За автоматизиране на много производствени процеси е необходимо да се следи нивото на водата в резервоара; измерването се извършва с помощта на специален сензор, който дава сигнал, когато технологичната среда достигне определено ниво. В ежедневието е невъзможно без нивомери, ярък пример за това е спирателният вентил на тоалетно казанче или автоматична система за изключване на помпа за кладенец. нека помислим различни видовесензори за ниво, тяхната конструкция и принцип на работа. Тази информация ще бъде полезна, когато избирате устройство за конкретна задача или сами правите сензор.

Конструкция и принцип на действие

Конструкцията на измервателни устройства от този тип се определя от следните параметри:

• Функционалността, в зависимост от това устройство, обикновено се разделя на аларми и нивомери. Първите наблюдават определена точка на пълнене на резервоара (минимум или максимум), докато вторите непрекъснато следят нивото.
• Принципът на действие може да се основава на: хидростатика, електропроводимост, магнетизъм, оптика, акустика и др. Всъщност това е основният параметър, който определя обхвата на приложение.
• Метод на измерване (контактен или безконтактен).

В допълнение, конструктивните характеристики се определят от характера на технологичната среда. Едно е да се измери височината на питейната вода в резервоар, друго е да се провери пълненето на индустриални резервоари за отпадъчни води. В последния случай е необходима подходяща защита.

Видове сензори за ниво

В зависимост от принципа на действие алармите обикновено се разделят на следните видове:

• тип поплавък;
• използване на ултразвукови вълни;
• устройства с капацитивен принцип на откриване на ниво;
• електрод;
• тип радар;
• работи на хидростатичен принцип.

Тъй като тези видове са най-често срещаните, нека разгледаме всеки от тях поотделно.

Поплавък

Това е най-простият, но въпреки това ефективен и надежден начин за измерване на течност в резервоар или друг контейнер. Примерно изпълнение може да се намери на Фигура 2.

Ориз. 2. Поплавъчен сензор за управление на помпата

Дизайнът се състои от поплавък с магнит и два тръстикови превключвателя, монтирани на контролни точки. Нека опишем накратко принципа на работа:

• Контейнерът се изпразва до критичния минимум (А на фиг. 2), докато поплавъкът пада до нивото, където се намира рийд превключвател 2, той включва релето, което захранва помпата, изпомпваща вода от кладенеца.
• Водата достига максимално ниво, поплавъкът се издига до мястото на рийд превключвател 1, той се задейства и релето се изключва, съответно двигателят на помпата спира да работи.

Доста лесно е да направите такъв тръстиков превключвател сами и настройването му се свежда до задаване на нива на включване и изключване.

Имайте предвид, че ако изберете правилния материал за поплавъка, сензорът за нивото на водата ще работи дори ако в резервоара има слой пяна.

Ултразвукова

Този тип измервателни уреди могат да се използват както за течни, така и за сухи среди и могат да имат аналогов или дискретен изход. Тоест сензорът може да ограничи пълненето при достигане на определена точка или да го следи непрекъснато. Устройството включва ултразвуков излъчвател, приемник и контролер за обработка на сигнала. Принципът на работа на алармата е показан на фигура 3.

Ориз. 3. Принцип на действие на ултразвуков датчик за ниво

Системата работи по следния начин:

• излъчва се ултразвуков импулс;
• получава се отразеният сигнал;
• Анализира се продължителността на затихване на сигнала. Ако резервоарът е пълен, той ще бъде къс (A Фиг. 3), а когато се изпразни, ще започне да се увеличава (B Фиг. 3).

Ултразвуковата аларма е безконтактна и безжична, така че може да се използва дори в агресивни и експлозивни среди. След първоначалната настройка такъв сензор не изисква специализирана поддръжка, а липсата на движещи се части значително удължава експлоатационния му живот.

Електрод

Електродните (кондуктометрични) аларми ви позволяват да наблюдавате едно или повече нива на електропроводима среда (т.е. те не са подходящи за измерване на пълненето на резервоар с дестилирана вода). Пример за използване на устройството е показан на фигура 4.

Фигура 4. Измерване на нивото на течността с кондуктометрични сензори

В дадения пример е използвана тристепенна аларма, при която два електрода контролират пълненето на контейнера, а третият е авариен за включване на режим на интензивно изпомпване.

Капацитивен

С помощта на тези аларми е възможно да се определи максималното пълнене на контейнера и както течни, така и насипни твърди частици със смесен състав могат да действат като технологична среда (виж Фиг. 5).

