Как известно, овощи и фрукты, собранные на садовом участке зимой лучше всего хранить при температуре близкой к нулевой и даже при слабо отрицательной (минус 1 – 2 градуса) и при высокой влажности. Такие условия не позволяют развиваться гнилостным процессам и предохраняют плоды от высыхания. Такие условия практически автоматически создаются в глубоких погребах и подвалах, а так же в подпольях отапливаемых домов.
Но в суровые зимы, с затяжными периодами сильных морозов, возможно промерзание погреба или подвала до более низких температур, что приводит к порче заготовленного урожая.
В принципе, овощи выдерживают значительные снижения температуры до минус 5-10 градусов, но кратковременно. Если морозы затянутся на неделю-другую, то качество урожая снизится неимоверно, вплоть до полной порчи.
Еще больший урон могут нанести морозы системам жидкостного отопления, если в них залита вода, а не незамерзающий теплоноситель на основе этиленгликоля (тосол).
Да и мало ли случаев, когда необходимо не допустить снижения температуры значительно ниже в каком либо помещении, погребе, теплице, парнике.
Обогреватель и управление им
В таких случаях выход один — установить какой либо обогреватель. Но это только полдела. Этим обогревателем надо правильно управлять. Держать его постоянно включенным — и накладно в плане расхода электроэнергии, и есть возможность перегреть помещение. Как например в погребе. Нам ведь не надо, что бы картошка зимой начала пускать ростки (а она это начинает делать после стратификации уже при 6-8 градусах Цельсия). Достаточно слегка перегреть погреб – и процесс пошел! Наша же задача — не допустить замерзания, а не нагреть помещение!
Конечно, в качестве управляющего устройства, необходимо использовать какое либо термореле, которое будет включать нагреватель, если температура опустится ниже нуля.
Тем, кто знаком с электроникой сделать такое устройство не составит большого труда. Терморезистор, пара микросхем и с десяток других деталей, плюс работы на 1-2 часа и готово. А вот тем, кто с электроникой никак — хуже. В продаже такие устройства практически не встречаются.
Датчик без электроники
Между тем, сделать такое термореле по силам абсолютно каждому, и сейчас я это докажу и расскажу, как его сделать.
Проведите такой эксперимент. Возьмите небольшую пластиковую бутылочку из под газированной воды, наполните ее почти доверху водой и положите в морозилку. Раз в час аккуратно доставайте ее и наблюдайте, что там происходит. «А что там происходить может? Вода замерзает, вот и все…». Правильно, вода замерзает. Но фокус в том, КАК она замерзает, в каком порядке. Промерзание воду начинается по всей площади поверхности бутылочки, образуется некий ледяной баллон, внутри которого по прежнему жидкая вода. Разумеется, она тоже замерзнет.
Почему работает лёд
Теперь вспомним, что такое лед и какие у него свойства. Лед — это вода в состоянии кристаллизации. Вот эта самая кристаллизация приводит к тому, что объемная плотность той же самой воды уменьшается на 10% ! 1 литр льда весит не 1 кг, а всего 900 граммов. Поэтому то лед всегда и плавает на поверхности воды, высовываясь над ней на 1 десятую. Но лед становится легче воды не просто так, а за счет увеличения своего объема. Тот же литр воды замерзая превращается в кусок льда объемом больше, чем 1 литр на те же 10%
Вспомним еще один опыт со льдом из школьных уроков физики. Помните, как замерзающая вода разрывала даже стальные баллоны? Это все из за увеличения объема при превращении воды в лед.
К чему это я? К тому, что в замкнутом пространстве, замерзающая вода начинает создавать давление, огромное давление! Которое мы и будем использовать в качестве датчика «перехода через ноль градусов», попросту — датчика замерзания. Который и будет давать команду нагревателю.
Логика работы
Логика работы тут простая. Расположите датчик в самом холодном месте помещения и подключите его к нагревателю. Как только вода в датчике начнет замерзать, он сработает и включит нагреватель. Нагреватель начнет поднимать температуру в помещении. Соответственно растает и вода, датчик выключит нагреватель.
Теперь о самом датчике. Прежде всего, при конструировании датчика следует учитывать, что вода – один из самых теплоемких веществ на земле. Процессы замерзания воды и таяния льда связаны с выделением и поглощением достаточно большого количества тепла. Это значит, что датчик будет очень инерционным. Как говорят — у него будет большой гистерезис. Если он сработает, он пробудет во включенном состоянии несколько часов. И чем больше будет объем воды в датчике, тем более инерционным он будет. Поэтому если вы хотите получить достаточно чуткий прибор, количество воды не должно быть большим, 100-200 миллилитров будет достаточно. Впрочем, исходите из своих нужд.
Две конструкции датчика
Конструкций датчиков может быть множество. Но любой их них учитывает объемное расширение воды при переходе в фазу льда. На рисунке приведены две конструкции датчиков замерзания.
В первой используется прочный металлический толстостенный сосуд, заполненный водой. На поверхности которой плавает хорошо пригнанный поршень – поплавок. Когда вода начнет замерзать, лед прежде всего начнет расширяться вверх, т.к. там — наименьшее сопротивление его расширению. Поплавок начнет подниматься и надавит на кнопку, произвольной конструкции. Кнопка подаст сигнал к включению нагревателя.
Вторая конструкция более изощренная. В ее основе — пластиковый или металлический сосуд, желательно герметичный. Внутрь сосуда опущена контактная пара (от реле или самодельная). Контакты запаяны в полиэтиленовый пакетик и в обычном состоянии разомкнуты. Как только вода начнет замерзать, лед начнет давить на контакты и замкнет их. Датчик сработает.
Можно придумать датчики на основе сообщающихся воздушных или жидкостных сосудов с незамерзающей жидкостью и т.д. и т.п.
Следует так же учитывать, что коммутируемая контактами датчика мощность весьма незначительна. И напрямую включать через них нагреватель нельзя. Следует использовать какой либо промежуточный коммутирующий элемент — реле, пускатель, тиристор, симистор и т.п.
К. Тимошенко
