Hydratool.ru

Журнал "ГидраТул"
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Контроль уровня жидкости в удаленных резервуарах и открытых водоемах

Контроль уровня жидкости в удаленных резервуарах и открытых водоемах

Некоторые приложения требуют периодического мониторинга уровня жидкости в различного рода резервуарах, колодцах, баках, каналах и тому подобных закрытых и открытых емкостях и водоемах. Примером таких приложений являются:

  • Системы водоотведения и канализации;
  • Противопаводковые сооружения;
  • Системы водоснабжения (водохранилища, ирригационные каналы, баки и резервуары);
  • Резервуары хранения топлива, например, топливные баки резервирующих дизель генераторных установок.

Зачастую достаточно простая измерительная задача контроля уровня жидкости осложняется значительной удаленностью точек измерения друг от друга и от центральной системы диспетчеризации или необходимостью их быстрого развертывания, например, в период паводка. Удаленность точек контроля от центральной системы диспетчеризации существенно удорожает или вовсе делает невозможной традиционную проводную передачу данных. В этом случае оптимальным решением дистанционного мониторинга уровня жидкости являются датчики измерения уровня SolidAT Gauger GSM израильской компании Solid Applied Technologies Ltd с беспроводной передачей данных.

SolidAT Gauger GSM

Высокоточный датчик GaugerGSM представляет собой ультразвуковой уровнемер со встроенным модемом сотовой связи GSM. Датчик измеряет расстояние до поверхности содержимого и температуру в емкостях и пересчитывает в уровень жидкости или объем. Корпус датчика имеет IP68 и выполнен из пластика, стойкого к воздействию ультрафиолета. Сенсор датчика покрыт защитным слоем поливинилдиметилфталата PVDF — датчик может работать в агрессивных средах.

Короткая мертвая зона датчика (15 см), автокоррекция по температуре, а также наличие аттестаций по взрывозащищенности (EX II 1G, Ex ia IIB, T4, Ga) позволяет применять датчики GaugerGSM в том числе и для измерения уровня дизельного топлива. Резервуары дизель генераторных установок, баки генераторов удаленных вышек сотовой связи и мобильные баки строительных компаний имеют, как правило, горизонтальные цилиндрические или кубические формы. Типичная высота подобных резервуаров для хранения дизельного топлива не превышает 1-3 метров. Поэтому короткие мертвые зоны измерения датчиков уровня в данных приложениях очень важны. Измерение объема чувствительно к изменениям температуры и требует автоматической температурной коррекции.

SolidAT Gauger GSM

Напряжение питания датчика GaugerGSM от 8 до 33В. Ток потребления при напряжении питания 24В: постоянно — менее 10мА, во время передачи данных по каналу GSM — 40мА, кратковременные пики в момент переключения — до 160мА. Благодаря низкому энергопотреблению датчик может быть запитан от автономных источников питания — аккумуляторных или солнечных батарей. Это особенно удобно при развертывании временных точек контроля уровня воды в водоемах, например, в паводковой период.

Измеренные и расчетные данные прибор пересылает одному, заранее определенному адресату. Информация передается по сети GSM в виде SMS или GPRS сообщений. Поддерживаемые частоты по стандарту GSM: 850, 900, 1800, 1900 МГц. Каждое сообщение SMS или GPRS содержит подробности одного измерения: тэг (при GPRS передаче), расстояние, уровень, внутреннюю и внешнюю температуру, код состояния оборудования. Периодичность передачи сообщений устанавливается при начальной настройке устройства и может составлять от 3 минут до 45 дней. В стандартном исполнении антенна GSM находится в корпусе уровнемера. В случае слабого сигнала, например, при размещении датчика внутри колодца, может быть использована внешняя антенна.

Получателем SMS и GPRS сообщений от множества полевых устройств GaugerGSM является персональный компьютер или сервер. Пользователь может видеть принятые данные с помощью программы мониторинга GaugerNET, поставляемой компанией SolidAT.

SolidAT Gauger GSM

Датчики уровня SolidAT GaugerGSM имеют 1 релейный выход, 1-3 опциональных дискретных входа, моноблочную или разнесенную конструкцию, опциональный выход RS485. Программные алгоритмы датчика отсекают ложные эхосигналы, компенсируют изменения температуры и обрабатывают турбулентные цели. Модификация датчика GaugerGPS, кроме всего прочего, может осуществлять передачу точных координат расположения датчика (GPS) для получения более наглядной информации при контроле уровня воды в открытых водоемах.

