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Feuchtigkeitssensor mit CD4027BE

In einem Wasserbehälter wird das Wasserniveau mit einem einfachen Regelverfahren konstant gehalten. Mit einer Schaltung soll überwacht werden, ob die Regelung einwandfrei funktioniert und das Wasserniveau zu keinem Zeitpunkt überschritten wurde. Beim Überschreiten des Niveaus soll eine rote Meldeleuchte angehen und die Störung visuell signalisieren. Die Überwachungsschaltung soll mit einer Speicherfunktion ausgestattet werden. Wenn die Meldeleuchte zu beliebigem Zeitpunkt beim Überschreiten des Niveaus angeht, soll sie den Zustand auch dann behalten, wenn das Niveau nach einiger Zeit wieder abfällt und den vorgeschriebenen Wert erreicht. So kann auch zu späterem Zeitpunkt die Überschreitung des zulässigen Niveaus festgestellt werden.
Als Feuchtigkeitssonde treten in der Schaltung zwei blanke Drähte auf. Einfache Schaltung bestehend aus zwei Transistoren, generiert bei Eintauchen der Sonde ins Wasser ein Signal, das zu einem Flip-Flop-Baustein weitergeführt wird. Der Flip-Flop übernimmt in der Schaltung die Aufgabe eines Speichers. Beim Erfassen des überwachten Signals schaltet der Baustein um und behält seinen Zustand auch dann, wenn das Signal wieder abfällt. Erst mit einem Reset-Taster kann er zurückgesetzt und die Überwachung erneut fortgesetzt werden. An einem der Ausgänge des Flip-Flop-Bausteins wird ein Relais-Modul angeschlossen, mit dem ein beliebiger Signalgeber, in unserem Fall eine Leuchtdiode, eingeschaltet werden kann.

Transistor BC547

Bei der Feuchtigkeitserkennung sind zwei Transistoren BC547 im Spiel. Die beiden Transistoren bilden zusammen eine Darlington-Schaltung. Darlington-Schaltung wird oft dort eingesetzt, wo eine große Verstärkung gefragt ist.
Der BC547 ist ein NPN-Transistor, der einen Kollektorstrom von bis zu 100 mA schalten kann. Die maximale Spannung Vce beträgt 45 V. Die BC547 Transistoren werden in den Ausführungen A, B und C angeboten. Die Buchstaben beziehen sich auf unterschiedliche Stromverstärkung. Die Verstärkung des Bauteils BC547C ist z.B. dreimal so hoch wie die des Transistors BC547A. In unserem Fall kommt der Transistor BC547B zum Einsatz. Seine Stromverstärkung bei 100mA Kollektorstrom beträgt 200.

Flip-Flop CD4027BE

Eine der Aufgaben der Schaltung besteht darin, einen bestimmten Zustand, in dem Fall das Überschreiten eines vorgegeben Wasserniveaus, festzuhalten. Dazu wird eine Speichereinheit benötigt. Diese Rolle übernimmt in der Schaltung der Flip-Flop-Baustein CD4027BE. Die integrierte Schaltung CD4027BE mit 16 Pins beinhaltet zwei identische Flip-Flops, die über erweiterte Funktionen verfügen. Beide Flip-Flops können unabhängig voneinander betrieben werden. Neben den Standard-Eingängen "Setzen" und "Rücksetzen" verfügen sie über zusätzliche Eingänge, um JK-Flip-Flop zu bilden.
Im JK-Modus hat ein JK-Flip-Flop eine Speicherfunktion. An den J-K-Eingängen wird ein Data-Muster gebildet, der mit positiver Flanke am CLK-Eingang an die Ausgänge übertragen wird. Das aktuelle Muster kann mit Reset zurückgesetzt werden.
In der hier vorgestellten Schaltung kommt die Standard-Funktion eines Flip-Flops "Setzen" und "Rücksetzen" zum Einsatz.

Die Versorgungsspannung des Flip-Flops beträgt 3 bis 18 V.

Relaismodul VMA406

Am Ausgang der Schaltung wird ein fertiges Relais-Modul angeschlossen. Das Modul enthält alle notwendigen Komponenten, sodass wir uns hier um nicht weiter kümmern müssen. Das in dem Modul eingebaute Relais kann Verbraucher bis zu 10A bedienen. In unserem Fall übernimmt eine einfache Leuchtdiode die Aufgabe eines Meldegebers. Das Relais stellt einen Wechsler-Kontakt zur Verfügung.

Schaltplan

Testschaltung

Kurzvideo

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