Приветствую!
Решил закинуть маленькую статейку — вдруг кому пригодиться, как мне))
Соорудил небольшой простенький девайс для поддержания постоянного уровня воды в емкости. Схемка взята из интернета и повторена лишь с добавлением элементарного параметрического стабилизатора напряжения, т.к. по техзаданию питаться девайс должен от 24В, а вся схема и реле на 12В.
Датчик уровня воды трехэлектродный.
Предлагается схема устройства управления насосом. Эта схема из набора, который предлагает «Мастер КИТ». Устройство управления насосом позволит автоматизировать работу дачного насоса, с помощью которого вода поступает в душевой бак. Принцип работы "умного помощника" следующий, когда уровень воды в душевом баке падает ниже определенного уровня L, насос включается и начинает закачивать воду в емкость. Когда уровень воды достигает заданного уровня Н, устройство отключает насос.
Данное устройство можно применить на даче, в загородном доме, коттедже. Схема электрическая принципиальная устройства показана на рисунке.
Схемка проста и не нуждается в настройке.
Вода обладает электрическим сопротивлением. Пока в емкости нет воды, транзисторы Т1 и Т2 закрыты, на коллекторе транзистора Т1 присутствует высокое напряжение. Данное высокое напряжение, поступая через диод D1 на базу транзистора ТЗ, открывает его и транзистор Т4, что приводит к включению исполнительного реле, к силовым контактам которого подключен насос. Насос начинает качать воду в емкость. Светодиод LED при этом включается, индицируя работу насоса. Когда уровень воды достигает датчика L, транзистор Т1 открывается, напряжение на его коллекторе падает. Однако насос продолжает работать, потому что на базу транзистора Т3 подается напряжение через резистор R8 и поддерживает ключ ТЗ-Т4 в открытом состоянии. Когда уровень воды достигает датчика "Н", транзистор Т2 открывается, и на базу транзистора ТЗ поступает низкий уровень. Ключ ТЗ-Т4 закрывается - реле выключается. Лишь когда уровень воды вновь опустится ниже уровня "L", реле включится опять. Конструктивно, устройство выполнено на печатной плате из фольгированного стеклотекстолита размерами 61x41 мм. В качестве датчиков "L" и "Н" можно использовать подручные материалы, например медные водопроводные полудюймовые гайки, прочно прикрепленные к изолированным проводам. Включение устройств. Подключите к плате провода датчиков и расположите их в экспериментальной емкости такой же высоты, как и используемый на даче душевой бак следующим образом: "СОМ" на дне (если емкость железная, то можно соединить этот провод с корпусом емкости); "L" - на желаемом нижнем уровне воды (уровне включения насоса); "Н" - на уровне отключения насоса. Подключите устройство к источнику питания, соблюдая полярность. Сетевое напряжение и насос пока не подключайте. Включите питание. Должны зажечься индикаторный светодиод и "щелкнуть" реле, подключив насос. Налейте воду в емкость. Когда уровень воды достигнет датчика "Н", реле должно отключиться. Вылейте воду из емкости. Когда уровень воды опустится чуть ниже датчика "L", реле должно включиться. Теперь можно окончательно смонтировать датчики на реальном объекте и, соблюдая осторожность, подключить к контактам схемы 220 В и насос.
Преимущество данной схемы над более простыми — это применение реле всего с одним контактом. Практически на всех подобных более простых схемах используется 2 группы контактов.
В схеме возможны замены: транзисторы любые биполярные с указанной проводимостью. Я ставил В9014 и В9015, а вот VT5 в стабилизаторе — КТ805БМ в ТО-220 с небольшим радиатором. Наличие радиатора обязательное — нагрев весьма интенсивен. Я посадил еще и на термопасту. Диоды — любые кремниевые. Конденсаторы — любые с напряжением не ниже 16В для С1,С2 и 40В для С3. Мостик (или диоды в мосту) — на напряжение не ниже напряжения питания и током не менее 200мА. Ток потребления схемы при сработанном реле составил 150мА при напряжении питания 24В. При питании от постоянного тока можно выкинуть мостик. при питании от источника 12В (постоянного) можно убрать всю схему стабилизатора.
Первая версия.
В плате применил комбинацию DIP и SMD компонентов. Версия платы первая, один из девайсов спаян по ней. Плата второго доработана немного: мост убран с платы, предусмотрено применение транзистора в стабилизаторе в корпусе ТО-220, больше элементов SMD, увеличена ширина дорожек.
Диодный мостик запаян на отдельной небольшой платке.
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.
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:
- (SQ1507-0002) под разъем Р8Ц(SQ1503-0019) на дин-рейку
- (SQ1507-0003) на дин-рейку (аналог РКУ-1М )
- (SQ1507-0004) на дин-рейку
- (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 | - |
В одной из статей я увидел предлагаемый одним из дачников вариант схемы автоматического поддержания уровня воды в накопительном баке , который, если честно, меня встревожил. Эта конструкция имеет ряд недостатков: она сложна в изготовлении, требует определенного уровня квалификации при работе с электронными компонентами и достаточно затратна – один трансформатор чего стоит.
