Dalam teknologi modern, sensor ketinggian air menjalankan fungsi salah satu indera manusia. Pengoperasian seluruh mekanisme yang benar bergantung pada seberapa benar pengelolaan dan pengendalian keadaan aliran air. Pentingnya keandalan perangkat sensor sulit untuk ditaksir terlalu tinggi, jika hanya karena perangkat yang mengendalikan air, pada umumnya, menjadi mata rantai yang sangat “sempit” dalam teknologi modern.

Desain dan prinsip operasi

Terlepas dari prinsip operasi apa yang menjadi dasar perangkat, apakah hanya beroperasi dalam mode alarm atau secara bersamaan menjalankan fungsi penjaga, mesin otomatis, atau mekanisme kontrol, desain perangkat selalu terdiri dari tiga komponen utama:

• Elemen penginderaan yang mampu merespon karakteristik aliran air. Misalnya keberadaan air sebenarnya, ketinggian kolom atau ketinggian dalam tangki, fakta pergerakan aliran air dalam pipa atau saluran;
• Elemen pemberat yang menyeimbangkan bagian sensor pada sensor. Tanpa pemberat, sensor sensitif akan terpicu oleh guncangan sekecil apa pun atau tetesan air yang menyimpang;
• Bagian transmisi atau penggerak yang mengubah sinyal dari sensor yang terpasang pada sensor air menjadi sinyal atau tindakan tertentu.

Sekitar 90% dari semua peralatan air, dalam satu atau lain cara, terhubung ke aktuator listrik - pompa, katup, pemanas, dan mesin yang dikontrol secara elektronik. Jelas bahwa alat yang bekerja dengan aliran air pertama-tama harus aman.

Dari semua sistem persinyalan sensor yang memantau keadaan air dianggap paling sederhana dan paling mudah diakses untuk dipasang dan diperbaiki. Berbeda dengan sensor dan perangkat yang bekerja dengan pengukuran suhu, tekanan, atau aliran, sensor air sangat mudah dikontrol menggunakan perangkat sederhana, atau, dalam kasus ekstrim, melihat ketinggian atau aliran yang dipompa dengan mata kepala sendiri.

Jenis sensor level

Salah satu syaratnya pekerjaan yang sukses sensor adalah sensitivitas sensor yang tinggi, semakin tinggi semakin baik, semakin akurat kemampuan membaca parameter air yang dikontrol. Oleh karena itu, saat kuantitas diukur oleh sensor, mereka mencoba memilih salah satu yang paling banyak berubah selama waktu pengukuran.

Saat ini, ada sekitar dua lusin metode dan metode berbeda untuk mengukur karakteristik mekanik air, namun semuanya digunakan untuk memperoleh informasi:

• Ketinggian kolom air dalam wadah atau tangki;
• Kecepatan aliran atau aliran air;
• Fakta ada tidaknya air dalam wadah tertutup, reservoir, pipa atau penukar panas.

Tentu saja, sensor industri memiliki desain yang cukup rumit, namun prinsip pengoperasian yang digunakan di dalamnya sama dengan peralatan rumah tangga, berkebun, atau otomotif.

Sensor luapan tipe mengambang

Cara paling sederhana untuk mengukur ketinggian air adalah dengan menggunakan desain mekanis sederhana yang terdiri dari pelampung tertutup, tuas atau rocker yang berosilasi, dan katup penutup. Dalam hal ini, sensornya adalah pelampung, pemberatnya adalah pegas dan beban pelampung, dan katup itu sendiri adalah aktuatornya.

Di semua sistem pelampung, sensor atau pelampung disesuaikan dengan ketinggian aktuasi tertentu. Air yang naik di dalam tangki ke tingkat kendali menaikkan pelampung dan membuka katup.

Sistem pelampung dapat dilengkapi dengan aktuator listrik. Misalnya, sisipan magnet dipasang di dalam sensor pelampung; ketika air naik ke tingkat pengoperasian, medan magnet menyebabkan saklar buluh vakum menutup kontak, dan dengan demikian menghidupkan atau mematikan sirkuit listrik.

Sensor pelampung juga dapat diimplementasikan dalam desain bebas, seperti misalnya pada pompa submersible. Dalam hal ini, saklar buluh tidak menutup karena pengaruh medan magnet selongsong, tetapi hanya karena perbedaan tekanan di dalam rumah pompa dan pada tingkat pelampung. Saat ini, sensor pelampung magnetik dengan relai aktuator listrik dianggap sebagai salah satu opsi teraman dan andal untuk memantau ketinggian cairan.

Sensor ultrasonik

Desain sensor air menyediakan dua perangkat - sumber ultrasonik dan penerima sinyal. Gelombang suara diarahkan ke permukaan air, dipantulkan dan dikembalikan ke sensor penerima.

