Универсальный внешний накопитель для всех iOS-устройств, совместим с PC/Mac, Android
Header Banner
8 800 100 5771 | +7 495 540 4266
c 9:00 до 24:00 пн-пт | c 10:00 до 18:00 сб
0 Comments

Содержание

Как сделать датчик контроля уровня воды в резервуаре своими руками


Датчики уровня жидкости в резервуаре позволяют как производить текущее измерение количества заправленной жидкости, так и сообщать о достижении предельных ее значений. Такие приборы состоят из чувствительного сенсора, реагирующего на определенные физические параметры, и схемы измерения, контроля и индикации. В зависимости от области применения используются устройства, различающиеся принципом своего действия.

Информация, изложенная в статье, поможет узнать о принципах работы датчиков разных типов и областях их применения. Будет осуществлен краткий обзор их достоинств и недостатков, указаны основные зарекомендовавшие себя на рынке производители.

Классификация приборов

Датчики уровня жидкости в резервуаре могут быть уровнемерами или сигнализаторами. Первые из них предназначены для постоянного измерения уровня жидкости в текущий момент времени. Они используют сенсоры, работающие на разных физических принципах. Дальнейшую обработку поступающих от них сигналов производят аналоговые или цифровые электронные схемы, входящие в состав уровнемеров. Полученные показатели отображаются на элементах индикации.

Сигнализаторы предупреждают о достижении определенного, заранее установленного элементами настройки значения уровня жидкости в емкости. Другое их название — датчики уровня воды в резервуаре для отключения ее дальнейшей подачи. Их выходной сигнал является дискретным. Предупреждение может выдаваться в виде световой или звуковой сигнализации. При этом происходит автоматическая блокировка работы систем заправки или слива жидкости.

Популярные модели

Современный рынок предлагает много моделей сигнализаторов. Самые популярные из них:

  1. ДЕ-1 (датчик емкостный). Чаще всего этот сигнализатор используется в агрессивных средах химической и металлургической промышленности. Он позволяет контролировать температуру и уровень сыпучих и жидких веществ. Нередко используется в установках аварийной защиты.
  2. ЭСУ-1 (электронный сигнализатор уровня). Корпус этой модели изготовлен из высококачественной стали и фторопласта. Чаще всего ЭСУ-1 устанавливают во взрывоопасных и агрессивных средах. Источник электропитания находится за пределами технологической среды. Датчик измеряет уровень нефти, спирта и воды. Блок питания выполнен из прочного алюминиевого сплава.
  3. РУ-305 (реле уровня). Этот прибор предназначен для контроля состояния жидких сред. Его корпус выполнен из особого материала и может с легкостью выдерживать температуры от -50 до +50 градусов Цельсия. Однако РУ-305 запрещается применять в агрессивных химических средах. Из недостатков этого уровнемера потребители отмечают лишь то, что он работает только в одном положении, без наклона. Измерение уровня осуществляется посредством перемещения магнита с поплавком и срабатывания герконом. Измерения имеют точность не более 5 мм.
  4. СУ-100 (сигнализатор уровня). Датчик для измерения уровня сыпучих и жидких веществ. В конструкции СУ-100 присутствует электромагнитное реле.
  5. Rosemount 5600. Этот радарный датчик уровня позволяет бесконтактно измерять любую разновидность веществ. Чтобы добиться максимально точных показаний, уровнемер необходимо правильно установить. Точность показаний устройства может ухудшаться из-за воздействия электромагнитного излучения. Корпус обладает взрывозащитной конструкцией и дисплеем, на котором отображается вся необходимая информация. Rosemount 5600 может использоваться для измерения температурных показателей в резервуаре. Чтобы в полной мере оценить возможности этого оборудования, ему необходима квалифицированная настройка с учетом диаметра трубопровода, длины уровнемера и расстояния между уровнем и опорной точкой.

Сложные модели целесообразно приобретать лишь для промышленного применения. Для бытовых целей подходят простейшие варианты уровнемеров.

(1 оценок, среднее: 5,00 из 5)

Методы измерения уровня

В зависимости от свойств жидкости, уровень которой в резервуаре требуется определить, используются следующие методы измерения:

  • контактный, при котором осуществляется непосредственное взаимодействие датчика уровня жидкости в резервуаре или его части с измеряемой средой;
  • бесконтактный, позволяющий избежать прямого взаимодействия датчика с жидкостью (ввиду ее агрессивных свойств или высокой вязкости).

Контактные устройства располагаются в емкости непосредственно на поверхности измеряемой жидкости (поплавки), в ее глубине (гидростатические манометры), либо на стенке резервуара на определенной высоте (пластинчатые конденсаторы). Для бесконтактных измерителей (радарных, ультразвуковых) необходимо обеспечить зону прямой видимости поверхности измеряемой жидкости и отсутствие прямого соприкосновения с ней.

Датчик давления воды

Гидростатическое давление определяется в условиях, когда поток или определенный объем воды находится в состоянии покоя. Чаще всего гидростатический сенсор используется в нагревательных и отопительных приборах – бойлерах, котлах отопления.

Устройство датчика давления воды

Такие устройства чаще всего работают в режиме триггера:

  • При высоком давлении воды сенсор замыкает контакты реле и разрешает работу насоса или нагревателя;
  • При низком давлении в сенсоре блокируется даже физическая возможность включения исполнительного механизма, то есть никакие удары или временные скачки напора не заставят устройство заработать.

При исправном датчике давления воды сенсор выдаст сигнал на запуск мотора, только если нагрузка на сильфон сохраняется более трех секунд.

Типовое устройство «умного» сенсора представлено на схеме.

Чувствительным элементом системы является диафрагма, соединенная с сильфоном, центральный шток может подниматься и опускаться в зависимости от величины давления, и тем самым менять емкость встроенного конденсатора.

Подключение датчика давления воды

Упрощенная модель сенсора используется в домашних системах «гидроаккумулятор — скважинный насос». Внутри прибора находится коробка с мембраной, соединенной с качающимся рычагом и двумя балансирующими пружинами.

Конструкция наворачивается на выходной штуцер гидроаккумулятора. С увеличением внутреннего давления мембрана поднимается и размыкает главную пару контактов, чтобы система исправно реагировала на давление воды, момент выключения и включения необходимо отрегулировать осадкой малой и большой пружины в соответствии с показаниями стрелочного манометра.

Принципы действия

Как уровнемеры, так и сигнализаторы для выполнения своих функций используют разные принципы действия. Наибольшее распространение получили устройства следующих типов:

  • поплавковые датчики уровня жидкости в резервуаре;
  • емкостные;
  • гидростатические датчики уровня жидкости;
  • устройства радарного типа;
  • ультразвуковые датчики.

Поплавковые, в свою очередь, могут быть механическими, дискретными и магнитострикционными. Первые три группы датчиков включают в себя устройства, использующие контактный метод измерения, две другие относятся к бесконтактным устройствам.

Тонкости выбора подобных устройств

При покупке агрегата обратите внимание на функциональность прибора, некоторые его показатели. Крайне важные вопросы при покупке прибора — это:

  1. Для каких веществ может использоваться прибор, условия работы, схема устройства;
  2. Влияет ли материал резервуара на точность показаний, принцип действия устройства;


    Популярные датчики уровня воды

  3. Используется встроенная схема обработки, преобразования сигнала, либо датчик работает как реле;
  4. Точность показаний, в том числе при быстром понижении или повышении уровня жидкости;
  5. Входит ли в комплектацию дисплей для отображения действительных показателей, регулирования заданных параметров, изменения настроек;
  6. Наличие сертификатов на продукцию;
  7. Реагирование системы на температурные перепады;
  8. Как на прибор и его точность могут влиять внешние факторы, например, вибрация, агрессивность среды или электромагнитные волны;
  9. Материал исполнения устройства и возможность его работы в заданных условиях;
  10. Собственно отзывы об агрегате, гарантии срока службы.

Варианты датчиков определения уровня воды или твердых сыпучих веществ

Механические поплавковые датчики

Легкий поплавок, постоянно находящийся на поверхности жидкости в резервуаре, системой механических рычагов связан со средним выводом потенциометра, который является плечом моста сопротивлений. При минимальном количестве жидкости в емкости мост считается сбалансированным. Напряжение в его измерительной диагонали отсутствует.

По мере заполнения резервуара поплавок отслеживает положение уровня жидкости, перемещая через систему рычагов подвижный контакт потенциометра. Изменение сопротивления потенциометра приводит к нарушению сбалансированного состояния моста. Появившееся напряжение в его измерительной диагонали используется электронной схемой системы индикации. Ее аналоговые или цифровые показания соответствуют количеству жидкости в резервуаре в текущий момент времени.

Правила выбора

Выбирать уровнемер для резервуаров необходимо с учетом большого количества факторов. Среди них:

  • состав воды;
  • объем емкости и материал, который был использован для ее изготовления;
  • потребность в контроле предельного и минимального уровня жидкости или мониторинг действительного состояния;
  • возможность внедрения автоматического управления в систему;
  • коммутационные возможности приспособления.

Для выбора бытовых устройств важно учитывать объем емкости, схему управления и принцип срабатывания.

Дискретные поплавковые датчики

Дискретный сигнал в виде замыкания или размыкания контактов герконового реле используется схемой электронной индикации и сигнализации для оповещения о достижении уровня жидкости в емкости определенного значения. Металлические контакты, выполненные из материала с низким переходным сопротивлением при их замыкании, помещены в полую изолированную стеклянную колбу.

Датчик уровня воды в резервуаре с дискретным выходом имеет в своем составе направляющую в виде полой трубки, в которую не попадает жидкость из резервуара. Внутри направляющей закреплены контакты одного или нескольких герконовых реле. Место их расположения зависит от того, в каком случае необходимо получить сигнализацию о достижении уровнем жидкости заданного значения.

Поплавок датчика со встроенным в него небольшим постоянным магнитом движется вдоль направляющей при изменении уровня жидкости в емкости. Срабатывание контактной группы происходит в момент ее попадания в магнитное поле постоянного магнита поплавка. Сигнал по проводам, подключенным к контактам датчика уровня воды в емкости геркона, поступает на схему сигнализации.

Разновидности датчиков

Все уровнемеры классифицируются по принципу их действия. Основные типы измерительных устройств:

  1. Поплавковый. Это самый простой вариант измерения уровня воды в баке. Конструкция поплавкового уровнемера включает в себя 2 геркона, магнит и поплавок. Когда уровень жидкости увеличивается, поплавок поднимается до первого геркона, который отключает реле двигателя. Если резервуар опустошается, поплавок опускается до второго геркона, который запускает реле и включает насос, перекачивающий жидкость из скважины. Герконовый датчик предельного уровня жидкости можно сделать своими руками. При этом он будет работать, даже если в резервуаре будет объемный слой пены.
  2. Ультразвуковой. Эта разновидность измерительных устройств применяется как для сухой, так и для жидкой среды. Ультразвуковые датчики могут иметь дискретный или аналоговый выход. То есть приспособление может постоянно контролировать уровень воды или ограничивать наполнение емкости при достижении конкретной точки. Такой уровнемер состоит из приемника, УЗ-излучателя и контроллера, отвечающего за обработку сигнала. Сигнализаторы ультразвукового типа являются беспроводными и бесконтактными, поэтому их можно устанавливать даже во взрывоопасных и агрессивных жидкостях.
  3. Электродный (кондуктометрический). Такие уровнемеры не подходят для емкостей с дистиллированной водой. Стандартная конструкция оснащена трехуровневым сигнализатором, в котором наполнение резервуара контролирует пара электродов, а третий — предназначен для аварийных ситуаций, для запуска режима активной откачки.
  4. Емкостный. С использованием таких уровнемеров можно точно идентифицировать предельное наполнение резервуара. Они подходят как для жидкостей, так и для сыпучих субстанций. Емкостные уровнемеры функционируют по такому же принципу, что и конденсаторы: измерение выполняется между пластинками чувствительного элемента. При достижении пикового значения на контроллер отсылается соответствующий сигнал. Иногда емкостные сигнализаторы работают по принципу «сухого контакта», при котором устройство срабатывает через стенку резервуара. Эти приспособления могут эффективно работать в очень обширном диапазоне температур, на их функционирование не влияет электромагнитное излучение. Такие эксплуатационные свойства расширяют область использования емкостных уровнемеров.
  5. Радарный. Эта разновидность сигнализаторов является универсальной, так как она работает с любыми видами технологических сред, включая взрывоопасные и агрессивные жидкости. При этом показания не будут изменяться под воздействием температуры и давления. Прибор излучает радиоволны в определенном частотном диапазоне. Приемник улавливает отраженный радиосигнал и определяет заполненность резервуара, руководствуясь периодом задержки сигнала. На датчик-измеритель не влияет температура и давление. Запыленность технологической среды тоже не сказывается на показаниях. Специалисты отмечают, что радарные приспособления обладают максимальной точностью, так как их погрешность не превышает 1 мм.
  6. Гидростатический. Этот тип сигнализатора позволяет измерять как текущее, так и предельное наполнение емкостей. Принцип работы гидростатического устройства базируется на измерении давления столба жидкости. Популярность таких датчиков обусловлена небольшой ценой и достаточной точностью.

Существуют и другие типы устройств, но они обладают специфичным назначением.

Магнитострикционные поплавковые датчики

Датчики этого типа выдают постоянный сигнал, зависящий от уровня жидкости в резервуаре. Основным элементом, как и в предыдущем случае, является поплавок с постоянным магнитом внутри, занимающий свое положение на поверхности жидкости и перемещающийся в вертикальной плоскости вдоль направляющей.

Внутреннюю полость направляющей, изолированную от жидкости, занимает волновод. Он выполнен из магнитострикционного материала. В нижней части элемента расположен источник импульсов тока, которые распространяются вдоль него.

При достижении излученного импульса места нахождения поплавка с магнитом происходит взаимодействие двух магнитных полей. Результатом такого взаимодействия является возникновение механических колебаний, которые распространяются обратно по волноводу.

Рядом с импульсным генератором закреплен пьезоэлемент, который фиксирует механические колебания. Внешняя электронная схема анализирует временную задержку между излученным и полученным импульсами и вычисляет расстояние до поплавка, который постоянно находится на поверхности жидкости. Схема индикации постоянно сообщает об уровне жидкости в резервуаре.

Указатель уровня воды своими руками


Простой, но очень полезный и эффективный указатель уровня воды сделаем сами. А эта статья поможет вам сделать такое нужное и очень полезное дело.


Для начала рассмотрим принципиальную схему этого устройства.


Схема указателя уровня воды.
Схема очень простая, но работает прекрасно. В конце статьи будет видео, где наглядно показана работа этого указателя уровня воды, который мы сделаем вместе с вами. Для начала работы соберём детали, которые нам потребуются для изготовления устройства.


Детали для изготовления схемы указателя уровня воды.

Нам понадобится: Микросхема ULN2004 или ей подобная, контактная площадка для установки микросхемы на плату. При наличии такой площадки отсутствует риск перегреть ножки микросхемы паяльником или повредить её внутреннее устройство статическим электричеством. Да и ремонт схемы, при необходимости, сокращается до нескольких секунд. Достаточно вынуть из гнезда горелую микросхему и вставить на её место новую. Сплошная выгода, особенно для не очень опытных радиолюбителей. Резисторы R1 — R7 — 47Kom. R8 — R14 — 1Kom. Светодиоды любого цвета по вашему выбору, диаметром 3 — 5 мм. Конденсатор 100Mkf 25v. Клеммные колодки любого типа, а можно и вообще без них, но удобство пользования устройством несколько снизится. Макетная плата любая, лишь бы все компоненты влезли. Я пользуюсь такими платами, потому что не хочется заморачиваться на изготовление печатной платы, просто так мне удобнее и более привычно.

Компоненты все собрали и приступаем к изготовлению нашего устройства.


Размещаем на плате часть компонентов. Сразу запаиваем установленные детали, иначе они будут постоянно выскакивать из гнёзд.


Запайка деталей по очереди. Устанавливаем следующие детали схемы.


Никакой системы нет, работайте как вам удобнее и проще.


Нужно просто постоянно сверяться со схемой, какой бы простой она не была. Запутаться может каждый, а переделывать уже выполненную работу не хочется.


Аккуратность и внимательность, тоже не лишняя штука.


И так по порядку. Устанавливаем деталь, запаиваем и переходим к следующей.

Приближаемся к финишу.


Я установил светодиоды с обратной стороны платы только лишь потому, что этот блок схемы указателя уровня воды будет устанавливаться в щиток управления на лицевую панель. Панель будет просверлена под светодиоды, а снаружи будут нарисованы очертания ёмкости. И на щите будет наглядно отображаться наличие количества воды. Плата закрепится на четыре болтика в существующие отверстия.


Это первый готовый элемент будущей системы очистки воды от железа, бактерий, всяческих вредных примесей и прочей «каки». Система у меня дома работает уже почти три года, показала себя как надёжная, удобная и вообще мне нравится. Качеством воды полностью доволен. Но настало время для модернизации. Появились новые требования (у меня), хочется чтобы было более удобное обслуживание, хочу чтобы вся информация о работе системы была постоянно перед глазами. Первую систему очистки воды я строил без всякого опыта и допустил некоторые ошибки, о которых непременно напишу в следующих статьях, но в целом было всего две незначительных поломки. В одной поломке виноват я, а в другой не качественное комплектующее изделие (опять я виноват, немного сэкономил и купил не то, что следовало).

Всё оборудование будет блочным (так возрастают возможности модернизации и упрощается ремонт), по возможности дешёвым и простым, чтобы многие могли повторить.

Для чего нужны белые проводки расскажу в одной из следующих статей. Указатель (сигнализатор) уровня воды готов.

Кабель, который идёт к датчикам уровня, можно поставить любой восьмижильный сигнальный, их продают сейчас всякие и в разных магазинах, которые занимаются сигнализацией, электрикой. Сечение жил и длина кабеля не играют особой роли. Есть кабели совсем тоненькие и дешёвые.

Как изготовить датчики уровня, нужно думать и изготавливать по месту применения. Контакты датчика выполнить лучше всего из нержавейки. Плюсовой общий электрод нужен массивный. Я делал из маленькой нержавеющей ложки, электрод работает нормально и совсем не поддаётся электрохимическому растворению. Места где припаиваются провода к электродам, лучше всего заизолировать при содействии любого клеевого пистолета (надёжно сохраняются от растворения).

Впрочем, если запитать схему посредством кнопки без фиксации, то растворения не будет. Нужно посмотреть, сколько воды — нажал на кнопку. Отпустил и питание схемы выключилось. На даче питание схемы можно применить от батареек или пальчиковых аккумуляторов, соединённых последовательно, и с кнопкой (хватит на длительный период) или от старенького аккумулятора. Данное устройство не требовательно к напряжению питания.

Удачи вам.

Делитесь, пожалуйста, в социальных сетях, если вам не жалко, может быть кому – то тоже пригодится эта простая, но нужная в хозяйстве вещь. Смотрите видео испытания уровня воды.

Продам эту самоделку или изготовлю на заказ. Напишите мне или оставьте комментарий для обсуждения деталей.

Доставка новых самоделок на почту Получайте на почту подборку новых самоделок. Никакого спама, только полезные идеи!

*Заполняя форму вы соглашаетесь на обработку персональных данных

Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.

Емкостные датчики

Работа датчиков этого типа основана на свойствах конденсатора изменять свою электрическую емкость при изменении показателя диэлектрической проницаемости материала, заполняющего пространство между его обкладками. Применяются конденсаторы коаксиального типа, представляющие собой пару соосных пустотелых металлических цилиндров разного диаметра.

Последние являются обкладками конденсатора, между которыми может свободно проникать жидкость. Показатели диэлектрической проницаемости воздуха и жидкой среды имеют разные значения. Заполнение резервуара приводит к изменению значения общей диэлектрической проницаемости коаксиального конденсатора и, соответственно, его электрической емкости.

Частота колебательного контура, в цепь которого включен конденсатор, изменяется пропорционально изменению его емкости. Электронный преобразователь частота/напряжение отслеживает это изменение и выдает на индикацию значение, пропорциональное степени заполнения резервуара.

Как проверить исправность датчика

Данный вид датчика считается достаточно надежным, так как его работа основана на механическом движении мембраны под действием давления воздуха. Тем не менее, нельзя исключать и вероятность его поломки. Если таковая случится, то последствия могут быть весьма серьезные, вплоть до перегорания нагревательного ТЭНа. А это уже повлечет за собой солидные денежные расходы.

Существуют ли способы, как проверить прессостат в стиральной машине? Это вполне по силам сделать обычному человеку, даже без обращения в ремонтную мастерскую.

Для этого необходимо выполнить такие действия:

1. Обесточьте стиральную машину, вынув ее вилку из розетки. Дальнейшие действия проводите только после выполнения этого пункта.

2. Нужно добраться до самого датчика уровня. Поскольку реле находится в верхней части корпуса машинки, нужно полностью снять ее верхнюю крышку. Для этого откручиваются болты, удерживающие крышку на корпусе. Крышка сдвигается и снимается.

3. Обнаружив датчик, следует выкрутить удерживающие его болты, а затем снять сам датчик.

4. От корпуса датчика отсоединяются трубка и все провода. Трубка крепится хомутом, который откручивается. Если электрические провода держатся на фишке, то для их отсоединения достаточно просто эту фишку выдернуть из гнезда.

Совет: Если крепление проводов осуществляется к отдельным контактам, перед их отсоединением пометьте провода и контакты маркером, чтобы не перепутать их при установке на место.

5. Трубка проверяется на наличие в ней засора. Если засор имеется, то трубка промывается до его устранения.

6. Проводится визуальный осмотр датчика. Если обнаружены какие-то поломанные элементы, то датчик подлежит замене. Также проверяется чистота контактов.

7. Производится проверка прессостата стиральной машины. Для этого необходимо взять отрезок трубки, диаметр которой соответствует диаметру снятого шланга. Можно использовать и снятый шланг, если он внутри не загрязнен. Один конец трубки нужно соединить с датчиком, а во второй ее конец подуть. Причем, не стоит дуть сильно, во избежание повреждения мембраны. После создания давления в трубке, внутри датчика будут раздаваться щелчки, свидетельствующие о срабатывании реле. Если их не слышно, то датчик лучше заменить.

На заметку: Щелчки можно и не слушать, если для проверки использовать омметр в режиме измерения сопротивления между контактами реле. В этом случае нужно дуть в трубку, параллельно следя за показаниями прибора. При срабатывании реле контакты будут замыкаться или размыкаться, что и зафиксирует прибор.

Стоимость датчика давления невелика, поэтому при подозрениях на его неисправность, рекомендуется приобрести замену, и установить на машинку.

Гидростатические датчики

Другое название такого устройства — детектор, или преобразователь давления. Они могут быть стационарными, закрепленными в нижней точке емкости, заполняемой жидкостью, или переносными. В последнем случае преобразователи давления комплектуются кабелем значительной длины. Это позволяет использовать их для резервуаров разных геометрических размеров.

Чувствительный элемент гидростатического датчика представляет собой мембрану, которая воспринимает давление столба жидкости над собой. Его настройка выполнена таким образом, что атмосферное давление не приводит к деформации мембраны. По величине давления в точке измерения можно определить высоту столба жидкости или степень заполнения резервуара.

Величина деформации мембраны преобразуется в пропорциональный электрический показатель, который затем используется для отображения уровня жидкости в резервуаре. Применяются поправки, учитывающие плотность измеряемой среды и ускорение свободного падения в точке измерения.

Конструкция и принцип действия

Независимо от того, какой принцип действия положен в основу устройства, работает ли оно только в режиме сигнализатора или параллельно выполняет функции сторожа, автомата или управляющего механизма, конструкция прибора всегда состоит из трех основных узлов:

  • Чувствительного элемента, способного реагировать на характеристики водяного потока. Например, фактическое наличие воды, высота столба или уровень в баке, факт движения водяного потока в трубе или магистрали;
  • Балластного элемента, уравновешивающего сенсорную часть датчика. Без балласта чувствительный сенсор срабатывал бы при малейшем толчке или случайной капле воды;
  • Передающая или исполнительная часть, преобразующая сигнал сенсора, вмонтированного в датчик воды, в конкретный сигнал или действие.

Примерно 90% всей водной техники, так или иначе, связано с электрическими исполнительными механизмами – насосами, клапанами, нагревателями и управляющими электронными автоматами. Понятно, что такое устройство, работающее с водяными потоками, должно быть в первую очередь безопасным.

Из всех сигнальных систем датчик, контролирующий состояние воды, считается наиболее простым и доступным в настройке и ремонте. В отличие от сенсоров и устройств, работающих с измерениями температуры, давления или расхода, датчик воды очень просто контролировать с помощью простейших устройств, или, на крайний случай, увидеть уровень или прокачанный поток своими глазами.

Датчики радарного типа

Датчик уровня жидкости емкости использует бесконтактный метод измерения, основанный на свойствах этой среды любой плотности и вязкости отражать электрический сигнал. Частота излучаемого сигнала радиолокатора, расположенного над поверхностью измеряемого уровня жидкости, изменяется по линейному закону.

Отраженный от поверхности, он приходит на приемное устройство с задержкой, определяемой длиной пройденного пути. Таким образом, между частотами двух сигналов присутствует разница. По величине сдвига частоты анализирующее устройство локатора определяет пройденный сигналом путь или уровень отражающей жидкости относительно места расположения радиолокатора.

Датчик протечки воды

Уже из названия становится понятным, что речь идет об устройстве, фиксирующем наличие утечки воды из водопроводных коммуникаций. Принцип работы устройства напоминает электродную систему. Внутри пластиковой коробки в специальном кармане установлена одна или несколько пар электродов. В случае аварии скапливающая на полу вода затекает внутрь кармана и замыкает контакты. Срабатывает электронная схема, и по сигналу сенсора в работу вступают шаровые краны с электроприводом.

Понятно, что датчик, сам по себе, — вещь бесполезная, если используется без системы управления и автоматических отсекателей воды, установленных на вводе в дом или на одной из веток водопровода.

В качестве примера можно привести одну из наиболее популярных систем защиты — датчик протечки воды Нептун. В систему входят три основных блока:

  • Сам датчик протечки Нептун в проводной или беспроводной модификации, обычно в комплект входит три отдельных сенсора;
  • Шаровой кран с электроприводом, производства итальянской , в количестве двух штук;
  • Блок управления «Neptun Base».

Наиболее ценная часть комплекта — автоматические краны, их выпускают для установки на полудюймовой и дюймовой трубной резьбе. Конструкция выдерживает давление до 40 Атм., а итальянское качество привода гарантирует не менее 100 тыс. циклов открывания-закрывания.

Сам датчик выглядит, как две латунные пластины в коробке, к которым подведено низковольтное напряжение с очень высоким сопротивлением входа, при замыкании сенсора ток ограничен 50 мА. Сама конструкция выполнена по протоколу IP67, поэтому является абсолютно безопасной для человека.

Установка беспроводных датчиков протечки воды

В системе «Нептун» датчик может быть удален от блока управления на расстояние более 50 м. В более совершенных беспроводных системах NEPTUN PROW+ вместо системы проводов используются датчики протечки воды, оборудованные модулем WF.

Блок управления оборудован защищенным от помех и влаги каналом, системой включения-выключения шаровых кранов. Считается, что никакие помехи или случайные капли влаги, конденсат не влияют на работу датчиков.

Коробки с сенсором протечки устанавливают на удалении от труб не более чем на 2 м, сенсоры нельзя экранировать металлической сантехникой или мебелью.

Беспроводной датчик протечки воды

Устройство беспроводного измерителя сложнее, чем обычного двухэлектродного варианта с проводным подключением. Внутри установлен контроллер, который непрерывно сравнивает ток, протекающий между электродами, с эталонным значением, зашитым в память. При этом эталонное значение «сухой пол» можно настраивать по собственному выбору.

Очень удобное решение, учитывая, что уровень влажности в ванной комнате может быть очень высоким, а регулярно выпадающий конденсат может привести к ложным срабатываниям.

Как только контроллер определяет уровень, соответствующий затоплению, прибор контроля воды отправляет на базовый блок сигнал об аварии. Наиболее продвинутые модели способны дублировать команду СМС-сообщением по GSM каналу.

Ультразвуковые датчики уровня

Схема измерения, использующаяся для датчиков этого типа, соответствует рассмотренной в предыдущем разделе статьи. Локационный метод измерения применяется в ультразвуковом диапазоне длин волн.

Полученные данные определяют разницу во времени между излученным передатчиком и принятым приемником сигналами. Используя данные о скорости распространения ультразвука в пространстве над поверхностью жидкости, анализирующее устройство определяет расстояние, пройденное сигналом, или уровень жидкости в резервуаре.

Датчик протока воды

Во многих случаях для стабильной и безаварийной работы техники мало датчика наличия воды, требуется информация о том, движется ли поток по трубопроводу, какова его скорость и напор. Для этих целей используются датчики протока воды.

Виды датчиков протока воды

В бытовой и наиболее простой промышленной технике используют четыре основных вида датчиков протока:

  • Напорный измеритель;
  • Лепестковый тип сенсора;
  • Лопаточная схема измерения;
  • Ультразвуковая система.

Иногда используется устаревшая конструкция на основе трубки Пито, но для ее надежной работы требуется как минимум отсутствие загрязнений и ламинарный характер течения воды. Первые три датчика являются механическими, поэтому часто подвергаются засорению или водяной эрозии чувствительного элемента. Последний тип сенсора, ультразвуковой, способен работать практически в любых условиях.

Принцип работы ультразвукового измерителя можно понять из схемы. Внутри трубки расположен излучатель волн и приемник. В зависимости от скорости потока звуковая волна может отклоняться от первоначального направления, что и служит основанием для измерения характеристик потока.

Устройство и принцип работы

Простейшие лепестковые датчики потока работают по принципу гребного весла. В поток погружается лепесток, подвешенный на шарнире. Чем выше скорость потока, тем сильнее отклоняется лепесток датчика.

В более точных лопаточных датчиках применяется крыльчатка или турбинка из полиамида или алюминиевого сплава. В этом случае удается измерять скорость потока по частоте вращения подвижного элемента. Единственным недостатком является повышенное сопротивление, создаваемое лепестками и лопатками в потоке воды.

Напорный сенсор работает с использованием динамического давления потока. Под напором воды подвижный элемент с магнитным вкладышем выдавливается вверх, освобождая тем самым пространство для движения жидкости. Установленный в головке геркон моментально реагирует на магнитное поле вкладыша и замыкает цепь.