Но самый главный ее недостаток – это низкий уровень электробезопасности. В случае пробоя изоляции трансформатора напряжение сети через электроды-датчики попадет в воду и передастся на бак, что может привести к поражению людей электрическим током.
Предлагаю во всех отношениях простой и очень дешевый вариант схемы автоматического поддержания уровня воды (см. рис 1).
Она состоит только из одного реле и двух датчиков. В качестве первого компонента необходимо использовать двухпозиционное реле К1, а в роли второго – герконы G1 (датчик нижнего уровня воды) и G2 (датчик верхнего уровня воды), расположенные на вертикально установленной вне бака направляю щей для постоянного магнита.
Причем датчик G1 должен быть расположен над G2. Расстояние между ними будет соответствовать допускаемому перепаду между верхним и нижним уровнями воды е баке. Датчики срабатывают при воздействии на них постоянного магнита Q, соединенного с поплавком из пенопласта, расположенным внутри бака на своей направляющей. Эта связь может быть выполнена, например, с помощью рыболовной лески через шкив, установленный в верхней части бака.
Эскиз устройства автоматического поддержания уровня воды в накопительном баке представлен на рис 2. Для информации о включенном положении двигателя насоса в схеме имеется светодиодный индикатор HL
Схема работает следующим образом. В исходном состоянии (воды в баке нет и под воздействием магнита замкнут контакт геркона G1) реле К1 необходимо принудительно привести в состояние, при котором будут замкнуты его контакт К1.2Л и соединенные параллельно контакты К1.3, К1.4 К1.5, К1.6, К1.7, К1.8 и К1.9. Двигатель М насоса начнет работать, и в подтверждение этого будет светиться светодиодный индикатор HL.
При наполнении бака водой поплавок поднимается и контакт датчика G1 размыкается.
При наполнении бака до верхнего уровня магнит, двигающийся по направляющей вниз, воздействует на датчик G2, и тогда его контакт замкнется. Реле К1 переключится, его контакты К1-2, К1.3, К1ЛК1.5,К1.6,К1.7,К1Ли К1.9 разомкнутся, а контакт К1.1, наоборот, замкнется. И тогда двигатель насоса остановится и перестанет светиться светодиодный индикатор HL
При понижении уровня воды в баке до нижнего уровня поплавок опускается, и магнит, двигающийся по направляющей вверх, воздействует на датчик G1 и замыкает его контакт. Реле К1 переключится в исходное положение, его контакты К1.2, К1.3, К1.4, К1.5, К1.6, К1.7, К1.8 и К1.9 замкнутся.
Двигатель насоса снова начнет работать (и, соответственно, загорится светодиодный индикатор HL). Эти циклы будут повторяться до тех пор, пока на схему подается напряжение.
На самом деле, уйма времени ушла на объяснение того, как это все работает. На деле же все устройство проще пареной репы, а раз нет в нем никаких сложных узлов, то и работать оно будет безотказно и долго. А теперь о о материалах и технических характеристиках компонентов съемы.
- В качестве реле К1 я использовал реле типа РП-9, рассчитанное на 220 В переменного напряжения. Можно поставить и РП-12 (тоже на 220 В), но при большой мощности двигателя насоса в схему придется добавить промежуточный контактор.
- В качестве датчиков G1 и G2 можно использовать любые герконы, рассчитанные на ток коммутации не менее 100 мА.
- В качестве индикатора HL подойдут любые индикаторы, например, светодиодные типа СКЛ12 или AD22-22DS на 220 В.
- В качестве направляющей для магнита можно использовать отрезок пластмассового кабельного канала с прямоугольным профилем 10×15 мм.
- В качестве поплавка -кусок пенопласта с прямоугольным отверстием 12×17 мм в центре.
- В качестве направляющей для поплавка можно использовать также отрезок пластмассового кабельного канала с прямоугольным профилем 10×15 мм.
- В качестве магнитного элемента можно использовать магнит из магнитной мебельной защелки, к которому примагничена и приклеена полоска жести с отверстием для лески.
- Датчики (герконы) можно прикрепить к направляющей обычным скотчем.
- В качестве элементов защиты используются предохранители FU1 и FU1 любого типа на ток 5 А.
- Для обесточивания схемы устройства используется спаренный выключатель с контактами SA1 и SA2.
Схема автоматического поддержания воды в накопительном баке
- Рис 1 (вверху). Принципиальная схема устройства автоматического поддержания уровня воды в накопительном баке.
- Рис 2. Эскиз устройства автоматаческого поддержания уровня воды в накопительном баке.
