Для осуществления постоянного контроля над уровнем жидкости в различных бытовых и промышленных резервуарах, а также для своевременной подачи сигналов о регулировании уровня предусмотрено специальное устройство – датчик уровня воды.
Существуют контактные и бесконтактные типы устройств, основные отличия которых заключаются в рабочем механизме.
Основные разновидности приборов
Датчики контроля уровня воды классифицируются в соответствии с их назначением. Устройства применяются для решения следующих задач:
- контроля над изменением уровня жидкости в емкости и сигнализации при превышении допустимого значения;
- запуска сигнализирующего звукового или светового реле в центральном управляющем блоке;
- передачи замеров на дисплей блока управления с определением используемых емкостей;
- поддержания замкнутого цикла контроля над уровнем жидкости в емкости при помощи контроллера и электрического насосного двигателя.
По конструктивным особенностям прибор бывает:
- Бесконтактного типа. Подобные устройства применяются для веществ в вязкой, сыпучей, жидкой или твердой форме. К этой категории относятся дискретные и ультразвуковые датчики.
- Контактного типа. Устройства, предназначенные для установки в резервуаре на внутренней стенке на соответствующей высоте. При достижении водой установленной отметки происходит активация прибора с передачей сигнала. В этой категории представлены поплавковые и гидростатические датчики.
По механизму воздействия регулятор уровня воды в баке бывает:
- поплавковым;
- гидростатическим;
- дискретным;
- радарным;
- ультразвуковым.
Функциональные характеристики основных типов
- Поплавковый датчик – надежная и эргономичная конструкция устройства, которая комплектуется электрическим реле уровня. Работает датчик по такому принципу: когда уровень воды в баке достиг определенной отметки, жидкость активизирует поплавок. Изменяя положение, поплавок затрагивает реле и способствует замыканию рабочего контакта.
Поплавковые устройства представлены магнитострикционными и дискретными типами. Первый тип отличается дешевизной и простотой эксплуатации, второй – дороговизной, сложностью монтажа и долговечностью, гарантирующей точный контроль уровня воды в баке. Единственный недостаток приборов поплавкового типа – постоянное нахождение в жидкой среде.
- Гидростатический датчик – чувствительный прибор для измерения давления воды в различных емкостях. Основные его преимущества – долговечность, практичность, эргономичность и доступная стоимость.
Гидростатические измерители постоянно контактируют с жидкой средой, поэтому их практически невозможно эксплуатировать в агрессивных условиях.
- Дискретный датчик представлен специальными пластинами, которые определяют степень наполнения емкостей водой. Конструктивно подобные приборы лишены подвижных элементов и механизмов, что обеспечивает их долговечность, надежность и доступность использования. К недостаткам устройств можно отнести обязательный контакт с жидкой средой и восприимчивость к изменению температуры жидкости.
- Радарный датчик контролирует уровень жидкости за счет сдвига частот, разницы между излучающим и отражающим сигналом. Подобные устройства работают по принципу излучателя и улавливателя электромагнитных волн, благодаря чему они обеспечивают более точный замер.
Приборы радарного типа обладают следующими преимуществами:
- имеют простую и надежную конструкцию;
- не требуют контакта с жидкой средой;
- отличаются устойчивостью к агрессивной среде;
- гарантируют высокий результат.
- Ультразвуковой датчик конструктивно и функционально схож с предыдущим типом устройств, контроль осуществляется при помощи ультразвукового излучения, которое создается специальным генератором. Он обладает теми же преимуществами, что и радарный аналог, единственное отличие заключается в меньшей точности готового результата.
Правильный выбор датчика уровня
Чтобы правильно выбрать датчик уровня воды в баке, рекомендуется обратить внимание на его ключевые характеристики:
- Каковы конструктивные особенности и назначение прибора, типы веществ, для которых он предназначается.
- Оказывает ли влияние тип материала, из которого изготовлен прибор, на конечные показатели замера.
- Какие схемы преобразования сигналов предусмотрены для эффективной эксплуатации прибора.