Как усилить сигнал от датчика уровня воды. Датчик уровня воды

Датчик уровня воды в условиях современной техники выполняет функцию одного из органов чувств человека. От того, насколько правильно удается управлять и контролировать состояние водного потока, зависит исправная работа всего механизма. Важность надежности устройства сенсора сложно переоценить, хотя бы потому, что прибор, контролирующий воду, как правило, становится тем самым «узким» звеном современной техники.

Конструкция и принцип действия

Независимо от того, какой принцип действия положен в основу устройства, работает ли оно только в режиме сигнализатора или параллельно выполняет функции сторожа, автомата или управляющего механизма, конструкция прибора всегда состоит из трех основных узлов:

  • Чувствительного элемента, способного реагировать на характеристики водяного потока. Например, фактическое наличие воды, высота столба или уровень в баке, факт движения водяного потока в трубе или магистрали;
  • Балластного элемента, уравновешивающего сенсорную часть датчика. Без балласта чувствительный сенсор срабатывал бы при малейшем толчке или случайной капле воды;
  • Передающая или исполнительная часть, преобразующая сигнал сенсора, вмонтированного в датчик воды, в конкретный сигнал или действие.

Примерно 90% всей водной техники, так или иначе, связано с электрическими исполнительными механизмами – насосами, клапанами, нагревателями и управляющими электронными автоматами. Понятно, что такое устройство, работающее с водяными потоками, должно быть в первую очередь безопасным.

Из всех сигнальных систем датчик, контролирующий состояние воды, считается наиболее простым и доступным в настройке и ремонте. В отличие от сенсоров и устройств, работающих с измерениями температуры, давления или расхода, датчик воды очень просто контролировать с помощью простейших устройств, или, на крайний случай, увидеть уровень или прокачанный поток своими глазами.

Виды датчиков уровня

Одним из условий успешной работы сенсора является высокая чувствительность датчика, чем выше, тем лучше, тем точнее удается считать контролируемый параметр воды. Поэтому в качестве величины, измеряемой сенсором, стараются выбирать ту, которая сильнее всего меняется за время измерения.

На сегодня существует около двух десятков различных способов и методов измерения механических характеристик воды, но все они используются для получения сведений:

  • Высоты уровня водяного столба в емкости или баке;
  • Скорости движения потока или расхода воды;
  • Факта наличия-отсутствия воды в закрытой емкости, резервуаре, трубе или теплообменнике.

Разумеется, промышленные сенсоры могут быть достаточно сложными конструктивно, но используемые в них принципы работы такие же, как и в бытовой, садово-огородной или автомобильной технике.

Поплавковый тип датчика перелива

Наиболее простой способ измерять уровень воды используется в нехитрой механической конструкции, состоящей из герметичного поплавка, качающегося рычага или кулисы и запорного клапана. В данном случае датчиком является поплавок, балластом считается пружина и поплавковый утяжелитель, а исполнительным механизмом выступает сам клапан.

Во всех поплавковых системах датчик или поплавок регулируется на определенную высоту срабатывания. Вода, поднявшаяся в баке до контрольного уровня, поднимает поплавок и открывает клапан.

Поплавковая система может быть оборудована электрическим исполнительным устройством. Например, внутрь поплавкового датчика устанавливают вкладыш-магнит, при подъеме воды до рабочего уровня магнитное поле заставляет вакуумный геркон замыкать контакты, и тем самым включает или выключает электрическую цепь.

Поплавковый датчик может также выполняться по свободной схеме, как, например, в погружных насосах. В этом случае геркон замыкается не под воздействием магнитного поля вкладыша, а только за счет перепада давлений внутри корпуса насоса и на уровне поплавка. На сегодня магнитно-поплавковый датчик с электрическим исполнительным реле считается одним из самых безопасных и надежных вариантов контроля уровня жидкости.

Ультразвуковой сенсор

Конструкция датчика воды предусматривает наличие двух устройств – источника ультразвука и приемника сигнала. Звуковая волна направляется на поверхность воды, отражается и возвращается на датчик приемник.

На первый взгляд, идея использовать ультразвук для изготовления датчика контроля уровня или скорости движения воды выглядит не очень удачной. Ультразвуковая волна способна отражаться от стен бака, преломляться и создавать помехи в работе приемного датчика, а кроме того, потребуется сложное электронное оборудование.

На самом деле ультразвуковой сенсор для измерения уровня воды или любой другой жидкости помещается в коробку чуть больше пачки сигарет, при этом использование ультразвука в качестве датчика дает определенные преимущества:

  • Возможность измерять уровень, и даже скорость воды при любой температуре, в условиях вибраций или движения;
  • Ультразвуковой датчик может измерять расстояние от сенсора до поверхности воды даже в условиях сильного загрязнения, с переменным уровнем жидкости.

Кроме того, датчик может измерять уровень воды, расположенной на значительной глубине, при этом точность измерения достигается 1-2 см на каждые 10 м высоты.

Электродный принцип контроля воды

Тот факт, что вода обладает электропроводностью, успешно используется для изготовления контактных датчиков уровня жидкости. Конструктивно система представляет собой несколько электродов, установленных в емкости на разной высоте и соединенных в одну электрическую цепь.

По мере заполнения емкости водой жидкость последовательно замыкает пару контактов, что включает цепь управляющего реле насоса. Как правило, у датчика воды имеется два-три электрода, поэтому измерение потока воды получается слишком дифференцированным. Датчик сигнализирует лишь о достижении минимального уровня и запускает мотор насоса, или о полном заполнении емкости и отключает его, поэтому подобные системы используются для контроля резервных или поливных цистерн с водой.

Емкостной тип датчика воды

Конденсаторный или емкостной тип сенсора используется для измерения уровня воды в узких и глубоких емкостях, это может быть колодец или скважина.

С помощью емкостного датчика можно определить высоту водяного столба в скважине с точностью до десятка сантиметров.

Конструкция сенсора состоит из двух коаксиальных электродов, фактически трубы и внутреннего металлического электрода, погруженных в ствол скважины. Вода заполняет часть внутреннего пространства системы, меняя тем самым его емкость. С помощью подключенной электронной схемы и катушки колебаний с кварцем можно точно определить емкость датчика и количество воды в скважине.

Радарный измеритель

Волновой, или радарный датчик используется для работы в наиболее сложных условиях, например, если нужно измерить уровень или объем жидкости в резервуаре, открытом водоеме, колодце несимметричной и неправильной формы.

Принцип действия не отличается от ультразвукового прибора, а использование электрического импульса позволяет выполнить измерение с большой точностью.

Гидростатический вариант сенсора

Один из вариантов гидростатического датчика приведен на схеме.

К сведению! Подобный сенсор используется в стиральных машинах и бойлерах, где очень важно контролировать высоту водяного столба внутри бака.

Гидростатический датчик представляет собой коробку с эластичной подпружиненной мембраной, делящей корпус датчика на два отделения. Одну из секций соединяют прочной полиэтиленовой трубкой со штуцером, впаянным в днище бака.

Давление водяного столба передается по трубке на мембрану и заставляет замыкаться контакты пускового реле, чаще всего для запуска исполнительного механизма используется пара — магнитный вкладыш и геркон.

Датчик давления воды

Гидростатическое давление определяется в условиях, когда поток или определенный объем воды находится в состоянии покоя. Чаще всего гидростатический сенсор используется в нагревательных и отопительных приборах – бойлерах, котлах отопления.

Устройство датчика давления воды

Такие устройства чаще всего работают в режиме триггера:

  • При высоком давлении воды сенсор замыкает контакты реле и разрешает работу насоса или нагревателя;
  • При низком давлении в сенсоре блокируется даже физическая возможность включения исполнительного механизма, то есть никакие удары или временные скачки напора не заставят устройство заработать.

При исправном датчике давления воды сенсор выдаст сигнал на запуск мотора, только если нагрузка на сильфон сохраняется более трех секунд.

Типовое устройство «умного» сенсора представлено на схеме.

Чувствительным элементом системы является диафрагма, соединенная с сильфоном, центральный шток может подниматься и опускаться в зависимости от величины давления, и тем самым менять емкость встроенного конденсатора.

Подключение датчика давления воды

Упрощенная модель сенсора используется в домашних системах «гидроаккумулятор — скважинный насос». Внутри прибора находится коробка с мембраной, соединенной с качающимся рычагом и двумя балансирующими пружинами.

Конструкция наворачивается на выходной штуцер гидроаккумулятора. С увеличением внутреннего давления мембрана поднимается и размыкает главную пару контактов, чтобы система исправно реагировала на давление воды, момент выключения и включения необходимо отрегулировать осадкой малой и большой пружины в соответствии с показаниями стрелочного манометра.

Датчик протечки воды

Уже из названия становится понятным, что речь идет об устройстве, фиксирующем наличие утечки воды из водопроводных коммуникаций. Принцип работы устройства напоминает электродную систему. Внутри пластиковой коробки в специальном кармане установлена одна или несколько пар электродов. В случае аварии скапливающая на полу вода затекает внутрь кармана и замыкает контакты. Срабатывает электронная схема, и по сигналу сенсора в работу вступают шаровые краны с электроприводом.

Понятно, что датчик, сам по себе, — вещь бесполезная, если используется без системы управления и автоматических отсекателей воды, установленных на вводе в дом или на одной из веток водопровода.

В качестве примера можно привести одну из наиболее популярных систем защиты — датчик протечки воды Нептун. В систему входят три основных блока:

  • Сам датчик протечки Нептун в проводной или беспроводной модификации, обычно в комплект входит три отдельных сенсора;
  • Шаровой кран с электроприводом, производства итальянской компании «Бугатти», в количестве двух штук;
  • Блок управления «Neptun Base».

Наиболее ценная часть комплекта — автоматические краны, их выпускают для установки на полудюймовой и дюймовой трубной резьбе. Конструкция выдерживает давление до 40 Атм., а итальянское качество привода гарантирует не менее 100 тыс. циклов открывания-закрывания.

Сам датчик выглядит, как две латунные пластины в коробке, к которым подведено низковольтное напряжение с очень высоким сопротивлением входа, при замыкании сенсора ток ограничен 50 мА. Сама конструкция выполнена по протоколу IP67, поэтому является абсолютно безопасной для человека.

Установка беспроводных датчиков протечки воды

В системе «Нептун» датчик может быть удален от блока управления на расстояние более 50 м. В более совершенных беспроводных системах NEPTUN PROW+ вместо системы проводов используются датчики протечки воды, оборудованные модулем WF.

Блок управления оборудован защищенным от помех и влаги каналом, системой включения-выключения шаровых кранов. Считается, что никакие помехи или случайные капли влаги, конденсат не влияют на работу датчиков.

Коробки с сенсором протечки устанавливают на удалении от труб не более чем на 2 м, сенсоры нельзя экранировать металлической сантехникой или мебелью.

Беспроводной датчик протечки воды

Устройство беспроводного измерителя сложнее, чем обычного двухэлектродного варианта с проводным подключением. Внутри установлен контроллер, который непрерывно сравнивает ток, протекающий между электродами, с эталонным значением, зашитым в память. При этом эталонное значение «сухой пол» можно настраивать по собственному выбору.

Очень удобное решение, учитывая, что уровень влажности в ванной комнате может быть очень высоким, а регулярно выпадающий конденсат может привести к ложным срабатываниям.

Как только контроллер определяет уровень, соответствующий затоплению, прибор контроля воды отправляет на базовый блок сигнал об аварии. Наиболее продвинутые модели способны дублировать команду СМС-сообщением по GSM каналу.

Датчик протока воды

Во многих случаях для стабильной и безаварийной работы техники мало датчика наличия воды, требуется информация о том, движется ли поток по трубопроводу, какова его скорость и напор. Для этих целей используются датчики протока воды.

Виды датчиков протока воды

В бытовой и наиболее простой промышленной технике используют четыре основных вида датчиков протока:

  • Напорный измеритель;
  • Лепестковый тип сенсора;
  • Лопаточная схема измерения;
  • Ультразвуковая система.

Иногда используется устаревшая конструкция на основе трубки Пито, но для ее надежной работы требуется как минимум отсутствие загрязнений и ламинарный характер течения воды. Первые три датчика являются механическими, поэтому часто подвергаются засорению или водяной эрозии чувствительного элемента. Последний тип сенсора, ультразвуковой, способен работать практически в любых условиях.

Принцип работы ультразвукового измерителя можно понять из схемы. Внутри трубки расположен излучатель волн и приемник. В зависимости от скорости потока звуковая волна может отклоняться от первоначального направления, что и служит основанием для измерения характеристик потока.

Устройство и принцип работы

Простейшие лепестковые датчики потока работают по принципу гребного весла. В поток погружается лепесток, подвешенный на шарнире. Чем выше скорость потока, тем сильнее отклоняется лепесток датчика.

В более точных лопаточных датчиках применяется крыльчатка или турбинка из полиамида или алюминиевого сплава. В этом случае удается измерять скорость потока по частоте вращения подвижного элемента. Единственным недостатком является повышенное сопротивление, создаваемое лепестками и лопатками в потоке воды.

Напорный сенсор работает с использованием динамического давления потока. Под напором воды подвижный элемент с магнитным вкладышем выдавливается вверх, освобождая тем самым пространство для движения жидкости. Установленный в головке геркон моментально реагирует на магнитное поле вкладыша и замыкает цепь.

Область применения

Датчики водяного потока используются исключительно в системах нагрева и системах автоматики одноконтурных теплообменников. Чаще всего выход из строя сенсора наличия потока приводит к прогару и тяжелейшим повреждениям раскаленных радиаторов и нагревателей.

Датчик уровня воды своими руками

Простейший вариант устройства, способного сигнализировать о наполнении водой бака или любой другой емкости, приведен на схеме ниже.

Конструктивно определитель уровня состоит из трех металлических электродов, установленных на текстолитовой пластинке. Схема, собранная на обычном маломощном транзисторе, позволяет определять предельно допустимый верхний и нижний уровень воды в емкости.

Конструкция абсолютно безопасна в пользовании и не требует каких-либо дорогостоящих деталей или приборов управления.

Заключение

Датчики уровня воды широко используются в бытовой технике, поэтому чаще всего для вспомогательных нужд гаражной или садовой техники используют уже готовые конструкции от старой техники, переделанные и адаптированные к новым условиям. При правильном подключении такое устройство прослужит гораздо дольше самодельной схемы.

Когда возникает необходимость контроля уровня жидкости, многие выполняют эту работу вручную, а ведь это крайне неэффективно, отнимает уйму времени и сил, а последствия недосмотра могут обойтись очень дорого: например, затопленная квартира или сгоревший насос. Этого можно легко избежать, используя поплавковые датчики уровня воды. Это простые по конструкции и принципу действия устройства, доступные по цене.

В домашних условиях датчики этого типа позволяют автоматизировать такие процессы, как:

  • контроль уровня жидкости в расходном баке;
  • откачка грунтовых вод из погреба;
  • отключение насоса, когда уровень в колодце падает ниже допустимого, и некоторые другие.

Принцип действия поплавкового датчика

В жидкость помещается предмет, который в ней не тонет. Это может быть кусок дерева или пенопласта, полая герметичная сфера из пластмассы или металла и многое другое. При изменении уровня жидкости этот предмет будет подниматься или опускаться вместе с ней. Если поплавок соединить с исполнительным механизмом, то он будет выполнять функции датчика уровня воды в ёмкости.

Классификация оборудования

Поплавковые датчики могут самостоятельно осуществлять контроль над уровнем жидкости или подавать сигнал в схему контроля. По этому принципу их можно разделить на две большие группы: механические и электрические.

Механические устройства

К механическим относятся самые разнообразные поплавковые клапаны уровня воды в баке. Принцип их действия состоит в том, что поплавок соединён с рычагом, при изменении уровня жидкости поплавок перемещает вверх или вниз этот рычаг , а он, в свою очередь, воздействует на клапан, который и перекрывает (открывает) подачу воды. Такие клапаны можно увидеть в сливных бачках унитазов. Их очень удобно использовать там, где нужно постоянно добавлять воду из центральной системы водоснабжения.

Механические датчики обладают рядом преимуществ:

  • простота конструкции;
  • компактность;
  • безопасность;
  • автономность – не требуют никаких источников электроэнергии;
  • надёжность;
  • дешевизна;
  • лёгкость установки и настройки.

Но у этих датчиков есть один существенный недостаток: они могут контролировать только один (верхний) уровень, который зависит от места монтажа, и регулировать его, если и можно, то в очень небольших пределах. В продаже такой клапан может называться «кран поплавковый для ёмкостей».

Электрические датчики

Электрический датчик уровня жидкости (поплавковый), отличается от механического тем, что сам он воду не перекрывает. Поплавок, перемещаясь при изменении количества жидкости, воздействует на электрические контакты, которые включены в схему управления. На основании этих сигналов автоматическая система контроля принимает решение о необходимости тех или иных действий. В простейшем случае такой датчик имеет поплавок. Этот поплавок воздействует на контакт, через который происходит включение насоса.

В качестве контактов чаще всего применяют герконы . Геркон – это стеклянная герметичная колба с контактами внутри. Переключение этих контактов происходит под действием магнитного поля. Герконы имеют миниатюрные размеры и легко размещаются внутри тонкой трубки из немагнитного материала (пластик, алюминий). По трубке под действием жидкости свободно перемещается поплавок с магнитом, при приближении которого контакты срабатывают. Вся эта система устанавливается вертикально в резервуар . Меняя положение геркона внутри трубки, можно регулировать момент срабатывания автоматики.

Если нужно следить за верхним уровнем в резервуаре, то датчик устанавливают вверху. Как только уровень опустится ниже установленного, контакт замкнётся, насос включится. Вода начнёт прибавляться, и когда уровень воды дойдёт до верхнего предела, поплавок вернётся в исходное состояние, и насос отключится. Однако на практике такую схему применять нельзя. Дело в том, что датчик срабатывает при малейшем изменении уровня, вслед за этим включается насос, уровень поднимается, и насос отключается. Если расход воды из ёмкости меньше , чем подача, возникает ситуация, когда насос постоянно включается и отключается, при этом он быстро перегревается и выходит из строя.

Поэтому датчики уровня воды для управления насосом работают иначе. В ёмкости располагают минимум два контакта. Один отвечает за верхний уровень, он отключает насос. Второй определяет положение нижнего уровня, при достижении которого насос включается. Таким образом, значительно сокращается число пусков, что обеспечивает надёжную работу всей системы. Если разница уровней небольшая, то удобно использовать трубку с двумя герконами внутри и один поплавок, который их коммутирует. При разнице больше метра применяют два отдельных датчика, установленных на требуемых высотах.

Несмотря на более сложную конструкцию и необходимость схемы управления, электрические поплавковые датчики позволяют полностью автоматизировать процесс управления уровнем жидкости.

Если через такие датчики подключить лампочки , то их можно использовать для визуального контроля количества жидкости в резервуаре.

Самодельный поплавковый выключатель

Если у вас есть время и желание, то простейший поплавковый датчик уровня воды можно сделать своими руками, и расходы на него будут минимальны.

Механическая система

Для того чтобы максимально упростить конструкцию, в качестве запирающего устройства будем использовать шаровый клапан (кран). Хорошо подойдут самые маленькие клапаны (полудюймовые и меньше). Такой кран имеет ручку, которой он закрывается. Для переделки его в датчик необходимо удлинить эту ручку полоской металла. Полоска крепится к ручке через просверлённые в ней отверстия соответствующими винтами. Сечение этого рычага должно быть минимальным, но при этом он не должен изгибаться под действием поплавка. Длина его около 50 см. Поплавок крепится на конце этого рычага.

В качестве поплавка можно использовать двухлитровую пластиковую бутылку от газировки. Бутылка наполовину заполняется водой.

Проверить работу системы можно, не устанавливая её в резервуар. Для этого установите кран вертикально, а рычаг с поплавком поставьте в горизонтальное положение. Если все сделано правильно, то под действием массы воды в бутылки, рычаг начнёт двигаться вниз и займёт вертикальное положение, вместе с ним провернётся и ручка клапана. Теперь погрузите устройство в воду. Бутылка должна всплыть и повернуть ручку клапана.

Так как клапаны различаются размерами и усилием, которое нужно приложить для их переключения, возможно, нужно будет провести настройку системы. В случае если поплавок не может провернуть клапан, можно увеличить длину рычага или взять бутылку большего объёма .

Монтируем датчик в ёмкости на необходимом уровне в горизонтальном положении, при этом в вертикальном положении поплавка клапан должен быть открыт, а в горизонтальном – закрыт.

Датчик электрического типа

Для самостоятельного изготовления датчика этого типа, кроме обычного инструмента, понадобится:

Последовательность изготовления следующая:

При изменении уровня жидкости вместе с ней перемещается и поплавок, который действует на электрический контакт для контроля уровня воды в баке. Схема управления с таким датчиком может иметь вид, представленный на рисунке. Точки 1, 2, 3 — это точки подключения провода, который идёт от нашего датчика. Точка 2 — это общая точка.

Рассмотрим принцип действия самодельного устройства. Допустим, в момент включения резервуар пуст, поплавок находится в положении нижнего уровня (НУ), этот контакт замыкается и подаёт питание на реле (Р).

Реле срабатывает и замыкает контакты Р1 и Р2. Р1 — это контакт самоблокировки. Он нужен для того, чтобы реле не отключилось (насос продолжал работать), когда вода начнёт прибывать, и контакт НУ разомкнётся. Контакт Р2 подключает насос (Н) к источнику питания.

Когда уровень поднимется до верхнего значения, сработает геркон и разомкнёт свой контакт ВУ. Реле будет обесточено, оно разомкнёт свои контакты Р1 и Р2, и насос отключится.

С уменьшением количества воды в резервуаре поплавок начнёт опускаться, но пока он не займёт нижнее положение и не замкнёт контакт НУ, насос не включится. Когда это произойдёт, цикл работы повторится заново.

Вот так работает поплавковый выключатель контроля уровня воды .

В процессе эксплуатации необходимо периодически очищать трубу и поплавок от загрязнений. Герконы выдерживают огромное количество переключений, поэтому такой датчик прослужит долгие годы.

Для сборки измерителя уровня воды я стоял перед выбором метода измерения – контактный или бесконтактный. К контактным относятся резистивный, конденсаторный и индуктивный методы, из бесконтактных способов наибольшее распространение получили визуальный, радарный и ультразвуковой. Чтобы не повлиять на качество воды в емкости мы прибегнем к одному из бесконтактных методов измерения уровня жидкости.

Все бесконтактные методы основаны на одном принципе: сигнал уходит, проходит определенное время, сигнал возвращается. Визуальный метод использует оптический сигнал, он достаточно точный, но если датчик загрязнится, то он вообще перестанет работать.

При использовании радарного метода измерения уровня используются высокочастотные радиоволновые сигналы, из-за этого метод не подходит для использования в домашних условиях. Ультразвуковой метод аналогичен радарному, только вместо радиоволн используются ультразвуковые волны. Этот способ подходит нам как нельзя лучше, из-за того, что ультразвуковые сенсоры легко найти и они недороги.

Измеритель уровня жидкости я сделал на базе микроконтроллера Arduino Mega2560 (можно взять любой контроллер Arduino).

За любые повреждения, полученные в процессе сборки автор статьи ответственности не несет.

Шаг 1: Материалы


Материалы для датчика уровня воды в резервуаре:

  • Arduino (Uno, Mega 2560,…)
  • ультразвуковой датчик измерения расстояния HC SR04
  • провода для подключения датчика к контроллеру
  • оргстекло для корпуса (опционально)

Шаг 2: Немного теории

Для начала я расскажу вам немного об ультразвуковом способе измерения уровня жидкости. Смысл все бесконтактных приборов измерения уровней заключается измерении расстояния между трансивером и поверхностью жидкости. Трансивер посылает короткий ультразвуковой импульс и измеряется время, за которое сигнал идет до поверхности жидкости и обратно до трансивера. Из-за того, что плотность жидкости выше, чем плотность воды, ее поверхность отразит ультразвуковой импульс.

У ультразвукового метода измерения есть свои минусы:

  1. Из-за длины импульса остается маленькое окно для приема отраженного сигнала, потому что трансивер продолжает испускать сигнал. Проблема решается достаточно просто: сенсор размещается на несколько сантиметров выше максимального уровня жидкости, позволяя приемнику начать прием сигнала.
  2. Из-за ширины луча имеются ограничения в диаметре используемой емкости. Если диаметр будет слишком мал, отраженный от поверхности жидкости сигнал будет отражаться и от стенок емкости, тогда данные могут быть ложными.
  3. Прежде чем установить счетчик в бак на постоянное место, его протестировали на эти два момента. Стабильные данные получены на расстоянии минимум 5 см от сенсора. Это значит, что сенсор нужно установить не ниже 5 см над уровнем жидкости. Также не было отраженных от стен бака сигналов при диаметре сосуда 7,5 см (высота 0,5 м). Эти результаты были учтены при установке сенсора в бак.

Шаг 3: Водяной бак

Вода в систему полива будет поступать самотеком. Поэтому бак должен быть установлен выше уровня пола. Бак сделан из метровой канализационной трубы диаметром 16 см. Труба разделена на две секции. В нижней секции располагаются клапана, верхняя будет собственно резервуаром с водой. В качестве крышки резервуара используется заглушка. К заглушке крепится ультразвуковой датчик измерения расстояния. Для устойчивости бак установлен в деревянный короб, в котором установлена электроника и аккумулятор.

Высоту столба жидкости кодируем в процентах, точкой отсчета будут показания счетчика от 6 см (100%), и до 56 см (0%), 6 см – удаление от поверхности воды.

Бак сделан из трубы для простоты вычислений объема (цилиндиреская форма без изменений диаметра).

Шаг 4: Схема соединения ультразвукового датчика и контроллера



Сначала припаиваем к ультразвуковому датчику провода (витая пара, без экранирующего покрытия или фольгированная). Потом помещаем датчик в самодельный корпус из оргстекла. Корпус герметизируем и крепим на крышку бака. Корпус сделан по ходу дела и не является обязательной деталью, поэтому его нет на фото и нет инструкций по изготовлению, так что импровизируйте, если решили сделать его.

Следуя приложенной схеме, подключите датчик к контроллеру.

Шаг 5: Программа

Программа по измерению расстояния конвертирована в программу по определению уровня воды.

Сначала посылается сигнал, затем он возвращается, измеряется время между передачей и приемом сигнала, а полученные данные преобразуются в сантиметры. Сантиметры, в свою очередь, преобразуются в проценты и через последовательное соединение эти данные передаются на компьютер. Также можно подсчитать оставшийся в резервуаре объем воды.

Файлы

Шаг 6: Проверка

Так как потом этот водяной бак будет использоваться в автоматической системе полива с двухступенчатым регулятором, необходимо измерить показатели потока. Выходной поток из бака зависит от гидростатического давления внутри него.

Любой человек, знакомый с основами гидродинамики, знает, что гидростатическое давление уменьшается при снижении уровня воды. Чтобы полив растений осуществлялся одинаковым объемом воды, нужно иметь возможность контролировать время, в течение которого клапан остается открытым. Зная показатели потока, можно подсчитать, какой объем воды может вытечь из бака за определённое время, и таким образом определить время, в течение которого клапан должен быть открытым.

Чтобы проверить точность работы нашего измерителя уровня воды наполните резервуар водой до максимального уровня. Затем откройте клапан, чтобы вся вода вытекла. Бак опустел до 2% из-за того, что конструкция сделана таким образом, чтобы предотвратить вытекание остатков. На картинке приложена диаграмма ступенчатой функции, по этой диаграмме мы можем приблизительно оценить на каком уровне воды происходит изменение (с помощью Excel, Matlab или другой вычислительной программы).

Датчик уровня воды, собранный своими руками работает в соответствии с ожиданиями.

Шаг 7: Применение в проектах

Собранный измеритель уровня воды с ультразвуковым датчиком является образцом. Если мы хотим применять измеритель в проектах, как самодельных, так и полупромышленных, нужно провести испытания на износостойкость и водостойкость. После проведения испытания будет ясно, подходит ли измеритель для использования в каких-либо проектах. Прямо сейчас я могу лишь сказать, что датчик работает нормально то время, которое прошло после сборки.

Из-за того, что метод измерения уровня воды бесконтактный, вода не загрязняется. Сам датчик вышел совсем недорогим по себестоимости, а это значит, что его можно использовать в самодельных проектах.

Большую емкость для воды на даче или приусадебном участке можно использовать для полива или водоснабжения дома. При ее наполнении нет необходимости постоянно забираться вверх по лестнице и целый день следить за уровнем — это вполне могут сделать электронные датчики.

  • Продвинутые дачные и фермерские хозяйства, занимающиеся выращиванием плодоовощной продукции, в своей работе используют системы полива наподобие капельной. Для обеспечения автоматической работы поливочного оборудования конструкция требует наличия большой емкости для сбора и хранения воды. Ее заполнение обычно производят погружными водяными насосами в скважине, при этом требуется отслеживать уровень давления воды для насоса и ее количество в водосборном баке. В этом случае необходимо управлять работой насоса, то есть включать его при достижении определенного уровня воды в накопительной емкости и отключать в случае полного заполнения водяного бака. Эти функции можно реализовать с помощью поплавковых датчиков.
Рис. 1 Принцип действия поплавкового датчика уровня (ПДУ)
  • Большой накопительный бак для воды может потребоваться и для водоснабжения дома, если дебит водозаборной емкости очень мал или производительность самого насоса не может обеспечить потребление воды, соответствующее необходимому уровню. В этом случае устройства контроля уровня жидкости для автоматической работы системы водоснабжения также необходимы.
  • Систему контроля за уровнем жидкости можно использовать и при работе с устройствами, в которых отсутствует защита от сухого хода скважинного насоса, датчик давления воды или поплавковый выключатель при откачивании грунтовых вод из подвалов и помещений с уровнем ниже поверхности земли.

Все датчики уровня воды для управления насосом можно разделить на две большие группы: контактные и бесконтактные. Бесконтактные способы в основном используются в промышленном производстве и делятся на оптические, магнитные, емкостные, ультразвуковые и т.п. виды. Датчики устанавливаются на стенки водяных баков или непосредственно погружаются в контролируемые жидкости, электронные компоненты помещены в шкаф управления.


Рис. 2 Виды датчиков уровня

В быту наибольшее применение нашли недорогие контактные устройства поплавкового типа, отслеживающий элемент которых выполнен на герконах. В зависимости от расположения в емкости с водой подобные устройства делятся на две группы.

