление. Напряжение, наведенное в антенне снижается на двух потенциальных делителях, R2-R3 и R4-R5.

Снижение напряжения является значительным.

 Делитель напряжения R2-R3 снижает напряжение на коэффициент
(R2 + R3) / R3 = 214
в то время как R4-R5 рассчитан на коэффициент
(R4 + R5) / R5 = 4,546.
Каждое из приведенных напряжений прикладывается ко входу установки RS-триггера. Здесь, триггеры построены из NAND элементов с входом триггера Шмитта. Используются микросхемы типа 4093 (IC1 и IC2)  в этой цепи. Они были выбраны потому, что уровни триггера Шмитта не позволяют своим выходам  изменить состояние(т. е. от высокого к низкому или от низкого к высокому), пока напряжение на входе превышает или не падает ниже точно определенного верхнего или нижнего уровня, соответственно. Гистерезис, созданный таким образом, обеспечивает отсутствие "неопределенного" состояния.

 

Как только напряжение на антенне достигает 1.3 киловольт (1300 вольт!), на R3 упадет примерно 2,9 вольта. Это типичный порог переключения для 4093 работающего при напряжении питания от 5 Вольт. Следовательно, на выходе инвертора  IC1a логический ноль и поэтому  триггер, построенный на IC1b и IC1c устанавливается в «1», а также зажигается светодиод  D1 . В связи с фиксацией триггером, индикатор останется включенным, даже если напряжение на антенне исчезает. Индикатор может быть выключен путем сброса триггера,  что можно сделать, нажав кнопку S1.

 

Тот же принцип работы относится к IC2 и светодиоду D2, хотя, напряжение на антенне должно превышать 13 кВ для напряжения 2,9 В на входе IC2A. Другими словами, этот второй детектор требует сильного электрического поля, чтобы включить светодиод, поэтому он менее «чувствительный», чем первый детектор.
Значения R3 и R5, подбираются экспериментально, чтобы видеть, какие электрические поля возникают вокруг вашего дома во время грозы.
После  разряда молнии схема может быть подготовлена для следующего измерения нажатием на кнопку сброса S1.

 

Список компонентов
Резисторы:
R1 = 10kΩ
R2,R4 = 10MΩ
R3 = 22kΩ
R5 = 2kΩ2
R6,R 7= 1kΩ
Сонденсаторы:
C1-C4 = 100nF
Полупроводники:
D1,D2 = Красные светодиоды, слаботочные
IC1,IC2 = 4093
IC3 = 78L05 (см. текст)
Разное:
ANT = телескомическая антенна или 1м провода
K1 = 9V батарея
S1 = Кнопка , 1 замыкающий контакт

 

Питание.

Печатная плата
Рис. 2. Печатная плата

Блок питания не может быть проще. 9-V (PP3 или 6F22) батарея обеспечивает 78L05 регулятор (IC3), который, в свою очередь, обеспечивает стабильное 5-ти вольтовое напряжение питания для остальной части схемы. При желании, схема может быть сделана, чтобы работать от 6-вольтовой батареи с помощью регулятор с низким напряжением падением на месте IC3. Например, 2951 требуется всего 5,5 В на входе для стабильного 5-V выходного напряжения.
Потребляемый ток схемы составляет всего несколько миллиампер. Поскольку схема не нужна все время во включенном состоянии, аккумулятора, вероятно, хватит на несколько лет.

Конструкция.
Печатная плата, разработанная для детектора приведена на рисунке (рис. 2).
PCB имеет размер спичечного коробка и вряд ли займет времени больше
чем час, чтобы собрать ее. Малый корпус для платы и батареи может быть любым.
Антенна может быть телескопической, но чтобы сократить расходы, то куска провода длиной 1 м также будет достаточно...

 



Предупреждение.
Прямой удар молнии и некоторых вторичных разрядов представляют собою смертельные напряжения и токи. Никогда не используйте этот инструмент выше самой высокой точки молниеотвода, в непосредственной близости от такой системы, или любым другим способом с целью привлечения молнии.