- Обеспечивается ли точность получаемых результатов при быстром изменении уровня жидкости.
- Стандартна ли комплектация прибора, имеются ли вспомогательные элементы и указатели для изменения заданных настроек и параметров.
- Какова восприимчивость прибора к внешнему воздействию – вибрациям, электромагнитным излучениям.
- Имеется ли сертификация продукции согласно государственным стандартам.
- Какие гарантийные обязательства даны от производителя или продавца.
Изготовление поплавкового датчика уровня в домашних условиях
Как сделать самодельный датчик уровня воды для использования в пластиковом накопителе? Для изготовления простого устройства потребуются рычаг, открывающий клапан, и поплавковый элемент. Все работы выполняются в следующем порядке:
- В верхней части готового резервуара поплавковый элемент с рычагом подсоединяется к штоку, который используется для перемещения поршневого цилиндра.
- Когда вода достигает максимального значения, поплавок воздействует на рычаг, который двигает поршень и обеспечивает закрытие клапана для прекращения доступа воды через нижнюю водонапорную трубу.
- По мере того как объем воды будет использоваться, поплавок медленно опускается на дно, воздействуя на поршень. Далее происходит открытие клапана и заполнение резервуара жидкостью.
Изготовить датчик уровня воды своими руками под силу любому начинающему мастеру. Устройство подойдет для установки в скважинах, колодцах, насосном оборудовании и водных резервуарах.
На производстве нередко возникает необходимость в измерении уровня жидкости (воды, бензина, масла). В быту чаще всего нужно определить высоту воды в какой-либо емкости, для этого применяют специальные приспособления - уровнемеры и сигнализаторы. Измерительные устройства делятся на несколько разновидностей, их приобретают в магазинах, но для домашнего использования проще всего сделать датчик уровня воды своими руками.
Виды датчиков
Датчики различаются между собой по способу измерения уровня жидкости и делятся на два вида: сигнализаторы и уровнемеры. Сигнализаторы отслеживают заданную точку заполнения емкости и при достижении нужного объема жидкости прекращают ее поступление (пример - поплавок в бачке унитаза).
Уровнемеры непрерывно контролируют степень заполнения резервуара (пример - датчик на шахтном водоотливе).
По принципу действия датчики уровня воды в емкости делятся на такие разновидности:
Это самые распространенные уровневые датчики, кроме них существуют емкостные, гидростатические, радиоизотопные и другие виды устройств, которые применяются в различных отраслях промышленности.
Правила выбора
При покупке датчика уровня жидкости в резервуаре нужно учитывать несколько факторов, при их соблюдении устройство будет работать правильно и безотказно. В первую очередь нужно определить тип жидкой среды и ее плотность, уровень опасности для человека. Значение имеют материал изготовления емкости, ее объем - от этих параметров зависит принцип действия выбранного датчика.
Следующий момент, на который нужно обратить внимание - предназначение устройства , будет оно использоваться для контроля минимального и максимального уровня жидкости или же для постоянного отслеживания заполняемости резервуара.
При выборе промышленных датчиков количество критериев может быть расширено, для бытовых сигнализаторов и уровнемеров достаточно учитывать объем резервуара и тип устройства. В домашних условиях используются приспособления, изготовленные своими руками - работают они ничуть не хуже заводских моделей.
Изготовление своими руками
Проще всего изготовить самостоятельно поплавковый датчик уровня воды в резервуаре, или сигнализатор наполнения.
Принцип действия такого устройства заключается в том, что поплавок всплывает в жидкости, при максимальном наполнении емкости замыкает контакты и сигнализирует о достаточном уровне воды.
Последовательность изготовления:
Приведенная схема изготовления датчика самая простая, ее используют для небольших емкостей.
Минус такого устройства в том, что оно не дает возможности автоматического выключения насоса. Чтобы останавливать подачу воды в резервуар, изготавливают сигнализаторы с использованием магнитов и герконов.
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.
- 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.
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.
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.