Вертикальные. В подобном устройстве в вертикальном штоке расположены герконовые элементы, а сам поплавок с кольцевым магнитом перемещается вдоль трубки и включает или отключает герконы.

Горизонтальные. Крепятся за верхний край сбоку стены резервуара, при наполнении емкости поплавок с магнитом поднимается на шарнирном рычаге и подходит к геркону. Устройство срабатывает и коммутирует электрическую цепь, помещенную в шкаф управления, она отключает питание электронасоса.


Рис. 3 Вертикальные и горизонтальные герконовые датчики

Устройство герконового переключателя

Основной исполнительный элемент герконового датчика — герконовый выключатель. Устройство представляет собой маленький стеклянный баллон, наполненный инертным газом или с откачанным воздухом. Газ или вакуум препятствуют образованию искр и окислению контактной группы. Внутри колбы находятся замкнутые контакты из ферромагнитного сплава прямоугольного сечения (пермаллоевая проволока) с золотым или серебряным напылением. При попадании в магнитный поток контакты герконового переключателя намагничиваются и отталкиваются друг от друга — происходит размыкание цепи, по которой течет электрический ток.


Рис. 4 Внешний вид герконовых переключателей

Самые распространенное виды герконовых выключателей действует на замыкание, то есть при намагничивании их контакты соединяются друг с другом и электрическая цепь замыкается. Герконовые переключатели могут иметь два вывода для замыкания размыкания цепи или три, если работают с переключением цепей электрического тока. Низковольтная схема, коммутирующая электропитание насоса, обычно помещается в шкаф управления.

Схема подключения герконового датчика уровня воды

Герконовые переключатели являются маломощными устройствами и неспособны коммутировать большие токи, поэтому они не могут быть использованы непосредственно для отключения и включения насоса. Обычно они задействованы в низковольтной схеме коммутации работы мощного реле насоса, помещенной в шкаф управления.


Рис. 5 Электрическая схема управления электронасосом с помощью герконового поплавкового датчика

На рисунке представлена простейшая схема с датчиком, реализующая управление дренажным насосом в зависимости от водного уровня при откачке, состоящая из двух герконов SV1 и SV2.

При достижении жидкостью верхнего уровня магнит с поплавком включает верхний геркон SV1 и на катушку реле P1 подается напряжение. Ее контакты замыкаются, происходит параллельное подключение к геркону и реле самозахватывается.

Функция самозахватывания не дает возможность отключиться питанию катушки реле при размыкании контактов включающей кнопки (в нашем случае это геркон SV1). Это происходит в том случае, если нагрузка реле и его катушка подключены в одну цепь.

Напряжение поступает на катушку мощного реле в цепи электропитания насоса, его контакты замыкаются и электронасос начинает работать. При падении уровня воды и достижении поплавка с магнитом нижнего геркона SV2 он включается и на катушку реле P1 с другой стороны также подается положительный потенциал, ток перестает течь и реле P1 отключается. Это вызывает отсутствие тока в катушке силового реле P2 и как следствие прекращение подачи напряжения питания на электронасос.


Рис. 6 Поплавковые вертикальные датчики уровня воды

Аналогичная схема управления насосом, помещенная в шкаф управления, может быть использована при отслеживании уровня в емкости с жидкостью, если герконы поменять местами, то есть SV2 будет находиться вверху и отключать насос, а SV1 в глубине бака с водой его включать.

Датчики уровня могут быть использованы в быту для автоматизации процесса при заполнении больших емкостей водой при помощи водяных электронасосов. Наиболее просты в установке и эксплуатации герконовые виды, выпускаемые промышленностью в виде вертикальных поплавков на штангах и горизонтальных конструкций.

Переключатели и т. д.) при автоматизации насосных установок применяют специальные устройства контроля и управления, например, реле контроля уровня, струйные реле и др.

Реле контроля уровня регулируют работу пускателей насоса и клапанов для управления уровнями жидкости. Такие устройства способны поддерживать установленный уровень воды в емкостях.

Современные реле контроля уровня жидкости – электронные устройства, чаще всего модульного исполнения, получающие сигналы от датчиков, обрабатывающие их по определенному алгоритму и комммутирующие подключенные к выходным контактам реле исполнительные элементы ( , электродвигатели насосов).

Так как максимальный коммутируемый ток выходных цепей электронных реле контроля уровня обычно не превышает 10 А, то для коммутации мощных нагрузок . В этом сучае реле уровня управляет катушкой пускателя, а пускатель своими силовыми контактами управляет исполнительными элементами насосной установки.

Электронные реле контроля уровня работают с электродными и поплавковми датчиками, манометрами, радиоактивными датчиками и т. д.

Электродный датчик уровня

Используется для того, чтобы контролировать уровень электропроводных жидкостей. Принцип работы: контроль сопротивления воды между однополюсными погруженными электродами, для чего применяется переменное напряжение.

Состоит из одного маленького электрода и двух длинных электродов, укрепленных в коробке зажимов. Один маленький электрод – это контакт верхнего уровня воды, а длинные – нижнего уровня воды. Соединение датчика с реле уровня и со схемой управления двигателем насоса выполняется проводами.

Если вода соприкасается с маленьким электродом, происходит выключение пускателя насоса. Когда уровень понижается до длинных электродов, насос включается.

Используется для того, чтобы контролировать уровень воды в неагрессивных жидкостях. В открытую емкость погружается поплавок, который подвешивается на гибком тросе и уравновешивается грузом. На тросе закрепляются две переключающие опоры, с помощью которых при предельных уровнях воды в емкости коромысло контактного устройства поворачивается. Это коромысло замыкает контакты, которые включают или отключают электродвигатель насоса.

В случае с закрытой емкостью поплавок связывается своим рычагом с осью рычага. Ось с определенным уплотнителем пропускается в пространство через стенку корпуса, где находится контактная часть датчика. Через стенку емкости выполняется вывод проводов от контактов.

В большинстве случаев, подходящие датчики идут в комплете с реле уровня. Потребителю после приобретения такого набора необходимо только правильно все подключить и настроить.

Реле РКУ-1М – контролирует уровень жидкости и используется в автоматике регулирования наполнения и слива емкостей и в схемах защиты. Основные характеристики: максимальная коммутируемая мощность 3,5 Вт, питание 220В, число датчиков 3, один переключающий контакт, максимальное расстояние от датчика к реле 100 м.

Рис. 1. Реле РКУ-1М

Рис. 2. Схема подключения насоса к РКУ-1М

Реле уровня воды РОС-301 – контролирует три уровня электропроводных жидкостей по независимым трем каналам в одной или разных емкостях.

Рис. 3. Реле РОС-301

Реле одноуровневое уровня воды PZ-828 – обладает регулируемой чувствительностью, напряжение – 230В, максимальный ток выходных цепей – 16А. В устройстве используется переключающий контакт.

Рис. 4. Реле PZ-828

Двухуровневое реле PZ-829 представляет собой автомат, имеющий регулируемую чувствительность. Данное электронное устройство пособно на двух уровнях контролировать наличие жидкости.

Трехуровневое реле PZ-830 – контролирует и поддерживает установленный уровень токопроводящей жидкости управляя электродвигателем насосной установки. Трехуровневый автомат способен на трех уровнях контролировать наличие жидкости, где третий уровень является аварийным.

Рис. 6. Схема подключения четырехуровневого реле уровня PZ-830

Четырехуровневое реле PZ-832 – контролирует и поддерживает уровень токопроводящих жидкостей в емкостях, водонапорных башнях, бассейнах и т. д. управляя электродвигателями насосов.

Реле уровня жидкости, оснащенное тремя датчиками EBR-1 – электронное модульное реле, обладающее максимальным расстоянием между датчиками в 100 метров. Его можно применять для общественных водоемов (управление наполнением и сливом емкости или колодца). К механизму подключаются датчики, поставляемые вместе с реле контроля уровня жидкости.

Основные характеристики: мощность 3,5 VA, три датчика, максимальная чувствительность 50 КОм, питание 230 V, рабочая температура -100С – +450С, защита IP20.

Реле уровня EBR-1

Реле, оснащенное шестью датчиками EBR-2 – специально разработанное модульное реле контроля, применяемое в колодцах и резервуарах. Также данное реле обладает множеством настроек, уведомлением о достижении минимального и максимального показателей уровня воды, датчики имеют высокую чувствительность к электропроводности жидкости.

В комплект входят шесть датчиков. Благодаря стоимости данное реле контроля является идеальным вариантом для современного контролирования уровня воды.

Поделитесь статьей с друзьями:

Похожие статьи

Датчики уровня по низкой цене в Ростове и на Юге РФ. Бонусы и скидки.

Датчики уровня

Стержневые кондуктометрические датчики уровня


Стержневые датчики уровня предназначены для контроля двух и более уровней жидкости в резервуарах открытого типа со стенками, выполненными из изоляционного материала:
3-х электродный датчик контролирует два уровня; 4-х электродный датчик контролирует три уровня жидкости в резервуарах со стенками, выполненными из изоляционного материала; 5-ти электродный датчик контролирует четыре уровня жидкости.

Поплавковые датчики уровня


Поплавковые датчики уровня – надежные устройства для измерения уровня жидкостей. Поплавковые датчики уровня могут применяться для контроля уровня самых разных продуктов, например сточных вод, химически агрессивных жидкостей или пищевых продуктов. Поплавковые датчики уровня устойчивы к пене и пузырькам в жидкости и могут работать с вязкими жидкостями. Датчики уровня применяются для измерения как текущего, так и предельного (максимального или минимального) уровня жидкости.

Погружные датчики уровня


Погружные датчики уровня предназначены для непрерывного измерения уровня жидкостей, не агрессивных к материалу корпуса PVC (поливинилхлорид) и нержавеющей стали. Благодаря открытой мембране датчики могут применяться для измерения уровня вязких субстанциях.

Для измерения уровня жидкости или воды используются датчики механического (поплавковые, вибрационные, байпасные), гидростатического, электрического (кондуктивные, емкостные), магнитного, оптического принципа работы, а также уровнемеры использующие принципы эхолокации и радиолокации. Датчики функционально делятся на сигнализаторы предельного уровня и уровнемеры. Измерение уровня воды и жидкости может быть выполнено контактным и бесконтактным методом.

Датчики уровня имеют следующие преимущества:

  • высокую надежность;
  • длительный срок эксплуатации датчика;
  • простой способ установки и монтажа;
  • длительный гарантийный срок;
  • возможность установки нескольких датчиков, подключенных к одному контроллеру;
  • выгодное соотношение цены и качества.

Купить датчики уровня по выгодной цене

Купить по низкой цене датчики определения уровня в Ростове-на-Дону, Ростовской области, в Краснодаре и Краснодарском Крае, Ставрополе и Ставропольском Крае, Волгограде и Волгоградской области, в городах: Нальчик, Владикавказ, Грозный, Махачкала и других городах Юга России можно в нашей компании. Все покупатели могут получить бонусы и подарки!

Доставка датчиков уровня по РФ

Мы доставим датчики уровня в течении одного – двух дней в города: Ростов, Таганрог, Новочеркасск, Азов, Шахты, Волгодонск, Сальск, Краснодар, Сочи, Новороссийск, Анапа, Тихорецк, Тимашевск, Туапсе, Геленджик, Ейск, Черкесск, Нальчик, Владикавказ, Грозный, Майкоп, Армавир, Волгоград, Элиста, Астрахань, Ставрополь, Невинномысск, Минеральные Воды, Кисловодск, Пятигорск, Железноводск, Махачкала по выгодной цене.

Техническая документация и гарантии на датчики уровня

На все виды датчиков уровня наша компания представляет полный пакет сопроводительных документов и технической документации. Все приборы имеют длительный срок эксплуатации и обеспечиваются заводской гарантией и сервисным обслуживанием. Инженеры нашей компании готовы предоставить самую подробную информацию о датчиках уровня и способах их установки.

Подключение датчика уровня воды к насосу. Реле контроля уровня для автоматизации насосных установок

Делаем простой датчик уровня жидкости из подручных материалов.
Датчик может быть полезен в качестве индикатора уровня воды или других жидкостей, а также для автоматизации в домашнем хозяйстве (например, для управления насосом, и других исполнительных устройств).

Данное устройство было разработано для септика загородного дома, в качестве индикатора, для слежения за уровнем наполнения канализации. Задача была создать надежный датчик, который должен работать в условиях влаги и в разных температурных режимах. В начале, думал применить принцип поплавка в цилиндре, взяв за основу емкость из под силикона (как видно на рисунке возможных вариантов исполнения датчика уровня жидкости). Но, сама жизнь, направляет и подсказывает нужные пути, нужно только уметь осознавать это! Исходя из того, что в моем септике уже имелся вывод канализационных труб на 110мм и на 50мм, решение пришло само по себе. Таким образом, появилась возможность закрепить устройство на 50мм-й трубе, исключив другие варианты крепления. Все материалы должны быть из пластмассы, алюминия, бронзы, нержавейки, и так далее – устойчивыми к среде, к которой вы их собирайтесь применить!

Принцип работы датчика уровня жидкости основан на магните и герконах. Перемещением магнита вдоль двух герконов, происходит срабатывание датчиков и соответственно свечение светодиодов определенным цветом, указывая о мере заполнения резервуара жидкостью. Я пытался максимально упростить схему изделия, и добился использования всего двух герконов. Также, было важно применить как можно меньше деталей для надежной, долгосрочной эксплуатации.


Схема датчика уровня жидкости


Принцип работы датчика уровня жидкости


Возможные варианты исполнения датчика уровня жидкости

По схемам видно, что в нижнем положении поплавка, когда горит зеленый светодиод HL1, задействован 2-йгеркон. То есть уровень жидкости находится ниже поплавка, который ограничен стопором и соответственно магнит замыкает контакты геркона. По мере поднятия уровня жидкости (заполнения резервуара), происходит перемещение магнита и переключение 2-го геркона, который подключает желтый светодиод HL2 и выключает HL1. При достижении критического уровня, магнит задействует 1-й геркон, загорится красный светодиод HL3, а желтый погаснет, оповещая вас о заполнении резервуара. При какой-либо неисправности с поплавком или магнитом, должен будет гореть желтый светодиод (например, опрокидывание поплавка или смешением магнита, поломки стопора, и т.д.). Добавив реле в схему, можно будет применить его в качестве исполнительного устройства для подключения более мощных нагрузок. Также, можно подключить ко 2-у геркону зуммер, для звукового оповещения или мобильный телефон и так далее.


Питание девайса от любого источника 3-12В. Например от телефонной зарядки с импульсным блоком питания на 5 вольт или двух батареек по 1,5В, также подойдет более компактная на 3В. При этом, надо будет снизить сопротивление резистора R1. Кнопка или выключатель подберите поменьше, хотя можно обойтись и без него, держа индикатор включенным постоянно. Монтаж навесной, в доме, например в электрощите. Заранее проведите проводку (она у меня была уже наготове). Таким образом, можно обойтись очень простой схемотехникой, без микроконтроллеров и т.п. Ведь чем проще – тем надежнее!

Итак, нам понадобится следующие материалы:

Муфта соединительная для канализационных труб ПП d=50mm х2шт.
– заглушка канализационная d=50mm х2шт.
– хомут пластиковый (браслет) х1шт.
– профили пластмассовые U-образные (из мебельной фурнитуры).
– термоусадочный кембрик d=30-40mm, d=3-10mm.
– пластмассовая или текстолитовая пластина =4-6mm.
– заклепки алюминиевые х10шт.
– магнит неодиновый (от жесткого диска компьютера) х1шт.
– герконы 3-хконтактные х2шт.
– кнопка или выключатель низковольтный х1шт.
– резистор 680-1,5к. х1шт.
– светодиоды х3шт.
– провода низковольтные (например для охранной сигнализации, 5-и жильный).
– штекер на 4 ножки (например от диммера для RGB LED).
– термоклей или силикон.
– питание 12В или батарейка на 3В (от компьютера).

Из инструмента:

Дрель
– фен строительный
– термопистолет
– паяльник
– также другой подручный инструмент, который найдется у любого мастера.

Изготовление

Сперва надо найти все нужные материалы и запастись терпением. У меня работа заняла дня три, включительно разработка и эксперименты. Схему устройства советую сперва испытать, а потом уже собирать. Будьте внимательны при работе с герконами, очень легко разбить стеклянный корпус при сгибании ножек. Используя пластиковый хомут, закрепите герконы термоклеем. Расстояние для них, подберите экспериментально, оно должно обеспечить срабатывание герконов при прохождении магнита. За герметизируйте соединение термоусадкой и термоклеем или силиконом. Готовый браслет одевается на муфту и позволяет регулировку наилучшего положения срабатывания. Также, его легко заменить при неисправности отсоединением штекера. Штекер найдите влагоустойчивый, на четыре или более ножек. Если штекер подвержен воздействию влаги, закройте его термоусадкой или засиликоньте. Можно обойтись и без него, припаяв провода напрямую.

Исходя от длины держателя поплавка, зависит ход срабатывания устройства. В моем случае, длина составляет примерно 40см. Профиль поплавка надо нагреть строительным феном и уложить на муфту (это делается быстро), в последствии склеить и соединить заклепками. Получившейся хомут, должен обеспечить легкое вращение относительно муфты с герконами. Сам поплавок, установив заглушки, просто крепится к профилю заклепками. То, что конструкция поплавка имеет определенную гибкость, предотвратит, в дальнейшем его поломку. Также крепится к конструкции неодиновый магнит, так чтобы он находился на расстоянии срабатывания герконов. Просверлив отверстия в муфте, установите стопор поплавка, он нужен для правильного положения срабатывания при работе аппарата.

Переключатели и т. д.) при автоматизации насосных установок применяют специальные устройства контроля и управления, например, реле контроля уровня, струйные реле и др.

Реле контроля уровня регулируют работу пускателей насоса и клапанов для управления уровнями жидкости. Такие устройства способны поддерживать установленный уровень воды в емкостях.

Современные реле контроля уровня жидкости – электронные устройства, чаще всего модульного исполнения, получающие сигналы от датчиков, обрабатывающие их по определенному алгоритму и комммутирующие подключенные к выходным контактам реле исполнительные элементы (электромагнитные клапаны, электродвигатели насосов).

Так как максимальный коммутируемый ток выходных цепей электронных реле контроля уровня обычно не превышает 10 А, то для коммутации мощных нагрузок . В этом сучае реле уровня управляет катушкой пускателя, а пускатель своими силовыми контактами управляет исполнительными элементами насосной установки.

Электронные реле контроля уровня работают с электродными и поплавковми датчиками, манометрами, радиоактивными датчиками и т. д.

Электродный датчик уровня

Используется для того, чтобы контролировать уровень электропроводных жидкостей. Принцип работы: контроль сопротивления воды между однополюсными погруженными электродами, для чего применяется переменное напряжение.

Состоит из одного маленького электрода и двух длинных электродов, укрепленных в коробке зажимов. Один маленький электрод – это контакт верхнего уровня воды, а длинные – нижнего уровня воды. Соединение датчика с реле уровня и со схемой управления двигателем насоса выполняется проводами.

Если вода соприкасается с маленьким электродом, происходит выключение пускателя насоса. Когда уровень понижается до длинных электродов, насос включается.

Используется для того, чтобы контролировать уровень воды в неагрессивных жидкостях. В открытую емкость погружается поплавок, который подвешивается на гибком тросе и уравновешивается грузом. На тросе закрепляются две переключающие опоры, с помощью которых при предельных уровнях воды в емкости коромысло контактного устройства поворачивается. Это коромысло замыкает контакты, которые включают или отключают электродвигатель насоса.

В случае с закрытой емкостью поплавок связывается своим рычагом с осью рычага. Ось с определенным уплотнителем пропускается в пространство через стенку корпуса, где находится контактная часть датчика. Через стенку емкости выполняется вывод проводов от контактов.

В большинстве случаев, подходящие датчики идут в комплете с реле уровня. Потребителю после приобретения такого набора необходимо только правильно все подключить и настроить.

Реле РКУ-1М – контролирует уровень жидкости и используется в автоматике регулирования наполнения и слива емкостей и в схемах защиты. Основные характеристики: максимальная коммутируемая мощность 3,5 Вт, питание 220В, число датчиков 3, один переключающий контакт, максимальное расстояние от датчика к реле 100 м.

Рис. 1. Реле РКУ-1М

Рис. 2. Схема подключения насоса к РКУ-1М

Реле уровня воды РОС-301 – контролирует три уровня электропроводных жидкостей по независимым трем каналам в одной или разных емкостях.

Рис. 3. Реле РОС-301

Реле одноуровневое уровня воды PZ-828 – обладает регулируемой чувствительностью, напряжение – 230В, максимальный ток выходных цепей – 16А. В устройстве используется переключающий контакт.

Рис. 4. Реле PZ-828

Двухуровневое реле PZ-829 представляет собой автомат, имеющий регулируемую чувствительность. Данное электронное устройство пособно на двух уровнях контролировать наличие жидкости.

Трехуровневое реле PZ-830 – контролирует и поддерживает установленный уровень токопроводящей жидкости управляя электродвигателем насосной установки. Трехуровневый автомат способен на трех уровнях контролировать наличие жидкости, где третий уровень является аварийным.

Рис. 6. Схема подключения четырехуровневого реле уровня PZ-830

Четырехуровневое реле PZ-832 – контролирует и поддерживает уровень токопроводящих жидкостей в емкостях, водонапорных башнях, бассейнах и т. д. управляя электродвигателями насосов.

Реле уровня жидкости, оснащенное тремя датчиками EBR-1 – электронное модульное реле, обладающее максимальным расстоянием между датчиками в 100 метров. Его можно применять для общественных водоемов (управление наполнением и сливом емкости или колодца). К механизму подключаются датчики, поставляемые вместе с реле контроля уровня жидкости.

Основные характеристики: мощность 3,5 VA, три датчика, максимальная чувствительность 50 КОм, питание 230 V, рабочая температура -100С – +450С, защита IP20.

Реле уровня EBR-1

Реле, оснащенное шестью датчиками EBR-2 – специально разработанное модульное реле контроля, применяемое в колодцах и резервуарах. Также данное реле обладает множеством настроек, уведомлением о достижении минимального и максимального показателей уровня воды, датчики имеют высокую чувствительность к электропроводности жидкости.

В комплект входят шесть датчиков. Благодаря стоимости данное реле контроля является идеальным вариантом для современного контролирования уровня воды.

В промышленности и быту всегда возникает необходимость для определения различных уровней в емкостях. Для этих задач используются датчики уровня различных конструкций. В зависимости от среды наполнения резервуара применяют тот или иной датчик, иногда, в целях простоты и экономии средств и времени, применяют датчики комбинированные, то есть изготовленные своими руками. Это незамысловатые конструкции, использующие в своем составе датчики совсем других типов. В основном такие датчики применяют там, где нет простого доступа к среде измерения или место измерения очень агрессивно для здоровья человека.

Большинство современных датчиков уровня имеют в своей конструкции электронное реле с преобразователем. Электронная схема предназначена для преобразования измеряемой величины в стандартный сигнал. Сигнал может быть аналоговым и дискретным. Аналоговый может быть токовым 0..20мА и сигнал, называемый токовая петля 4..20мА или напряжением 0…5В, 0..10В.

Датчики уровня используются для защиты двигателя насоса от сухого хода, регулируют двигатели насосов скважин, наполняющих любые ёмкости с водой и не только, в системе холодного и горячего водоснабжения.

Датчик уровня воды своими руками

Посмотрим, на примере откачки воды из приямка, как можно сделать управление в автоматическом цикле поддержания уровня воды не выше положенного.

Имеем приямок с очень не чистого вида жидкостью, состоящей из воды и примесей охлаждающей жидкости для резцов металлорежущего станка.

Были рассмотрены все виды датчиков, однако, по цене и простоте исполнения подошла комбинированная конструкция, состоящая из проволоки длиной три метра (глубина приямка), прикреплена к поплавку (большая пластмассовая емкость с воздухом), на поверхности проволока крепится к пружинке с лепестком.

В качестве сигнала берется обычный дискретный сигнал 24В с обычного индуктивного датчика. Он отрабатывает на лепесток. Когда уровень воды в приямке растёт, поплавок поднимается ослабляя пружину. На конце пружины прикреплен лепесток, он поднимается за счёт разгибающей силы пружины. На лепесток, в свою очередь, отрабатывает индуктивный сенсор, подавая на катушку реле двигателя насоса, заставляя его откачивать воду с приямка. Для того, чтобы избежать частых включений отключений двигателя, в цепи датчик-катушка, стоит реле задержки выключения с уставкой на 10 минут.

Таким образом, при следующем срабатывании датчика, реле снова сработает и цикл повторится.

Конечно, для предохранения двигателя от сухого хода целесообразно поставить датчик протекания в патрубок , через который происходит откачка эмульсии. Но в нашем случае важна была простота конструкции. Вместо индуктивного сенсора можно использовать две пластины, соприкасающиеся друг с другом, что будет еще экономичнее.

Если вода или другая жидкость имеет однородный состав, тогда можно применить концу кто метрический одноэлектродный датчик уровня.

Например ДУ-1Н производителя «Рэлсиб», предназначенного для измерения уровня в различных типах жидкости. Датчик может работать в широких температурных пределах. Корпус не подвергается коррозии, состоит из высококачественной нержавеющей стали. В качестве изоляции используется керамика и фторопласт, это обеспечивает отличную изоляционную защиту. Устойчив ко многим механическим нагрузкам. Измерения не зависят от плотности жидкости. И не требует дополнительного ухода во время работы.

Многие из Нас и не только заядлые дачники, сталкивались с проблемой автоматизации и контроля заполнения емкостей водой. Скорее всего эта статья именно для тех, кто решил сделать простейшую схему контроля наполнения емкости в бытовых условиях. Самый бюджетный способ построения автоматики – это использование реле контроля воды. Реле контроля уровня (воды) так же используются в более сложных системах водоснабжения частных домов, но в данной статье мы рассмотрим только бюджетные модели реле контроля уровня токопроводящей жидкости. К подконтрольным жидкостям относятся: вода (водопроводная, родниковая, дождевая), жидкости с низким содержанием алкоголя (пиво, вино и др.), молоко, кофе, сточные воды, жидкие удобрения. Номинальный ток контактов реле 8-10А, что позволяет коммутировать небольшие насосы без использования промежуточного реле или контактора, но производители все равно рекомендуют ставить промежуточные реле или контакторы для включения/выключения насосов. Температурный диапазон работы устройств от -10 до +50C, а максимально возможная длина провода (от реле до датчика) – 100 метров, на передней панели светодиодные индикаторы работы, вес не более 200 грамм, крепление на din-рейку, поэтому необходимо будет заранее продумать размещение системы контроля.

Принцип работы реле основан на измерении сопротивления жидкости, находящейся между двумя погруженными датчиками. Если измеренное сопротивление оказывается менее величины порога срабатывания, тогда состояние контактов реле меняется. Во избежание электролитического эффекта переменный ток протекает поперек датчиков. Напряжение питания датчика не более 10В. Потребляемая мощность не более 3Вт. Фиксированная чувствительность 50 кОм.

На рынке представлено множество однотипных реле, рассмотрим самые бюджетные модели от производителей «Реле и Автоматика» г.Москва и новинки «TDM» (Торгового Дома им.Морозова).

Реле контроля уровня . (аналог РКУ-02 TDM )


Реле контроля уровня TDM представлено четырьмя моделями:

  1. (SQ1507-0002) под разъем Р8Ц(SQ1503-0019) на дин-рейку
  2. (SQ1507-0003) на дин-рейку (аналог РКУ-1М )
  3. (SQ1507-0004) на дин-рейку
  4. (SQ1507-0005) на дин-рейку

Корпуса реле выполнены из не поддерживающих горение материалов. Датчики контроля уровня изготовлены из нержавеющей стали. (ДКУ-01 SQ1507-0001).

Работа реле основана на кондуктометрическом методе определения наличия жидкости, который основан на электрической проводимости жидкостей и возникновении микротока между электродами. Реле имеют переключающие контакты, что позволяет использовать режим наполнения или слива. Напряжение питания РКУ-02, РКУ-03, РКУ-04 – 230В или 400В.

Схема управления насосом в резервуаре в режиме “наполнение или дренаж”.


Схема перекачки жидкости из скважины/резервуара в резервуар, контроль уровня в обоих средах, т.е. реле производит защитное отключение насоса в режиме сухого хода (при снижении уровня жидкости в скважине/резервуаре)


Схема поочередного или суммарного включения 2-х насосов. Используется реле РКУ-04 в местах, где недопустимо переполнение колодцев, котлованов, водосборных и прочих емкостей. Реле работает с 2-мя насосам, и, для равномерного использования их ресурса, реле производит их поочередное включение. В случае чрезвычайной ситуации оба насоса выключаются одновременно.


Реле нельзя использовать для следующих жидкостей: дистиллированная вода, бензин, керосин, масло, этиленгликоли, краски, сжиженный газ.

Сравнительная таблица аналогов по сериям:

TDM F&F lovato РиА
РКУ-01 PZ-829 LVM20 РКУ-1М
РКУ-02 PZ-829 LVM20 РКУ-1М
РКУ-03 LVM20 EBR-02
РКУ-04 LVM20

Для регулирования и контроля уровня жидкости либо твердого вещества (песка или гравия) на производстве, в быту используют специальный прибор. Он получил название датчик уровня воды (или другого интересующего вещества). Существует несколько разновидностей подобных устройств, значительно отличающихся друг от друга принципом действия. Как работает датчик, преимущества, недостатки его разновидностей, на какие тонкости при выборе устройства стоит обратить внимание и как сделать упрощенную модель с реле своими руками, читайте в этой статье.

Датчик уровня воды используется для следующих целей:

Возможные методы определения загруженности резервуара

Существует несколько методов измерения уровня жидкости:

  1. Бесконтактный – зачастую приборы такого типа используются для контроля уровня вязких, токсичных, жидких либо твердых, сыпучих веществ. Это емкостные (дискретные) приборы, ультразвуковые модели;
  2. Контактный – устройство располагается непосредственно в резервуаре, на его стенке, на определенном уровне. По достижению водой этого показателя датчик срабатывает. Это поплавковые, гидростатические модели.

По принципу действия различают следующие виды датчиков:

  • Поплавкового типа;
  • Гидростатические;
  • Емкостные;
  • Радарные;
  • Ультразвуковые.

Кратко о каждом виде приборов

Поплавковые модели бывают дискретные и магнитострикционные. Первый вариант — дешевый, надежный, а второй – дорогой, сложной конструкции, но гарантирует точное показание уровня. Однако общий недостаток поплавковых приборов – это необходимость погружения в жидкость.

