Czujnik przepływu cieczy w układzie WC

Inne możliwości

Zastanawiałem się także nad wykorzystaniem efektów ciśnieniowych powstających w dyszy Venturiego. Prawdę powiedziawszy, miałem już przygotowany wstępny projekt dość nietypowego manometru różnicowego. Wprawdzie powinien działać, ale wymagał dużej precyzji wykonania. Bez wątpienia większej niż rozwiązanie ze światłowodem. Trudno było to uznać za zaletę. Redaktor NE555 pomógł mi w wypróbowaniu czujnika, który miał działać na zasadzie detekcji dźwięku wywołanego płynącą w nim wodą. Jakiego dźwięku?! Przecież WC jest ciche i nieme!? Niezupełnie. To, że nic nie słyszymy jeszcze nie dowodzi, że układ nie generuje żadnych dźwięków! Rzecz w ich natężeniu i częstotliwości. Uszy ludzkie, zwłaszcza porównując je z narządami, w jakie natura wyposażyła niektóre zwierzęta, nie prezentują się jako bardzo czułe i szerokopasmowe. Mikrofon naklejony na zwykłą cienkościenną rurkę metalową zakończoną końcówkami na wąż miał pełnić rolę detektora ruchu cieczy w obwodzie WC. Wprawdzie urządzenie działało, ale miało podstawową wadę - było wrażliwe na zewnętrzne zakłócenia dźwiękowe, pomimo zastosowania izolacji akustycznej, oddzielającej czujnik od otoczenia. Uruchomione w pobliżu radio dawało efekt ruchu wody w układzie. Teoretycznie biorąc, jeszcze można było próbować zmienić izolację, ale na budowanie dodatkowych osłon izolacyjnych czujnika NE555 nie miał specjalnej ochoty (wcale się nie dziwię), a pomyślny finał był bardzo problematyczny. Odpuściłem. Kompletna porażka!

Jak to zwykle bywa z nietypowymi rozwiązaniami, pomysł przyszedł nagle i niespodziewanie, chociaż urządzenia wykrywające ruch cieczy i mierzące wydajność przepływu działające na tej zasadzie już od dawna istnieją. Tyle tylko, że są to czujniki przemysłowe i na razie nikt nie wpadł na pomysł wykonania działającego w podobny sposób, lecz o wiele mniejszego i prostszego, przeznaczonego do obwodów WC. Elementy składowe są stosunkowo łatwo dostępne, względnie tanie i zawierają zaledwie jeden element ruchomy, który praktycznie rzecz biorąc nie może się zepsuć lub zużyć. Wykonawstwo także nie wymaga wyszukanej precyzji, chociaż im dokładniej wykonamy całość, tym lepiej. Układ elektroniczny również jest prosty i nieskomplikowany. Cierpliwości, szczegóły tuż, tuż.

Praktyka

Analizując wady i zalety poprzednich rozwiązań stwierdziłem, że pozostaje tylko jedna możliwość rozwiązania problemu bezpiecznego WC: detekcja ruchu cieczy w układzie chłodzenia oparta na innej zasadzie niż wymienione. Łatwo powiedzieć - innej! W poszukiwaniu rozwiązania sprawdzałem w sieci różne katalogi z typowymi, przemysłowymi rozwiązaniami przepływomierzy lub czujników ruchu cieczy. Miałem nadzieję, że może chociaż jeden z nich dałoby się zastosować do układu WC. Wprawdzie znalazłem takie przepływomierze i wskaźniki przepływu, ale są one drogie i zazwyczaj o całkiem sporych gabarytach. Wyjątkiem jest wspomniany już czujnik SF800. Ponadto istnieje wiele typów pompek do układów WC, które mają różne wydajności. Stwarza to dodatkowe ograniczenie i problemy związane z dopasowaniem zakresu pomiarowego czujnika do wydajności pompki w układzie WC. Doszedłem do wniosku, że nie tędy droga. Poniżej przedstawiam poglądowy opis proponowanego rozwiązania, pozbawionego wymienionych wad, które każdy może wymiarowo zaadaptować do własnego układu i zamontować w dogodnym miejscu. Postanowiłem wykonać i użyć prosty, aby nie powiedzieć prymitywny, klapowy czujnik przepływu. Elementem wykrywającym ruch cieczy w obwodzie WC (detektorem) jest klapka, zawieszona na nierdzewnej osi. Mechanizm detekcyjny umocowany jest w okrągłym przelotowym otworze wykonanym w pręcie np. z pleksiglasu lub poliwęglanu, zakończonym stosownymi złączkami. Mogą to być złączki 3/8" lub 1/4", zależnie od rodzaju stosowanej w układzie pompki i średnicy węży. Ruch cieczy powoduje wychylenie klapki, która przesłania fototranzystor oświetlany diodą LED. Układ elektroniczny reaguje na ten fakt i tak długo jak ciecz płynie (a klapka jest wychylona) - komputer będzie zasilany. Jak już wspominałem, w urządzeniach tego typu nie interesuje nas konkretna wartość przepływu, która jest stała i określona przez rodzaj i typ zastosowanej pompki oraz opory przepływu w układzie. Istotne jest wykrycie ruchu cieczy! Urządzenie jest stosunkowo proste w wykonaniu i łatwe w montażu, ale obróbkę mechaniczną pręta, w którym umieszczony będzie detektor, najlepiej powierzyć dobremu zakładowi mechanicznemu wyposażonemu w tokarkę i frezarkę. Jedyne praktyczne ograniczenia to konieczność umocowania go poziomo, aby pod wpływem grawitacji klapka samoczynnie zwisała pionowo, oraz zachowanie właściwego kierunku przepływu cieczy przez czujnik. O ile pierwszy warunek nie wymaga zbyt rygorystycznego przestrzegania (ale dopuszczalne granice odchylenia od poziomu jednak istnieją), to drugi musi być bezwzględnie spełniony.

Teraz istotna informacja: czujnik zgłosiłem w Urzędzie Patentowym RP, gdzie został oficjalnie zarejestrowany pod nr W - 116588 w dn. 2007.01.19. Z tego tytułu, od tego dnia, jest chroniony prawnie do czasu podjęcia przez Urząd oficjalnej decyzji o przyznaniu mi praw ochronnych. Czy i kiedy je otrzymam? Rzeczoznawca patentowy określił to na 99,99%, ale trochę to potrwa - młyny UP mielą powoli.

Stawiam sprawę jasno: kto chce i czuje się na siłach - niech skorzysta z zamieszczonego opisu. Ochrona przez UP formalnie nie zabrania wykonania jednostkowego, w celach badawczo - dydaktycznych. Natomiast adaptacja opisanego czujnika przepływu do celów produkcyjno - handlowych, z wykorzystaniem zasady jego działania, to już zupełnie inna, uregulowana prawnie, sprawa. Zainteresowanych komercyjnie moim pomysłem zapraszam do rozmów - zapewne dojdziemy do porozumienia, bo mogę prawnie nim rozporządzać.

Ze względów formalnych nie mogę opublikować rysunku zawartego w zgłoszeniu oraz podać szczegółów konstrukcyjnych i wymiarów. Jednak zamieszczone poniżej fotografie (dziwne, ale to wolno mi opublikować) elementów mechanicznych oraz całego czujnika, oraz fragmentaryczny, ale nie pozbawiony detali opis, dla doświadczonego majsterkowicza powinny w zupełności wystarczyć do wykonania urządzenia. Tu chciałbym wyjaśnić jedną sprawę. Proszę Czytelników o wybaczenie, ale fotografie są, jakie są! Zważywszy, że praktycznie pierwszy raz próbowałem użyć cyfrówki w celu udokumentowania czegoś więcej niż spaceru cioci Zosi po Rynku, nie mając żadnych doświadczeń w tej materii, o modnych wydziwianiach typu namiot bezcieniowy nie mówiąc - i tak się dziwię, że cokolwiek na fotkach widać. Na retusz, usuwanie cieni i inne zabawy z Photoshopem nie miałem czasu.

Dobór wymiarów klapki sprowadza się do prostych obliczeń wykorzystujących prawo Pitagorasa, które uwzględniają wewnętrzną średnicę korpusu, grubość i średnicę podkładek dystansowych oraz usytuowanie osi. Wynika z tego, że wymiary klapki są funkcją aż 4 zmiennych, więc najlepiej zrobić to przy użyciu arkusza kalkulacyjnego Excel. Miejsce usytuowania osi klapki można wyznaczyć (w pionie i poziomie) kierując się zasadą działania czujnika, wyobraźnią przestrzenną oraz znajomością elementarnych praw mechaniki. Przy zastosowaniu złączek 3/8" (wewnętrzna średnica przewodów 10 mm) za optymalną średnicę otworu w korpusie czujnika uznałem wewnętrzną średnicę gwintu G3/8". Przy mniejszej będą problemy z umieszczeniem klapki i przesłanianiem fototranzystora, natomiast znacznie większa, z uwagi na automatyczny spadek prędkości przepływu wody w przewodzie o większym przekroju (prawo ciągłości przepływu), spowoduje mniejsze wychylenie klapki, co może doprowadzić do nie działania całości. Kto nie wierzy - może sprawdzić. Ale na własny koszt i ryzyko. Natomiast część elektroniczna czujnika nie mogła podlegać ochronie, ponieważ jest to znany od dawna komparator napięć. Wprawdzie zastosowany w trochę nietypowy sposób, ale sam układ jest klasyczny. Dlatego też elektronice mogę poświęcić więcej uwagi i podać szczegóły, bo zwłaszcza dla początkujących może to być najtrudniejszy do wykonania fragment .

Korpus z klapką i podkładkami

Czujnik - widok ogólny

Czujnik - usytuowanie fototranzystora w korpusie