КОГДА МОЖНО САДИТЬСЯ ЗА РУЛЬ

С недавних пор в России принят закон, разрешающий водителям садиться за руль автомобиля с небольшим остаточным содержанием алкоголя в крови. Зная, насколько злободневна эта тема в России, считаю важным осветить некоторые технические моменты контроля (и самоконтроля) лиц, которые употребляли алкогольные напитки. Разумеется, цель данного исследования — не в споре о правовых нормах или причинах проблемы. Ниже рассмотрим технические вопросы по выдыхаемым алкогольным парам. Но сначала обратимся к истории и технологии производства промышленных датчиков различных паров и примесей в воздухе. Во многих странах Европы (Германия, Финляндия, Польша и другие) несколько лет назад появились в свободной продаже алкотестеры, или так называемые «детекторы алкогольных паров» (Roadtest).

Конечно, это не профессиональные приборы (профессиональными, в частности, укомплектованы специальные службы, например ГИБДД), но и эти скромные устройства позволяют выявить степень концентрации алкоголя в крови для самоконтроля водителя, чтобы предотвратить нежелательные последствия на дороге.

Вариантов алкотестеров, выпускаемых разными фирмами, в Европе много. Один из них — на фото, он приобретён в Финляндии в 2005 году.

Аналогичных же приборов отечественного производства в свободной продаже пока нет, но радиолюбитель сегодня может самостоятельно изготовить устройство для контроля паров алкоголя (а при установке других датчиков с аналогичными параметрами контролировать и другие газы, например, углекислый газ или выхлопы бензина).

Принцип работы алкотестера

Устройство представляет собой анализатор паров спирта, толуола, ксилена и других летучих органических соединений. В верхней части корпуса прибора расположена сменная пластмассовая трубка, которая предназначена для приёма выдуваемого человеком воздуха.

При включении питания кнопкой Power активизируется жидкокристаллический индикатор на передней панели прибора с мигающими цифрами (показаниями) 0000 % ВАС. Одновременно раздаётся кратковременный звуковой сигнал (пик-пик). Через 1 — 2 с раздаётся второй, и на индикаторе (внизу под цифрами) начинает мигать слово wait (подождите). В этот период продолжительностью 10 — 12 с происходит вхождение датчика в режим анализа воздуха.

После этого третий звуковой сигнал (аналогичный первому) свидетельствует о том, что прибор готов к работе. При этом на индикаторе (внизу под цифрами) слово wait сменяется на ready.

Алкотестер из Финляндии

Если после третьего сигнала «не дуть в трубочку» прибор воспримет тот же воздух, который он уже проанализировал, и, не найдя различий по составу воздуха, в течение 10 — 12 с выдаст отрицательный вердикт (в медицине отрицательный результат считается хорошим, не подтверждающим диагноз). Это состояние будет показано на индикаторе надписью OFF (без всяких звуковых сигналов). Система автовыключения отключит питание прибора самостоятельно спустя ещё 1,5 мин. Данное обстоятельство необходимо для экономии батарей.

Прибор имеет разъём для подключения внешнего постоянного напряжения 12 В, кнопки сброса (для перепроверки теста) и подсветки индикатора.

Если в вашем дыхании обнаружены примеси алкоголя, прибор выдаст на индикаторе цифровые показания (максимум >4000 — уже тот случай, когда надо забыть о машине) и подтвердит своё исследование бесконечной серией звуковых сигналов (пик-пик), отключить которые можно будет либо кнопкой reset (исследование сначала), либо кнопкой power.

В устройстве установлен специальный датчик примесей в воздухе типа TGS-2620, для эффективной работы которого требуется постоянное стабилизированное напряжения 5 В. Поэтому такой прибор может с успехом применяться автономно, например, с элементами питания из 3 — 4 батарей типа ААА, включённых последовательно, что существенно повысило его привлекательность. Огорчает лишь стоимость — почти 50 $ USD.

По аналогичному принципу действует представленное ниже разработанное автором устройство с той лишь разницей, что промежуточных звуковых сигналов и цифровой индикации у него нет. Устройство имеет только два сигнализационных состояния: пьян (звук длится до выключения питания) — не пьян (нет звука). В более простом и менее функциональном варианте алкогольного тестера, рассматриваемого ниже, есть один большой плюс: цена деталей на его повторение не превышает 400 рублей.

Практическое применение в радиолюбительских конструкциях популярных датчиков спирта (паров алкоголя) типа TGS-822 и TGS-2620 Figaro Engineering Inc (Япония).

Аббревиатура TGS расшифровывается как Taguchi Gas Sensor. Первооткрывателем этих датчиков и их модификаций в 1962 году стал японский изобретатель Наойоши Тагучи.