Поплавковый датчик определения уровня жидкости в баке

  1. Гидростатические устройства – в них все внимание обращено на гидростатическое давление столба жидкости в резервуаре. Чувствительный элемент прибора воспринимает давление над собой, отображает его по схеме для определения высоты столба воды.

Главные преимущества таких агрегатов – компактность, непрерывность действия и доступность по ценовой категории. Но использовать их в агрессивных условиях нельзя, потому как без контакта с жидкостью не обойтись.

Гидростатический датчик уровня жидкости

  1. Емкостные приборы – для контроля уровня воды в баке предусмотрены пластины. По изменению показателей емкости можно судить о количестве жидкости. Отсутствие подвижных конструкций и элементов, простая схема устройства гарантируют долговечность, надежность работы прибора. Но нельзя не отметить недостатки — это обязательность погружения в жидкость, требовательность к температурному режиму.
  2. Радарные устройства – определяют степень повышения воды путем сравнения частотного сдвига, задержки между излучением и достижением отраженного сигнала. Таким образом, датчик действует как излучатель и улавливатель отражения.

Подобные модели считаются лучшими, точными, надежными устройствами. Они обладают рядом достоинств:

К недостаткам модели можно отнести только их высокую стоимость.

Радарный датчик уровня жидкости в резервуаре

  1. Ультразвуковые датчики – принцип функционирования, схема устройства аналогичны радарным приборам, только используется ультразвук. Генератор создает ультразвуковое излучение, которое по достижению поверхности жидкости отражается и попадает через некоторое время на приемник датчика. После небольших математических вычислений, зная временную задержку и скорость движения ультразвука, определяют расстояние до поверхности воды.

Плюсы радарного датчика присущи и ультразвуковому варианту. Единственное, менее точные показатели, более простая схема работы.

Тонкости выбора подобных устройств

При покупке агрегата обратите внимание на функциональность прибора, некоторые его показатели. Крайне важные вопросы при покупке прибора – это:

Варианты датчиков определения уровня воды или твердых сыпучих веществ

Датчик уровня жидкости своими руками

Можно сделать элементарный датчик для определения и контроля уровня воды в скважине или баке своими руками. Для выполнения упрощенного варианта необходимо:

Выполненное своими руками устройство можно использовать для регулирования воды в бачке, скважине или насосе.

Автоматический контроль за уровнем воды. Простые самодельные индикаторы уровня воды (жидкости) в баке. Как узнать уровень воды в бочке. Контроль уровня сточных вод

Когда возникает необходимость контроля уровня жидкости, многие выполняют эту работу вручную, а ведь это крайне неэффективно, отнимает уйму времени и сил, а последствия недосмотра могут обойтись очень дорого: например, затопленная квартира или сгоревший насос. Этого можно легко избежать, используя поплавковые датчики уровня воды. Это простые по конструкции и принципу действия устройства, доступные по цене.

В домашних условиях датчики этого типа позволяют автоматизировать такие процессы, как:

  • контроль уровня жидкости в расходном баке;
  • откачка грунтовых вод из погреба;
  • отключение насоса, когда уровень в колодце падает ниже допустимого, и некоторые другие.

Принцип действия поплавкового датчика

В жидкость помещается предмет, который в ней не тонет. Это может быть кусок дерева или пенопласта, полая герметичная сфера из пластмассы или металла и многое другое. При изменении уровня жидкости этот предмет будет подниматься или опускаться вместе с ней. Если поплавок соединить с исполнительным механизмом, то он будет выполнять функции датчика уровня воды в ёмкости.

Классификация оборудования

Поплавковые датчики могут самостоятельно осуществлять контроль над уровнем жидкости или подавать сигнал в схему контроля. По этому принципу их можно разделить на две большие группы: механические и электрические.

Механические устройства

К механическим относятся самые разнообразные поплавковые клапаны уровня воды в баке. Принцип их действия состоит в том, что поплавок соединён с рычагом, при изменении уровня жидкости поплавок перемещает вверх или вниз этот рычаг , а он, в свою очередь, воздействует на клапан, который и перекрывает (открывает) подачу воды. Такие клапаны можно увидеть в сливных бачках унитазов. Их очень удобно использовать там, где нужно постоянно добавлять воду из центральной системы водоснабжения.

Механические датчики обладают рядом преимуществ:

  • простота конструкции;
  • компактность;
  • безопасность;
  • автономность – не требуют никаких источников электроэнергии;
  • надёжность;
  • дешевизна;
  • лёгкость установки и настройки.

Но у этих датчиков есть один существенный недостаток: они могут контролировать только один (верхний) уровень, который зависит от места монтажа, и регулировать его, если и можно, то в очень небольших пределах. В продаже такой клапан может называться «кран поплавковый для ёмкостей».

Электрические датчики

Электрический датчик уровня жидкости (поплавковый), отличается от механического тем, что сам он воду не перекрывает. Поплавок, перемещаясь при изменении количества жидкости, воздействует на электрические контакты, которые включены в схему управления. На основании этих сигналов автоматическая система контроля принимает решение о необходимости тех или иных действий. В простейшем случае такой датчик имеет поплавок. Этот поплавок воздействует на контакт, через который происходит включение насоса.

В качестве контактов чаще всего применяют герконы . Геркон – это стеклянная герметичная колба с контактами внутри. Переключение этих контактов происходит под действием магнитного поля. Герконы имеют миниатюрные размеры и легко размещаются внутри тонкой трубки из немагнитного материала (пластик, алюминий). По трубке под действием жидкости свободно перемещается поплавок с магнитом, при приближении которого контакты срабатывают. Вся эта система устанавливается вертикально в резервуар . Меняя положение геркона внутри трубки, можно регулировать момент срабатывания автоматики.

Если нужно следить за верхним уровнем в резервуаре, то датчик устанавливают вверху. Как только уровень опустится ниже установленного, контакт замкнётся, насос включится. Вода начнёт прибавляться, и когда уровень воды дойдёт до верхнего предела, поплавок вернётся в исходное состояние, и насос отключится. Однако на практике такую схему применять нельзя. Дело в том, что датчик срабатывает при малейшем изменении уровня, вслед за этим включается насос, уровень поднимается, и насос отключается. Если расход воды из ёмкости меньше , чем подача, возникает ситуация, когда насос постоянно включается и отключается, при этом он быстро перегревается и выходит из строя.

Поэтому датчики уровня воды для управления насосом работают иначе. В ёмкости располагают минимум два контакта. Один отвечает за верхний уровень, он отключает насос. Второй определяет положение нижнего уровня, при достижении которого насос включается. Таким образом, значительно сокращается число пусков, что обеспечивает надёжную работу всей системы. Если разница уровней небольшая, то удобно использовать трубку с двумя герконами внутри и один поплавок, который их коммутирует. При разнице больше метра применяют два отдельных датчика, установленных на требуемых высотах.

Несмотря на более сложную конструкцию и необходимость схемы управления, электрические поплавковые датчики позволяют полностью автоматизировать процесс управления уровнем жидкости.

Если через такие датчики подключить лампочки , то их можно использовать для визуального контроля количества жидкости в резервуаре.

Самодельный поплавковый выключатель

Если у вас есть время и желание, то простейший поплавковый датчик уровня воды можно сделать своими руками, и расходы на него будут минимальны.

Механическая система

Для того чтобы максимально упростить конструкцию, в качестве запирающего устройства будем использовать шаровый клапан (кран). Хорошо подойдут самые маленькие клапаны (полудюймовые и меньше). Такой кран имеет ручку, которой он закрывается. Для переделки его в датчик необходимо удлинить эту ручку полоской металла. Полоска крепится к ручке через просверлённые в ней отверстия соответствующими винтами. Сечение этого рычага должно быть минимальным, но при этом он не должен изгибаться под действием поплавка. Длина его около 50 см. Поплавок крепится на конце этого рычага.

В качестве поплавка можно использовать двухлитровую пластиковую бутылку от газировки. Бутылка наполовину заполняется водой.

Проверить работу системы можно, не устанавливая её в резервуар. Для этого установите кран вертикально, а рычаг с поплавком поставьте в горизонтальное положение. Если все сделано правильно, то под действием массы воды в бутылки, рычаг начнёт двигаться вниз и займёт вертикальное положение, вместе с ним провернётся и ручка клапана. Теперь погрузите устройство в воду. Бутылка должна всплыть и повернуть ручку клапана.

Так как клапаны различаются размерами и усилием, которое нужно приложить для их переключения, возможно, нужно будет провести настройку системы. В случае если поплавок не может провернуть клапан, можно увеличить длину рычага или взять бутылку большего объёма .

Монтируем датчик в ёмкости на необходимом уровне в горизонтальном положении, при этом в вертикальном положении поплавка клапан должен быть открыт, а в горизонтальном – закрыт.

Датчик электрического типа

Для самостоятельного изготовления датчика этого типа, кроме обычного инструмента, понадобится:

Последовательность изготовления следующая:

При изменении уровня жидкости вместе с ней перемещается и поплавок, который действует на электрический контакт для контроля уровня воды в баке. Схема управления с таким датчиком может иметь вид, представленный на рисунке. Точки 1, 2, 3 — это точки подключения провода, который идёт от нашего датчика. Точка 2 — это общая точка.

Рассмотрим принцип действия самодельного устройства. Допустим, в момент включения резервуар пуст, поплавок находится в положении нижнего уровня (НУ), этот контакт замыкается и подаёт питание на реле (Р).

Реле срабатывает и замыкает контакты Р1 и Р2. Р1 — это контакт самоблокировки. Он нужен для того, чтобы реле не отключилось (насос продолжал работать), когда вода начнёт прибывать, и контакт НУ разомкнётся. Контакт Р2 подключает насос (Н) к источнику питания.

Когда уровень поднимется до верхнего значения, сработает геркон и разомкнёт свой контакт ВУ. Реле будет обесточено, оно разомкнёт свои контакты Р1 и Р2, и насос отключится.

С уменьшением количества воды в резервуаре поплавок начнёт опускаться, но пока он не займёт нижнее положение и не замкнёт контакт НУ, насос не включится. Когда это произойдёт, цикл работы повторится заново.

Вот так работает поплавковый выключатель контроля уровня воды .

В процессе эксплуатации необходимо периодически очищать трубу и поплавок от загрязнений. Герконы выдерживают огромное количество переключений, поэтому такой датчик прослужит долгие годы.

Для автоматизации многих производственных процессов необходимо контролировать уровень воды в резервуаре, измерение проводится при помощи специального датчика, подающего сигнал, когда технологическая среда достигнет определенного уровня. Без уровнемеров невозможно обойтись и в быту, яркий пример этому – запорная арматура бачка унитаза или автоматика для отключения насоса скважины. Давайте рассмотрим различные виды датчиков уровня, их конструкцию и принцип работы. Эта информация будет полезной при выборе устройства под определенную задачу или изготовлении датчика своими руками.

Конструкция и принцип действия

Конструктивное исполнение измерительных устройств данного типа определяется следующими параметрами:

  • Функциональностью, в зависимости от этого устройства принято делить на сигнализаторы и уровнемеры. Первые отслеживают конкретную точку заполнения резервуара (минимальную или максимальную), вторые осуществляют беспрерывный мониторинг уровня.
  • Принципом действия, в его основу может быть положены: гидростатика, электропроводность, магнетизм, оптика, акустика и т.д. Собственно, это основной параметр, определяющий сферу применения.
  • Методом измерения (контактный или бесконтактный).

Помимо этого, особенности конструкции определяет характер технологической среды. Одно дело — измерять высоту питьевой воды в баке, другое — проверять наполнение резервуаров для промышленных стоков. В последнем случае необходима соответствующая защита.

Виды датчиков уровня

В зависимости от принципа действия, сигнализаторы принято делить на следующие виды:

  • поплавочного типа;
  • использующие ультразвуковые волны;
  • устройства с емкостным принципом определения уровня;
  • электродные;
  • радарного типа;
  • работающие по гидростатическому принципу.

Поскольку эти типы наиболее распространены, рассмотрим каждый из них в отдельности.

Поплавковый

Это наиболее простой, но, тем не менее, действенный и надежный способ измерения жидкости в баке или другой емкости. С примером реализации можно ознакомиться на рисунке 2.


Рис. 2. Поплавковый датчик для управления насосом

Конструкция состоит из поплавка с магнитом и двух герконов, установленных в контрольных точках. Кратко опишем принцип действия:

  • Емкость опустошается до критического минимума (А на рис. 2), при этом поплавок опускается до уровня, где расположен геркон 2, он включает реле, подающее питание на насос, закачивающий воду из скважины.
  • Вода доходит до максимальной отметки, поплавок поднимается до места расположения геркона 1, он срабатывает и реле отключается, соответственно, двигатель насоса прекращает работать.

Такой герконовый сигнализатор сделать самостоятельно довольно просто, а его настройка сводится к установке уровней включения-выключения.

Заметим, что если правильно выбрать материал для поплавка, датчик уровня воды будет работать, даже при наличии слоя пены в резервуаре.

Ультразвуковой

Этот тип измерителей может использоваться как для жидкой, так и сухой среды, при этом у него может быть аналоговый или дискретный выход. То есть, датчик может ограничивать заполнение по достижению определенной точки или отслеживать его постоянно. Устройство включает в себя ультразвуковой излучатель, приемник и контроллер обработки сигнала. Принцип работы сигнализатора продемонстрирован на рисунке 3.


Рис. 3. Принцип работы ультразвукового датчика уровня

Работает система следующим образом:

  • излучается ультразвуковой импульс;
  • принимается отраженный сигнал;
  • анализируется длительность затухания сигнала. Если бак полный, она будет короткой (А рис. 3), а по мере опустошения начнет увеличиваться (В рис. 3).

Ультразвуковой сигнализатор бесконтактный и беспроводной, поэтому он может использоваться даже в агрессивных и взрывоопасных средах. После первичной настройки, такой датчик не требует никакого специализированного обслуживания, а отсутствие подвижных частей существенно продлевает срок эксплуатации.

Электродный

Электродные (кондуктометрические) сигнализаторы позволяют контролировать один или несколько уровней электропроводящей среды (то есть, для измерения наполнения бака дистиллированной водой они не подходят). Пример использования устройства приведен на рисунке 4.


Рисунок 4. Измерение уровня жидкости кондуктометрическими датчиками

В приведенном примере задействован трехуровневый сигнализатор, в котором два электрода контролируют заполнение емкости, а третий является аварийным, для включения режима интенсивной откачки.

Емкостной

При помощи этих сигнализаторов можно определять максимальное заполнение емкости, причем, в качестве технологической среды могут выступать как жидкость, так и сыпучие вещества смешанного состава (см. рис. 5).


Рис. 5. Емкостной датчик уровня

Принцип работы сигнализатора такой же, как у конденсатора: проводится измерение емкости между пластинами чувствительного элемента. Когда она достигнет порогового значения, подается сигнал на контроллер. В некоторых случаях задействовано исполнение «сухой контакт», то есть уровнемер работает через стенку бака в изоляции от технологической среды.

Данные устройства могут функционировать в широком температурном диапазоне, на них не влияют электромагнитные поля, а срабатывание возможно на большом расстоянии. Такие характеристики существенно расширяют сферу применения вплоть до тяжелых условий эксплуатации.

Радарный

Этот вид сигнализаторов можно действительно назвать универсальным, поскольку он может работать с любой технологической средой, включая агрессивную и взрывоопасную, причем, давление и температура не будут влиять на показания. Пример работы устройства приведен на рисунке ниже.


Устройство излучает радиоволны в узком диапазоне (несколько гигагерц), приемник ловит отраженный сигнал и по времени его задержки определяет наполняемость емкости. На измеряющий датчик не влияет давление, температура или характер технологической среды. Запыленность также не отражается на показаниях, чего не скажешь о лазерных сигнализаторах. Также необходимо отметить высокую точность приборов данного типа, их погрешность составляет не более одного миллиметра.

Гидростатический

Эти сигнализаторы могут измерять как предельное, так и текущее заполнение резервуаров. Их принцип действия продемонстрирован на рисунке 7.


Рисунок 7. Измерение заполнения гиростатическим датчиком

Устройство построено по принципу измерения уровня давления, произведенного столбом жидкости. Приемлемая точность и небольшая стоимость сделали данный вид довольно популярным.

В рамках статьи мы не можем осмотреть все типы сигнализаторов, например, ротационно-флажковых, для определения сыпучих веществ (идет сигнал, когда лепесток вентилятора застрянет в сыпучей среде, предварительно вырыв приямок). Так же нет смысла рассматривать принцип действия радиоизотопных измерителей, тем более рекомендовать их для проверки уровня питьевой воды.

Как выбрать?

Выбор датчика уровня воды в резервуаре зависит от многих факторов, основные из них:

  • Состав жидкости. В зависимости от содержания в воде посторонних примесей может меняться плотность и электропроводность раствора, что с большой вероятностью отразится на показаниях.
  • Объем резервуара и материал, из которого он изготовлен.
  • Функциональное назначение емкости для накопления жидкости.
  • Необходимость контролировать минимальный и максимальный уровень, или требуется мониторинг текущего состояния.
  • Допустимость интеграции в систему автоматизированного управления.
  • Коммутационные возможности устройства.

Это далеко не полный список для выбора измерительных приборов данного типа. Естественно, что для бытового назначения можно существенно сократить критерии отбора, ограничив их объемом резервуара, типом срабатывания и схемой управления. Существенное сокращение требований делает возможным самостоятельное изготовление подобного устройства.

Делаем датчик уровня воды в резервуаре своими руками

Допустим, есть задача автоматизировать работу погружного насоса для водоснабжения дачи. Как правило, вода поступает в накопительную емкость, следовательно, нам необходимо сделать так, чтобы насос автоматически выключался при ее заполнении. Совсем не обязательно для этой цели покупать лазерный или радиолокационный сигнализатор уровня, собственно, никакой приобретать не нужно. Несложная задача требует простого решения, оно показано на рисунке 8.


Для решения задачи понадобится магнитный пускатель с катушкой на 220 вольт и два геркона: минимального уровня — на замыкание, максимального — на размыкание. Схема подключения насоса проста и, что немаловажно, безопасна. Принцип работы был описан выше, но повторим его:

  • По мере набора воды поплавок с магнитом постепенно поднимается, пока не дойдет до геркона максимального уровня.
  • Магнитное поле размыкает геркон, отключая катушку пускателя, что приводит к обесточиванию двигателя.
  • По мере расхода воды, поплавок опускается, пока не достигнет минимальной отметки напротив нижнего геркона, его контакты замыкаются, и поступает напряжение на катушку пускателя, подающего напряжение на насос. Такой датчик уровня воды в резервуаре может работать десятилетиями, в отличие от электронной системы управления.

В промышленности и быту постоянно существует необходимость контроля за уровнями жидкостей в емкостях. Устройства измерения классифицируют как контактные и бесконтактные. Для обоих вариантов датчик уровня воды располагают на определенной высоте резервуара, и он срабатывает, сигнализируя или подавая команду на изменение режима ее подачи.

Контактные устройства работают на основе поплавков, переключающих схемы при достижении жидкостью заданных отметок.

Бесконтактные способы подразделяются на магнитные, емкостные, ультразвуковые, оптические и другие. Устройства не имеют подвижных частей. Они погружаются в контролируемые жидкие или сыпучие среды или закрепляются на стенках баков.

Поплавковые датчики

Надежные и дешевые устройства для контроля уровня жидкостей с помощью поплавков наиболее распространены. Конструктивно они могут различаться. Рассморим их виды.

Вертикальное расположение

Часто применяется поплавковый датчик уровня воды с вертикальным штоком. Внутри него размещен круглый магнит. Шток представляет собой полую пластиковую трубку с расположенными внутри герконами.

Поплавок с закрепленным магнитом всегда располагается на поверхности жидкости. Подходя к геркону, поле магнита вызывает срабатывание его контактов, что является сигналом о заполнении емкости до определенного объема. При последовательном соединении контактных пар между собой через резисторы можно постоянно следить за уровнем воды по общему сопротивлению цепи. Стандартный сигнал при этом меняется от 4 до 20 мА. Датчик уровня воды чаще всего размещается в верхней части резервуара на участке длиной до 3 м.

Электрические схемы с герконами могут отличаться при внешнем сходстве механической части. Датчики располагаются на одном, двух и большем количестве уровней, подавая сигнал о том, насколько наполнен бак. Они также могут быть линейными, непрерывно передавая сигнал.

Горизонтальное расположение

Если сверху датчик установить не удается, его крепят горизонтально к стене резервуара. Магнит с поплавком устанавливают на рычаге с шарниром, а геркон помещают в корпусе. При подъеме жидкости в верхнее положение магнит подходит к коннтактам и датчик срабатывает, сигнализируя о достижении предельного положения.

При повышенной загрязненности или замерзании жидкости применяется более надежный поплавковый датчик уровня воды на гибком тросе. Он состоит из размещенной на глубине небольшой герметичной емкости с металлическим шариком с герконовым контактом или тумблером внутри. При совпадении уровня воды с положением датчика происходит переворот емкости и срабатывание контакта.

Одними из самых точных и надежных поплавковых датчиков являются магнитострикционные. Они содержат поплавок с магнитом, которые скользят по металлическому стержню. Принцип работы заключается в изменении продолжительности прохождения через стержень ультразвукового импульса. Отсутствие электрических контактов существенно повышает четкость срабатывания при достижении границы раздела сред заданного положения.

Емкостные датчики

Бесконтактное устройство реагирует на разницу между диэлектрической проницаемостью разных материаллов. Датчик уровня воды в резервуаре устанавливается снаружи боковой стенки емкости. В этом месте должна быть вставка из стекла или фторопласта, чтобы через нее можно было различить границу раздела сред. Расстояние, на котором чувствительный элемент улавливает изменение контролируемой среды, составляет 25 мм.

Герметичное исполнение емкостного датчика дает возможность помещать его в контролируемую среду, например, в трубопровод или в крышку резервуара. При этом он может находиться под давлением. Таким образом поддерживается наличие жидкости в закрытом реакторе при осуществлении технологического процесса.

Электродные датчики

Датчик уровня воды с помещенными в жидкость электродами реагирует на изменение электропроводности между ними. Для этого их крепят зажимами и размещают на предельно верхнем и нижнем уровнях. С более длинным в паре устанавливают еще один проводник, но обычно вместо него используют металлический корпус резервуара.

Схема датчика уровня воды соединяется с системой управления электродвигателем насоса. При полном баке все электроды погружены в жидкость и между ними протекает ток управления, который является сигналом на отключение двигателя водяного насоса. Вода также не поступает, еслти она не касается оголенного верхнего проводника. Сигналом включения насоса является снижение уровня ниже длинного электрода.

Проблемой всех датчиков является окисление контактов, находящихся в воде. Чтобы уменьшить его влияние, применяют нержавеющую сталь или графитовые стержни.

Датчик уровня воды своими руками

Простота устройства дает возможность изготовить его самостоятельно. Для этого нужен поплавок, рычаг и клапан. Вся конструкция размещается в верхней части бака. Поплавок с рычагом соединяется со штоком, перемещающим поршень.

При достижении водой верхнего предельного уровня поплавок перемещает рычаг, который воздействует на поршень и закрывает подачу через нижнюю трубу.

По мере расхода воды поплавок опускается, после чего поршень снова открывает отверстие, через которое можно опять наполнять резервуар.

При правильном выборе и изготовлении датчик уровня воды, своими руками собранный, надежно работает в домашнем хозяйстве.

Заключение

Датчик уровня воды незаменим в частном секторе. С ним не теряется время при контроле за наполнением бака на огороде, уровнем в колодце, скважине или септике. Простое устройство без помощи хозяина вовремя запустит или отключит водяной насос. Только не стоит забывать о его профилактике.

Датчик уровня воды в условиях современной техники выполняет функцию одного из органов чувств человека. От того, насколько правильно удается управлять и контролировать состояние водного потока, зависит исправная работа всего механизма. Важность надежности устройства сенсора сложно переоценить, хотя бы потому, что прибор, контролирующий воду, как правило, становится тем самым «узким» звеном современной техники.

Конструкция и принцип действия

Независимо от того, какой принцип действия положен в основу устройства, работает ли оно только в режиме сигнализатора или параллельно выполняет функции сторожа, автомата или управляющего механизма, конструкция прибора всегда состоит из трех основных узлов:

  • Чувствительного элемента, способного реагировать на характеристики водяного потока. Например, фактическое наличие воды, высота столба или уровень в баке, факт движения водяного потока в трубе или магистрали;
  • Балластного элемента, уравновешивающего сенсорную часть датчика. Без балласта чувствительный сенсор срабатывал бы при малейшем толчке или случайной капле воды;
  • Передающая или исполнительная часть, преобразующая сигнал сенсора, вмонтированного в датчик воды, в конкретный сигнал или действие.

Примерно 90% всей водной техники, так или иначе, связано с электрическими исполнительными механизмами – насосами, клапанами, нагревателями и управляющими электронными автоматами. Понятно, что такое устройство, работающее с водяными потоками, должно быть в первую очередь безопасным.

Из всех сигнальных систем датчик, контролирующий состояние воды, считается наиболее простым и доступным в настройке и ремонте. В отличие от сенсоров и устройств, работающих с измерениями температуры, давления или расхода, датчик воды очень просто контролировать с помощью простейших устройств, или, на крайний случай, увидеть уровень или прокачанный поток своими глазами.

Виды датчиков уровня

Одним из условий успешной работы сенсора является высокая чувствительность датчика, чем выше, тем лучше, тем точнее удается считать контролируемый параметр воды. Поэтому в качестве величины, измеряемой сенсором, стараются выбирать ту, которая сильнее всего меняется за время измерения.

На сегодня существует около двух десятков различных способов и методов измерения механических характеристик воды, но все они используются для получения сведений:

  • Высоты уровня водяного столба в емкости или баке;
  • Скорости движения потока или расхода воды;
  • Факта наличия-отсутствия воды в закрытой емкости, резервуаре, трубе или теплообменнике.

Разумеется, промышленные сенсоры могут быть достаточно сложными конструктивно, но используемые в них принципы работы такие же, как и в бытовой, садово-огородной или автомобильной технике.

Поплавковый тип датчика перелива

Наиболее простой способ измерять уровень воды используется в нехитрой механической конструкции, состоящей из герметичного поплавка, качающегося рычага или кулисы и запорного клапана. В данном случае датчиком является поплавок, балластом считается пружина и поплавковый утяжелитель, а исполнительным механизмом выступает сам клапан.

Во всех поплавковых системах датчик или поплавок регулируется на определенную высоту срабатывания. Вода, поднявшаяся в баке до контрольного уровня, поднимает поплавок и открывает клапан.

Поплавковая система может быть оборудована электрическим исполнительным устройством. Например, внутрь поплавкового датчика устанавливают вкладыш-магнит, при подъеме воды до рабочего уровня магнитное поле заставляет вакуумный геркон замыкать контакты, и тем самым включает или выключает электрическую цепь.

Поплавковый датчик может также выполняться по свободной схеме, как, например, в погружных насосах. В этом случае геркон замыкается не под воздействием магнитного поля вкладыша, а только за счет перепада давлений внутри корпуса насоса и на уровне поплавка. На сегодня магнитно-поплавковый датчик с электрическим исполнительным реле считается одним из самых безопасных и надежных вариантов контроля уровня жидкости.

Ультразвуковой сенсор

Конструкция датчика воды предусматривает наличие двух устройств – источника ультразвука и приемника сигнала. Звуковая волна направляется на поверхность воды, отражается и возвращается на датчик приемник.

На первый взгляд, идея использовать ультразвук для изготовления датчика контроля уровня или скорости движения воды выглядит не очень удачной. Ультразвуковая волна способна отражаться от стен бака, преломляться и создавать помехи в работе приемного датчика, а кроме того, потребуется сложное электронное оборудование.

На самом деле ультразвуковой сенсор для измерения уровня воды или любой другой жидкости помещается в коробку чуть больше пачки сигарет, при этом использование ультразвука в качестве датчика дает определенные преимущества:

  • Возможность измерять уровень, и даже скорость воды при любой температуре, в условиях вибраций или движения;
  • Ультразвуковой датчик может измерять расстояние от сенсора до поверхности воды даже в условиях сильного загрязнения, с переменным уровнем жидкости.

Кроме того, датчик может измерять уровень воды, расположенной на значительной глубине, при этом точность измерения достигается 1-2 см на каждые 10 м высоты.

Электродный принцип контроля воды

Тот факт, что вода обладает электропроводностью, успешно используется для изготовления контактных датчиков уровня жидкости. Конструктивно система представляет собой несколько электродов, установленных в емкости на разной высоте и соединенных в одну электрическую цепь.

По мере заполнения емкости водой жидкость последовательно замыкает пару контактов, что включает цепь управляющего реле насоса. Как правило, у датчика воды имеется два-три электрода, поэтому измерение потока воды получается слишком дифференцированным. Датчик сигнализирует лишь о достижении минимального уровня и запускает мотор насоса, или о полном заполнении емкости и отключает его, поэтому подобные системы используются для контроля резервных или поливных цистерн с водой.

Емкостной тип датчика воды

Конденсаторный или емкостной тип сенсора используется для измерения уровня воды в узких и глубоких емкостях, это может быть колодец или скважина. С помощью емкостного датчика можно определить высоту водяного столба в скважине с точностью до десятка сантиметров.

Конструкция сенсора состоит из двух коаксиальных электродов, фактически трубы и внутреннего металлического электрода, погруженных в ствол скважины. Вода заполняет часть внутреннего пространства системы, меняя тем самым его емкость. С помощью подключенной электронной схемы и катушки колебаний с кварцем можно точно определить емкость датчика и количество воды в скважине.

Радарный измеритель

Волновой, или радарный датчик используется для работы в наиболее сложных условиях, например, если нужно измерить уровень или объем жидкости в резервуаре, открытом водоеме, колодце несимметричной и неправильной формы.

Принцип действия не отличается от ультразвукового прибора, а использование электрического импульса позволяет выполнить измерение с большой точностью.

Гидростатический вариант сенсора

Один из вариантов гидростатического датчика приведен на схеме.

К сведению! Подобный сенсор используется в стиральных машинах и бойлерах, где очень важно контролировать высоту водяного столба внутри бака.

Гидростатический датчик представляет собой коробку с эластичной подпружиненной мембраной, делящей корпус датчика на два отделения. Одну из секций соединяют прочной полиэтиленовой трубкой со штуцером, впаянным в днище бака.