Высокоточный беспроводной датчик уровня GaugerGSM.
Диапазон измерения уровня: 0,15 — 8,0 м (для частоты 75 кГц) или 0,35 — 9,5 м (для частоты 50 кГц). Погрешность измерения: от ±1,5мм (расстояние до 60 см), до ±0,3% (расстояние до 8 метров).

Рабочая температура: от –20 до +70°С (версия с дисплеем), от -30 до +70°С (версия без дисплея).

При подготовке публикации использованы информационные материалы компании SolidAT.

Автоматика контроля уровня воды

применение реле контроля уровня

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.

Читайте так же:
Как правильно варить электродной сваркой

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 РКУ-1М. (аналог РКУ-02 TDM)

реле рку 1м с датчикомсхема подключения электродов для рку 1м

Реле контроля уровня TDM представлено четырьмя моделями:

  1. РКУ-01 (SQ1507-0002) под разъем Р8Ц(SQ1503-0019) на дин-рейку
  2. РКУ-02 (SQ1507-0003) на дин-рейку (аналог РКУ-1М)
  3. РКУ-03 (SQ1507-0004) на дин-рейку
  4. РКУ-04 (SQ1507-0005) на дин-рейку

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

рку 01 тдмрку 02рку 03рку 04

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».

применение рку-02 или рку 01м

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 )

применение реле рку 03, схема подключения

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.

применение реле рку 04

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

Выбираем датчик уровня воды в резервуаре и емкости

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.

Различные виды датчиков уровня

Различные виды датчиков уровня

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.

Поплавковый датчик для управления насосом

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.

Читайте так же:
Как расплавить сталь в домашних условиях

Принцип работы ультразвукового датчика уровня

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.

Измерение уровня жидкости кондуктометрическими датчиками

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).

Емкостной датчик уровня

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.

Измерение уровня радарным датчиком

Измерение уровня радарным датчиком

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.

Измерение заполнения гиростатическим датчиком

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.

Схема управления водозабоным насосом

Схема управления водозабоным насосом

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:

Датчик уровня воды

Схема контроля уровня воды, схема реле уровня воды.
Описание.

  • Предлагается схема для повторения простого и очень надежного прибора за контролем уровня воды в баке, емкости, резервуара. В устройстве используется 6 транзисторов, один таймер IC NE555 (аналог КР1006ВИ1), электромагнитное реле и несколько пассивных компонентов, оно полностью автоматическое, позволяет включать двигатель насоса, когда уровень воды в емкости бака опускается ниже заданного уровня и выключает насос, когда уровень воды в баке, емкости наполнится и достигнет максимальной отметки.
  • Зонд D расположен в самом низу резервуара, в то же время, зонды В и С помещены в средней части резервуара, соответственно определяют заполнение водой наполовину и выше среднего уровня бака.
  • Сенсорная часть схемы выполняется на транзисторах Q1, Q2 и Q3.
  • Когда уровень воды находится ниже датчиков А, В и С, транзисторы Q1, Q2 и Q3 в закрытом состоянии. При повышении уровня воды зонды по очереди оказываются в воде, соответствующие транзисторы открываются. Резисторы R1, R2, R3 ограничивают ток базы данных транзисторов, а резисторы R4, R5, R6 ограничивают их ток коллекторов.
  • Загорание соответствующих светодиодов D1, D2 и D3 сигнализируют об уровне воды.
Читайте так же:
Как правильно завалить дерево в нужном направлении

Работа схемы

Когда уровень воды уменьшится и станет ниже датчика, транзистор Q2 переходит в закрытое состояние, и на его коллекторе появляется высокий положительный потенциал, коллектор Q2 подключен к базе транзистора Q6, в результате транзистор Q6 открывается. Транзистор Q5 остается в прежнем состоянии, т.к. база подключена к коллектору Q4 который в настоящее время закрыт. В тот момент, когда уровень воды опустится ниже датчика среднего уровня, реле К1 активизируется и насос запускается. Реле продолжает находится во включенном состоянии, так что даже если уровень воды поднимется выше среднего уровня, насос остается включенным, до тех пор пока резервуар полностью не заполнится (при этом используются контакты N/O реле К1).
Включенные контакты реле замыкают эмиттер с коллектором Q6, чтобы отключить реле К1 необходимо закрыть транзистор Q5, это произойдет автоматически, когда уровень воды достигнет максимального уровня.
Коллектор транзистора Q1 подключен к выводу 2 триггера IC1. Когда уровень воды достигнет максимального уровня — транзистор Q1 открывается, в результате этого коллектор подтягивается к земле, тем самым запускается IC1, с вывода 3 в течении 1S напряжение высокого уровня открывает транзистор Q4 и закрывается Q5, в результате реле К1 выключается, двигатель останавливается. Это состояние продолжается до тех пор, пока уровень воды снова не опустится ниже среднего уровня.
Резистор R8 подключен к «+» источника, при подаче на вывод 4 напряжения низкого уровня (менее 0,7в) таймер переходит в исходное состояние. Электролитический конденсатор C3 формирует импульс, отрицательным фронтом запускается микросхема NE555 в режим моностабильного мультивибратора.
Резисторы R10 и R12 ограничивают ток коллектора транзисторов Q4 и Q5, а R9 и R11 ограничивает ток базы. R13 ограничивает ток базы Q6, диод D4 шунтирующий, который защищает транзистор при переключении.

