制作超温电子报警器

【任务目标】

（1）掌握识别热敏电阻和蜂鸣器的方法；

（2）理解超温电子报警器的组成及其工作过程；

（3）掌握组装制作超温电子报警器的方法；

（4）掌握使用万用表、示波器对超温电子报警器进行调试与测量的方法。

一、识别热敏电阻和蜂鸣器

1.热敏电阻

热敏电阻由半导体陶瓷材料制成，电阻值可随温度的变化而变化。热敏电阻有环氧、玻璃等封装形式，其外形如图7－9所示，电路图形符号如图7－10所示。

图7－9 热敏电阻的外形

图7－10 热敏电阻的电路图形符号

热敏电阻包括正温度系数 （PTC）热敏电阻和负温度系数 （NTC）热敏电阻，以及临界温度 （CTR）热敏电阻。本任务仅学习本报警器所用的具有负温度系数的NTC热敏电阻。NTC是Negative Temperature Coefficient的缩写，意思是负的温度系数。当温度低时，NTC热敏电阻阻值较高；随着温度的升高，电阻值随之降低。NTC热敏电阻器的阻值变化范围为100～106Ω。

由于半导体热敏电阻有独特的性能，所以在应用方面，不仅可以作为测量元件 （如测量温度、流量、液位等），还可以作为控制元件 （如热敏开关、限流器）和电路补偿元件。热敏电阻广泛用于家用电器、电力工业、通信、军事科学、宇航等各个领域，发展前景极其广阔。

热敏电阻的简易测试方法是用手捏住被测热敏电阻，将万用表置于欧姆挡 “×1kΩ”量程测量热敏电阻的阻值，万用表的读数会有变化或指针会有摆动。

2.蜂鸣器

蜂鸣器又称音响器及讯响器，是一种小型化的电声器件。其外形如图7－11所示，电路图形及文字符号如图7－12所示。

图7－11 蜂鸣器的外形

图7－12 蜂鸣器的电路图形及文字符号

按工作原理可分为压电式及电磁式两大类。压电式蜂鸣器采用压电陶瓷片构成，当给压电陶瓷片加以音频信号时，在压电效应的作用下，陶瓷片将随音频信号的频率发生机械振动，从而发出声响。电磁式蜂鸣器的内部由磁铁、线圈以及振动膜片等部分组成。当音频电流流过线圈时，线圈产生磁场，振动膜则以与音频信号频率相同的频率被吸合和释放，产生机械振动，并在共鸣腔的作用下发出声响。

蜂鸣器根据音源的类型可归纳为无源和有源两大类。无源蜂鸣器相当于一个微型扬声器，只有当外加音源驱动信号时才能发出声响。有源蜂鸣器内部装有集成音源电路，不需外加任何音源驱动信号，只要接通直流电源就能发出音响。有源蜂鸣器在小型报警电路中使用得较多。额定电压（直流）有1.5V、3V、6V、9V、12V、24V等规格。

蜂鸣器最直接的测试方法是给其加上额定电压 （极性要正确），蜂鸣器应能发出响亮的蜂鸣声。

二、电子报警器电路分析

1.电路的组成

超温电子报警器电路如图7－13所示，该报警器可用于个人计算机 （PC）的过热报警。如果PC内的散热风扇出现故障或电路产生过载而使机内温度升高，都会造成PC内部过热。这种过热有可能造成机内电源部件或主板损坏。为了避免这种损失，可为PC安装过热报警器，当PC内部温度升高到预定的警戒温度时，报警器就会发出报警声。该报警器也可用于其他超温报警的场所，如蔬菜棚、温室等。

图7－13 超温电子报警器电路

电路由NTC热敏电阻RT、电压比较器IC、驱动管VT、蜂鸣器HA等部分组成。调整RP的阻值可改变报警的温度。

2.电路的工作过程

电路中采用负温度系数的热敏电阻RT作为温度传感器，被安装在散热风扇气流经过的适当部位。RT与R1串联对电源分压，电压比较器IC的同相输入端电压将随温度变化而变化。RP、R3与R2串联分压后给电压比较器IC的反相输入端提供一个参考电压。