Давление водяного столба передается по трубке на мембрану и заставляет замыкаться контакты пускового реле, чаще всего для запуска исполнительного механизма используется пара — магнитный вкладыш и геркон.

Датчик давления воды

Гидростатическое давление определяется в условиях, когда поток или определенный объем воды находится в состоянии покоя. Чаще всего гидростатический сенсор используется в нагревательных и отопительных приборах – бойлерах, котлах отопления.

Устройство датчика давления воды

Такие устройства чаще всего работают в режиме триггера:

  • При высоком давлении воды сенсор замыкает контакты реле и разрешает работу насоса или нагревателя;
  • При низком давлении в сенсоре блокируется даже физическая возможность включения исполнительного механизма, то есть никакие удары или временные скачки напора не заставят устройство заработать.

При исправном датчике давления воды сенсор выдаст сигнал на запуск мотора, только если нагрузка на сильфон сохраняется более трех секунд.

Типовое устройство «умного» сенсора представлено на схеме.

Чувствительным элементом системы является диафрагма, соединенная с сильфоном, центральный шток может подниматься и опускаться в зависимости от величины давления, и тем самым менять емкость встроенного конденсатора.

Подключение датчика давления воды

Упрощенная модель сенсора используется в домашних системах «гидроаккумулятор — скважинный насос». Внутри прибора находится коробка с мембраной, соединенной с качающимся рычагом и двумя балансирующими пружинами.

Конструкция наворачивается на выходной штуцер гидроаккумулятора. С увеличением внутреннего давления мембрана поднимается и размыкает главную пару контактов, чтобы система исправно реагировала на давление воды, момент выключения и включения необходимо отрегулировать осадкой малой и большой пружины в соответствии с показаниями стрелочного манометра.

Датчик протечки воды

Уже из названия становится понятным, что речь идет об устройстве, фиксирующем наличие утечки воды из водопроводных коммуникаций. Принцип работы устройства напоминает электродную систему. Внутри пластиковой коробки в специальном кармане установлена одна или несколько пар электродов. В случае аварии скапливающая на полу вода затекает внутрь кармана и замыкает контакты. Срабатывает электронная схема, и по сигналу сенсора в работу вступают шаровые краны с электроприводом.

Понятно, что датчик, сам по себе, — вещь бесполезная, если используется без системы управления и автоматических отсекателей воды, установленных на вводе в дом или на одной из веток водопровода.

В качестве примера можно привести одну из наиболее популярных систем защиты — датчик протечки воды Нептун. В систему входят три основных блока:

  • Сам датчик протечки Нептун в проводной или беспроводной модификации, обычно в комплект входит три отдельных сенсора;
  • Шаровой кран с электроприводом, производства итальянской компании «Бугатти», в количестве двух штук;
  • Блок управления «Neptun Base».

Наиболее ценная часть комплекта — автоматические краны, их выпускают для установки на полудюймовой и дюймовой трубной резьбе. Конструкция выдерживает давление до 40 Атм., а итальянское качество привода гарантирует не менее 100 тыс. циклов открывания-закрывания.

Сам датчик выглядит, как две латунные пластины в коробке, к которым подведено низковольтное напряжение с очень высоким сопротивлением входа, при замыкании сенсора ток ограничен 50 мА. Сама конструкция выполнена по протоколу IP67, поэтому является абсолютно безопасной для человека.

Установка беспроводных датчиков протечки воды

В системе «Нептун» датчик может быть удален от блока управления на расстояние более 50 м. В более совершенных беспроводных системах NEPTUN PROW+ вместо системы проводов используются датчики протечки воды, оборудованные модулем WF.

Блок управления оборудован защищенным от помех и влаги каналом, системой включения-выключения шаровых кранов. Считается, что никакие помехи или случайные капли влаги, конденсат не влияют на работу датчиков.

Коробки с сенсором протечки устанавливают на удалении от труб не более чем на 2 м, сенсоры нельзя экранировать металлической сантехникой или мебелью.

Беспроводной датчик протечки воды

Устройство беспроводного измерителя сложнее, чем обычного двухэлектродного варианта с проводным подключением. Внутри установлен контроллер, который непрерывно сравнивает ток, протекающий между электродами, с эталонным значением, зашитым в память. При этом эталонное значение «сухой пол» можно настраивать по собственному выбору.

Очень удобное решение, учитывая, что уровень влажности в ванной комнате может быть очень высоким, а регулярно выпадающий конденсат может привести к ложным срабатываниям.

Как только контроллер определяет уровень, соответствующий затоплению, прибор контроля воды отправляет на базовый блок сигнал об аварии. Наиболее продвинутые модели способны дублировать команду СМС-сообщением по GSM каналу.

Датчик протока воды

Во многих случаях для стабильной и безаварийной работы техники мало датчика наличия воды, требуется информация о том, движется ли поток по трубопроводу, какова его скорость и напор. Для этих целей используются датчики протока воды.

Виды датчиков протока воды

В бытовой и наиболее простой промышленной технике используют четыре основных вида датчиков протока:

  • Напорный измеритель;
  • Лепестковый тип сенсора;
  • Лопаточная схема измерения;
  • Ультразвуковая система.

Иногда используется устаревшая конструкция на основе трубки Пито, но для ее надежной работы требуется как минимум отсутствие загрязнений и ламинарный характер течения воды. Первые три датчика являются механическими, поэтому часто подвергаются засорению или водяной эрозии чувствительного элемента. Последний тип сенсора, ультразвуковой, способен работать практически в любых условиях.

Принцип работы ультразвукового измерителя можно понять из схемы. Внутри трубки расположен излучатель волн и приемник. В зависимости от скорости потока звуковая волна может отклоняться от первоначального направления, что и служит основанием для измерения характеристик потока.

Устройство и принцип работы

Простейшие лепестковые датчики потока работают по принципу гребного весла. В поток погружается лепесток, подвешенный на шарнире. Чем выше скорость потока, тем сильнее отклоняется лепесток датчика.

В более точных лопаточных датчиках применяется крыльчатка или турбинка из полиамида или алюминиевого сплава. В этом случае удается измерять скорость потока по частоте вращения подвижного элемента. Единственным недостатком является повышенное сопротивление, создаваемое лепестками и лопатками в потоке воды.

Напорный сенсор работает с использованием динамического давления потока. Под напором воды подвижный элемент с магнитным вкладышем выдавливается вверх, освобождая тем самым пространство для движения жидкости. Установленный в головке геркон моментально реагирует на магнитное поле вкладыша и замыкает цепь.

Область применения

Датчики водяного потока используются исключительно в системах нагрева и системах автоматики одноконтурных теплообменников. Чаще всего выход из строя сенсора наличия потока приводит к прогару и тяжелейшим повреждениям раскаленных радиаторов и нагревателей.

Датчик уровня воды своими руками

Простейший вариант устройства, способного сигнализировать о наполнении водой бака или любой другой емкости, приведен на схеме ниже.

Конструктивно определитель уровня состоит из трех металлических электродов, установленных на текстолитовой пластинке. Схема, собранная на обычном маломощном транзисторе, позволяет определять предельно допустимый верхний и нижний уровень воды в емкости.

Конструкция абсолютно безопасна в пользовании и не требует каких-либо дорогостоящих деталей или приборов управления.

Заключение

Датчики уровня воды широко используются в бытовой технике, поэтому чаще всего для вспомогательных нужд гаражной или садовой техники используют уже готовые конструкции от старой техники, переделанные и адаптированные к новым условиям. При правильном подключении такое устройство прослужит гораздо дольше самодельной схемы.

Многие из Нас и не только заядлые дачники, сталкивались с проблемой автоматизации и контроля заполнения емкостей водой. Скорее всего эта статья именно для тех, кто решил сделать простейшую схему контроля наполнения емкости в бытовых условиях. Самый бюджетный способ построения автоматики – это использование реле контроля воды. Реле контроля уровня (воды) так же используются в более сложных системах водоснабжения частных домов, но в данной статье мы рассмотрим только бюджетные модели реле контроля уровня токопроводящей жидкости. К подконтрольным жидкостям относятся: вода (водопроводная, родниковая, дождевая), жидкости с низким содержанием алкоголя (пиво, вино и др.), молоко, кофе, сточные воды, жидкие удобрения. Номинальный ток контактов реле 8-10А, что позволяет коммутировать небольшие насосы без использования промежуточного реле или контактора, но производители все равно рекомендуют ставить промежуточные реле или контакторы для включения/выключения насосов. Температурный диапазон работы устройств от -10 до +50C, а максимально возможная длина провода (от реле до датчика) – 100 метров, на передней панели светодиодные индикаторы работы, вес не более 200 грамм, крепление на din-рейку, поэтому необходимо будет заранее продумать размещение системы контроля.

Принцип работы реле основан на измерении сопротивления жидкости, находящейся между двумя погруженными датчиками. Если измеренное сопротивление оказывается менее величины порога срабатывания, тогда состояние контактов реле меняется. Во избежание электролитического эффекта переменный ток протекает поперек датчиков. Напряжение питания датчика не более 10В. Потребляемая мощность не более 3Вт. Фиксированная чувствительность 50 кОм.

На рынке представлено множество однотипных реле, рассмотрим самые бюджетные модели от производителей «Реле и Автоматика» г.Москва и новинки «TDM» (Торгового Дома им.Морозова).

Реле контроля уровня . (аналог РКУ-02 TDM )

Реле контроля уровня TDM представлено четырьмя моделями:

  1. (SQ1507-0002) под разъем Р8Ц(SQ1503-0019) на дин-рейку
  2. (SQ1507-0003) на дин-рейку (аналог РКУ-1М )
  3. (SQ1507-0004) на дин-рейку
  4. (SQ1507-0005) на дин-рейку

Корпуса реле выполнены из не поддерживающих горение материалов. Датчики контроля уровня изготовлены из нержавеющей стали. (ДКУ-01 SQ1507-0001).

Работа реле основана на кондуктометрическом методе определения наличия жидкости, который основан на электрической проводимости жидкостей и возникновении микротока между электродами. Реле имеют переключающие контакты, что позволяет использовать режим наполнения или слива. Напряжение питания РКУ-02, РКУ-03, РКУ-04 – 230В или 400В.

Схема управления насосом в резервуаре в режиме “наполнение или дренаж”.

Схема перекачки жидкости из скважины/резервуара в резервуар, контроль уровня в обоих средах, т.е. реле производит защитное отключение насоса в режиме сухого хода (при снижении уровня жидкости в скважине/резервуаре)

Схема поочередного или суммарного включения 2-х насосов. Используется реле РКУ-04 в местах, где недопустимо переполнение колодцев, котлованов, водосборных и прочих емкостей. Реле работает с 2-мя насосам, и, для равномерного использования их ресурса, реле производит их поочередное включение. В случае чрезвычайной ситуации оба насоса выключаются одновременно.

Реле нельзя использовать для следующих жидкостей: дистиллированная вода, бензин, керосин, масло, этиленгликоли, краски, сжиженный газ.

Сравнительная таблица аналогов по сериям:

TDM F&F lovato РиА
РКУ-01 PZ-829 LVM20 РКУ-1М
РКУ-02 PZ-829 LVM20 РКУ-1М
РКУ-03 LVM20 EBR-02
РКУ-04 LVM20

 

Изготовление поплавкового датчика уровня воды своими руками. Набор для сборки датчика уровня Как работает реле уровня воды для бочки

Иногда лень человеческая может заставить думать, так сказать созидать. И колесо то придумали, наверное, из-за лени, когда надоело на себе все таскать.

Вот и мне надоело стоять перед наполняющимися водой бочками для полива. Лето сухое, бочек — 4, каждая наполняется за, примерно, полчаса. Проводами от датчиков уровня опутывать участок, делать блок управления в такую жару тоже лень. Пробовал пускать это дело на самотек, но на пятом шаге от бочки уже забывал, что бочка наливается и насос включен. Стал думать, как сделать беспроводный сигнализатор наполнения бочки. Думал долго, пока не позвонили в калитку по радиозвонку. Все, что тут же пришло в голову смотрите на фото 1.


Для всей конструкции потребовалось два сварочных электрода и пустая бутылка из-под спирта. Короче все, что под руки попалось. Надеюсь, у вас все это будет эстетичнее. Сперва изготавливают коромысло и закрепляют на нем поплавок. Потом делают заготовку для скобы. Отрезают кусок электрода нужной длины, заостряют с обеих сторон и изгибают в виде буквы «Г», на один конец надевают коромысло с поплавком и далее загибают это конец, что бы получилась скоба. Далее эту скобку забивают в доску. На все про все у меня ушло минут двадцать. Кнопка звонка на доске просто лежит. Надеюсь, принцип работы всей приспособы понятен. Вода наливается, поплавок поднимается, коромысло давит на кнопку, звенит звонок, вы выбегаете из дома и переносите всю аппаратуру на следующую бочку. Недостаток здесь в том, что звонок питается от сети 220В. Не плохо бы перевести его на автономное питание, тогда целых полчаса можно будет ловить на пруду карасей. Успехов. К.В.Ю.


Дача. Колодец c насосом + накопительный бак. Если лень включать насос, то нужна автоматическая включалка. Задача состоит в следующем: необходимо включать насос в колодце, когда в накопительной ёмкости (например, бочке) вода опускается ниже определённого уровня, и выключать насос, когда вода наберётся.
Накопительные ёмкости бывают разные по объёму. Колодцы тоже разные бывают. Можно ненароком осушить колодец, если вовремя не выключить насос. Да и самому насосу работать без воды тоже не привычно.
Поэтому нужно ещё уметь выключить временно насос в колодце, если уровень понизился и разрешать ему включаться, если уровень в норме.

В Сети есть много электронных схем, следящих за верхним и нижним уровнями воды. От простых (пару транзисторов) до микропроцессорных. Мы их рассматривать не будем. В качестве датчика уровня воды очень часто используют принцип электропроводности воды. Т.е. это, как правило, электроды, имеющие непосредственный контакт с водой. Минус их в том, что они имеют тенденцию окисляться, терять контакт с проводами и другие прелести нахождения «железки под потенциалом» в воде.

В данной статье рассмотрена реализация бесконтактного датчика из подручных материалов.
После того как мой насос в очередной раз не включился, я решил сделать в качестве датчика что-то более оригинальное, нежели три железяки в воде.

Для изготовления одного такого датчика понадобятся:
– Труба полипропиленовая для воды с внутренним диаметром 25мм. Труба из металлопласта не желательна, т.к. её можно ненароком довольно легко деформировать, но если аккуратно, то можно и её.
– Пара датчиков на открытие двери (из них извлекаем два геркона и магнит)


– Пробковая пробка от бутылки (винная или другая подходящая). Содержимое бутылки не так важно, главное чтобы оно не помешало дальнейшей работе.
– Провод нужной длинны, термоусадочная трубка, пара нейлоновых стяжек, верёвочка и изолента.

В общем, ничего дефицитного, всё нашлось в сарае.

Первое, что нужно сделать, это в торце пробки просверлить (проковырять) отверстие, чтобы вставить внутрь магнит.
После того как магнит вставлен, нужно проверить, что пробка свободно пролетает внутри трубы. Скорее всего, этого не так. Поэтому методом трения пробки об напильник или наждачку уменьшаем диаметр пробки.
Должно получиться что-то типа такого:


Для лучшего скольжения внутри трубы пробку можно покрыть лаком (например, яхтным) методом окунания.
Т.к. лак добавит некоторую толщину к пробке, нужно подгонять диаметр пробки с запасом. У меня диаметр пробки вместе с лаковым покрытием меньше внутреннего диаметра трубы примерно на 3 мм.

Далее добытые герконы припаиваем к проводам, помещаем в термоусадку и обсаживаем её. Расстояние между герконами соответствует разнице между нижним уровнем воды в колодце (когда нужно аварийно отключить насос) и верхним уровнем, когда его разрешается снова включить.

Чтобы вода не проникла внутрь, верхний край термоусадки должен зайти на провод и прочно обхватить его. Поэтому провод лучше использовать круглого сечения.

Термоусадка должна идти от подходящего к датчику провода поверх обоих герконов и заканчиваться примерно через 5 см после нижнего геркона.
Нижний край термоусадки делаем больше примерно на 5см, чем нужно и после усадки загибаем хвостик вверх, фиксируя в таком положении, например, ещё одним кусочком термоусадки.

Собираем. Герконы в термоусадке прикрепляются вдоль трубки любым удобным методом (нейлоновые стяжки или изолента). В случае применения стяжек нужно учесть, что в холодной воде они могут сжаться и либо сами лопнут, либо что-то повредят. Поэтому не стоит их сильно затягивать.

Сверху точно такой же ограничитель, чтобы пробка не всплыла из трубы. Ограничители нужно ставить с таким расчётом, чтобы упёршись в них, пробка оказалась напротив геркона.
Примерно так:

Собранную конструкцию нужно привязать к верёвочке и можно пользоваться.
Получается вот так:

Перед опусканием в колодец подключаем всё к устройству управления насосом и проверяем работоспособность методом перевёртывания трубы.
Пробка должна перемещаться свободно и при достижении герконов отключать/включать насос.

Опускаем трубу в колодец до конца (нижний геркон чуть ниже уровня насоса). Включаем насос и пытаемся высосать колодец. Как только насос начинает хватать воздух, поднимаем трубку до момента, когда пробка опустится до нижнего геркона и отключит насос.

Приподнимаем немного выше, чтобы насос отключался чуть ранее, чем закончится вода и так фиксируем. Соответственно, когда воды в колодце наберётся достаточно, пробка включит верхний геркон, который разрешает насосу вновь работать.

Аналогичное устройство установлено и на накопительной ёмкости. Оно включает насос, когда вода в ёмкости заканчивается и отключает, когда вода наберётся.

Правда это устройство имеет некоторые технологические особенности:
– Устройство находится не внутри ёмкости, а снаружи и работает по методу сообщающихся сосудов.
– Верхний ограничитель при этом можно не ставить, достаточно чтобы труба была чуть выше верхнего края ёмкости
– В качестве нижнего ограничителя не удастся использовать две дырочки и стяжку (водичка вытечет). Поэтому нижним ограничителем является изгиб трубы.

К сожалению, реальную конструкцию, установленную на накопителе, сфотографировать не удалось. Поэтому схематично покажу.

Всем привет. Сегодня речь пойдет об очень простом наборе для самостоятельной сборки прибора, для контроля уровень воды. Данный набор может с успехом распаять школьник 5-7 класса за один вечер. Можно конечно сделать и полностью самостоятельно, включая плату, но я решил сэкономить время, поэтому был заказан набор.

Набор был приобретен с целью хоть как то автоматизировать набор воды в бочку на даче. При чем это не совсем бочка, а скорее труба, уходящая вниз на 2.5-3 метра, поэтому запасы воды там приличные (для простоты пусть будет бочка). Задумка была простая, пока нет регулярного водоснабжения электроклапан открывается и набирает в бочку воды по заданный уровень. Расход воды ведрами по необходимости и автоматический долив в бочку. Для того что бы клапан часто не срабатывал от колебаний воды, задумано несколько уровней. Нижний при котором включается клапан и верхний при котором выключается. Т.е. есть определенная мертвая зона при которой расход воды есть, а подача воды в бочку пока отсутствует. Кстати, эта мертвая зона и есть фактически такое понятие, как гистерезис .
В прошлом году эту функцию выполняло такое пардон устройство, как поплавковый механизм из бачка унитаза. Работало исправно, изредка засорялось, поскольку вода поступает по трубам прямиком из реки. Но в итоге зиму не пережило, поскольку было выполнено из пластмассы и развалилось от мороза.
Данный набор был призван заменить вышедший из строя механизм.

По мере хранения собранной платы и ожидании дачного сезона, была произведена попытка применить собранную плату на производстве, вот на такой установке.


Это просто большая кастрюля с нагревателем типа ТЭНов мощностью 27 КВт. Продукцию достают из холодильника целыми поддонами и закладывают в кострюлю. Надо все это нагреть до 90 С. Представляете сколько электроэнергии тратится ежесуточно?!

Для оценки объемов приложу пару фото:



Продукция между прочим представляет из себя свиные желудки и кудрявку (часть кишков).
Насколько я знаю желудки чем то набивают и употребляют в пищу, с кишками примерно то же самое – в том числе и колбасы с сосисками.

Это дело варится и повторно замораживается. Далее отправляется в Китай. Вот так вот, круговорот товара в природе. Мы им натуральные субпродукты, а в ответ электронику…

Назрел вопрос перевести нагрев кастрюли на пар. Так экономнее и мощность выше. Производительность вырастает в разы. Вот тут и потребовался датчик уровня, что бы никого паром не обварило и пар подавался только тогда, когда в емкости присутствует хотя бы минимальное количество воды.

Однако я вовремя спохватился и отказался от окончательной установки, хотя испытания показали работоспособность платы. Применять на производстве самоделки противопоказано. Поэтому нашли менее оперативно нужный прибор, который выполняет те же функции, но имеет еще и сертификат. Принцип работы заводского прибора практически соответствует набору с интернет магазина и в конкретном случае выполняет те же функции.
Этот прибор отечественного производства Овен САУ-М7.

Доставка и упаковка:

Бангуд весьма стабилен, малый пакет и несколько слоев вспененного полиэтилена.




В небольшом пакетике «кучка» деталей, плата и провода.


По номиналам я не сортировал, просто разложил для наглядности.


Схема не простая, а очень простая. Используется 4 элемента 2И-НЕ, при чем два из них выполняют функцию триггера. Он нужен для формирования петли гистерезиса.
Контакты 1 и 2 разъема J3 дают сигнал о нижнем уровне и включают реле. Контакты J4 1 и 2 – верхний уровень и аварийный, при срабатывании любого из них реле выключается. Срабатывание реле дублируется зажиганием светодиода. Схема уверенно срабатывает на водопроводную воду и так же уверенно на воду после водоподготовки, в которой солей меньше.
Я собирал плату практически не глядя в схему, разве что номинал резисторов посмотрел.
Перепутать выводы маловероятно и даже установить такие детали, как разъемы или транзисторы неправильно помешает нанесенная шелкография.
Единственный минус при монтаже – я перепутал местами светодиоды. Но это так, мелочи, на работоспособность не влияют.


В качестве датчиков были применены самодельные датчики уровня кондуктометрического типа. Примерно вот так они выглядят в сборе:

На плате со стороны установки деталей нанесена шелкография, вполне качественная.


Процесс распайки деталей вам не будет интересен, поскольку я не являюсь сборщиком и не владею особенностями тех процесса по сборке плат. Что в руку попалось с краю, то и запаивал.
Печатная плата со стороны пайки покрыта защитной маской. Металлизации нет. Плата односторонняя.


Использовал припой типа ПОС 61 с канифолью. Насвинячил немного.


Провода питания зафиксировал герметиком, что бы не обломались на выходе из отверстий. Провода, что шли в комплекте, мне показались слишком короткими.


Плату помыл растворителем со спиртом и покрыл слоем Plastik 70. Сразу заметил разницу между моими прежними платами и этой. Поверхность блестит и контакты покрыты слоем пленки.
Выявился некоторое неудобство, которое на самом деле является плюсом. Хотел снять видео о работе платы с использованием мультиметра, а получил проблему в виде того, что цупы, банально не продавливают покрытие защитное. Поэтому в видео отсутствует мультиметр.

Видео демонстрации работы платы:

Upd: пока писал обзор, на страницу с товаром даже не обращал внимание, как обычно. И только после написания обзора обратил внимание на товар. Плата не совпадает с той, что мне прислали и судя по комментариям многим высылают два разных варианта платы. На функционале это не сказывается. Обе платы работоспособны.

Итоги: Простейший набор, доступен для школьников, так же имеет практическое применение. К покупке рекомендую. Осадок небольшой остался из за того, что плата пришла не та, которая в описании.

В моем случае оказались лишними провода. Вероятно они планировались для вывода из платы светодиодов на переднюю панель и подключения источника питания.

Планирую купить +52 Добавить в избранное Обзор понравился +25 +47

Для автоматизации многих производственных процессов необходимо контролировать уровень воды в резервуаре, измерение проводится при помощи специального датчика, подающего сигнал, когда технологическая среда достигнет определенного уровня. Без уровнемеров невозможно обойтись и в быту, яркий пример этому – запорная арматура бачка унитаза или автоматика для отключения насоса скважины. Давайте рассмотрим различные виды датчиков уровня, их конструкцию и принцип работы. Эта информация будет полезной при выборе устройства под определенную задачу или изготовлении датчика своими руками.

Конструкция и принцип действия

Конструктивное исполнение измерительных устройств данного типа определяется следующими параметрами:

  • Функциональностью, в зависимости от этого устройства принято делить на сигнализаторы и уровнемеры. Первые отслеживают конкретную точку заполнения резервуара (минимальную или максимальную), вторые осуществляют беспрерывный мониторинг уровня.
  • Принципом действия, в его основу может быть положены: гидростатика, электропроводность, магнетизм, оптика, акустика и т.д. Собственно, это основной параметр, определяющий сферу применения.
  • Методом измерения (контактный или бесконтактный).

Помимо этого, особенности конструкции определяет характер технологической среды. Одно дело — измерять высоту питьевой воды в баке, другое — проверять наполнение резервуаров для промышленных стоков. В последнем случае необходима соответствующая защита.

Виды датчиков уровня

В зависимости от принципа действия, сигнализаторы принято делить на следующие виды:

  • поплавочного типа;
  • использующие ультразвуковые волны;
  • устройства с емкостным принципом определения уровня;
  • электродные;
  • радарного типа;
  • работающие по гидростатическому принципу.

Поскольку эти типы наиболее распространены, рассмотрим каждый из них в отдельности.

Поплавковый

Это наиболее простой, но, тем не менее, действенный и надежный способ измерения жидкости в баке или другой емкости. С примером реализации можно ознакомиться на рисунке 2.


Рис. 2. Поплавковый датчик для управления насосом

Конструкция состоит из поплавка с магнитом и двух герконов, установленных в контрольных точках. Кратко опишем принцип действия:

  • Емкость опустошается до критического минимума (А на рис. 2), при этом поплавок опускается до уровня, где расположен геркон 2, он включает реле, подающее питание на насос, закачивающий воду из скважины.
  • Вода доходит до максимальной отметки, поплавок поднимается до места расположения геркона 1, он срабатывает и реле отключается, соответственно, двигатель насоса прекращает работать.

Такой герконовый сигнализатор сделать самостоятельно довольно просто, а его настройка сводится к установке уровней включения-выключения.

Заметим, что если правильно выбрать материал для поплавка, датчик уровня воды будет работать, даже при наличии слоя пены в резервуаре.

Ультразвуковой

Этот тип измерителей может использоваться как для жидкой, так и сухой среды, при этом у него может быть аналоговый или дискретный выход. То есть, датчик может ограничивать заполнение по достижению определенной точки или отслеживать его постоянно. Устройство включает в себя ультразвуковой излучатель, приемник и контроллер обработки сигнала. Принцип работы сигнализатора продемонстрирован на рисунке 3.


Рис. 3. Принцип работы ультразвукового датчика уровня

Работает система следующим образом:

  • излучается ультразвуковой импульс;
  • принимается отраженный сигнал;
  • анализируется длительность затухания сигнала. Если бак полный, она будет короткой (А рис. 3), а по мере опустошения начнет увеличиваться (В рис. 3).

Ультразвуковой сигнализатор бесконтактный и беспроводной, поэтому он может использоваться даже в агрессивных и взрывоопасных средах. После первичной настройки, такой датчик не требует никакого специализированного обслуживания, а отсутствие подвижных частей существенно продлевает срок эксплуатации.

Электродный

Электродные (кондуктометрические) сигнализаторы позволяют контролировать один или несколько уровней электропроводящей среды (то есть, для измерения наполнения бака дистиллированной водой они не подходят). Пример использования устройства приведен на рисунке 4.


Рисунок 4. Измерение уровня жидкости кондуктометрическими датчиками

В приведенном примере задействован трехуровневый сигнализатор, в котором два электрода контролируют заполнение емкости, а третий является аварийным, для включения режима интенсивной откачки.

Емкостной

При помощи этих сигнализаторов можно определять максимальное заполнение емкости, причем, в качестве технологической среды могут выступать как жидкость, так и сыпучие вещества смешанного состава (см. рис. 5).


Рис. 5. Емкостной датчик уровня

Принцип работы сигнализатора такой же, как у конденсатора: проводится измерение емкости между пластинами чувствительного элемента. Когда она достигнет порогового значения, подается сигнал на контроллер. В некоторых случаях задействовано исполнение «сухой контакт», то есть уровнемер работает через стенку бака в изоляции от технологической среды.

Данные устройства могут функционировать в широком температурном диапазоне, на них не влияют электромагнитные поля, а срабатывание возможно на большом расстоянии. Такие характеристики существенно расширяют сферу применения вплоть до тяжелых условий эксплуатации.

Радарный

Этот вид сигнализаторов можно действительно назвать универсальным, поскольку он может работать с любой технологической средой, включая агрессивную и взрывоопасную, причем, давление и температура не будут влиять на показания. Пример работы устройства приведен на рисунке ниже.


Устройство излучает радиоволны в узком диапазоне (несколько гигагерц), приемник ловит отраженный сигнал и по времени его задержки определяет наполняемость емкости. На измеряющий датчик не влияет давление, температура или характер технологической среды. Запыленность также не отражается на показаниях, чего не скажешь о лазерных сигнализаторах. Также необходимо отметить высокую точность приборов данного типа, их погрешность составляет не более одного миллиметра.

Гидростатический

Эти сигнализаторы могут измерять как предельное, так и текущее заполнение резервуаров. Их принцип действия продемонстрирован на рисунке 7.


Рисунок 7. Измерение заполнения гиростатическим датчиком

Устройство построено по принципу измерения уровня давления, произведенного столбом жидкости. Приемлемая точность и небольшая стоимость сделали данный вид довольно популярным.

В рамках статьи мы не можем осмотреть все типы сигнализаторов, например, ротационно-флажковых, для определения сыпучих веществ (идет сигнал, когда лепесток вентилятора застрянет в сыпучей среде, предварительно вырыв приямок). Так же нет смысла рассматривать принцип действия радиоизотопных измерителей, тем более рекомендовать их для проверки уровня питьевой воды.

Как выбрать?