Уровень воды

<Принципиальная схема блока контроля уровня воды.
Зонды, стержни, щупы, датчики их действие основано на свойстве электропроводности воды. При размещении стержней учтите — они не должны касаться между собой и стенок емкости. Датчик С устанавливается на минимальный уровень воды, датчик А на максимальный уровень воды.
Зонд уровеня водыВариант расположения датчиков показан на рисунке. В качестве щупов могут применяться металлические стержни. Зонды можно прикрепить к пластиковым опорам и установить вертикально внутри резервуара. Длину металлических проводников и пластиковой опорной штанги выбираются в зависимости от глубины резервуара. Поскольку датчики находятся под постоянным током, то им требуется небольшие профилактические работы с периодичностью один раз 1 — 2 месяца. Если датчики находились бы под напряжения AC, необходимость в профилактических работах пропадает.
Пояснения.
Питание прибора контроля уровня воды применяется источник постоянного тока 12V DC.
Электромагнитное реле на 5V с сопротивлением обмотки 220 Ом, поэтому последовательно включен резистор R12, если применить реле на 12V, то R12 исключается.
При выборе реле, используйте то, которое потребляет ток не более 500 мА, так как максимальная ток коллектора PN2222 составляет 600мА.
При монтаже возможно установление NE555 в панель.
К1 должно иметь два замыкающих контакта.
Нагрузочная способность реле должно быть в соответствии с установленным двигателем насоса.
К выбору транзисторов — подойдут любые подходящие по параметрам широко распространенные полупроводниковые приборы.
Схема блока питания.

Блок питания 12в

Источник питания 12В постоянного тока
Классическая схема регулируемого источника питания на основе микросхемы 7812, устанавливаемая на дюралюминиевый радиатор, для индикации включения имеется светодиод, резистор R13 ограничивает ток протекающий через LED. Радиатор для корпуса типа ТО-220 или подобный, его свободно можно приобрести на рынке радиодеталей.

Датчики уровнемеров и авторегуляторов уровня воды в баке

Где используется датчик уровня воды

Водоснабжение и водоотвод является неотъемлемой частью быта и производства. Практически каждый, кто занимался фермерским хозяйством или благоустройством быта, хоть раз сталкивался с проблемой поддержания уровня воды в той или иной емкости. Некоторые делают это вручную, открывая и закрывая задвижки, но намного проще и эффективнее использовать для этих целей автоматический датчик уровня воды.

Читайте так же:
Зажимы для монтажа сэндвич панелей

Типы датчиков уровня

В зависимости от поставленных задач для контроля за уровнем жидкости используются контактные и бесконтактные датчики. Первые, как можно догадаться из их названия, имеют контакт с жидкостью, вторые получают информацию дистанционно, используя косвенные методы измерения – прозрачность среды, ее емкость, электропроводность, плотность и пр. По принципу действия же все датчики можно разделить на основных 5 типов:

  1. Поплавковый.
  2. Электродный.
  3. Гидростатический.
  4. Емкостный.
  5. Радарный.

Первые три можно отнести к приборам контактного типа, поскольку они непосредственно взаимодействуют с рабочей средой (жидкостью), четвертый и пятый – бесконтактные.

Поплавковые сенсоры

Пожалуй, самые простые по конструкции. Представляют собой поплавковую систему, которая находится на поверхности жидкости. По мере изменения уровня поплавок движется, тем или иным образом замыкая контакты механизма контроля. Чем больше контактов находится по пути движения поплавка, тем точнее показания сигнализатора:

Принцип измерительного устройства

Принцип работы поплавкового датчика уровня воды в баке

Из рисунка видно, что показания индикатора такого устройства дискретны, а количество значений уровня зависит от числа выключателей. На приведенной схеме их два – верхний и нижний. Этого, как правило, вполне достаточно для автоматического поддержания уровня в заданном диапазоне.