当PC正常工作未过热时，RT的阻值大于R3与RP的阻值之和，而R1与R2相等，所以电压比较器IC的反相输入端电压高于同相输入端电压，比较器从1脚输出低电平，驱动管VT截止，蜂鸣器HA不发声。

当PC内的温度上升到设定的温度界限值时，RT的阻值减小到R3与RP的阻值之和，IC的同相输入端的电位高于反相输入端的电位，IC的1脚输出高电平。该高电平使驱动管VT导通，有源蜂鸣器HA发出报警声。

可根据实际的控温需要，通过调节RP设定警戒温度值，建议设定为45℃。电阻R4的作用是使电压比较器IC的翻转具有适当的滞后量，以免在警戒温度时报警声出现时断时续的现象。

3.电路改进与功能拓展

将如图7－13所示的超温电子报警器稍加改动，可变成其他报警器。比如，将热敏电阻RT改为水位探测器，则可变为水满报警器或缺水报警器，可用于汽车水箱或楼顶水塔等处的水满报警或缺水报警。水满报警器电路如图7－14所示。

图7－14 水满报警器电路

电路中的水位探测器可用互不接触的两根裸导线制作，也可用印制板上相互绝缘的两条导线制作。当作为水满报警器时，应置于贮水装置的顶部。对如图7－14所示的电路稍加改动即可变成缺水报警器，首先应交换水位探测器与电阻R1的位置，即R1接在电源正极与IC的3脚之间，水位探测器接在IC的3脚与电源负极之间，且应置于贮水装置的底部。电路的工作过程请自行分析。

【注意】如将电路中的水位探测器改为其他的传感器，即可实现更多的报警功能。比如改为光敏元件 （光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管等），即可实现光控或报警功能。

有关其他传感器，请参阅相关书籍。

三、超温电子报警器的组装与调试

1.元器件选择

（1）RT选用常温下约100kΩ的负温系数热敏电阻；

（2）HA选用3V或6V的有源蜂鸣器；

（3）其他元器件的型号和参数如图7－13所示。

2.组装调试

（1）对照电路图，把各元器件安装在万能板上的适当位置；

（2）使用电烙铁进行焊接，按工艺要求检查焊点质量、修剪引脚；

（3）组装完毕检查无误后，调整RP使其阻值为最大，然后通电试机；

（4）接通＋5V电源后，用手捏住RT或用电烙铁靠近（不接触）RT，如能报警则组装无误，可进入下一步的整机测试；如未报警，则需检修、调试；

（5）若通电试机不成功，可先用万用表测量并记录IC的2脚电压值，然后用手捏住RT或用电烙铁靠近（不接触）RT，并同时测量3脚电压，观察电压的变化情况。

①如3脚电压无变化，则应检查RT、R3接线是否正确，以及与IC的3脚间接线是否正确。如接线正确，则应检查RT的质量，即用手捏住RT测量其阻值是否有变化。

②如3脚电压有变化，则应观察3脚电压是否能高于2脚电压，如始终不能高于2脚电压，则应加大R3的阻值。

③如3脚电压能高于2脚电压，则应检查1脚是否输出高电平。如1脚不能输出高电平，则应检查IC是否装对；如1脚能输出高电平，则应检查R5、VT及HA是否装对；如全部安装正确，则应检查相应元器件的好坏。

3.电路测试、调整

（1）如将报警器用于个人计算机过热报警，则应将报警温度设定在45℃左右。调整RP来改变报警的温度，如RP已调至最大，报警温度仍高于45℃，则应增大R3的阻值或减小R2的阻值；如RP已调至最小，报警温度仍不到45℃，则应减小R3的阻值或增大R2的阻值。

（2）用万用表测量电路各点的电压，并填入表7－7中。

表7－7 电路电压测量表 V

（3）能力测试。在电路元器件参数不变的情况下，怎样改动电路可使超温电子报警器变为低温电子报警器？