Выбор датчика уровня воды в резервуаре зависит от многих факторов, основные из них:

  • Состав жидкости. В зависимости от содержания в воде посторонних примесей может меняться плотность и электропроводность раствора, что с большой вероятностью отразится на показаниях.
  • Объем резервуара и материал, из которого он изготовлен.
  • Функциональное назначение емкости для накопления жидкости.
  • Необходимость контролировать минимальный и максимальный уровень, или требуется мониторинг текущего состояния.
  • Допустимость интеграции в систему автоматизированного управления.
  • Коммутационные возможности устройства.

Это далеко не полный список для выбора измерительных приборов данного типа. Естественно, что для бытового назначения можно существенно сократить критерии отбора, ограничив их объемом резервуара, типом срабатывания и схемой управления. Существенное сокращение требований делает возможным самостоятельное изготовление подобного устройства.

Делаем датчик уровня воды в резервуаре своими руками

Допустим, есть задача автоматизировать работу погружного насоса для водоснабжения дачи. Как правило, вода поступает в накопительную емкость, следовательно, нам необходимо сделать так, чтобы насос автоматически выключался при ее заполнении. Совсем не обязательно для этой цели покупать лазерный или радиолокационный сигнализатор уровня, собственно, никакой приобретать не нужно. Несложная задача требует простого решения, оно показано на рисунке 8.


Для решения задачи понадобится магнитный пускатель с катушкой на 220 вольт и два геркона: минимального уровня — на замыкание, максимального — на размыкание. Схема подключения насоса проста и, что немаловажно, безопасна. Принцип работы был описан выше, но повторим его:

  • По мере набора воды поплавок с магнитом постепенно поднимается, пока не дойдет до геркона максимального уровня.
  • Магнитное поле размыкает геркон, отключая катушку пускателя, что приводит к обесточиванию двигателя.
  • По мере расхода воды, поплавок опускается, пока не достигнет минимальной отметки напротив нижнего геркона, его контакты замыкаются, и поступает напряжение на катушку пускателя, подающего напряжение на насос. Такой датчик уровня воды в резервуаре может работать десятилетиями, в отличие от электронной системы управления.

Для регулирования и контроля уровня жидкости либо твердого вещества (песка или гравия) на производстве, в быту используют специальный прибор. Он получил название датчик уровня воды (или другого интересующего вещества). Существует несколько разновидностей подобных устройств, значительно отличающихся друг от друга принципом действия. Как работает датчик, преимущества, недостатки его разновидностей, на какие тонкости при выборе устройства стоит обратить внимание и как сделать упрощенную модель с реле своими руками, читайте в этой статье.

Датчик уровня воды используется для следующих целей:

Возможные методы определения загруженности резервуара

Существует несколько методов измерения уровня жидкости:

  1. Бесконтактный – зачастую приборы такого типа используются для контроля уровня вязких, токсичных, жидких либо твердых, сыпучих веществ. Это емкостные (дискретные) приборы, ультразвуковые модели;
  2. Контактный – устройство располагается непосредственно в резервуаре, на его стенке, на определенном уровне. По достижению водой этого показателя датчик срабатывает. Это поплавковые, гидростатические модели.

По принципу действия различают следующие виды датчиков:

  • Поплавкового типа;
  • Гидростатические;
  • Емкостные;
  • Радарные;
  • Ультразвуковые.

Кратко о каждом виде приборов

Поплавковые модели бывают дискретные и магнитострикционные. Первый вариант – дешевый, надежный, а второй – дорогой, сложной конструкции, но гарантирует точное показание уровня. Однако общий недостаток поплавковых приборов – это необходимость погружения в жидкость.

Поплавковый датчик определения уровня жидкости в баке

  1. Гидростатические устройства – в них все внимание обращено на гидростатическое давление столба жидкости в резервуаре. Чувствительный элемент прибора воспринимает давление над собой, отображает его по схеме для определения высоты столба воды.

Главные преимущества таких агрегатов – компактность, непрерывность действия и доступность по ценовой категории. Но использовать их в агрессивных условиях нельзя, потому как без контакта с жидкостью не обойтись.

Гидростатический датчик уровня жидкости

  1. Емкостные приборы – для контроля уровня воды в баке предусмотрены пластины. По изменению показателей емкости можно судить о количестве жидкости. Отсутствие подвижных конструкций и элементов, простая схема устройства гарантируют долговечность, надежность работы прибора. Но нельзя не отметить недостатки – это обязательность погружения в жидкость, требовательность к температурному режиму.
  2. Радарные устройства – определяют степень повышения воды путем сравнения частотного сдвига, задержки между излучением и достижением отраженного сигнала. Таким образом, датчик действует как излучатель и улавливатель отражения.

Подобные модели считаются лучшими, точными, надежными устройствами. Они обладают рядом достоинств:


К недостаткам модели можно отнести только их высокую стоимость.

Радарный датчик уровня жидкости в резервуаре

  1. Ультразвуковые датчики – принцип функционирования, схема устройства аналогичны радарным приборам, только используется ультразвук. Генератор создает ультразвуковое излучение, которое по достижению поверхности жидкости отражается и попадает через некоторое время на приемник датчика. После небольших математических вычислений, зная временную задержку и скорость движения ультразвука, определяют расстояние до поверхности воды.

Плюсы радарного датчика присущи и ультразвуковому варианту. Единственное, менее точные показатели, более простая схема работы.

Тонкости выбора подобных устройств

При покупке агрегата обратите внимание на функциональность прибора, некоторые его показатели. Крайне важные вопросы при покупке прибора – это:


Варианты датчиков определения уровня воды или твердых сыпучих веществ

Датчик уровня жидкости своими руками

Можно сделать элементарный датчик для определения и контроля уровня воды в скважине или баке своими руками. Для выполнения упрощенного варианта необходимо:


Выполненное своими руками устройство можно использовать для регулирования воды в бачке, скважине или насосе.

Заметки для мастера – Автоматика для насоса


 

 

          Регулятор уровня воды в баке.

Предлагаемый регулятор уровня воды применяется для автоматического поддержания насосом определенного уровня воды в емкости. Это может быть заполнение как бака отопления,так и накопительной емкости на даче для полива и душа, рис.1.

Рис.1

Работа регулятора уровня воды основана на свойстве электропроводности воды между датчиками, при помощи которых запускается и останавливается подкачивающий насос.
Обычно на баках имеется верхняя крышка на которой и монтируются три датчики. Лучше всего их изготовить из полосок или прутьев из нержавеющей стали, закрепленных на диэлектрическом материале не поглощающим влагу. Таким материалом может быть фторопласт, полиэтилен, резина и др.
Датчик Е1 самый длинный и доходит почти до дна емкости. Он является как бы базовым, на который подается постоянное напряжение от диода VD1. Датчики Е2 и Е3 определяют нижний и верхний уровень воды.

Двигатель насоса регулятора уровня воды управляется контактами двух реле – К1 и К2. Почему?

Если в баке нет воды, тогда тринистор VS1 будет закрыт, т.к. на его управляющем электроде нет напряжения для открытия. Реле К1 обесточено и своим постоянно замкнутым контактом К1.2 подает сетевое питание 220 вольт на катушку К2. Оно срабатывает и через контакт К2.1 запускает электродвигатель. Носос начинает заполнять бак до момента, когда вода не достигнет электрода верхнего уровня Е2.
Ток с Е1 через воду проходит до Е2 и открывает тринистор. К1 срабатывает, отключая контактом К1.2 насос, и включая К1.1 датчик нижнего уровня Е3, который и будет удерживать реле К1 в этом состоянии за счет тока протекающего между Е1 и Е3.
Регулятор уровня воды будет находиться в таком режиме до тех пор, пока уровень воды не будет ниже электрода Е3. Ток через воду прекращается и К1 отключается до следующего наполнения бака.

Трансформатор Т1 – мощностью 5…6 ватт с напряжением на вторичной обмотке 15 вольт.
Расстояние между электродами подбирается так, чтобы при нахождении их в воде уверенно срабатывало К1.
Реле К2 для регулятора уровня воды выбирается с катушкой на напряжение 220 вольт и коммутирующими контактами на ток равный или превышающий рабочий ток электродвигателя насоса.

 

         Устройство для перекачки воды и охраны местности

 

        Автомат, схема которого показана на рис.2, адресован фермерам и владельцам дач с автономной системой водоснабжения, ключевыми узлами которой являются водный источник (река, озеро, колодец или скважина), электронасос да водонапорный бак. От аналогов данная разработка отличается тем, что помимо выполнения основной функции — управления электронасосом — позволяет довольно успешно решать еще задачи по охране объектов. Столь необычная универсальность достигается за счет быстрой смены датчиков, в качестве которых выступают не только погружные разноуровневые электроды, но и тонкая, работающая на разрыв проволока.

 

Рис.2

        Действия автомата в системе местного водоснабжения сводятся к срабатыванию электромагнитного реле К1. Ведь именно оно, получая питание от трансформатора Т1 (через диодный мост VD1 – VD4 и тиристор VS1, который управляется датчиком SL1 уровня воды), включает или отключает электронасос.

        Допустим, воды в баке настолько мало, что при переключении тумблера SA2 в положение «Насос» все электроды датчика SL1 оказываются разомкнутыми. Цепь управления тиристором, по сути, бездействует. Значит, ток через VS1 и обмотку реле К1 не течет, а на розетку ХS1 через нормально замкнутые контакты К1.1 подаются сетевые 220 В, заставляя систему пополнять емкость водой. Продолжается это до тех пор, пока уровень последней не дойдет до электрода В датчика SL1. Это максимум, по достижению которого тиристор открывается — и ток, протекающий через VS1 и обмотку К1, вызывает срабатывание реле. Размыкаясь, контакты К1.1 отключают электронасос. Одновременно с этим замыкаются К1.2, вводя в цепь управления тиристором электродную пару А-С датчика SL1 и обеспечивая автоматическое поддержание требуемого уровня воды в баке.

        Действительно, с падением уровня воды ниже минимально допустимого разомкнется электродная пара А-С. Это вызовет моментальное закрывание тиристора и обесточивание реле, которое своими нормально замкнутыми контактами подаст напряжение питания электронасосу. Включившись в работу, тот пополнит бак. И вновь система перейдет в режим ожидания очередного понижения уровня воды. Датчиком уровня воды в баке служат три Г-образные металлические пластины, укрепленные на поплавке — изолированном основании.

        При переключении тумблера SА2 в положение «Охрана» датчиком служит натянутый тонкий, скрытый от непосвященных провод (шлейф) между клеммами ХТ1 и ХТ2. Неповрежденный провод обеспечивает подачу управляющего напряжения для открывания тиристора VS1 и срабатывания реле, которое удерживает разомкнутыми контакты К1.1 в цепи электропитания нагрузки. В качестве последней выступает уже не насос, а световой или звуковой сигнализатор (например, лампочка, сирена или звонок). То есть, когда на охраняемых объектах все в порядке, напряжение в розетке XS1 отсутствует — и тревожный сигнал не поступает. С обрывом же шлейфа прохождение тока через тиристор и обмотку реле прекращается, и через нормально замкнутые контакты К1.1 включается сигнализатор.

         Шлейфом, как уже упоминалось, служит тонкий изолированный или голый провод соответствующей длинны, располагаемый скрытно.

 

Ю. Кочкин

г. Нижнии Новгород

 

          Схема управления водяным насосом

 

        Цель данной разработки – сконструировать простую, но эффективную схему управления водяным насосом для наполнения или опустошения резервуара с водой, рис.3.

 

Рис.3

         Основа схемы – интегральная микросхема К561ЛЕ5, состоящая из четырех логических элементов 2ИЛИ-НЕ.

        В устройстве используются два датчика: короткий стальной прут – является датчиком максимального уровня воды и длинный – датчик минимального уровня. Сама емкость металлическая и подключена к минусу схемы. Если емкость не металлическая, тогда можно применить дополнительный стальной прут длинной, равной глубине емкости. Схема разработана так, что при соприкосновении воды с длинным датчиком, а также с коротким датчиком, логический уровень соответственно на выводах 9 и 1,2 микросхемы DD1 меняется с высокого на низкий, вызывая изменения в работе насоса.

        Когда уровень воды ниже обоих датчиков, на выводе 10 микросхемы DD1 логический ноль. При постепенном повышении уровня воды, даже когда вода соприкасается с длинным датчиком на выводе 10, также будет логический ноль. Как только уровень воды поднимется до короткого датчика, на выводе 10 появится логическая единица, в результате чего транзистор VT1включает реле управления насосом, который, в свою очередь, откачивает воду из резервуара.

        Теперь уровень воды уменьшается, и короткий датчик больше не будет в контакте с водой, но на выводе 10 все равно будет логическая единица, таким образом, насос продолжает работать. Но когда уровень воды опустится ниже длинного датчика, на выводе 10 появится логический ноль и насос остановится.

        Переключатель S1 обеспечивает обратное действие. Когда резистор R3 соединен с выводом 11 микросхемы DD1, насос будет работать, когда емкость пустая, и остановится, когда емкость наполнится, то есть в этом случае насос будет использован для наполнения, а не для опустошения емкости.

 

«Мир самоделок»

 

          Автомат “Бездонная бочка”

 

        Несложную автоматику можна приспособить к насосу для поддержания заданного уровня воды в резервуаре. Принципиальная схема устройства на рис.4.

Рис.4

        Уровень воды задается тремя электродами, один из которых является общим (Е1), два других (Е2) и (Е3) управляющими. При включении тумблера, если уровень воды не достигает датчика Е2, реле обесточено, и через его нормально замкнутые контакты К1.2 включится электродвигатель насоса. Как только уровень воды достигнет датчика Е2, реле сработает и контакт К1.2 разорвет цепь питания насоса. Одновременно контактная пара К1.1 подсоединяет к базе транзистора датчик Е3, обеспечивая открытое состояние полупроводникового прибора до тех пор, пока уровень не опустится ниже датчика Е3 (или Е1) и цикл закачки повторится. При выключении тумблера Q1 регулятор обесточится, насос закачку воды прекратит.

        В устройстве применено электромагнитное реле с достаточно мощными контактами и сопротивлением обмотки 90 Ом, ток срабатывания – 90 Ом. Напряжение срабатывания 12 – 15 В.

        Транзистор П213 допустимо заменить на П217, КТ814 с любым буквенным индексом. Радиатором для него служит отрезок алюминиевого уголка с шириной полки 40 мм.

        Диодный мостик можно использовать типа КЦ402Г, или же собрать выпрямитель по мостовой схеме из диодов серии Д226, КД105.

        Подстроечным резистором регулируется четкость срабатывания автомата, поскольку вода в разной местности имеет разную электропроводимость. Вместо подстроечного резистора подойдет и постоянный на 1 – 2 кОм мощностью не менее 0,5 Вт.

        Трансформатор Т1 – маломощный, с напряжением вторичной обмотки 12 – 15 В.

        Выключатель используется на коммутирующий ток не менее 2 А.

        Регулятор монтируют в пластмассовом корпусе и устанавливают в сухом, защищенном от атмосферного воздействия месте, желательно ближе к силовой электропроводке.

        Датчики Е1 – Е3 изготовлены из нержавеющих сварочных електродов, диаметром 4 мм. Длина Е2 меньше остальных на 40 – 50 мм. Они закреплены на эпоксидном клее в пластмассовом кронштейне, который крепится к внутренней стенке резервуара. Хвостовую часть датчиков необходимо загерметизировать клеем или герметиком. 

        Если бак для воды изготовлен из металла, можно обойтись без датчика Е1. В таком случае проводник, идущий от резистора R1, подключают к корпусу бака с помощью винта с шайбой.

        Устройство несложно превратить в сигнализатор уровня воды. Для этого вместо реле включают лампу накаливания на напряжение 12 В или светодиод с гасящим сопротивлением порядка 2 кОм. Индикатор будет светиться, когда уровень воды достигнет датчика Е2. Датчик Е3 в таком случае не нужен.

 

А. Молчанов,

г. Ровно

Антикоррозийные датчики для контроллера уровня воды

В этом посте мы узнаем, как изготавливать антикоррозионные датчики для цепей датчиков и контроллеров уровня воды, используя переменное питание между датчиками.

Как это работает

Давайте разберемся с концепцией, использованной при разработке схемы антикоррозионного зонда для датчиков и контроллеров уровня воды.

Коррозия в датчиках датчика уровня воды происходит из-за источника постоянного тока, который обычно используется для срабатывания датчиков через воду.Это усугубляется процессом незначительного электролиза на выводах зонда, который при длительном использовании приводит к образованию слоев химикатов и минералов, постепенно препятствуя эффективной работе зондов и влияя на способность цепи чувствовать воду.

Чтобы исправить это, рекомендуется использовать источник переменного тока, чтобы процесс электролиза не мог развиваться на датчиках из-за постоянного переключения полярности питания на датчиках из-за переменного характера питания.

В схеме, представленной выше, питание переменного тока поступает от трансформатора 12 В через пару резисторов высокого номинала для снижения тока через щупы.

Питание подается на входы логического элемента «ИЛИ», который специально работает с этим переменным током и выдает соответствующий выходной сигнал в зависимости от того, присутствует ли вода на датчиках или нет.

В отсутствие воды приложенный переменный ток генерирует поочередно изменяющиеся потенциалы на двух входных контактах логического элемента ИЛИ.Согласно таблице истинности логического элемента ИЛИ, 0 и 1 или 1 и 0 на его входах соответственно создают выход логической 1. Это означает, что, хотя альтернативное переключение применяется к двум входам логического элемента ИЛИ, вызывает его выход чтобы постоянно быть на логической 1.

Теперь, если вода перекрывает точки зонда, это мгновенно вызывает относительное короткое замыкание между точками, вызывая исчезновение переменного тока на входах логического элемента ИЛИ.

В этой ситуации оба входа логического элемента ИЛИ удерживаются на уровне логического 0, что вызывает возврат его выхода с логической 1 на логический 0.

Вышеупомянутое действие включает транзистор PNP, позволяя выходу запускать заданную нагрузку, такую ​​как реле или светодиод.

Можно использовать большее количество затворов с параллельными точками датчиков на разной глубине резервуара для воды для определения различных уровней воды, если это необходимо, для создания схемы зонда датчика для защиты от коррозии с несколькими уровнями воды

Затвор OR IC может быть IC 4071 или любым другим подобным.

Другая конструкция с использованием IC 4093 NAND Gates

Влияние электролитической коррозии между жидкостью и металлическими датчиками является неприятным недостатком некоторых датчиков уровня жидкости.Металлические электроды подвержены коррозии, что приводит к снижению эффективности (снижению проводимости), что требует их регулярной замены.

Чтобы решить эту проблему, необходимо гарантировать, что электроды датчика будут иметь переменное напряжение вместо постоянного. Электролитическая реакция значительно замедляется из-за постоянного изменения полярности электродов, что приводит к значительному снижению коррозии.

Принцип работы датчика уровня относительно прост. Генератор образован контуром, окружающим N1.C4 будет заряжаться через конденсаторы связи переменного тока (C2 и C3) и диоды, как только два датчика будут погружены в воду, а выход N2 будет понижен, так что реле будет активировано через короткий период времени.

В качестве примера можно использовать реле для включения насоса, который затем регулирует уровень жидкости. После того, как проводящая перемычка между двумя выводами датчиков удалена, C4 разряжается через R2, в результате чего выход N2 становится высоким, а реле выключается.

Простая цепь датчика уровня воды без коррозии

На следующем рисунке показан возможный более простой метод создания клемм датчика уровня воды, не подверженных коррозии.

ПРИМЕЧАНИЕ. Подключите резистор 100 кОм между базой / коллектором транзистора BC557, иначе он не будет реагировать на переключение базы 100 Гц. переменный +/- 6В вместо обычного постоянного тока. Это вынуждает другие клеммы проводить двухтактный режим со ссылкой на эту базовую клемму, и мы надеемся, что это предотвратит развитие коррозии на подключенных клеммах измерения уровня воды.

Использование оптопары

Идеально устойчивый к коррозии зонд для измерения воды может быть построен с использованием каскада оптопары между зондом и схемой контроллера, как показано ниже: светодиод оптрона и обратный диод. Одна половина цикла переменного тока проходит через воду и датчики с помощью оптического светодиода, который запускает схему контроллера, в то время как другая половина цикла переменного тока проходит через обратный диод.

Постоянно меняющие циклы переменного тока гарантируют, что электролиз воды не может происходить через датчики, что предотвращает любую форму окисления или развития коррозии на датчиках.

Монитор уровня воды – Сделай сам

Количество воды, хранящейся в хранилище в моей удаленной усадьбе, представляет для меня критический интерес, поскольку я нахожусь вне досягаемости ближайших коммунальных предприятий. Но у меня также есть гораздо больше дел за день, чем играть в няню с цистерной. Итак, в разгар прошлогоднего засушливого сезона, когда мои опасения по поводу воды были наихудшими, я собрал дистанционный монитор уровня воды для своего аквариума.

На основе нескольких распространенных электронных компонентов мое устройство за последние 14 месяцев доказало свою безотказность.А теперь контролировать уровень в моем резервуаре для хранения – который раньше требовал утомительной и долгой прогулки по холму – так же просто, как взглянуть на стену в гостиной.

Водопровод

Не пугайтесь, потому что в конструкцию моего устройства входит несколько электронных штуковин. Компоненты просты в установке, а сам датчик воды просто основан на том факте, что вода лучше проводит электричество, чем воздух. Если вы разместите равномерно расположенные электроды внутри резервуара, соедините их параллельно, а затем подайте ток на дно контейнера, величина тока, возвращаемого в измеритель, будет пропорциональна количеству электродов, которые находятся в контакте с проводящей жидкостью. .

Сенсорная трубка

Вы можете начать сборку собственного водомера, собрав сенсорную трубку, которая состоит из 1-дюймовой ПВХ-трубы Schedule 40 (на три дюйма длиннее, чем глубина максимального уровня воды в резервуаре) и одиннадцати № 10 из нержавеющей стали, саморегулирующейся. -нарезание шурупов для листового металла. Крепежные детали функционируют как электроды, и вы можете определить правильное положение для каждого из них, разделив максимальную глубину воды в цистерне на десять равных сегментов (например, если глубина воды составляет 30 дюймов, должна быть отметьте каждые три дюйма.)

После того, как вы определите точки, просверлите отверстие диаметром 3/16 дюйма в каждом месте … а также одиннадцатое отверстие, расположенное на полпути между нижней частью ПВХ и первой отметкой и на 1/4 оборота труба слева. (Это отверстие будет проходить «горячую» линию.)

Когда это будет сделано, подготовьте 11 отрезков провода калибра 16. Первый должен быть примерно на фут длиннее трубы, и каждый последующий отрезок должен быть на три дюйма короче предыдущего.За исключением «горячего» провода, не имеет значения, какой вывод к какому резистору подключен… так что цветовое кодирование не требуется. Тем не менее, неплохо было бы идентифицировать «силовую» линию, завязав на ее конце узел. Завершите подготовку провода, обрезав 1/4 дюйма изоляции с обоих концов каждого проводника.

Вам будет легче протянуть провода в трубку, если вы начнете с самого длинного («горячего») провода и продолжите работу. … так что проденьте завязанный узел в трубу и протяните его зачищенный конец через нижнее отверстие.(Следите за тем, чтобы не порвать крошечные металлические нити острой резьбой крепежа.) Повторите ту же процедуру для остальных десяти проводов, пока дальние концы не будут выступать из верхней части трубы.



Монтажная плита

Затем разместите десять резисторов на 47 000 Ом в секции перфорированной платы шириной один дюйм. Все выводы на одной стороне платы должны быть спаяны вместе, чтобы сформировать общий вывод … в то время как один провод датчика подключен к каждому резистору на другой стороне платы.(Убедитесь, что вы не припаиваете завязанный «горячий» провод к резистору.)

Теперь подготовьте столько двухпроводных проводов , сколько вам нужно, чтобы протянуть их от резервуара для воды к месту, где вы планируете установить счетчик. . (Это может быть значительное расстояние, поскольку переменный резистор – часто называемый потенциометром – на измерителе может регулировать сопротивление линии подключения.) Когда ваш провод подготовлен и натянут, просверлите отверстие в 1-дюймовой заглушке трубы ( достаточно большой, чтобы обеспечить плотное прилегание кабеля) и пропустите двойной провод.Припаяйте один из проводов к линии, общей для всех резисторов на монтажной плате. . . а затем подключите другой к «горячему» проводу, продев их оба через одно отверстие в перфорированной плате и спаяв их концы вместе.

После того, как соединенные концы остынут, сдвиньте перфокарт и лишнюю проволоку вниз в ПВХ, наденьте колпачок на конец и нанесите силиконовый герметик на отверстие для проволоки и шов. Водостойкий клей также следует нанести на головку каждого электрода / винта.. . но не закрывайте винт целиком. Чтобы завершить сенсорную трубку, вам также необходимо надеть колпачок на погруженный в воду конец трубы с герметиком. Однако перед установкой колпачка вы можете утяжелить основание трубки. . . так что он будет опираться на дно резервуара.

Счетчик

Подключите измеритель последовательно к монтажной плате и параллельно стабилитрону и переменному резистору. Единственная сложная часть этой операции – убедиться, что конец диода с полосой направлен к стойке измерителя.(Стабилитрон ограничивает напряжение в цепи до 6,2. Если он подключен назад, схема не будет работать.)

Вы можете использовать либо кнопку включения / выключения, либо так называемый «переключатель мгновенного действия», чтобы включить ваш Наблюдатель за водой. Последнее дает одно преимущество: поскольку переключатель мгновенного действия подает питание только тогда, когда он удерживается, он не позволит вам оставить датчик включенным и случайно разрядить аккумулятор.

Конечно, указанный мною измеритель предназначен для измерения миллиампер постоянного тока, и циферблат показывает эти измерения.Если вы решите изменить надпись на лице, чтобы читать «вода» – как это делаю я, – вы должны быть очень осторожны, чтобы не повредить чувствительную иглу.

Прикосновение класса

Я построил монтажную плату для водомера в сборе из оставшегося куска 2 х 6. Вы можете следить за размерами, которые я использовал в своей системе, чтобы добиться эффекта «настенной доски», или удалить самостоятельно. Однако одна мера предосторожности: крепежные винты для счетчика расположены неравномерно, поэтому обязательно используйте шаблон, предоставленный производителем, при сверлении отверстий.

Мера за меру

Чтобы откалибровать Water Watcher, просто наполните резервуар, вставьте батарею 9 В, нажмите кнопку «Вкл» и поверните переменный резистор (VR 1), пока стрелка не покажет «1». С этого момента положение индикатора будет автоматически соответствовать проценту воды, оставшейся в резервуаре … «.9» равно 90%, «.8» равно 80% и т. Д.

После того, как вы повесите свой Water Watcher на стену (и, кстати, из крышки старой банки с напитками можно сделать отличную вешалку), вас больше никогда не поймают с сухим ртом.


Модификации для ловушек дождевой воды

Хотя мой Water Watcher работает безошибочно уже больше года, существует небольшая вероятность того, что вы не сможете получить полномасштабные показания, когда ваш резервуар для хранения полон. Такая «неисправность» может быть связана с тем, что проводимость воды изменяется пропорционально видам и количеству минералов, растворенных в жидкости.

Удельное сопротивление обычной колодезной воды, для которой был разработан мой оригинальный Water Watcher, в среднем составляет около 10 000 Ом на кубический сантиметр.Однако сопротивление дождевой воды может превышать 100 000 Ом на сантиметр. . . и такая «мягкая» вода может помешать вам откалибровать ваш глюкометр.

Есть два основных подхода к решению этой дилеммы. Самый простой способ – увеличить проводимость воды, добавив минералы. . . Я обнаружил, что столовая ложка соли на каждые 1000 галлонов вполне подойдет. Но вполне понятно, что некоторые читатели будут против добавления каких-либо посторонних веществ в свой драгоценный запас воды.Альтернативой увеличению проводимости жидкости является повышение чувствительности датчика. . . чего можно добиться, добавив несколько транзисторов.

Умножение чувствительности

Транзистор – результат кремниевого волшебства и прародитель современной твердотельной электроники – по сути, является усилителем. При добавлении десяти маленьких полупроводников и равного количества резисторов чувствительность Water Watcher увеличится в 50 раз. . .всего за 3 доллара.

Все дополнительные детали подключены к исходной перфокартоне. . . и дополнить десять резисторов сопротивлением 47 000 Ом. При подключении новых компонентов внимательно следите за изображением и схемой: у транзисторов три вывода, и все они должны быть правильно подключены.

На схеме платы вы увидите, что выводы транзистора помечены буквами E, B и C. Не допускайте контакта с ними! Остальная часть процедуры такая же, как и в исходной конструкции устройства.Повторите шаги калибровки и, если вы не получите правильных показаний, поменяйте местами провода к плате резистора. (Транзисторы чувствительны к полярности.)


Спецификация

 Rl 330 Ом, резистор 1/2 Вт (Radio Shack 271-017) 
R2-R11 47 кОм, резистор 1/4 Вт (Radio Shack 271-1342)
VR1 Потенциометр 1 кОм (Radio Shack 271 -333)
Выключатель SW1 (Radio Shack 275-011 или 275-609)
M1 0-1 миллиамперметр (Radio Shack 270-1752)
B1 9-вольтовая батарея (Radio Shack 23-464)
(1 ) Зажим батареи (Radio Shack 270-325)
(1 шт.) Перфокарт (Radio Shack 276-1395)
(10) No.10 саморезов из нержавеющей стали
(1 длина) 1 дюймовая ПВХ труба Schedule 40
(2) заглушки для 1-дюймовой ПВХ трубы
9 дюймов 2 X 6 доска 0,25

Дополнительные детали для дождевой воды

(10) транзисторов (Radio Shack 276-1603)
(10) 220 кОм, резисторы 1/2 Вт (Radio Shack 271-049)


Первоначально опубликовано: май / июнь 1980 г.

Цепь контроллера уровня воды

| Доступны полные детали DIY

Эта простая, экономичная и универсальная схема контроллера уровня воды включает мотопомпу, когда вода в верхнем резервуаре опускается ниже самого низкого уровня, и выключает его, когда резервуар полон.Более того, если насос работает всухую из-за низкого напряжения, он подает звуковой сигнал, чтобы предупредить вас о необходимости выключить цепь контроллера уровня воды (и, следовательно, мотопомпу), чтобы избежать ожога змеевика и потери мощности.

Схема контроллера уровня воды построена на базе микросхемы IC 555 (IC2) для контроля уровня воды в верхнем резервуаре и состояния «включено» / «выключено» двигателя с помощью схем инвертора и драйвера. Схема транзисторного переключателя контролирует поток воды и подает сигнал тревоги, если насос работает всухую.

