Электротехника XII. Электрическая сигнализация

Электротехника XII. Электрическая сигнализация — использование электрического тока для передачи того или иного сигнала. Простота устройства, надежность работы, возможность передачи сигнала на дальнее расстояние, малая затрата энергии послужили причинами широкого распространения электрической сигнализации.

Простейшей электрической сигнализацией является электрический звонок, в котором замыкание цепи тока в одном месте (D₁,  D₂,  D₃) вызывает звучание колокольчика (W), установленного в другом месте (рис. 1).

Рис. 1

Рис. 2

Рис. 3. 4

Рис. 5

Рис. 6

Приспособлением для замыкания тока звонка служит нажимная кнопка; в простейшей своей форме она состоит из деревянного основания S (рис. 2) на котором винтами укреплены две пружины f; провода присоединяются к этим винтам, а на основание навинчивается деревянный футляр, в середине которого сделано отверстие для костяной кнопки К. При нажатии кнопки К свободные концы пружин f соприкасаются и замыкают цепь тока звонка. Этот последний, в большинстве случаев, изготовляется в форме дребезжащего звонка (рис. 3); он состоит из электромагнита Е, обмотка которого замыкается через пружинящий контакт у винта S; напротив электромагнита, на пружине F, укреплен кусок  мягкого железа — якорь А, соединенный с молоточком К. Когда кнопкой замыкают цепь тока звонка, тогда электромагнит, намагничиваясь, притягивает якорь А, и молоточек К ударяет по колокольчику G, но при этом цепь тока разрывается в контакте между пружиной F и винтом S, электромагнит размагничивается, и пружина F возвращает якорь А в первоначальное положение; но тут вновь замыкается цепь тока у винта S электромагнит вновь притягивает якорь, и от удара молоточком колокольчик вновь звучит, и т. д. Действие второго типа дребезжащего звонка (рис. 4) основано на том же принципе, только вместо прерывания тока электромагнита здесь притягивание якоря замыкает ток помимо электромагнита и тем самым вызывает размагничивание электромагнита и отпадание якоря. Дребезжащий звонок может питаться как от батареи элементов, так и от сети переменного тока; в последнем случае необходимо применять звонковый трансформатор, понижающий напряжение до 3—8 вольта до напряжения безопасного для человеческой жизни. Для подачи сильных сигналов, а также в телефонных установках применяется поляризованный звонок (рис. 5). В этом звонке сердечники электромагнита привернуты к сильному постоянному магниту, благодаря чему они сами намагничиваются постоянным магнетизмом; катушки двух сердечников электромагнита намотаны в противоположном направлении, поэтому при питании переменным током последний попеременно усиливает постоянный магнетизм то одной, то другой половины электромагнита; в результате, связанный с молоточком якорь попеременно притягивается то к правому, то к левому сердечнику электромагнита, а молоточек стучит по двум колокольчикам.

Т. к. напряжение звонковой установки относительно мало, то провода звонковой установки изолируются только хлопчатобумажной пряжей и прокладываются прямо по стене, без роликов, но в ответственных случаях для проводки применяется освинцованный кабель.

Один и тот же звонок может быть приведен в действие из нескольких различных пунктов. В этом случае нажимные кнопки включаются параллельно, как это показано на рис. 1. Однако, в подобных установках с несколькими кнопками важно знать, откуда подан сигнал; для этой цели такие установки часто снабжаются нумераторами с отпадающими клапанами. Построен нумератор следующим образом: на доске укреплено несколько электромагнитов; от каждой нажимной кнопки к нумератору идет отдельный провод, присоединенный к одному концу обмотки соответствующего электромагнита; вторые концы этих обмоток соединены вместе, и цепь их тока замыкается через общий звонок и элементы (рис. 6). При нажатии одной из кнопок ток проходит по обмотке соответствующего электромагнита, к нему притягивается железный якорь и освобождает сигнальный клапан (флажок); последний, под действием своей тяжести, опускается, и в окошке нумератора показывается номер, или надпись, обозначающая помещение, откуда подан сигнал. С помощью нажимного рычага клапаны можно поднять в первоначальное положение. Иногда нужно, чтобы звонок работал до тех пор, пока не будет подан встречный сигнал о том, что звонок услышан; в таких случаях применяется схема соединений, показанная на рис. 7. При нажатии кнопки К начинает работать колокольчик, но при этом электромагнит а притягивает железную пластину, соединенную с кнопкой К, благодаря чему цепь тока остается замкнутой и колокольчик продолжает звучать до тех пор, пока вызываемый не нажмет кнопку b, расположенную близ колокольчика, и тем самым, прервав ток, освободит кнопку К.