Ориз. 5. Капацитивен сензорниво

Принципът на работа на алармата е същият като този на кондензатора: капацитетът се измерва между пластините на чувствителния елемент. Когато достигне праговата стойност, се изпраща сигнал към контролера. В някои случаи се използва дизайн със „сух контакт“, т.е. нивомерът работи през стената на резервоара изолирано от технологичната среда.

Тези устройства могат да работят в широк температурен диапазон, не се влияят от електромагнитни полета и могат да работят на голямо разстояние. Такива характеристики значително разширяват обхвата на приложение до тежки условия на работа.

Радар

Този тип алармено устройство наистина може да се нарече универсално, тъй като може да работи с всяка технологична среда, включително агресивна и експлозивна, а налягането и температурата няма да повлияят на показанията. Пример за това как работи устройството е показано на фигурата по-долу.

Устройството излъчва радиовълни в тесен диапазон (няколко гигахерца), приемникът улавя отразения сигнал и по времето на забавянето му определя колко е пълен контейнерът. Измервателният сензор не се влияе от налягането, температурата или естеството на работния флуид. Запрашеността също не влияе на показанията, което не може да се каже за лазерните аларми. Също така е необходимо да се отбележи високата точност на устройствата от този тип, тяхната грешка е не повече от един милиметър.

Хидростатичен

Тези аларми могат да измерват както максималното, така и текущото пълнене на резервоарите. Техният принцип на действие е показан на фигура 7.

Фигура 7. Измерване на пълнежа с гиростатичен сензор

Устройството е изградено на принципа на измерване на нивото на налягане, произведено от колона течност. Приемливата точност и ниската цена направиха този тип доста популярен.

В обхвата на статията не можем да разгледаме всички видове аларми, например тези с въртящ се флаг, за идентифициране на гранулирани вещества (сигналът се изпраща, когато перката на вентилатора се забие в гранулирана среда, след първо разкъсване на ямата) . Също така няма смисъл да се разглежда принципът на работа на радиоизотопните измервателни уреди, още по-малко да се препоръчват за проверка на нивото на питейната вода.

Как да изберем?

Изборът на сензор за ниво на водата в резервоар зависи от много фактори, основните от които:

• Състав на течността. В зависимост от съдържанието на чужди примеси във водата, плътността и електрическата проводимост на разтвора могат да се променят, което вероятно ще повлияе на показанията.
• Обемът на резервоара и материалът, от който е направен.
• Функционалната цел на контейнера е да натрупва течност.
• Необходимо е да се контролира минималното и максималното ниво или да се следи текущото състояние.
• Допустимост на интегриране в автоматизирана система за управление.
• Превключващи възможности на устройството.

Това не е пълен списък за избор на измервателни уреди от този тип. Естествено, за домашна употреба е възможно значително да се намалят критериите за избор, като се ограничат до обема на резервоара, вида на работа и веригата за управление. Значителното намаляване на изискванията го прави възможно самопроизводствоподобно устройство.

Изработка на сензор за нивото на водата в резервоар със собствените си ръце

Да речем, че има задача за автоматизиране на работата на потопяема помпа за водоснабдяване на дача. По правило водата се влива в резервоар за съхранение, следователно трябва да се уверим, че помпата автоматично се изключва, когато се напълни. Изобщо не е необходимо да купувате лазерен или радарен индикатор за ниво за тази цел; всъщност не е необходимо да купувате такъв. Простият проблем изисква просто решение, показано е на фигура 8.

За да разрешите проблема, ще ви е необходим магнитен стартер с 220-волтова намотка и два тръстикови превключвателя: минимално ниво за затваряне, максимално ниво за отваряне. Схемата за свързване на помпата е проста и, което е важно, безопасна. Принципът на работа беше описан по-горе, но нека го повторим:

• Докато водата се събира, поплавъкът с магнита постепенно се издига, докато достигне максималното ниво на рийд превключвателя.
• Магнитното поле отваря тръбния превключвател, изключвайки стартовата бобина, което води до изключване на двигателя.
• Докато водата тече, поплавъкът пада, докато достигне минималната маркировка срещу долния рийд превключвател, контактите му се затварят и напрежението се подава към бобината на стартера, която подава напрежение към помпата. Такъв сензор за нивото на водата в резервоар може да работи десетилетия, за разлика от електронна система за управление.