Elektor Electronics 6/2003 (Перевод evildesign)

9
 
Комментарии принадлежат их авторам. Мы не несем ответственности за их содержание.
Отправитель Нити
evildesign
Отправлено: 09.01.2013 12:09  Обновлено: 09.01.2013 12:17
Модератор
Дата регистрации: 26.01.2010
Откуда: Тирасполь
Сообщений: 3374
 Детектор интенсивности молний
Я бы резисторы R2 и R4 в целях защиты входов логических элементов и для большей адекватности "измерений" составил бы из нескольких последовательно включенных резисторов. Для большей чувствительности лучше увеличить значения их сопротивлений. Ну и дорожки от антенны подальше от остальной части схемы развести.
Gruffi
Отправлено: 09.01.2013 14:37  Обновлено: 09.01.2013 14:37
Технолог
Дата регистрации: 11.11.2011
Откуда: Moscow
Сообщений: 135
 Детектор интенсивности молний
Кашкаровщина.
evildesign
Отправлено: 09.01.2013 18:33  Обновлено: 09.01.2013 18:33
Модератор
Дата регистрации: 26.01.2010
Откуда: Тирасполь
Сообщений: 3374
 Детектор интенсивности молний
В чем именно кашкаровщина? Понятно, что просто показометр, но рабочий же...
KT315
Отправлено: 11.01.2013 21:07  Обновлено: 11.01.2013 21:07
V.I.P.
Дата регистрации: 24.06.2011
Откуда: Мухосранск
Сообщений: 2026
Пользователь активен!
 Детектор интенсивности молний
"Многие из зрителей были быстры, чтобы успеть развернуть свои зонтики, когда начался дождь. Это произошло в то время, когда далеких раскатов грома еще не было слышно. Вдруг, большая группа людей бросила зонтики на землю. Через несколько секунд ударила молния. Видимо, зонты работали в качестве своего рода антенны. К счастью, не было прямого попадания, поэтому количество энергии, наведенное в зонтах, было достаточно мало, чтобы не нанести травмы или серьезные повреждения."
Что-то не понял я этот перевод... Имеется ввиду, что в момент молнии зонты поймали потенциал, и людей разряд ушёл в землю?


Этот детектор в состоянии определить приближение грозы, или он засветит светодиод когда кого-нибудь уже прибьёт разрядом молнии?
evildesign
Отправлено: 11.01.2013 21:20  Обновлено: 11.01.2013 21:20
Модератор
Дата регистрации: 26.01.2010
Откуда: Тирасполь
Сообщений: 3374
 Детектор интенсивности молний
Имеется ввиду, что острие зонтиков создало высокую напряженность поля и положительные заряды потекли через людей на зонт.

Индикатор не показывает приближение грозы, но во время грозы показывает интенсивность разрядов. Его удобно применять для оценки уровня статического электричества.
T112-10
Отправлено: 11.01.2013 23:13  Обновлено: 11.01.2013 23:16
Технический Директор
Дата регистрации: 17.07.2010
Откуда: Спиртогонск
Сообщений: 2053
 Детектор интенсивности молний
Если имелись в виду статические заряды облака, то они могут "потечь на остриё зонта" только через канал разряда, то есть через молнию.
Или через коронный разряд - видимо, это имелось в виду?

И почему в статье написано "дуговой разряд", если молния - разряд искровой?
evildesign
Отправлено: 12.01.2013 8:24  Обновлено: 12.01.2013 8:24
Модератор
Дата регистрации: 26.01.2010
Откуда: Тирасполь
Сообщений: 3374
 Детектор интенсивности молний
1. Искровой разряд инициализирует образование плазменного канала, а в нем возникает дуговой разряд.
2. В статье имелись в виду статические заряды противоположного знака- заряды земли, которые поднялись к остриям зонтов.
KT315
Отправлено: 12.01.2013 9:51  Обновлено: 12.01.2013 9:51
V.I.P.
Дата регистрации: 24.06.2011
Откуда: Мухосранск
Сообщений: 2026
Пользователь активен!
 Детектор интенсивности молний
Короче фуфел это. Бесполезен так же, как фонарик на солнечных батарейках.
evildesign
Отправлено: 12.01.2013 10:58  Обновлено: 12.01.2013 10:58
Модератор
Дата регистрации: 26.01.2010
Откуда: Тирасполь
Сообщений: 3374
 Детектор интенсивности молний
Как детектор молний- бесполезен. А вот индикатор напряженности поля перед разрядом молнии- вполне. Да и оценить уровень статического электричества в быту.
KT315
Отправлено: 12.01.2013 22:04  Обновлено: 12.01.2013 22:04
V.I.P.
Дата регистрации: 24.06.2011
Откуда: Мухосранск
Сообщений: 2026
Пользователь активен!
 Детектор интенсивности молний
А какую информацию этот индикатор поля даст?
evildesign
Отправлено: 12.01.2013 22:07  Обновлено: 12.01.2013 22:07
Модератор
Дата регистрации: 26.01.2010
Откуда: Тирасполь
Сообщений: 3374
 Детектор интенсивности молний
насколько сильная напряженность.
TANGO
Отправлено: 12.01.2013 22:56  Обновлено: 12.01.2013 22:56
Сотрудник
Дата регистрации: 06.09.2010
Откуда: Макеевка, ДНР
Сообщений: 42
 Детектор интенсивности молний
Где же эти люди сидели с зонтами - на вершине небоскрёба? Чёт мне с трудом верится, что зонты спровоцировали разряд молнии в это место.Я живу в промышленном городе где порядочно труб с "громоотводами" и за 35 лет ещё ни в одну трубу не попало.А тут люди с зонтами...Это из разряда "очевидное - невероятное". А на счёт девайса... да - работает, да - чё то там показывает но не более.Практической ценности мизер.И если суждено от молнии погибнуть, то не спасёт точно. Им, пиндосам, видимо заняться больше нечем, вот и изобретают непотреб разный чтобы башку занять чем нибудь.
evildesign
Отправлено: 12.01.2013 23:14  Обновлено: 12.01.2013 23:14
Модератор
Дата регистрации: 26.01.2010
Откуда: Тирасполь
Сообщений: 3374
 Детектор интенсивности молний
зонты не спровоцировали, просто находились в эквипотенциальном поле. Все это вполне реально.
Насчет практической ценности: как показывает практика, наибольшим спросом пользуются мигалки, пищалки, перделки. Все остальное прикажете не разрабатывать? Наверняка, найдется человек, который любит наблюдать грозу и захочет ее исследовать. На основе данного прибора можно даже игру сделать- кто лучше наэлектризуется...
KT315
Отправлено: 14.01.2013 18:40  Обновлено: 14.01.2013 18:40
V.I.P.
Дата регистрации: 24.06.2011
Откуда: Мухосранск
Сообщений: 2026
Пользователь активен!
 Детектор интенсивности молний
Кто лучше наэлектризуется тот уже нам об этом не расскажет
"находились в эквипотенциальном поле"
Что за поле?
an
Отправлено: 14.01.2013 18:43  Обновлено: 14.01.2013 18:43
Администратор
Дата регистрации: 07.08.2008
Откуда: Рыбница
Сообщений: 2505
Пользователь активен!
 Детектор интенсивности молний
Линия, которая проходит через точки с одинаковым потенциалом...

http://upload.wikimedia.org/wikipedia ... _by_Zureks.png?uselang=ru

Разное

Диэлектрические и диамагнитные отвертки можно выпилить из старых стеклотекстолитовых плат.

Интересно

Иногда в телевизоре гетинаксовые платы с печатным монтажом от повышенных температур обугливаются (выгорают).

Похожие новости