Рис. 7

Рис. 8

Рис. 9. 10. 11

Рис. 12-14

Если нужно передать сигнал на относительно далекое расстояние, то затруднительно приводить в действие колокольчик непосредственно от элемента, питающего сигнализационную линию; для этого нужно относительно большое напряжение батареи элементов, что, в свою очередь, требует улучшения изоляции всей проводки. Для того чтобы избежать такого удорожания установки, применяются сигнальные реле, — аппараты, в которых действие слабого тока вызывает замыкание цепи более сильного тока. Подобное реле (рис. 8) состоит из электромагнита, обмотка которого включается в цепь сигнализационного тока (рис. 9). При замыкании этого тока электромагнит притягивает якорь, а этот последний замыкает цепь тока, приводящего в действие сигнализирующее устройство: колокольчик или сигнальную лампу, сигнальную сирену и т. п. На рис. 10 изображена схема более сложной сигнальной установки с реле: при нажатии кнопки I звонит колокольчик, и одновременно реле R притягивает якорь К и зажигает таким образом лампу L. Как только прекращается нажатие кнопки I, колокольчик выключается, но лампа продолжает гореть до тех пор, пока не будет нажата кнопка А, которая прерывает цепь тока реле и заставляет последнее выключить лампу. Такая схема применяется в гостиницах, где колокольчик звонит в комнате обслуживающего персонала, а лампа загорается над дверью комнаты, из которой подан сигнал.

В вышеописанных устройствах сигнал подается только при замыкании цепи тока. Недостатком такого устройства сигнализации является то обстоятельство, что неисправности установки, например, обрыв проводов, порча источника тока и т. п., обнаруживаются часто только при подаче сигнала: поэтому в тех случаях, когда требуется большая надежность работы сигнализационного устройства, как то: в пожарной сигнализации, в сигнализации общественной безопасности и т. п. применяется работа на непрерывном токе, т. е. электрический ток непрерывно обтекает сигнализационную цепь, а сигнал работает при размыкании этой цепи. Схемы подобных устройств показаны на рис. 11 — простой звонок, и на рис. 12 — звонок, включающийся через реле. В обоих случаях при размыкании тока нажимной кнопкой (или вообще при прекращении тока в сигнализационной цепи) замыкается вторая цепь тока, приводящего в действие колокольчик. На непрерывном токе работают все сигнализационные установки для защиты личной или общественной безопасности. Схема подобной установки дана на рис. 13. Здесь сигнал действует при размыкании контакта или при повреждении проводов. Соответствующие контакты, размыкающие цепь, могут быть помещены в окнах, дверях, в полу помещения; всякая попытка проникнуть в это защищаемое сигнализацией помещение разрывает цепь непрерывного тока и тем самым замыкает цепь сигнализирующего устройства. Пожарная сигнализация также работает на непрерывном токе. Принципиальная схема автоматической пожарной сигнализации дана на рис. 14. Пластины 1, II и ІII устанавливаются в наиболее опасных в пожарном отношении пунктах (например, на чердаках), эти пластины составлены из двух металлов с различным температурным коэффициентом расширения. Нагреваясь, такая пластина изгибается и прерывает контакт. При этом ток в цепи не прерывается, а только сильно уменьшается, так как цепь остается замкнутой через соответствующее сопротивление W, включенное параллельно разомкнувшемуся контакту. Ослабление тока вызывает отпадение якоря К, который при   этом включает звонок AW, извещающий о пожаре; но якорь d, удерживаемый реле r, не отпадает, так как ослабленный ток все же достаточен для   того, чтобы удерживать этот якорь  притянутым. При обрыве провода в  сигнализационной цепи отпадают оба якоря К и d, причем последний выключает пожарный звонок и включает звонок S, извещающий о повреждении линии.

В последнее время в области специальной сигнализации получает широкое распространение применение фотоэлементов. Пока на фотоэлемент   падает луч света, в элементе возникает некоторая постоянная эдс. В сигнализационных устройствах фотоэлемент освещается пучком света от специальной лампы (последняя может быть прикрыта фильтром, пропускающим только невидимые для глаза инфракрасные лучи); эдс фотоэлемента «запирает» электронную лампу, т. е. воздействует на сетку электронной лампы, не пропуская через лампу ток анодной цепи. При затемнении фотоэлемента, хотя бы на мгновение, исчезновение его эдс «отпирает» электронную лампу, и ток в анодной цепи последней приводит в действие любое сигнализационное или исполнительное устройство (например, звонок или затвор огнестрельного оружия).

Литература: Богомолов, «Практическое руководство по установке электрических звонков и простейшей сигнализации» (Госнаучтехиздат, М., 1931 ; Голубев, «Сигнализация в плане реконструкции связи» (Гострансиздат, М., 1932;  Михайлов, «Телефония и сигнализация» (Госэнергоиздат, М., 1932); Савостюк, «Электрическая пожарная сигнализация» (3-е издат., М., 1932); Beckmann, «Telephon und Signalanisgen» (Berl., 1923); «Handwörterbuch des elektrischen Fernmeliewesens» (Berl., 1929), Botton, «Electric bells and  all about thex» (London).

А. Касаткин.