Използвайки любимия си таймер 555, можете да направите сензор за вода, пералня, антифриз и др. Струва си да се отбележи, че такъв сензор ще бъде полезен както във вашата кола, така и в условия на живот. Схемата е доста проста и лесна за повторение. Микросхемата стана широко разпространена именно поради своята простота.

Следната схема ще се използва за сензора за вода.

Работата на устройството е изключително проста. Когато електродите са потопени в течност, C1, кондензаторът, се заобикаля. Когато електродите са във въздуха, шунтът изчезва и микросхемата започва да работи.

От микросхемата се излъчват правоъгълни импулси. С помощта на такива импулси е възможно да се контролира използването на по-голям товар. Например, можете да изпратите сигнал към електрическа крушка чрез транзистор. Тази технология ви позволява да включите аларма или индикатор във веригата. Използвайки последното, можете да определите наличието на вода в резервоара. Такъв сензор може да се монтира както в резервоара, така и в радиатора. Захранването на сензора е 12 волта. Това означава, че няма да има проблеми с храненето.

По правило сензорите са изработени от фибростъкло. Но най-често те използват обикновена мед (проводници). За сензора са подходящи две еднакви парчета тел с напречно сечение от 1 милиметър. Важно е да се отбележи, че трябва да премахнете всеки лак, който може да има върху металната повърхност от проводниците. Това се прави с помощта на огън или шкурка. Така че дължината на жицата трябва да бъде до 3,5 сантиметра.

За да задържат проводниците в щепсела, те са подсилени със силикон. След това проводниците са прикрепени към самата микросхема. Проводниците в капака могат да бъдат свързани към микросхемата с по-тънки проводници.

Микросхемата може да се монтира - без монтажна платка. Когато всичко е готово, полученото устройство се затваря с друг подобен капак. Връзката между капаците трябва да бъде запечатана с лепило или по друг начин.

По този начин, без да правите ненужни разходи, можете самостоятелно да направите сензор, който ще помогне не само в колата, но и в ежедневието. Така че можете да си спестите честото влизане под душа, за да проверите нивото на водата в резервоара. Домашният сензор за нивото на водата ще реши проблема. Важно е само да извършвате цялата работа внимателно и внимателно, така че устройството да работи правилно.

В индустрията и ежедневието винаги има нужда да се определят различни нива в контейнерите. За тези задачи се използват сензори за ниво с различни конструкции. В зависимост от средата на пълнене на резервоара се използва един или друг сензор; понякога, за простота и спестяване на пари и време, се използват комбинирани сензори, тоест направени на ръка. Това са прости конструкции, които използват напълно различни видове сензори. По принцип такива сензори се използват там, където няма лесен достъп до измервателната среда или мястото на измерване е много агресивно за човешкото здраве.

Видове сензори за ниво

Повечето съвременни сензори за ниво имат електронно реле с преобразувател в своя дизайн. Електронната схема е проектирана да преобразува измерената стойност в стандартен сигнал. Сигналът може да бъде аналогов или дискретен. Аналоговият може да бъде ток 0..20mA и сигнал, наречен токова верига 4..20mA или напрежение 0...5V, 0..10V.

Използват се сензори за ниво за защита на двигателя на помпатаот работа на сухо, регулирайте двигателите на помпите за кладенци, които пълнят всякакви контейнери с вода и други в системата за захранване със студена и топла вода.

Направи си сам сензор за ниво на водата

Нека да видим, използвайки примера за изпомпване на вода от яма, как можем да контролираме автоматичния цикъл на поддържане на нивото на водата не по-високо от необходимото.

Имаме яма с много мръсна на вид течност, състояща се от вода и примеси от охлаждаща течност за фрезите на металорежеща машина.

Бяха разгледани всички видове сензори, но по отношение на цена и лекота на изпълнение, комбиниран дизайн, състоящ се изработена от тел с дължина три метра(дълбочина на ямата), прикрепена към плувка (голям пластмасов съд с въздух), на повърхността телта е прикрепена към пружина с листенце.

Сигналът се приема като конвенционален дискретен 24V сигнал от конвенционален индуктивен сензор. Той работи върху венчелистчето. Когато нивото на водата в ямата се повиши, поплавъкът се издига, отслабвайки пружината. В края на пружината е прикрепено венчелистче, което се издига поради силата на разтягане на пружината. Венчелистчето от своя страна получава обратна връзка от индуктивния сензор, захранвайки релето на двигателя на помпата към бобината, карайки я да изпомпва вода от ямата. За да се избегне честото включване и изключване на двигателя, във веригата на сензорната бобина има реле за забавяне на изключване, настроено на 10 минути.

Така при следващото задействане на сензора релето ще работи отново и цикълът ще се повтори.

Разбира се, за да защитите двигателя от работа на сухо е препоръчително инсталирайте сензор за изтичане в тръбата, през който се изпомпва емулсията. Но в нашия случай простотата на дизайна беше важна. Вместо индуктивен сензор можете да използвате две плочи в контакт една с друга, което ще бъде още по-икономично.

Ако водата или друга течност има хомогенен състав, тогава може да се използва метричен едноелектроден сензор за ниво.

Например DU-1N, произведен от Relsib, предназначен за измерване на нива в различни видоветечности. Сензорът може да работи в широк температурен диапазон. Тялото не е подложено на корозия и е изработено от висококачествена неръждаема стомана. Като изолация се използват керамика и флуоропласт, което осигурява отлична изолационна защита. Устойчив на много механични натоварвания. Измерванията са независими от плътността на течността. И не изисква допълнителни грижи по време на работа.

Понякога човешкият мързел може да ви накара да мислите, така да се каже, да създавате. И те измислиха колелото, вероятно от мързел, когато им писна да носят всичко върху себе си.

Така че ми писна да стоя пред бъчви с вода, които се пълнят с вода. Лятото е сухо, има 4 варела, всяка се пълни за около половин час. Твърде мързеливо е да заплитате района с проводници от сензорите за ниво и да правите контролен блок в такава жега. Опитах се да оставя нещата да се развият, но на петата стъпка от цевта вече забравих, че цевта се пълни и помпата е включена. Започнах да мисля как да направя безжична аларма за пълнене на варел. Мислих дълго, докато радиообаждането не дойде през портата. Всичко, което веднага ви дойде на ум, вижте снимка 1.


Цялата конструкция изискваше два електрода за заваряване и празна бутилка от алкохол. Накратко, всичко, което дойде под ръка. Надявам се всичко това да ви изглежда по-естетично. Първо се прави кобилица и към нея се закрепва поплавък. След това правят заготовка за скобата. Те отрязват парче от електрода с необходимата дължина, заострят го от двете страни и го огъват във формата на буквата "L", поставят кобилица с поплавък в единия край и след това огънат този край, за да образуват скоба . След това тази скоба се забива в дъската. Отне ми около двадесет минути, за да направя всичко. Бутонът за повикване на дъската просто лежи там. Надявам се, че принципът на работа на цялото устройство е ясен. Водата се налива, поплавъкът се издига, кобилицата натиска бутона, звънецът звъни, тичаш от къщата и прехвърляш цялото оборудване в следващата бъчва. Недостатъкът тук е, че разговорът се захранва от 220V мрежа. Не би било лоша идея да го превключите на автономно захранване, тогава ще можете да ловите каракуди в езерото за цял половин час. Късмет. К.В.Ю.

Много летни жители използват различни водоснабдителни системи в своите ферми, които използват междинни контейнери. Те помагат на водата да се пречиства, загрява, в тях се утаяват пясък и железни оксиди, а водата се насища с кислород. Често такива контейнери, варели и резервоари се монтират в мазета и се използват бустерни помпи. Или обратното, поставят ги на тавана и втория етаж и след това водата течечрез гравитация. Но и в двата случая е препоръчително да знаете колко вода е останала в резервоара. Особено ако не е оборудван автоматична системаподдържане на нивото на водата. За да направите това, трябва периодично да слизате в мазето или да се качите на тавана, което е неудобно. Удобно е да имате дистанционен индикатор за нивото на водата с индикация на мястото на основното му потребление или на мястото, където е инсталирано управлението на помпата, която пълни този контейнер. Нека разгледаме някои опции за устройства, които могат да бъдат направени в страната и дистанционно да контролират нивото на водата. Веднага трябва да се каже, че човек едва ли ще се интересува от точната стойност на количеството вода в резервоара. Няма значение дали има 153 или 162 литра. Тук, както при кола, е важно да знаете с точност от 10-15% - „почти пълен резервоар“, „половината“, „по-малко от четвърт“ и т.н.

Механични индикатори.Най-простият за изпълнение, но доста тромав. Като правило те представляват доста голяма и тежка плувка, към която е прикрепен шнур. Връвта се прехвърля върху блокче (ролка), а към другия й край се закача товар, чието тегло е приблизително равно на плувката във водата. Когато нивото на водата се промени, тежестта се движи нагоре и надолу и сама по себе си може да служи като индикатор за напълването на контейнера, ако се вижда. Вярно е, че с „обърната“ скала - колкото повече вода, толкова по-ниско е натоварването на индикатора.