Контур регулятора уровня воды

Схема

контроллера уровня воды. Питание осуществляется через понижающий трансформатор X1, диоды D1 – D4, конденсатор C1, последовательный токоограничивающий резистор R1, регулятор IC1 и конденсаторы C2 и C3 для фильтрации шума. Расположение электродов измерения уровня воды показано на рис. 2. Электроды подвешены в резервуаре таким образом, чтобы они не касались друг друга. Точки B, L и U схемы регулятора уровня воды подключены к соответствующим точкам узла электродов датчика.

Работа цепи

Когда вода в резервуаре ниже самого низкого уровня L1, все электроды электрически разделены и, следовательно, точки L и U (контакты 6 и 2 IC2 соответственно) подтягиваются до напряжения питания через резисторы R2 и R3 соответственно. Следовательно, для сброса IC2 выход IC2 на выводе 3 становится низким. В результате транзистор T1 перестает проводить ток с транзистором T2, и реле RL1 срабатывает. Мотопомпа теперь начинает работать, чтобы заполнить бак водой.Колеблющийся диод D5 предотвращает дребезжание реле из-за обратной ЭДС, создаваемой катушкой реле.

Когда уровень воды поднимается и перекрывает электроды, из-за проводимости воды контакт 6 (E1) опускается на землю (E2). Это не меняет выходного состояния IC2, который сохраняет свое предыдущее состояние, и двигатель продолжает работать. Когда вода поднимается до уровня перелива L2 и касается электрода E3, точка U (вывод 2 IC2) подключается к уже затопленному заземляющему электроду E2, тем самым вызывая его срабатывание.IC2 сбрасывается, чтобы обеспечить высокий выходной сигнал на выводе 3. Он инвертируется транзистором T1 для отключения транзистора T2 и обесточивания реле RL1. Мотопомпа теперь останавливается, чтобы предотвратить перелив воды.

Уровень воды падает ниже уровня

По мере потребления воды уровень воды понижается, оставляя электрод E3 изолированным от заземляющего электрода E2. Теперь точка U (вывод 2 микросхемы IC2) подтянута до напряжения питания. Это не изменяет состояние выхода IC2, и двигатель остается выключенным.

Когда уровень воды снова падает ниже электрода E2, IC2 сбрасывается, чтобы отключить транзистор T1.Транзистор T2 активирует реле RL1, и двигатель запускается. Так продолжается процесс. LED1 светится при срабатывании реле, указывая на то, что мотопомпа работает.

Поскольку номиналы резисторов R2 и R3 очень высоки, коррозия электродов очень мала. Конденсаторы с C2 по C7 отфильтровывают нежелательные шумы. Переключатели S2 и S3 могут использоваться для ручного включения и выключения мотопомпы, соответственно, когда вода находится между верхним и нижним уровнями. Переключатель S1 используется для отключения агрегата во время работы насоса всухую или во время промывки бака.

Регулятор уровня воды: установка в баке

Рис. 2: Установка электродов уровня воды для верхнего резервуара

В качестве электродов датчика используйте литой пояс переменного тока (используется для магнитофонов) с парой проводов с оплеткой на конце и соединенными вместе, чтобы сформировать электрод. Аналогичным образом могут быть изготовлены и другие электроды. Эти три пояса переменного тока подвешены внутри резервуара на продольно разрезанной трубе из ПВХ (используемой для электропроводки).

Расположение датчика сухого насоса показано на рис.3. Литой шнур переменного тока с парой проводов с оплеткой на конце может быть надежно прикреплен к напорной трубе, так что вода падает на выводы заглушки. Концы рукавов подсоединяются к точкам A и B контура регулятора уровня воды.

Файл не найден | KOBOLD США

О КОМПАНИИ KOBOLD USA

На протяжении десятилетий KOBOLD является мировым лидером в области решений для измерения и управления технологическими процессами. Мы предлагаем одну из самых широких в отрасли линейок датчиков, переключателей и преобразователей для измерения и контроля расхода, давления, уровня и температуры.Датчики и элементы управления KOBOLD включают:

  • Расходомеры, реле расхода и преобразователи расхода
  • Манометры, преобразователи давления и реле давления
  • Уровнемеры, поплавковые выключатели, уровнемеры, датчики уровня, указатели уровня и датчики уровня
  • Реле температуры, датчики температуры и преобразователи температуры
  • Принадлежности, включая магнитные фильтры, игольчатые клапаны, регулирующие клапаны, устройства управления и реле

ПРОМЫШЛЕННОЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ И КОНТРОЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

KOBOLD и ее дочерние компании были и продолжают оставаться лидерами в области промышленного контрольно-измерительного оборудования.Некоторые из наших продуктов установили планку в отрасли, помогая придать отрасли промышленного приборостроения то, чем она является сегодня. Всегда на переднем крае, мы предлагаем обширный портфель надежных приборов, которые можно найти во множестве приложений по всему миру. Наши технологии предлагают ориентированный на решение способ управления самыми разнообразными переменными.

НАШИ КЛИЕНТЫ – НАШ ПРИОРИТЕТ

Благодаря нашему многолетнему опыту и превосходному качеству обслуживания клиентов и технической поддержки наша отраслевая репутация является предпочтительным партнером.Мы верим в обслуживание и поддержку наших клиентов и наших продуктов и сделали обслуживание клиентов своим приоритетом. Наши опытные инженеры всегда доступны в рабочее время, чтобы помочь вам выбрать решение KOBOLD, а их многолетний опыт является активом, которым мы гордимся. Мы здесь, чтобы помочь вам разработать и выбрать лучшее решение для вашей системы и устранить проблемы, которые могут возникнуть при выборе наиболее оптимального и экономичного оборудования для вашего приложения.

ИЗМЕРЕНИЕ, УПРАВЛЕНИЕ И АВТОМАТИЗАЦИЯ С KOBOLD

Наши технические решения могут быть легко интегрированы в самые разные системы во многих отраслях промышленности.Благодаря признанным во всем мире интерфейсам BUS, большинство наших моделей можно легко адаптировать к уже установленным автоматизированным процессам. Наши инновационные приборы обеспечивают высочайшие стандарты обслуживания и могут обрабатывать сложные автоматизированные процессы. Поскольку наши модели сложны и просты в использовании, они очень популярны среди конечных пользователей.

ПРИБОРЫ ВЫШЕ И ВЫШЕ СТАНДАРТА

Несмотря на то, что KOBOLD предлагает широкий спектр измерительных приборов, отвечающих большинству стандартных приложений, мы также можем удовлетворить особые потребности приложений, для которых может быть трудно найти решения.Мы также предлагаем другие приборы, которые могут работать с чрезмерным потоком, давлением и температурой. Наше знакомство с экзотическими материалами позволяет нам предлагать решения для переменных, которые часто трудно учесть. Поскольку мы являемся производителем, у нас также есть возможность предоставить индивидуальные решения в определенных обстоятельствах, основанные на конкретных потребностях приложения.

Другие члены группы KOBOLD

Датчики уровня проводимости

– Chipkin Automation Systems

Введение

Реле уровня проводимости используют технологию измерения проводимости или метод проводимости для определения уровня жидкости. Метод проводимости г. Считается, что измерение и контроль жидкости очень просты в эксплуатации. Их работа зависит от электропроводности или проводимости измеряемой технологической жидкости. Измеряемая жидкость обычно может проводить ток. с источником питания низкого напряжения, имеющим напряжение обычно менее 20 В. Одним из распространенных способов создания электрической цепи является использование зонда с двумя наконечниками, который устраняет необходимость заземления металлического резервуара. Такие щупы обычно используются для точечных обнаружение уровня, и обнаруженная точка может быть границей между проводящей и непроводящей жидкостью.1

Типичный кондуктивный тип измерения уровня показан на рисунке ниже.

В этом устройстве используются два зонда с двумя наконечниками, которые помогают определять самый высокий и самый низкий уровни жидкости. Как только уровень жидкости приближается к верхнему датчику, срабатывает переключатель для включения нагнетательного насоса, тогда как когда уровень падает ниже и приближается к нижнему датчику, переключатель отключается, и насос останавливается.

Электропроводящие датчики работают за счет разницы в электрическом сопротивлении между электродом сравнения и электродом контроля уровня.Эти датчики имеют тенденцию обнаруживать электрическое сопротивление, когда электроды уровня погружаются в технологическая жидкость. Электропроводящая стенка резервуара может использоваться в качестве электрода сравнения. Если резервуар изготовлен из пластика, бетона или любого другого непроводящего материала, требуется дополнительный электрод в качестве эталона.2

Основные характеристики

Ключевые особенности датчиков уровня проводимости перечислены ниже:

  • Эти переключатели представляют собой чрезвычайно экономичное решение для измерения уровня жидкости.
  • Они очень просты в установке и безопасны в использовании.
  • Обычно они предоставляют бесплатное обслуживание.
  • Обычно они имеют прочную конструкцию.
  • Доступны разные модели. Некоторые из них снабжены неподвижными жесткими стержнями, некоторые – съемными жесткими стержнями, а многие другие – маятниковыми электродами. Эти электроды в основном подключены к корпусам кабелей.
  • Эти датчики уровня жидкости сконструированы таким образом, что могут работать практически со всеми проводящими средами.Кроме того, они могут обеспечить контроль уровня до 5 и более различных точек.
Приложения
Реле уровня

на основе проводимости можно адаптировать для работы с различными приложениями. Ниже приведены основные области применения этих реле уровня жидкости:

  • Они могут применяться как для сигнализации высокого / низкого уровня, так и для управления клапаном насоса.
  • Могут применяться также в случаях защиты от сухого хода и переполнения резервуаров.
Список литературы
  1. Измерение уровня проводимости
  2. Проводящий электрод сравнения
Источники

Дизайн прибора для измерения уровня жидкости и анализа концентрации с использованием мультисенсорного объединения данных

В этой статье представлена ​​конструкция прибора для измерения уровня жидкости.Целью предлагаемой работы является точное измерение уровня жидкости даже при изменении ее концентрации. Разработанный прибор также должен уметь вычислять концентрацию добавок в жидкости. Для этого используется мультисенсорная модель, состоящая из емкостного датчика уровня (CLS), ультразвукового датчика уровня (ULS) и емкостного датчика давления для сбора информации о жидкости. Данные, полученные от всех этих датчиков, обрабатываются с использованием мультисенсорной структуры слияния данных Pau для вычисления уровня жидкости вместе с концентрацией добавок, добавленных в раствор.Структура По состоит из функций выравнивания, ассоциации, анализа и представления. Разработанный мультисенсорный метод протестирован на реальных данных для различных уровней жидкости и добавок. Полученные результаты показывают, что успешная реализация предложенной цели, дающая среднеквадратичную процентную ошибку 1,1% по всей шкале, возможна.

1. Введение

Процесс уровня – один из наиболее часто встречающихся процессов в любой перерабатывающей промышленности, например, в производстве молочных продуктов, аптеке, производстве тканей, нефти и кондитерских изделий.Жидкостный процесс в идеале включает в себя контроль уровня жидкости в контейнере в динамических или статических условиях с заданным уровнем по желанию пользователя. Контроллер предназначен для получения желаемой уставки путем приведения в действие конечного элемента управления. Для разработки контроллера необходим прибор для измерения фактического уровня жидкости. Этот прибор представляет собой устройство, используемое для измерения физических параметров, в данном случае уровня жидкости.

Для измерения уровня жидкости доступно множество методов измерения; Сообщается о подробном исследовании доступных методов измерения.Некоторые методы измерения жидкости, такие как емкость и проводимость, анализируются в [1]. Методика измерения уровня жидкости с использованием нескольких емкостных датчиков для повышения чувствительности измерения описана в [2]. Анализ характеристик емкостных датчиков уровня жидкости для измерения уровня топлива в процессе контроля уровня, используемого в разгонной ракетной системе, представлен в [3]. Проектирование и создание полуцилиндрического конденсатора для измерения уровня жидкости описано в [4].В [5] для измерения жидкости используется принцип изменения проводимости электрода с изменением уровня жидкости. Методика обработки изображений, используемая для вычисления уровня жидкости по полученному изображению контейнера, описана в [6, 7]. Измерение уровня жидкости в процессе дистилляции с помощью цифровой камеры обсуждается в [8]. В статье [9] обсуждается метод измерения уровня жидкости, основанный на принципе отражения света. Изменение полного внутреннего отражения света, проходящего через оптическое волокно, изменяется с изменением жидкости, что используется в [10] для измерения уровня жидкости.В [11] отраженная акустическая волна анализируется для вычисления уровня жидкости. В работе [12] сообщается об анализе излучаемой частотно-модулированной миллиметровой волны через контейнер с жидкостью для измерения уровня жидкости. Рефлектометрия во временной области анализируется для расчета уровня жидкости в [13]. В [14] анализ показателя преломления через многомодовое волокно без сердечника проводится для вычисления уровня жидкости в контейнере. В статье [15] сообщается об измерении уровня жидкости путем перехвата сигнала контроллеру с использованием вейвлет-пакетного преобразования.Конструкция и оценка емкостного датчика уровня воды обсуждаются в [16]. В [17] сообщается о конструкции и анализе коаксиального цилиндрического КЛС, который используется для измерения уровня проводящей жидкости. Мониторинг сдвига длины волны, вызванного многомодовым интерфейсом в оптоволокне без сердцевины, для измерения уровня жидкости обсуждается в [18]. В статье [19] сообщается о конструкции интерферометра Маха-Цендера, образованного сэндвичем фотонно-кристаллического волокна для измерения уровня жидкости. Эхо от поверхности жидкости и проволоки, погруженной в жидкость, анализируются для обнаружения изменений скорости распространения.Это изменение используется для измерения уровня жидкости в [20]. Акустический отклик был обнаружен для измерения глубины проникновения путем сравнения истинного значения и резонансной частоты Гельмгольца в [21]. В статье [22] обсуждается реализация конструкции конденсатора гребенчатого типа для повышения чувствительности при измерении уровня жидкости. Оптическое волокно используется для измерения динамического уровня жидкости в [23]. В статье [24] обсуждается конструкция печатного резонатора, используемого для измерения уровня жидкости. Оптическое волокно используется для измерения уровня жидкости в резервуаре с криогенным топливом [25], а в документе [26] используется заряженная пара для измерения излучения, отраженного от поверхности, тем самым измеряя уровень жидкости.Хотя в литературе описано множество приборов для измерения уровня жидкости, они ограничены конкретным измерением и часто калибруются при определенных граничных условиях.

В нескольких статьях сообщалось о влиянии внутренних параметров на измерения, например, в статье [27], в которой обсуждается влияние влажности на выходной сигнал емкостного датчика. Влияние состава сырого пальмового масла на электрическую емкость анализируется в [28]. Водопроницаемость в органических покрытиях измеряется путем вычисления изменения емкости на параллельных пластинчатых электродах в [29].Об измерении содержания влаги в твердой структуре с помощью емкостного датчика сообщается в [30]. В [31] анализируется влияние водно-масляной смеси на выходной сигнал емкостного датчика для характеристики двухфазного потока. Емкость двойной спирали используется для измерения содержания жидкости в трубопроводах двухфазного потока нефть-вода в [32]. Анализ профиля плотности проводится с использованием емкостного датчика для вибрирующего зернистого слоя в [33]. В [34] датчики давления используются для измерения уровня жидкости путем измерения плотности жидкости.В [35] уровень жидкости измеряется косвенно путем измерения давления, оказываемого на трубку при изменении уровня жидкости. В этой статье также обсуждалось влияние температуры на измерения. Аналогичным образом влияние температуры на датчик с оптоволоконной решеткой Брэгга, используемый для измерения уровня жидкости, обсуждается в [36]. Влияние изменения температуры жидкости на измерение уровня емкостным датчиком уровня обсуждается в [37]. Влияние размещения датчика на измерение при использовании акустического датчика для измерения уровня жидкости описано в [38].В [39] обсуждается измерение уровня жидкости на основе механизма отражения с помощью кварцевой трубки. Этот метод также обсуждает его устойчивость к перепадам температуры. Подробный анализ доступной литературы дает нам информацию о том, что выходной сигнал емкостного датчика уровня жидкости зависит не только от уровня жидкости, но также зависит от типа жидкости, температуры жидкости, состава жидкости и т. Д. Приведенные выше характеристики В предлагаемой работе используются емкостные датчики уровня для измерения уровня жидкости наряду с концентрацией растворимой смеси в жидком растворе.

2. Экспериментальная установка

Экспериментальная установка состоит из резервуара, в котором хранится жидкость. Для измерения уровня жидкости используется емкостной датчик уровня. Выход этого датчика подключен к схеме преобразования сигнала для преобразования выходного сигнала в стандартный сигнал напряжения. Затем сигнал напряжения получается с помощью платы NI myRIO, как показано на рисунке 1.


Уравнение для датчика уровня емкости выводится из основных принципов емкости, где емкость между двумя параллельными пластинами может быть задана уравнением (1) [40, 41].где «» – площадь поперечного сечения пластин, «» – расстояние между двумя пластинами, «» – диэлектрическая проницаемость воздуха, «» – диэлектрическая проницаемость жидкости. Если произойдет изменение диэлектрического элемента, соответственно изменится и емкость.

В предлагаемой работе емкостной датчик уровня спроектирован с учетом двух параллельных цилиндрических стержней, выполняющих роль электродов, а не параллельных пластин. Выбор этой конструкции сделан из соображений простоты обслуживания и повышения прочности, как показано на Рисунке 2.


Общая емкость определяется как [42] где – полная емкость, – диэлектрическая проницаемость вакуума, – относительная диэлектрическая проницаемость воды, – расстояние между электродами, – радиус электрода, – уровень жидкости, – высота электрода и резервуара.

В экспериментальной установке, рассматриваемой для предлагаемой работы, размерами емкостного датчика уровня являются расстояние между электродами, радиус электродов и полная высота резервуара.

Для преобразования выхода CLS в напряжение используется схема таймера и схема преобразования частоты в напряжение. Схема таймера состоит из микросхемы 555, как показано на рисунке 3, и преобразования частоты в напряжение, достигаемого с помощью микросхемы LM331, и схемы преобразования, как показано на рисунке 4. Выходные сигналы, полученные от схемы таймера и цепи частоты в напряжение, представлены с помощью уравнения (3 ) и уравнение (4) соответственно. Затем выходное напряжение поступает на компьютер с использованием аналогового канала NI myRIO (встроенных плат ввода-вывода National Instruments с реконфигурируемыми модулями ввода-вывода).Таблицы данных для микросхем 555 и LM331 содержат следующие уравнения. На рис. 5 показана практическая реализация схемы для измерения емкости и преобразования в напряжение для получения на ПК с помощью устройств сбора данных [43].




3. Постановка проблемы

В приведенном выше разделе показано, как устроена экспериментальная установка. Экспериментальная установка подвергается воздействию различных уровней жидкости, и полученные выходные данные наносятся на график. Для экспериментов мы используем воду, и результаты, полученные для разных уровней, были получены NI myRIO, и график показан на рисунке 6.Из выделенной области на характеристическом графике емкостного датчика уровня, показанном на рисунке 6, можно отметить, что часть начального диапазона измерения имеет более высокую нелинейность. Этот эффект при измерении связан с механической конструкцией электрода, как показано на Рисунке 7 используемых электродов.



Чтобы понять влияние концентрации раствора на выходной сигнал емкостного датчика, воду заменяют раствором сахара.Результаты испытаний, полученные для того же самого, показаны в Таблице 1, а полные изменения в отношении емкости, частоты и напряжения показаны в Таблице 2. Аналогичный анализ проводится для изменения концентрации жидкости при добавлении 10%, 20% и 30% раствора сахара. На рисунке 8 показаны изменения выхода CLS в зависимости от концентрации и уровня жидкости. Из таблицы 1 ясно, что выходная емкость является функцией уровня жидкости и ее свойства (диэлектрической проницаемости).Это свойство емкостного датчика уровня используется в предлагаемой работе для разработки мультисенсорной системы, которая может измерять уровень жидкости и, кроме того, указывать подробную информацию о концентрации рассматриваемой жидкости.


Вес сахара (г / м) / л воды Диэлектрическая проницаемость при 25 ° C

0 0 .19
20 73,65
30 70,70
40 67,72
50 64,20
(в м) nF) (в м) F)

Случай 1: простое решение
Изменение уровня жидкости (в м) Выход датчика (нФ) Выходное напряжение таймера (МГц) Частота выход (В)
0.10 17,05 26,3 0,1
0,20 27,29 16,2 0,156
0,30 39,99 11,0 39,99 11,0 0,264
0,50 63,2 6,8 0,314

Случай 2: 10% концентрированный раствор сахара
Изменение уровня жидкости (в м) nF) Выход таймера (кГц) Выход преобразователя частоты в напряжение (В)
0.10 16,22 26,8 0,093
0,20 26,1 16,6 0,15
0,30 38,36 0,265
0,50 61,1 7,1 0,324

Случай 3: 20% концентрированный раствор сахара
Выходной сигнал датчика Выход таймера (кГц) Выход преобразователя частоты в напряжение (В)
0.10 16,01 27,1 0,106
0,20 25,5 17,0 0,148
0,30 37,27 0,277
0,50 58,7 7,3 0,336

Случай 4: 30% концентрированный сахарный раствор
Выходной сигнал датчика Выход таймера (кГц) Выход преобразователя частоты в напряжение (В)
0.10 14,48 30,2 0,110
0,20 23,32 18,5 0,173
0,30 34,63 0,289
0,50 55,78 7,8 0,348


4.Проблема Решение

Чтобы достичь цели одновременного измерения уровня жидкости и концентрации, в дополнение к имеющемуся емкостному датчику уровня встроена мультисенсорная система. Два дополнительных датчика, ультразвуковой датчик уровня и датчик давления, размещаются на емкости, в которой измеряется уровень жидкости, как показано на рисунке 9. Мы рассматриваем ультразвуковой датчик уровня транзитного типа, который измеряет уровень жидкости на основе от времени, необходимого для прохождения сигнала от датчика и обратно.Это значение будет прямым индикатором уровня жидкости и не будет зависеть от типа жидкости. Кроме того, в эксперименте также используется датчик давления, который измеряет уровень жидкости в зависимости от ее плотности.


Данные, полученные от этих трех датчиков, объединяются с использованием структуры По [44]. Блок-схема на рисунке 10 показывает поток процесса слияния данных с использованием Pau. Первым этапом процесса объединения данных является согласование данных. На этом этапе видно, что данные, подлежащие объединению, будут иметь одинаковую величину и безразмерные.


4.1. Дополнительные датчики

(1) Ультразвуковой датчик уровня . Ультразвуковой датчик уровня времени прохождения (ULS) используется для измерения уровня жидкости. Сверху контейнера размещается ультразвуковой датчик уровня, так что волна передается по поверхности воды, а отраженный сигнал улавливается обратно. Время, необходимое для передачи и отражения сигнала, используется для вычисления уровня жидкости. Порт таймера микроконтроллера используется для вычисления времени пробега, и выходной сигнал, соответствующий времени, передается в виде 16-битного цифрового сигнала.Эти 16-битные данные, относящиеся к уровню жидкости, собираются автономным емкостным датчиком давления NI myRIO (2) . Выходной сигнал емкостного датчика давления (CPS) изменяется с изменением входного давления. При изменении высоты жидкости давление, создаваемое в сопле, меняется. Давление жидкости выше, когда уровень жидкости высокий, и давление соответственно уменьшается по мере того, как уровень жидкости в резервуаре уменьшается. Это изменение давления также зависит от плотности жидкости. В таблице 3 показаны изменения плотности в зависимости от концентрации сахара.Экспериментальная установка состоит из накопительной емкости определенного размера. Из Таблицы 3 совершенно очевидно, что плотность жидкости варьируется для различной концентрации сахара. Изменение давления вызывает изменение физического размера диафрагмы, используемой в CPS, вызывая относительное изменение емкости. Это изменение емкости преобразуется в напряжение с помощью моста Де Саути, за которым следует выпрямительная схема. Выходное напряжение выпрямителя принимается аналоговым каналом NI myRIO, как показано на рисунке 11.Из рисунка 11 видно, что нелинейность существует в характеристиках из-за точности дискретных компонентов и будет компенсироваться во время объединения с использованием искусственных нейронных сетей


Простое решение в кг / м 3 10% концентрация в кг / м 3 20% концентрация в кг / м 3 30% концентрация в кг / м 3

Плотность 1001 1053 1118 1156


4.2. Методы выравнивания

Теперь, когда данные со всех трех датчиков (CLS, ULS и датчик давления) получены на плате NI myRIO, их необходимо объединить и обработать. Первый шаг к слиянию – это метод согласования / общий формат представления. Цель этого этапа – убедиться, что все источники датчиков имеют одинаковый приоритет с точки зрения их величины. Это означает, что все сигналы направлены на безразмерные значения в диапазоне от 0 до 1 или от 0 до 100%. В предлагаемой работе мы считаем его значением от 0 до 1.Поскольку данные, полученные из всех трех источников, являются одномерными, применяется метод радиометрической нормализации. (1) Метод выравнивания для выхода CLS . Датчик уровня емкости со схемой преобразования данных выдает выходной сигнал, который представляет собой изменение напряжения для изменения уровня жидкости. Напряжение варьируется от 0,05 В до 0,35 В при соответствующем изменении уровня жидкости от 0 до 50 см. В предлагаемой работе используется пространственное преобразование для преобразования силы сигнала в диапазоне от 0 до 1.Для выполнения пространственного преобразования уровень сигнала 0,05 В рассматривается как эталон, и с использованием этой точки вычисляется остальная часть сигнала (2) Метод выравнивания для выхода ULS. Данные таймера, соответствующие времени передачи ультразвукового сигнала, который представляет уровень жидкости, преобразуются в диапазон от 0 до 1. Для этого мы используем метод пространственного выравнивания, при котором время, необходимое для передачи и отражения волны, когда резервуар заполнен. считается как «0», а когда резервуар пустой, он считается как «1.Промежуточные значения экстраполируются на основе времени, необходимого для передачи и отражения сигнала (3) Метод выравнивания для выхода датчика давления . Выходной сигнал датчика давления представляет собой напряжение, изменяющееся от 0,1 В до 3,6 В, как видно из соотношения вход-выход на Рисунке 11. Чтобы представить эти данные в терминах нормализованного значения между 0 и 1, как показано на Рисунке 12, мин. max используется выражение, представленное в уравнении (5).


4.3. Ассоциация Fusion

Ассоциация – это метод, при котором данные группируются в различные кластеры по всему диапазону входных данных для выполнения вычислений в соответствии с целью.Кластер сгруппирован таким образом, чтобы можно было вычислить вклад этого конкретного кластера данных в достижение целевой функции. Для этого используются несколько функций, таких как ближайшее окружение, граничные условия, двоичное дерево и дерево kd. В предлагаемой работе используются алгоритмы граничных условий для данных CLS; Для данных датчика давления используется алгоритм дерева kd, за которым следует алгоритм ближайшего соседства для данных ULS.

4.4. Анализ и агрегирование или процесс принятия решения

Этап принятия решения в предлагаемой работе включает вычисление уровня жидкости независимо от жидкости, используемой для определения концентрации раствора.В предлагаемой работе используется методика сопоставления доказательств. Для выполнения сопоставления доказательств используется алгоритм нейронной сети [45]. Для обучения нейронной сети учитываются данные, соответствующие различным уровням жидкости с определенной концентрацией растворителя. Здесь на каждые 10 литров воды добавляется 50 граммов, 100 граммов, 150 граммов и 200 граммов сахара.

Входные данные для блока нейронной сети взяты из вектора ассоциации, каждый из которых получен из емкостного датчика уровня, датчика давления и ультразвукового датчика уровня.Алгоритмы нейронной сети обучены таким образом, что информация, относящаяся к уровню жидкости, извлекается непосредственно из выходного сигнала ультразвукового датчика уровня. Для информации, соответствующей добавлению жидкости, используются данные CLS и датчика давления. Поскольку ясно показано, что выходной сигнал CLS зависит от уровня жидкости и типа жидкости (диэлектрическая проницаемость жидкости), выходной сигнал датчика давления зависит от плотности жидкости (объема и массы). В предлагаемой работе используется сеть обратного распространения с алгоритмом искусственного пчелосемья.Сеть обратного распространения может быть разложена на вычисление с прямой связью, обратное распространение на выходной слой, обратное распространение на скрытые слои и обновления весов. В таблице 4 приведены детали, касающиеся модели нейронной сети, реализованной в предлагаемой работе. Наглядное представление связности сигналов нейронной сети показано на рисунке 13.

нейроны

Входной уровень 6 нейронов
Выходной слой 8 нейронов
6 нейронов
0.98
MSE
Передаточная функция Сигмоид


Вес первой матрицы соединений определяется выражением,. Точно так же вес второй матрицы соединений определяется выражением, так как между входной стороной и скрытыми слоями будут весовые коэффициенты (), а между скрытыми слоями и выходной стороной будут весовые коэффициенты (). Рассматривая вектор ассоциации для трех сигналов преобразователя как, возбуждение для th скрытой единицы определяется выражением

Рассматривая сигмовидную линию «» как функцию активации, вычисляется прямой вектор.

В обратном пути, от выхода сети, вычисления аналогичным образом обращаются, так что ошибка сводится к минимуму. Алгоритм искусственной пчелиной семьи используется для обновления весов «». Обучение проводится до тех пор, пока сеть не выдаст цель в соответствии с поставленной задачей. Это достигается путем отслеживания значения регрессии «», которое в идеале должно быть равно единице, и среднеквадратичной ошибки «MSE», которая в идеале должна быть равна нулю.

4.5. Представление

На этом этапе данные преобразуются в форму физической переменной.До этого этапа вычисления выполнялись с безразмерным значением в диапазоне от 0 до 1. Результат, полученный от нейронной сети, также будет в диапазоне от 0 до 1, что может быть трудно интерпретировать пользователю. Поэтому обязательно представлять результаты в виде уровня жидкости в «см» и концентрации жидкости в «граммах на литр».

5. Результаты и обсуждение

После завершения процесса слияния данных необходимо оценить эффективность заявленного метода.Для тестирования уровень жидкости измеряется путем изменения концентрации сахара, используемого в воде, и изменения уровня жидкости. Уровень жидкости варьируется в диапазоне от 0 до 50 см, а затем концентрация сахара варьируется от 0 граммов на литр воды до 25 граммов на литр воды. В таблице 5 показаны результаты, полученные для того же самого.