Большинство датчиков TGS сделано на основе оксида олова. Сопротивление этих датчиков постоянному току в обычном воздухе высоко, а при наличии в воздухе примесей (паров органического происхождения) у соответствующего датчика (они не универсальны, датчик паров алкоголя не реагирует на утечку фреона) сопротивление резко снижается. Если подключить такой датчик к компаратору (устройству сравнения напряжения), то последний среагирует по аналогии с параметрическим сигнализатором на изменение сопротивления датчика и включит звуковую (иную) сигнализацию. На основе этих расчётов разработано и испытано простое в повторении устройство, заменяющее промышленный прибор контроля алкоголя.

Алкотестер своими руками

Датчик паров алкоголя можно собрать и самостоятельно. Электрическая схема устройства контроля примесей паров алкоголя в воздухе и звуковой сигнализации с применением датчика TGS-2620 представлена на рисунке.

При обработке выходного сигнала датчика используется микросхема-компаратор DA2, которая сравнивает напряжение на двух своих входах. Напряжение питания для датчика подаётся на вывод 1. Общий провод подключают к выводу 2. Компаратор DA2 (микросхема К554САЗ) включён по классической схеме сравнения двух входящих сигналов, один из которых должен иметь большую стабильность. Вход компаратора подсоединяют к выводу 3 датчика GS1.

Операционный усилитель DA1 с элементами VD1, R6, С2, R7, R9 обеспечивает задержку 1 — 1,5 мин, необходимую для устранения ложных срабатываний устройства при подаче питания.

Диод VD1 препятствует току утечки оксидного конденсатора С2. Без этой задержки в течение 1 — 1,5 мин после подачи питания устройство может включить звуковой сигнал независимо от наличия паров алкоголя.

Выходной сигнал датчика GS1 снимается с контрольной точки А. Когда напряжение под воздействием паров алкоголя с концентрацией, равной или превышающей установленный предел в точке А, превысит заданную РС элементами величину, напряжение на входе U0 может меняться в диапазоне 2,5 — 3,2 В при температуре окружающего воздуха +40°С и относительной влажности 65% и, соответственно, в диапазоне 1,9 — 3,1 В при температуре -10°С.

Без термокомпенсирующей схемы график отклика мог бы изменяться в диапазоне 600 — 340 ppm при заданном значении концентрации газа 1500 ppm (при окружающей температуре 20°С и влажности 65%). Для термокомпенсации служит термистор R1.

Результаты применения термокомпенсирующего резистора представлены в таблице.

Наиболее значимыми моментами являются концентрации газа, выражающиеся в миллионной доле (ppm), например, значение концентрации газа 20 ppm означает концентрацию паров алкоголя 20×10 (-6 степени).

О деталях и монтаже

Терморезистор R1 — NTC, ММТ или аналогичный. Транзистор VT1 заменяют КТ601, КТ603, КТ940 с любым буквенным индексом. Микросхему DA1 КР140УД12 заменяют КР140УД1208, КР140УД6.

Диод VD1 — КД521, КД522 с любым буквенным индексом. Оксидные конденсаторы С1, С2 — типа К50-29 или аналогичные. С1 сглаживает пульсации напряжения (важно при питании устройства от сетевого источника питания).

Звуковой излучатель НА1 — любой с встроенным генератором 34 на напряжение 5 — 12 В.

Особенности практического применения устройств с датчиками паров алкоголя

Для наглядной световой сигнализации (дополнительно к звуковой) параллельно капсюлю НА1 (со встроенным генератором ЗЧ) подключают светодиод с последовательно соединённым резистором. Сопротивление резистора 470 — 750 Ом. Светодиод типа АЛ307БМ или аналогичный с током до 10 мА подключают в соответствии с полярностью — анодом к положительному полюсу источника питания.

Электрическая схема устройства контроля паров алкоголя в воздухе

Источник питания устройства — стабилизированный с напряжением 5 В и отклонением ±5%.

Ток потребления не превышает 70 мА (без учёта светодиодного индикатора).

Вместо датчика TGS-2620 в данной схеме могут применяться датчики TGS-880, NGS-2181 фирмы Murata или, например, датчик TGS-822 (последний требует напряжения питания 12 — 15 В).

Как один из альтернативных вариантов, можно рассмотреть применение в качестве электронного компаратора популярные и недорогие микропроцессоры, например фирмы AMTEL, AVR. При соответствующем программировании данный тип микропроцессоров способен выполнять автокалибровку и учитывать, например, функцию температурной зависимости.

А. КАШКАРОВ, г. С.-Петербург

От редакции

Как и всякий измерительный прибор, «алкотестер» должен проходить тестирование и периодические поверки в лабораториях, имеющих соответствующие лицензии. В противном случае правильными будут считаться показания прибора сотрудников ГИБДД и результаты медицинского обследования.