Но ако резервоарът не се вижда визуално, тогава е необходимо да опънете кабела до местоположението на индикатора. За целта здрав шнур се натрива със сапун (за по-добро плъзгане), прекарва се през тънка тръбичка и в другия край се поставя везничка. Разбира се, няма абсолютно никаква нужда от скала с размер на височината на възможното водно ниво (а това може да бъде цял метър). Следователно макара със значително по-малък диаметър е монтирана на една и съща ос с основната макара (и прикрепена към основната макара). Около него се навива малко въже, което ще движи стрелката на индикатора. Дължината на индикаторната скала сега ще бъде по-малка от хода на поплавъка толкова пъти, колкото диаметърът на малкия скрипец е по-малък от диаметъра на големия. И също така ще бъде нормално - максималното ниво е на върха.

Същият индикатор може да се направи и при поплавък на лоста. Тази система е по-подходяща за контейнери с малка дълбочина, но с голяма повърхност на водата. Те обикновено се използват, за да се отърват от желязото, разтворено във вода. При тази опция необходимият коефициент на умножение може да се получи просто чрез избиране на точката, в която кабелът е прикрепен към лоста.

Очевиден недостатък на такива индикатори е изобилието от движещи се части и следователно необходимостта да се поддържат чисти и смазани. Трудността при полагане на комуникации (тръби) на дълги разстояния и през тавани.

Пневматични индикатори.Такива индикатори са подредени по следния начин. Във водосъдържателя се спуска тръба, която има тапа в горната част. В тръбата се образува въздушна камбана. В запушалката на тръбата се изрязва фитинг, от който излиза тънка запечатана тръба. В другия му край има U-образна тръба - индикатор. Към единия край е свързана тръба от контейнера, другият е свободен. В индикатора има водна тапа (направена от цветна вода). Така част от въздуха се задържа в тръбата.

Когато нивото на водата в резервоара се промени, тази част от въздуха се движи съответно нагоре и надолу. И заедно с него се движи "цветната" тапа, която служи като индикатор. За разлика от механичните системи, няма движещи се части за поддръжка. Но системата има и други недостатъци. В частност - високи изискваниядо херметичността на тръбата и зависимостта на показанията от температурата и атмосферно налягане. Грешката е незначителна, но я има.

Електрически индикатори.Те са най-модерните в технологично отношение и могат да бъдат изработени в голямо разнообразие от варианти. Започвайки от най-простите циферблатни индикатори до LED везни и дисплеи. Но всеки електрически индикатор трябва да се основава на някакъв сензор за нивото на течността. Най-лесният начин да го направите е от променлив резистор, чийто двигател заема подходяща позиция в зависимост от нивото на водата в резервоара.

Схемата за свързване е доста проста. Всяка показалка на микроамперметър служи като индикатор. При максимално ниво на водата (плъзгачът на променливия резистор е в горната част на диаграмата), като изберете резистор R1, стрелката на микроамперметъра се поставя в крайна дясна позиция - „пълен резервоар“. Това завършва настройката. При минимално ниво на водата (плъзгачът на резистора е по-долу на диаграмата), микроамперметърът ще покаже „нула“ - „празен резервоар“.

Такъв променлив резистор може да бъде монтиран например на оста на макара (вижте механичните индикатори). Или можете да го направите сами. За да направите това, трябва да вземете тел от метал с високо съпротивление (нихром, константан, фехрал и др.) И да прикрепите към него поплавък с еластични плъзгащи се контакти. Например от калайдисана ламарина. Телта е окачена в резервоара, а отдолу е прикрепена тежест. Проводниците са запоени към краищата на проводника и плъзгащите се контакти. Когато нивото на водата се промени, поплавъкът ще се движи по жицата от максималното към минималното ниво.

За да предотвратите загубата на електроенергия от дистанционния индикатор, по-добре е да го свържете чрез бутон. Тогава един комплект батерии ще издържи няколко години. Използването на микроаперметрична глава не е единственият метод за индикация. Можете да направите прост компаратор на напрежение и да го използвате с LED скала, да го оборудвате със звукови индикатори и т.н. Схеми на такива светодиодни везни могат да бъдат намерени в интернет и съответната радиолюбителска литература.

Основното удобство на електрическите индикатори е тяхната точност, липса на предаване, лекота на окабеляване, надеждност и ефектен дисплей. Недостатъкът е необходимостта от захранване.