Sl. нет. Фактический уровень жидкости в см Фактический уровень сахара в граммах на литр воды Измеренный уровень жидкости в см Измеренный уровень сахара в граммах на литр воды

1 0 0 0.06 0,09
2 2 2,5 2,14 2,65
3 4 3,6 3,85 3,5 5,65 5,12
5 8 10,0 8,19 9,93
6 10 7,6 9321 7,6 9321 7,675
7 12 13,5 11,89 13,21
8 14 17,5 14,02 17,65 17,65 17,65 24,61
10 18 8,5 17,88 8,32
11 20 15,5 20,1 15.39
12 22 21,0 21,5 20,84
13 24 1,0 23,59 0,94 5,21
15 28 19,0 28,01 19,34
16 30 23,5 30,09 23.04
17 32 6,0 31,82 5,87
18 34 14,0 33,69 14,42 33,69 14,42 17,51
20 38 11,0 38,05 11,11
21 40 22,0 39,82 21.81
22 42 17,0 41,8 16,74
23 44 2,5 43,95 2,52 2,52 2,52 10,12
25 48 20,0 47,95 19,63
26 50 0 49,78 0.03

Измерение уровня жидкости производится по разработанной мультисенсорной методике для жидкости с переменной концентрацией. Уровень жидкости измеряется для различных концентраций жидкости. В таблице 5 отмечен выход, измеренный прибором для различной концентрации сахара. Уровень жидкости измеряется, когда используются разные жидкости с различной концентрацией сахара без какой-либо повторной калибровки системы.В любом доступном приборе при смене технологической среды может появиться ошибка, чего здесь нет. Предлагаемая система используется для измерения различных уровней жидкости от 0 м до 50 см с различными концентрациями жидкости. Из таблицы 5 видно, что предлагаемая методика способна измерять уровень жидкости с максимальным отклонением 5 мм от желаемого значения. Предлагаемая система также предназначена для определения изменения концентрации, с помощью которой измеряется добавка в воде.Последний столбец таблицы 5 показывает измеренную концентрацию сахара в растворе; наблюдается, что предлагаемая методика позволяет измерять концентрацию добавленного сахара с максимальным отклонением 400 мг от фактического значения.

Получены характеристики в виде процентной погрешности измерения, которые показаны на рисунках 14 и 15 для измерения уровня и анализа концентрации. Видно, что максимальная процентная погрешность, создаваемая системой измерения, составляет около 7%.



Для оценки производительности измерения проводятся с учетом сухого молока вместо сахара. Результаты, полученные в ходе проведенного испытания, показаны в таблице 6. Для измерения уровня жидкости учитывается диапазон от 0 до 50 см, а концентрация сухого молока в воде варьируется от 0 до 100 граммов на литр воды. . Характеристики ошибок показаны на рисунках 16 и 17.


Sl.нет. Фактический уровень жидкости в см Фактический уровень сухого молока в граммах на литр воды Измеренный уровень жидкости в см Измеренный уровень сухого молока в граммах на литр воды

1 0 0 0 0,10
2 4 45 3,7 44,5
3 10 85 10326 90.1 87,8
4 10 10 9,4 10,4
5 15 100 14,8 9020 17,1 61,4
7 18 35 17,8 34,1
8 25 75 26,4 6
9 30 50 30,9 48,9
10 30 85 28,9 85,1
55,1
12 42 10 40,1 9,7
13 42 90 41,4 89,5 .7 0,23
15 45 70 45,9 73,7
16 48 25 50,0 24,5 50,0 58,9
18 50 40 50,0 39,2
19 50 12 48,3 12.7
20 50 100 49,1 100



Решение, аналогичное эксперименту с сахаром. путем рассмотрения молочного раствора для подтверждения предлагаемой техники измерения. Как и в предыдущем эксперименте, результаты показывают максимальное отклонение в 1 см для измеренного уровня жидкости и максимальное отклонение в 3 г / литр для измеренной концентрации по сравнению с фактическими значениями.

Из таблиц 5 и 6 и рисунков 14–17 видно, что заявленный мультисенсорный метод позволяет точно и надежно измерять уровень жидкости без влияния добавок в жидкости. Концентрация добавок также была точно измерена. Дальнейшие испытания были проведены при различных условиях (разные концентрации добавок и уровень жидкости) с примерно 260 образцами в дополнение к результатам, показанным в Таблице 5 и Таблице 6. Среднеквадратичный квадрат процентной ошибки из заявленной методики измерения оказался равным 1.1%.

6. Заключение

Уровень является одним из широко используемых промышленных процессов, что указывает на необходимость точных измерений. Точность измерения может быть достигнута только в том случае, если процесс дает результаты с максимальной устойчивостью к шуму. Здесь шум – это добавки в жидкости. Для этого предлагается метод, состоящий из нескольких соединенных вместе датчиков. Для этого используются емкостной датчик уровня, ультразвуковой датчик уровня и датчик давления.Выходной сигнал каждого датчика преобразуется в стандартный сигнал с помощью схемы преобразования данных. Полученные сигналы обрабатываются в четыре этапа: выравнивание, ассоциация, анализ и представление. Результаты испытаний, полученные с помощью описанного метода, ясно показывают, что измерение является точным и надежным. Значение среднеквадратичной процентной ошибки 1,1% указывает на то, что система измерения может использоваться в промышленности. Это значение можно увеличить с помощью дополнительного датчика или улучшенного алгоритма обучения.Одним из ограничений этого процесса измерения является то, что ни жидкость, ни добавки не могут быть проводящими. Кроме того, добавляемые добавки должны быть растворимы в жидкости.

Доступность данных

Данные, использованные для подтверждения результатов этого исследования, включены в статью.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Сборка контроллера уровня поддона-наполнителя


Недавно кто-то сказал мне, что у них проблемы с отстойником.У поплавка была течь, из-за которой он утонул, либо поплавковый выключатель был неисправен. Он не совсем понимал, в чем проблема. Во всяком случае, водоотливной насос не работал, и в результате возник резервный источник, который затопил их подвал и разрушил многие из их вещей, хранившихся там. Другой друг сказал, что хочет управлять цистерной, которая питает растения в гидропонном саду.

Поразмыслив, я решил, что можно спроектировать устройство, которое может выполнять обе задачи. Кроме того, можно использовать два разных подхода.Один будет зависеть от проводимости воды; второй будет зависеть от давления, создаваемого глубиной жидкости в сосуде. Вы спросите, зачем нужны обе стратегии?

Короткий ответ заключается в том, что дизельное топливо, бензин, масло и другие типы неионных жидкостей не будут работать с контуром, требующим проводимости жидкости. Кроме того, если раствор был сильно едким или кислым, он растворил бы чувствительные электроды.

Контроллер чувствительного к давлению типа может использоваться с любым типом жидкости.Итак, вы снова спросите, зачем беспокоиться о контроллере ионного типа? Например, для воды и водных растворов с растворенными удобрениями контроллер уровня ионов работает нормально и стоит намного дешевле, чем контроллер уровня давления. Преимущество регулятора уровня давления заключается в том, что он работает с любым типом жидкости, но его изготовление дороже.

Большим преимуществом любого контроллера является то, что у них нет движущихся частей, связей, поплавков или переключателей, которые могут заедать или не вызывать проблемы.Кроме того, отключив вывод компаратора логического окна, пользователь может включить простую двухконтактную перемычку для выбора режима работы отстойника или заполнения. Один блок может использоваться либо для отстойника, либо для функции заполнения бака.

Теория и работа

Пожалуйста, обратитесь к Рисунок 1 (схема ионного контроллера уровня) для этого обсуждения. Контроллер уровня заполнения ионного поддона использует две пары электродов – низкий уровень и высокий уровень (пройдите вперед и проверьте Рисунок 7 A / B / C , который показывает электродный узел и блок управления) – для обнаружения жидкости уровень в резервуаре, таком как отстойник или резервуар для хранения.Электроды представлены на рис. 1 как S3 и S4.

РИСУНОК 1.


Чтобы предотвратить деградацию электродов сенсора в ионном водном растворе из-за эффектов металлизации, используется источник переменного тока (переменного тока) для стимуляции электродов сенсора. Операционный усилитель U1D сконфигурирован как генератор прямоугольной формы. Резисторы R1, R3 образуют резистивный делитель Vdd / 2 для входа + U1D. Резистор R2 обеспечивает положительную обратную связь на вход U1D +; R4 подтягивает выход U1D к Vdd.Резистор R5 и конденсатор C1 образуют постоянную времени задержки на входе – U1D.

Когда выход U1D низкий, вход + U1D равен Vdd * (R3 // R2) / ((R3 // R2) + R1) = Vdd * 50K / 150K = 1/3 * Vdd. Резистор R5 разряжает C1 до напряжения U1D ≤ U1D +. Выход U1D переключается с низкого на высокий. Вход U1D + переключается на Vdd * R3 / ((R1 // R2) + R3) = Vdd * 100K / 150K = 2/3 * Vdd. Резистор R5 начинает заряжать C1 до тех пор, пока напряжение U1D ≥ U1D +. Этот процесс повторяется, создавая прямоугольную волну на выходе U1D.При указанных значениях Fosc = прибл. (0,685 / (R5 * C1)) = 381 Гц (цель – 400 Гц).

Выход U1D подается на конденсаторы C2 и C5, которые подключены к одной стороне пары датчиков низкого и высокого уровня соответственно. Другая сторона электродов низкого и высокого уровня подключается к C3 и C6 соответственно. Конденсаторы C3, D1, D2, C4 и R6 работают как зарядный насос. Когда раствор позволяет току течь от C2 к C3, C4 заряжается, показывая, что уровень раствора по крайней мере такой же, как у пары электродов низкого уровня.Точно так же C5, C6, D3, D4, C7 и R7 определяют высокий уровень раствора в сосуде.

Резисторы R8 и R9 образуют делитель напряжения, который составляет половину Vdd – 1,5 В (из-за ограниченного выходного уровня операционных усилителей LM324). Когда уровень напряжения на C4 или C7 выше опорного уровня R8, R9, операционные усилители U1A и U1B (которые работают как компараторы) переключаются с низкого уровня на высокий. Когда оба компаратора находятся в высоком уровне, это преодолевает гистерезис U1C и вызывает высокий уровень на выходе U1C.

Работа в режиме отстойника происходит следующим образом.Уровень отстойника ниже нижних электродов; следовательно, C4 и C7 разряжены, а выходы U1A и U1B низкие. При этом загорается светодиод D5, указывающий на низкий уровень картера. U1C низкий; следовательно, RLY1 выключен (как и водоотливной насос).

Когда раствор поднимается выше пары электродов низкого уровня, C4 заряжается, и выход U1A становится высоким. Это отключает D5 и включает D6 (поскольку выход U1B все еще низкий), указывая на то, что уровень в резервуаре находится где-то между электродами низкого и высокого уровня.U1C остается на низком уровне из-за собственной положительной обратной связи и низкого состояния U1B.

Вход + U1C = (Vdd-1.5V) * R15 // R14 / (R15 // R14 + R13) = 10,5 * 50/150 = 3,5 В, что ниже опорного значения 5,4 В. Когда раствор поднимается над парой электродов высокого уровня, C7 заряжается, и выход U1B становится высоким. Это отключает D6 и включает D7 (поскольку выход U1A все еще высокий), указывая на то, что уровень в резервуаре выше пары электродов высокого уровня. Вход + на U1C теперь (Vdd-1.5V) * (R15) / (R13 // R14 + R15) = 10.5 * 100/150 = 7 В, что выше опорного значения 5,4 В. Это приводит к тому, что выходной сигнал U1C становится высоким, что, в свою очередь, активирует Q1, RLY1, включая насос отстойника. Когда насос понижает уровень в резервуаре, U1B становится низким. Это выключает D7 и включает D6, показывая средний уровень.

Вход + на U1C = (Vdd-1,5 В) * (R14) / (R15 // R13 + R14) = 10,5 * 100/150 = 7 В, что все еще выше опорного значения 5,4 В. Таким образом, выходная мощность U1C остается высокой, RLY1 остается включенным, а отстойник продолжает работать. Когда уровень в резервуаре ниже, чем у пары электродов низкого уровня, выход U1A становится низким, D6 выключается, а D5 включается (указывая на низкий уровень в резервуаре).Когда U1A и U1B низкие, вход + на U1C = (Vdd- 1,5 В) * (R13 // R14) / (R13 // R14 + R15) = 10,5 * 50/150 = 3,5 В, в результате чего выход U1D отключается. низкий, выключая RLY1 и отстойник.

S2 представляет собой трехконтактный переключатель перемычки. Режим заполнения выбирается путем подключения перемычки от выхода U1C к R19 и базе Q2. Это сводит на нет выходной сигнал U1C, так что, когда U1C высокий (уровень в баке высокий), Q2 выключен, а Q1, RLY1 и соленоид заправочного насоса или заправочного клапана выключены. Когда резервуар опорожняется ниже нижнего уровня, U1C становится низким, что включает Q2, Q1, RLY1, чтобы активировать насос заполнения или соленоид клапана заполнения для пополнения резервуара.Контроллер уровня датчика давления выполняет ту же функцию отстойника или заполнения бака, но по-другому. Пожалуйста, обратитесь к Рисунок 2 для следующей теории и обсуждения работы.

РИСУНОК 2.


В контроллере уровня датчика давления используется датчик Freescale MPXM2051G для измерения давления, создаваемого уровнем жидкости в измерительной трубке, проходящей сверху вниз от поддона или резервуара цистерны. Когда вы опускаете его в воду, он работает как перевернутый стакан для питья.Уровень жидкости внутри стакана повышается по мере того, как стакан опускается в воду. Воздух, удерживаемый внутри стакана, равен давлению воды на дне (нижнем крае) перевернутого стакана.

Если между верхней частью стакана для питья (воздушным пузырем внутри стакана) и датчиком давления была подсоединена гибкая трубка, измеренное давление будет отражать уровень жидкости или глубину жидкости в сосуде. Вместо стакана для питья для улавливания воздуха используется трубка из ПВХ (пластика), нержавеющей стали или стекла, которая соединяется с датчиком давления гибкой трубкой.(Опять же, забегайте вперед и посмотрите Рис. 8 , на котором показаны сенсорная трубка, гибкая соединительная трубка и блок контроллера.) Тип материала сенсорной трубки определяется типом измеряемой жидкости.

При повышении давления датчик давления, основанный на пьезорезистивном мосту, выдает небольшой перепад напряжения, который линейно соответствует давлению, которое он воспринимает. Математика работает следующим образом.

Датчик имеет полный диапазон шкалы 50 кПа.Поскольку 1,0 кПа (килопаскаль) равняется 0,145 фунтов на квадратный дюйм, полный диапазон шкалы составляет 7,25 фунтов на квадратный дюйм. MPXM2051G является логометрическим по отношению к напряжению питания. Он рассчитан на полную шкалу 40 мВ при возбуждении 10 В.

В этой конструкции для размещения двойного операционного усилителя MCP6022 (используемого в качестве дифференциального инструментального усилителя с нулевым опорным сигналом) используется напряжение возбуждения пять вольт, обеспечиваемое 78L05, U4. Это означает, что выходное значение полной шкалы датчика составляет 20 мВ при 7,25 фунт / кв. Дюйм. Следовательно, поскольку 1 фунт / кв. Дюйм = 27,68 дюйма водяного столба, значение полной шкалы равно 7.25 PSI = 27,68 дюйма * 7,25 = 200,7 дюйма водяного столба для выхода 20 мВ; 20 мВ / 200,7 дюйма ч3O = 0,09965 мВ / дюйм ч3O. Таким образом, около 15 футов воды будет производить около 18 мВ выходного сигнала датчика.

Для получения полной шкалы выходного сигнала дифференциального усилителя необходимо усиление примерно 250. Коэффициент усиления равен (R4 / R3 + 1) = (1M / 3,9K + 1) = 257,4, поэтому выходное значение полной шкалы составляет 4,62 В. Это нормально, потому что MCP6022 – это операционный усилитель RRIO (rail-to-rail, вход и выход). Выходной сигнал U2B обеспечивает общий входной уровень для оконных компараторов U3A и U3B.Подстроечный резистор R8 обеспечивает опорный сигнал низкого уровня для U3A, а подстроечный резистор R9 обеспечивает опорный сигнал высокого уровня для U3B.

Для дифференциального уровня в шесть дюймов водяного столба дифференциальное напряжение от U2B составляет примерно 0,09965 * 6 * 257,4 = 154 мВ. Чтобы шум не приводил к неустойчивой работе, конденсатор C3, включенный параллельно с R4, образует фильтр нижних частот с полюсом 6,2832 * 0,1 мкФ * 1 МОм = 1,6 Гц или постоянной времени 0,1 с. Резистор R5 включен для регулировки смещения выхода U2B примерно до значения.От 3 до 0,5 В для увеличения диапазона регулировки уровня.

Создание контроллеров отстойника / наполнения

Здесь намеревались использовать недорогие легкодоступные детали для сборки контроллеров. Все резисторы изготовлены из углеродной пленки на 5%. Я выбрал пластиковый корпус SERPAC model 032, который использовал в предыдущих проектах. Плата была рассчитана на использование монтажных выступов корпуса. Для контроллера уровня ионов три клеммы для проводов установлены на печатной плате (печатной плате) и имеют прорези на боковой стороне корпуса, позволяющие вставить измерительные провода и провода нагрузки насоса / соленоида.К боковым стенкам корпуса крепился силовой разъем (цилиндрический домкрат 2,1 х 5,5 мм). Импульсный адаптер питания 12 В / 1 А используется для обеспечения необходимого питания контроллера.

Файлы Gerber для двусторонней разводки печатной платы (см. , рисунок 3, , ионный; , рисунок 4, , давление) доступны для загрузки.

РИСУНОК 3.


РИСУНОК 4.


Для сборки использовалась двухточечная проводка на прототипе платы от RadioShack и обрезана до нужного размера, чтобы поместиться в корпус (см. Рисунок 5 , ионный; Рисунок 6 , давление).Компоненты были выложены и расположены так же, как на разводке печатной платы.

РИСУНОК 5.


РИСУНОК 6.


После подключения и тестирования печатной платы выходные и входные клеммы переменного тока были подключены к электродам датчика и нагрузке (насосу). Разъем питания был установлен в корпус, затем подключены провода от платы к разъему. Корпуса были обработаны с использованием соответствующих машинных этикеток, которые доступны для загрузки.

Измерьте центральную точку с каждой стороны корпуса. У машинных этикеток есть центральные линии, которые используются для совмещения этикеток с корпусом. То же самое необходимо сделать для задней панели блока давления. На блоке давления есть две этикетки: одна для передней части корпуса и одна для задней. Отверстия для переключателя и светодиодов для передней части корпуса, а также отверстия для регулировок и напорная трубка для задней панели показаны на этикетке машины в виде рентгеновского снимка. Этикетка с зеркальным отображением предназначена для задней части корпуса.

Опять же, фактические этикетки, используемые на корпусе, доступны для загрузки. Этикетки будут распечатаны в реальном размере с разрешением 300 dpi в Paint Shop Pro. Поскольку это файлы jpg, вы можете использовать любую программу обработки фотографий, используя размеры 3,5 дюйма в ширину на 2,5 дюйма в высоту для этикеток и 3,5 дюйма в ширину на 2,7 дюйма в высоту для машинных этикеток.

Было построено и испытано несколько различных типов электродных узлов для контроллеров уровня ионов ( Рисунок 7, A / B / C ).

РИСУНОК 7.


Один электродный зонд (, рис. 7A, ) был изготовлен с использованием трубы из ПВХ диаметром 1,25 дюйма и 1 дюйм. Труба диаметром 1 дюйм использовалась в качестве монтажного вала, а труба 1,25 дюйма была разрезана на два кольца диаметром 0,75 дюйма, которые использовались в качестве регулируемых держателей электродов.

Кольца диаметром 0,75 дюйма были просверлены и нарезаны резьбой 6-32 для размещения нейлонового винта с полукруглой головкой 0,5 дюйма x 6-32, который используется для зажима колец на монтажном валу при желаемом уровне жидкости.

Два отверстия 0,0625 дюйма были просверлены в стенке колец для установки медного провода 14 AWG, используемого в качестве измерительного электрода. Провод лампы SPT-1 20 AWG был припаян к медным чувствительным электродам, затем прошел вверх по монтажному валу через третье кольцо в верхней части монтажного вала. Благодаря этому провода были натянуты вдоль вала. Сборка работала нормально, но казалась громоздкой и сложной в изготовлении.

Вторая версия (, рис. 7B, ) была построена с использованием PEX-трубок диаметром 0,5 и 0,75 дюйма.В качестве провода датчика использовался провод динамика меньшего размера 24 AWG. Эта сборка была намного меньше, дешевле и отлично работала. Кольца были обработаны так же, как и трубы из ПВХ, и это заняло некоторое время. Третий электродный узел (, рис. 7C, ) был построен с использованием трубки из полиэтиленгликоля 0,5 дюйма, провода динамика 24 AWG и трех нейлоновых стяжек. Это было проще всего сделать. Единственным недостатком было то, что регулировать высоту уровня жидкости сложнее. Поскольку регулировка уровня жидкости по высоте должна выполняться только во время первоначальной настройки системы, это не является большой проблемой.Я предпочитаю версию B или C.

Контроллеру уровня на основе давления требовалась измерительная трубка для улавливания давления, вызванного повышением уровня жидкости (см. , рис. 8, ).

РИСУНОК 8.


Для тестирования и разработки использовалась труба из ПВХ толщиной 0,5 дюйма. Дно было обрезано под углом, чтобы позволить жидкости проникать, даже когда трубка была вставлена ​​в дно резервуара (в данном случае пятигаллонного ведра). Заглушка трубы из ПВХ диаметром 0,5 дюйма была просверлена и нарезана резьба для диаметра.Трубная резьба 25 ”NPT. Колено с зазубринами от 0,25 дюйма до 0,125 дюйма было ввинчено в колпачок трубы из ПВХ с помощью тефлоновой ленты для обеспечения герметичной посадки.

Гибкая трубка 0,125 дюйма (например, Tygon или силикон и т. Д.) Использовалась для соединения колена с блоком управления. К датчику давления была прикреплена короткая трубка длиной 3 дюйма с помощью сплошной медной проволоки 20 AWG, дважды обернутой вокруг трубки у датчика давления, затем скрученной плоскогубцами, чтобы туго затянуть. Для соединения короткой трубки с длинной гибкой трубкой, идущей от колена сенсорной трубки, использовался двойной фитинг с зазубринами .125 ”.

Проверка контроллеров уровня жидкости

Для проверки контроллеров уровня перемычка заполнения поддона была подключена к положению поддона на обоих контроллерах. В качестве испытательного сосуда использовалось ведро емкостью 5 галлонов, которое было заполнено водой почти до верха (около 16 дюймов). Импульсный адаптер питания 12 В постоянного тока на 1 А обеспечивает необходимое напряжение для работы контроллеров уровня. Сенсорная трубка ионного контроллера (показанная на , рис. 7C, ) была опущена в резервуар для имитации подъема воды в резервуаре отстойника.Когда электроды низкого уровня коснулись воды, светодиод низкого уровня погас, а светодиод среднего уровня включился; насос оставался ВЫКЛЮЧЕННЫМ.

Продолжая опускать сенсорную трубку в воду, электроды высокого уровня коснулись воды, светодиод среднего уровня погас, светодиод высокого уровня загорелся, реле работы насоса и светодиод работы насоса загорелись. Сенсорная трубка была поднята, чтобы имитировать насос, понижающий уровень воды в отстойнике. Когда электроды высокого уровня поднялись из воды, светодиод высокого уровня погас, светодиод среднего уровня загорелся, а реле насоса и светодиод оставались включенными.

Когда электроды низкого уровня вышли из воды, светодиод среднего уровня погас, светодиод низкого уровня включился, а реле работы насоса и светодиод работы насоса погасли. Регулируя положение сенсорных электродов, можно установить любой низкий и высокий уровень. Я поместил перемычку поддона / заполнения в положение заполнения. Устройство работало, чтобы отображать уровни, как и раньше, но реле работы насоса и светодиод работы насоса работали противоположным образом, то есть они выключались при обнаружении высокого уровня и включались при обнаружении низкого уровня.

Затем был протестирован регулятор уровня, основанный на давлении. Сенсорная трубка была вставлена ​​на четыре дюйма в воду и удерживалась в этом положении. Поток низкого уровня регулировался до тех пор, пока не загорелся светодиод среднего уровня, затем немного погас, пока светодиод низкого уровня не загорелся, а светодиод среднего уровня не погас. Затем трубка была погружена на 10 дюймов в воду и удерживалась на этом уровне.

Поток высокого уровня регулировался до тех пор, пока светодиод среднего уровня не погас, светодиод высокого уровня не загорелся, а реле работы насоса и светодиод работы насоса не загорелись.Когда сенсорная трубка была извлечена из ведра, светодиод среднего уровня загорелся, а реле насоса и светодиод оставались включенными. Поскольку измерительная трубка была удалена на расстояние менее четырех дюймов, светодиод среднего уровня погас, светодиод низкого уровня включился, а реле работы насоса и светодиод работы насоса погасли.

Приложения и использование контроллеров уровня жидкости

Очевидно, что замена узла поплавка и переключателя в резервуаре отстойника – одно из применений контроллеров уровня. Другой будет для откачки воды из сухого колодца.Цистерну для воды общего пользования, которая устанавливается над землей для обеспечения местного давления воды, можно наполнять из колодца всякий раз, когда уровень в резервуаре становится слишком низким.

Нисходящий гидропонный резервуар для кормления можно пополнять для поддержания уровня между двумя указанными точками. Нижний гидропонный уловитель может автоматически наполняться для поддержания уровня между двумя указанными точками. Использование устройства для верхнего и нижнего резервуаров позволило бы практически полностью автоматизировать гидропонное садоводство. Единственная ручная задача – добавлять удобрения в систему по мере необходимости.

Еще одно предложение – поддерживать уровень воды в аквариуме. Путем прокладки небольшой линии наполнения, подобной тем, которые используются для ледогенератора в холодильнике, контроллер уровня ионов может активировать небольшой соленоидный клапан, чтобы поддерживать уровень воды в аквариуме на оптимальном уровне для фильтрующего насоса и системы аэрации.

Контроллер уровня с измерением давления может использоваться для заполнения наземного топливного бака из подземного резервуара. Контроллер может использоваться для автозаправки автоцистерн, перевозящих фруктовые соки или растительные масла.Как было упомянуто в начале этой статьи, с помощью этих двух устройств можно контролировать уровень жидкости любого типа, чтобы заполнить или опорожнить контейнер любого размера.

Самое приятное то, что здесь нет механических поплавков или переключателей, с которыми нужно иметь дело, а измерение уровня выполняется дистанционно, что удерживает электронику от контролируемых жидкостей. Напоминаем, что файлы Gerber и файлы этикеток для этого проекта доступны ниже в загрузках. Я надеюсь, что вы найдете это устройство полезным для множества различных приложений. NV


Список деталей ионного отстойника / напорного поддона

# КОЛ-ВО ЧАСТЬ REF ОПИСАНИЕ
1 7 R1, R2, R3, R8, R13, R14, R15 резистор 100K 5%, YAGEO, DK 100KQBK-ND или аналог.
2 3 R4, R16, R18 Резистор 3.3К 5%, YAGEO, DK 3.3KQBK-ND или эквивалент.
3 1 R5 резистор 180K 5%, YAGEO, DK 180KQBK-ND или аналог.
# КОЛ-ВО ЧАСТЬ REF ОПИСАНИЕ
1 2 R1, R4 резистор 1 мп 5%, YAGEO, DK 1.0MQBK-ND или эквивалент.
2 3 R2, R3 3.Резистор 9K 5%, YAGEO, DK 3.9KQBK-ND или аналог.
3 1 R5 Горшок обрезной 100K или эквивалент, DK CT6EP104-ND
# КОЛ-ВО ЧАСТЬ REF ОПИСАНИЕ
4 2 R6, R7 резистор 1 мп 5%, YAGEO, DK 1.0MQBK-ND или эквивалент.
5 1 R9 резистор 82К 5%, YAGEO, DK 82KQBK-ND или аналог.
6 4 R10, R11, R12, R20 резистор 1.0K 5%, YAGEO, DK 1.0KQBK-ND или эквивалент.
7 2 R17, R19 резистор 33K 5%, YAGEO, DK 33KQBK-ND или аналог.
8 1 C1 0,01 мкФ металлизированный поли, ± 10%, Panasonic ECQ-V1h203JL, DK P4513-ND или аналог.
9 6 C2, C3, C4, C5, C6, C7 .1 мкФ металлизированный поли, ± 10%, Panasonic ECQ-V1h204JL, DK P4525-ND или аналог.
10 1 C8 Квасцы, электрические, 330 мкФ, 16 В, Panasonic, ECA-1CM331, DK P5140-ND или аналог.
11 5 D1, D2, D3, D4, D9 Кремниевый диод 1N4148 или эквивалент, DK 1N4148FS-ND
12 2 D5, D8 светодиод, зеленый (зеленый), Lite-On LTL-4232N или эквивалент, DK 160-1083-ND
13 1 D6 LED, YEL (желтый), T-1, Lite-On LTL-4252N или аналог., ДК 160-1082-НД
14 1 D7 светодиод, КРАСНЫЙ (красный), Lite-On LTL4222N или эквивалент, DK 160-1081-ND
14 1 JK Домкрат цилиндрический 5,1 x 2,1 мм, DK CP-037A-ND
15 1 1 квартал PN2222A Fairchild Semi или эквивалент, DK PN2222AFS-ND
16 1 2 квартал PN2907A или эквивалент, DK PN2907ATFCT-ND
17 1 RLY1 Реле, Hasco KLT1C12DC12, SPDT, 12 А, 12 В постоянного тока, 300 мВт или эквивалент.
18 1 S1 Ползунковый переключатель SPDT, TE Connectivity, DK 450-1609-ND
19 1 S2 Трехконтактный разъем, Sullens DK S1212-03-ND
20 1 S2 Двухконтактная перемычка, DK 3M9580-ND
21 1 U1 Счетверенный операционный усилитель LM324N или эквивалент, DK 296-1391-5-ND
22 1 Печатная плата Печатная плата, FR-4, двусторонняя, 2 унции меди (окончательная), для файлов Gerber
23 1 Корпус Корпус, SERPAC 032-B, Mouser 635-032-B

Загрузки

Что в почтовом индексе?
Этикетки для корпусов
Файлы Gerber

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *