Некоторые производители порошков для стиральных машин на упаковках своей продукции большими буквами пишут, что их средство эффективно борется с накипью. Этим они привлекают покупателей к своему товару, а пользователи, покупая такие материалы, в действительности думают, что защищают свои автоматизированные помощницы.
Для водонагревателей, других устройств электрического нагрева питьевой воды есть удивительное средство, которое легко борется с накипью – твердят рекламные ролики. Правда на практике пользоваться им не очень удобно, необходимо вскрывать конструкцию или промывать систему. Да и не такие они эффективные, как уверяют их производители. А может ли электроника чем-то помочь в борьбе с накипью?
Конечно, об этом уже писали в радиолюбительской литературе. Рассмотрим одну из схем электронной борьбы с отложениями солей на стенках резервуаров и тэнах.
Процесс отложения налёта
Питьевая вода, добытая из подземных источников, содержит соли углекислой кислоты. Попадают они в воду благодаря её взаимодействию с карбонатами, кальцитами, доломитами, малахитами и другими минералами. В итоге, при контакте воды с металлом, на нём образуется налёт соединений кальция Ca+, магния Mg+ и др. С увеличением температуры процесс отложения известкового налёта резко увеличивается, особенно на нагревательных элементах.
Отложение солей происходит благодаря положительно заряженным кристаллам – катионам, которые притягиваются к металлическим стенкам ёмкостей, имеющих отрицательный потенциал относительно земли. По сути вода, поступающая с водопроводной трубы в металлический резервуар, представляет собой гальванический элемент, мощностью около 0,0004 Ватт. Зато напряжение его между вводом подачи воды и корпусом может доходить до +1,3 В.
При том, что сопротивление воды в резервуаре находится в диапазоне 10…100 кОм, ток, образующийся движением катионов к корпусу, может составлять единицы микроампер. Причём как для холодной, так и для горячей воды его величина мало различительна. Но что получится, если приложить примерно такое же напряжение между входом подачи воды и корпусом ёмкости, где она нагревается, но только обратной полярности? Да просто процесс движения положительно заряженных катионов к корпусу прекратится. В этом случае отложение солей тоже прекратится, даже при нагревании и кипячении воды.
Электронное устройство компенсации тока отложения налёта
Но что интересного в описываемом ниже устройстве, так это то, что мощность источника компенсации должна быть примерно такая же, как и «батарея», образованная движением катионов. А значит – ничтожно мала. В итоге электронное устройство может питаться от 2-х гальванических элементов АА, напряжением 3 В.
Непременным условием для реализации электронного компенсатора тока образования налёта является изоляция корпуса тэна от самой ёмкости.
Также входной металлический патрубок или кран ввода холодной воды должен иметь изоляционную от корпуса. Проверить это можно с помощью тестера, сопротивление между контактом площадки тэна и входным патрубком подачи холодной воды должно быть в диапазоне от 10 до 100 кОм. Естественно, при наличии воды в системе. В этом случае описанная ниже схема будет работать успешно, предотвращая образование накипи на стенках ёмкости.
Но конструкции бойлеров с изоляцией тэна от корпуса встречаются редко, разве что в стиральных или посудомоечных машинах. Поэтому, возможно, придётся изменить систему самого нагревательного элемента.
А именно, электрод анода надо изолировать от крышки корпуса изделия, а сам тэн – соединить с ней, если такого контакта не было. Теперь этот электрод будет катодом, а корпус тэна и крышки – анодом.
Схема устройства изображена ниже.
Она состоит из:
- генератора опорного напряжения на диодах VD1, VD2;
- усилителя тока, транзисторы с гальванической связью VT1, VT2, VT3;
- вторичной цепи усилителя тока с обратной связью VT4, VT5;
- узла защиты от короткого замыкания (КЗ) – диод VD3, VT3;
- индикатора рабочего состояния HL1.
Электронное изделие с защитой от КЗ выдаёт напряжение 1,2…1,3 В.
Монтируют устройство на плату из фольгированного гетинакса или текстолита, размером 90×60 мм. Рисунок её дорожек может быть как на изображении.
Налаживание сводится к установке напряжения на выходе устройства в диапазоне 1,2…1,3В подстроечным резистором R6 при сопротивлении в нагрузке от 10 до 100 кОм. Если вольтметр высокоомный, то шунтируют его дополнительным резистором. Далее на короткое время подключают к выходу устройства милиамперметр, включенный на пределе 100 мА. При этом ток КЗ должен быть не более 20 мА, иначе уменьшают сопротивление резистора R6 вплоть до 0.
После настройки устройства резистором R6 его желательно заменить двумя постоянными. Для этого настроенный в схеме потенциометр необходимо выпаять, измерить одно и второе плечо, а в плату впаять постоянные резисторы полученного номинала. Делается это с целью увеличения срока службы устройства в условиях повышенной сырости, когда нарушается контакт лепестка подстроечного резистора с токопроводящим слоем.
Детали схемы – схожие по характеристикам. Вместо КТ3107Б можно использовать КТ361 или импортные SS9015, BC556, BC557, BC558. А к транзистору КТ3102Б – аналог КТ315, КТ611, КТ660 или зарубежные BC547, BC548. Вместо диодов КД512Б – 2Д503А, КД503А. В качестве светодиода HL1 – L-934LSRD используют L-53LSRD или L-7113LSRD, так же можно применить L-7104LSRD либо другой красный светодиод с током 2 мА.
Питанием может служить литиевый аккумулятор, ёмкостью около 1 000 мА×ч, его одинарного заряда хватит на несколько лет непрерывной работы устройства. В качестве источника напряжения ещё можно применить аккумулятор с мобильного телефона, который перестал работать. Главное, чтобы он не был вздут или деформирован. «Лечится» такой аккумулятор механическим удалением платы контроллера, на которой размещены выходные клеммы. После этого замеряют напряжение на выводах батареи, если оно меньше 3,8…3,9 В, то подзаряжают аккумулятор до такого значения.
Внимание: Зарядка литиевого аккумулятора без платы контроллера осуществляется с повешенной осторожностью. Для единичной зарядки необходимо включить в цепь сопротивление 47 Ом и постоянно контролировать напряжение заряжаемого источника. Максимальный предел составляет 4,2 В. Если при зарядке корпус аккумулятора греется, то процесс необходимо немедленно прекратить и такую батарею не использовать.
В электронном приборе можно применить полностью исправный аккумулятор, заряженный до 80% мощности. Использовать адаптер питания не желательно, он может создавать дополнительные потенциалы относительно корпуса защищаемого устройства.