Существуют поплавковые приборы и для непрерывного дистанционного контроля. В них поплавок управляет движком реостата, а уровень вычисляется исходя из текущего сопротивления. Такие устройства до недавнего времени широко использовались, к примеру, для измерения количества бензина в топливных баках автомобилей:

Устройство реостатного уровнемера, где:

  • 1 – проволочный реостат;
  • 2 – ползунок реостата, механически связанный с поплавком.

Электродные датчики уровня

Устройства этого типа используют электрическую проводимость жидкости и являются дискретными. Датчик представляет собой несколько электродов различной длины, погруженных в воду. В зависимости от уровня в жидкости оказывается то или иное количество электродов.

Датчик уровня воды своими руками

Трехэлектродная система датчиков уровня жидкости в резервуаре

На рисунке, приведенном выше, два правых датчика погружены в воду, а значит, между ними присутствует сопротивление воды – насос остановлен. Как только уровень опустится, средний датчик окажется сухим, а сопротивление цепи увеличится. Автоматика запустит насос подкачки. Когда емкость окажется заполненной, самый короткий электрод попадет в воду, его сопротивление относительно общего электрода уменьшится и автоматика остановит насос.

Вполне понятно, что количество контрольных точек несложно увеличить, добавив в конструкцию дополнительные электроды и соответствующие каналы контроля, к примеру, для аварийной сигнализации переполнения или пересыхания.

Гидростатическая система контроля

Здесь датчик представляет собой открытую трубку, в которой установлен сенсор давления того или иного типа. При увеличении уровня изменяется высота водяного столба в трубке, а значит, и давление на сенсор:

Особенности датчика уровня воды

Принцип работы гидростатической системы контроля уровня жидкости

Такие системы обладают непрерывной характеристикой и могут использоваться не только для автоматического управления, но и для дистанционного контроля уровня.

Емкостный метод измерения

Как использовать датчик уровня воды

В датчиках этого типа в качестве сенсора используется конденсатор, электрическая емкость которого изменяется в зависимости от диэлектрических свойств окружающей среды. Если рядом с обкладками измерительного конденсатора находится вода, он имеет одну электрическую емкость, воздух – другую.

Система контроля постоянно измеряет электроемкость датчика и при ее изменении принимает то или иное решение. Измерители такого типа являются дискретными и могут использоваться лишь для контроля за конкретным уровнем жидкости. Если емкость для воды выполнена из диэлектрика, то измерения могут проводиться бесконтактно – через стенку бака или водомерной трубки. В противном случае емкостный датчик устанавливается внутрь бака.

Схема для изготовления датчика

Принцип работы емкостного датчика с металлической (слева) и диэлектрической ванной

По сходному принципу работают и индукционные указатели, но в них роль сенсора исполняет катушка, индуктивность которой изменяется в зависимости от присутствия жидкости. Основным недостатком подобных устройств является то, что они годятся только для контроля за веществами (жидкости, сыпучие материалы и пр.), имеющими достаточно высокую магнитную проницаемость. В быту индуктивные сенсоры практически не используются.

Радарный контроль

Основное достоинство этого метода – отсутствие контакта с рабочей средой. Причем сенсоры могут отстоять от жидкости, уровень которой необходимо контролировать, достаточно далеко – метры. Это позволяет использовать датчики радарного типа для контроля за исключительно агрессивной, ядовитой или горячей жидкостями. О принципе работы таких датчиков говорит само их название – радарные. Прибор состоит из передатчика и приемника, собранных в одном корпусе. Первый излучает тот или иной тип сигнала, другой принимает отраженный и подсчитывает время задержки между отправленным и принятым импульсами.

Схема изготовления датчика

Принцип работы ультразвукового сигнализатора уровня радарного типа

Сигналом в зависимости от поставленных задач может служить свет, звук, радиоизлучение. Точность таких сенсоров достаточно велика – миллиметры. Единственным, пожалуй, недостатком можно считать сложность радарного оборудования контроля и достаточно высокую его стоимость.

Читайте так же:
Как долить масло в подкатной домкрат видео

Самодельные регуляторы уровня жидкости

Благодаря тому, что некоторые из датчиков исключительно просты по конструкции, создать реле уровня воды своими руками совсем несложно. Работая совместно с водяными насосами, такие приборы позволят полностью автоматизировать процесс подкачки воды, к примеру, в дачную водонапорную башню или автономную систему капельного полива.

Поплавковый автомат управления насосом

Для реализации этой идеи используется самодельный герконовый датчик уровня воды с поплавком. Он не требует дорогостоящих и дефицитных комплектующих, прост в повторении и достаточно надежен. Прежде всего, стоит рассмотреть конструкцию самого сенсора:

Конструкция двухуровневого поплавкового датчика воды в баке

Он состоит из собственно поплавка 2, который закреплен на подвижном штоке 3. Поплавок находится на поверхности воды и в зависимости от ее уровня движется вместе со штоком и закрепленным на нем постоянным магнитом 5 вверх / вниз в направляющих 4 и 5. В нижнем положении, когда уровень жидкости минимален, магнит замыкает геркон 8, а в верхнем (бак полон) – геркон 7. Длина штока и расстояние между направляющими выбирается исходя из высоты водяного бака.

Осталось собрать устройство, которое будет автоматически включать и выключать насос подкачки в зависимости от состояния контактов. Схема его выглядит следующим образом:

Схема управления водяным насосом

Предположим, что бак полностью заполнен, поплавок находится в верхнем положении. Геркон SF2 замкнут, транзистор VT1 закрыт, реле К1 и К2 отключены. Водяной насос, подключенный к разъему ХS1, обесточен. По мере расхода воды поплавок, а вместе с ним и магнит будут опускаться, геркон SF1 разомкнется, но схема останется в прежнем состоянии.

Как только уровень воды упадет ниже критического, замкнется геркон SF1. Транзистор VT1 откроется, реле К1 сработает и встанет на самоблокировку контактами К1.1. Одновременно контакты К1.2 этого же реле подадут питание на пускатель К2, включающий насос. Началась подкачка воды.

По мере увеличения уровня поплавок начнет подниматься, контакт SF1 разомкнется, но заблокированный контактами К1.1 транзистор останется открытым. Как только емкость наполнится, замкнется контакт SF2 и принудительно закроет транзистор. Оба реле отпустят, насос отключится, а схема перейдет в ждущий режим.

При повторении схемы на месте К1 можно использовать любое маломощное электромагнитное реле на напряжение срабатывания 22-24 В, к примеру, РЭС-9 (РС4.524.200). В качестве К2 подойдет РМУ (РС4.523.330) или любое другое на напряжение срабатывания 24 В, контакты которого выдерживают пусковой ток водяного насоса. Герконы пойдут любые, работающие на замыкание или переключение.

Реле уровня с электродными датчиками

При всем своем достоинстве и простоте, предыдущая конструкция уровнемера для емкостей имеет и существенный недостаток – механические узлы, работающие в воде и требующие постоянного обслуживания. Этот недостаток отсутствует у электродной конструкции автомата. Она намного надежнее механической, не требует никакого обслуживания, а схема ненамного сложнее предыдущей.

Здесь в качестве датчиков используются три электрода, выполненные из любого токопроводящего нержавеющего материала. Все электроды электрически изолированы друг от друга и от корпуса емкости. Конструкция сенсора хорошо видна на рисунке, приведенном ниже:

Как работает датчик уровня воды

Конструкция трехэлектродного сенсора, где:

  • S1 – общий электрод (всегда в воде)
  • S2 – сенсор минимума (бак пуст);
  • S3 – сенсор максимального уровня (бак полон);

Схема же управления насосом будет выглядеть следующим образом:

Схема автоматического управления насосом при помощи электродных сенсоров

Модели датчиков уровня воды

Если бак полон, то все три электрода находятся в воде и электрическое сопротивление между ними невелико. При этом транзистор VT1 закрыт, VT2 открыт. Реле К1 включено и своими нормально замкнутыми контактами обесточивает насос, а нормально разомкнутыми подключает сенсор S2 параллельно S3. Когда уровень воды начинает падать, оголяется электрод S3, но S2 еще в воде и ничего не происходит.

Вода продолжает расходоваться и, наконец, оголяется электрод S2. Благодаря резистору R1 транзисторы переходят в противоположное состояние. Реле отпускает и запускает насос, одновременно отключая датчик S2. Уровень воды постепенно повышается и сначала замыкает электрод S2 (ничего не происходит – он отключен контактами К1.1), а затем и S3. Транзисторы снова переключаются, реле срабатывает и отключает насос, одновременно подключая сенсор S2 в работу для следующего цикла.

В устройстве можно использовать любое маломощное реле, срабатывающее от 12 В, контакты которого способны выдержать ток пускателя насоса.

При необходимости эту же схему можно применить и для автоматической откачки воды, скажем, из подвала. Для этого дренажный насос нужно подключить не к нормально замкнутым, а к нормально разомкнутым контактам реле К1. Никаких других изменений схема не потребует.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector