从电阻分压联想到家庭暖气爆管监测

北京市东直门中学(100007)

石玉峰●

从电阻分压联想到家庭暖气爆管监测

北京市东直门中学(100007)

石玉峰●

物理，来源于生活，服务于生活.引导学生关注生活中遇到的问题，尝试使用课堂上学习的物理知识解决问题，极大地激发学生学习物理的兴趣，使学生加深对物理概念和规律的理解，同时提高学生动手操作的能力，对学生智力开发大有裨益.采用电阻分压和比较器可以可靠地实现家庭暖气爆管的检测，该检测方法简单易行、成本低廉，减少居民家庭的经济损失.

物理;电阻分压;暖气爆管监测;比较器

北方地区进入冬季后，由于家家户户都有供暖设备，室内环境非常舒适，南方地区的人们对此的感情是羡慕.殊不知，虽然目前的暖气管色彩斑斓、外观整洁，但是由于金属材料较薄，居民时不时会受到暖气管爆管的袭扰.

一次，妈妈正在做晚饭，爸爸还没下班，我正在放学途中，我卧室的暖气管突然爆管，大量的暖气水喷溅在房顶、木地板、床铺上，由于抽油烟机的响声较大，掩盖了暖气水的溅射声音，等到妈妈发现，我的卧室已经是一片汪洋大海.妈妈手忙脚乱地关阀、除水，弄得浑身湿透，等我和爸爸赶到家，她已经筋疲力尽了.没过多久，大白天我家客厅的暖气管又爆管，水漫金山，把楼下奶奶家都淹了，我爸妈在单位接到楼下奶奶的电话，匆匆赶回家，又是一通折腾，除了自家地板泡坏了，还赔了楼下奶奶一笔装修钱.自那以后，爸爸妈妈上班时一听到电话铃响，总是提心吊胆的，生怕家里的暖气管又爆管.

学了中学物理的电路以后，我想起了家里的暖气管爆管，是否可以利用电路原理实现暖气爆管的监测，一旦发现暖气爆管，能够自动给爸妈、邻居和物业发出短信报警.这样既能及时发现爆管事故，减少经济损失，还能让家长上班不再提心吊胆.为此，我根据课上老师给我们讲的电路原理进行了大胆的实验设计和研究.

一、漏水检测方案

随着科技的发展，手机成为人们生活中随身携带必备用品之一，利用手机短信提醒业主家里暖气爆管是一种简单有效的方法.单片机在我们周围有着大量的应用，基于单片机设计的智能设备随处可见，所以我想通过微处理器来采集电压信号实现是否发生暖气泄漏.

当前的暖气管道内通常采用水作为传热介质，由于水中含有钙离子、镁离子、氯离子等杂质，所以具有一定的导电性.联想到课上的伏安法测电阻原理，我设计了图1所示的暖气漏水检测电路.其中，两根金属棒作为检测元件，当地面没有积水时，两根金属棒不导通，输出端的电压等于供电电源；一旦暖气管漏水导致地面积水，两根金属棒导通，理想情况下信号输出端Uo电压等于“地电平”，以此实现暖气管漏水检测.

该方法具有结构简单，容易实现等优点，但实测结果发现：由于自来水的导电性相对较差，电极间的电阻值很大(为MΩ级)，导致R1下端的电压值变化很小，因此该方法并不可靠.为此设计了图2所示方案.

图2中，在原电阻R1下面串接了具有相同阻值的电阻R2.正常情况下由于两根金属不导通，电阻R1和R2没有分压作用，输出Uo为3.3V；一旦暖气管漏水，两根金属导通，电阻R1和R2就有分压作用.把分压输出Uo接到比较器的正输入端，通过适当调节电阻R3和R4的比值，使暖气管没有漏水时比较器输出为高电平；一旦暖气管爆管造成地板上积水，比较器输出低电平.把该信号输送给单片机，就可由单片机根据输入电平的变化通过GSM短信模块，把报警信息发送给业主的手机上，实现暖气管漏水的及时报警.

2.漏水检测实验

为了验证漏水检测方案是否可行，选用了电阻、铜柱和万用表进行了实验.使用自来水进行测试，调节电阻R3，使R3电阻上的电压为3.0V.当两根铜柱之间没有水时，U0的电压值约为3.3V，比较器输出也为3.3V；当两根铜柱之间有水时，U0的电压值约为2.1V，低于U1的3.0V，比较器的输出发生了明显翻转，具有很高的检测灵敏度和可靠性.

实验结果表明采用电阻分压和比较器可以可靠实现家庭暖气爆管的检测，该检测方法简单易行、成本低廉.结合微处理器和GSM短信模块，可以实现暖气管爆管的快速监测报警，为减少居民家庭损失提供帮助.

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1008-0333(2017)07-0068-01