Sekilas, ide menggunakan ultrasound untuk membuat sensor untuk mengontrol ketinggian atau kecepatan air tidak terlihat bagus. Gelombang ultrasonik dapat dipantulkan dari dinding tangki, dibiaskan dan mengganggu pengoperasian sensor penerima, dan sebagai tambahan, diperlukan peralatan elektronik yang rumit.

Faktanya, sensor ultrasonik untuk mengukur ketinggian air atau cairan lainnya ditempatkan di dalam kotak yang sedikit lebih besar dari sebungkus rokok, dan penggunaan ultrasound sebagai sensor memberikan keuntungan tertentu:

• Kemampuan untuk mengukur ketinggian dan bahkan kecepatan air pada suhu berapa pun, dalam kondisi getaran atau pergerakan;
• Sensor ultrasonik dapat mengukur jarak dari sensor ke permukaan air bahkan dalam kondisi polusi berat dengan kadar cairan yang bervariasi.

Selain itu, sensor tersebut dapat mengukur ketinggian air yang terletak pada kedalaman yang signifikan, dengan akurasi pengukuran mencapai 1-2 cm untuk setiap ketinggian 10 m.

Prinsip elektroda kontrol air

Fakta bahwa air bersifat konduktif listrik telah berhasil digunakan untuk membuat sensor level cairan kontak. Secara struktural, sistem ini terdiri dari beberapa elektroda yang dipasang dalam sebuah wadah dengan ketinggian berbeda dan dihubungkan ke dalam satu rangkaian listrik.

Saat wadah terisi air, cairan secara berurutan menutup sepasang kontak, yang menghidupkan rangkaian relai kontrol pompa. Biasanya sensor air memiliki dua atau tiga elektroda, sehingga pengukuran aliran air terlalu berbeda. Sensor hanya memberi sinyal ketika level minimum tercapai dan menghidupkan motor pompa, atau ketika tangki terisi penuh dan mematikannya, sehingga sistem seperti itu digunakan untuk mengontrol tangki air cadangan atau irigasi.

Sensor air tipe kapasitif

Sensor jenis kondensor atau kapasitif digunakan untuk mengukur ketinggian air pada wadah yang sempit dan dalam, bisa berupa sumur atau lubang bor. Dengan menggunakan sensor kapasitif Anda dapat menentukan ketinggian kolom air di dalam sumur dengan akurasi sepuluh sentimeter.

Desain sensor terdiri dari dua elektroda koaksial, sebenarnya sebuah pipa dan elektroda logam internal, yang direndam dalam lubang sumur. Air mengisi sebagian ruang internal sistem, sehingga mengubah kapasitasnya. Dengan menggunakan sirkuit elektronik yang terhubung dan kumparan osilasi kuarsa, Anda dapat menentukan kapasitansi sensor dan jumlah air di dalam sumur secara akurat.

Pengukur radar

Sensor gelombang atau radar digunakan untuk bekerja dalam kondisi yang paling sulit, misalnya jika Anda perlu mengukur ketinggian atau volume cairan dalam tangki, reservoir terbuka, atau sumur yang bentuknya asimetris dan tidak beraturan.

Prinsip pengoperasiannya tidak berbeda dengan perangkat ultrasonik, dan penggunaan pulsa listrik memungkinkan pengukuran dilakukan dengan sangat akurat.

Opsi sensor hidrostatik

Salah satu opsi untuk sensor hidrostatis ditunjukkan pada diagram.

Untuk informasi anda! Sensor serupa digunakan di mesin cuci dan boiler, dimana sangat penting untuk mengontrol ketinggian kolom air di dalam tangki.

Sensor hidrostatik adalah sebuah kotak dengan membran pegas elastis yang membagi badan sensor menjadi dua kompartemen. Salah satu bagian dihubungkan dengan tabung polietilen tahan lama ke sambungan yang disolder ke bagian bawah tangki.

Tekanan kolom air ditransmisikan melalui tabung ke membran dan menyebabkan kontak relai start menutup; paling sering, sepasang digunakan untuk memulai aktuator - sisipan magnetik dan saklar buluh.

Sensor tekanan air

Tekanan hidrostatis ditentukan pada kondisi dimana aliran atau volume air tertentu dalam keadaan diam. Paling sering, sensor hidrostatik digunakan pada perangkat pemanas dan pemanas - boiler, boiler pemanas.

Perangkat sensor tekanan air

Perangkat tersebut paling sering beroperasi dalam mode pemicu:

• Pada tekanan darah tinggi sensor air menutup kontak relai dan memungkinkan pompa atau pemanas beroperasi;
• Pada tekanan rendah Sensor bahkan memblokir kemampuan fisik untuk menghidupkan aktuator, artinya, tidak ada guncangan atau lonjakan tekanan sementara yang akan membuat perangkat berfungsi.

Jika sensor tekanan air berfungsi dengan baik, sensor akan memberikan sinyal untuk menghidupkan motor hanya jika beban pada bellow bertahan lebih dari tiga detik.

Perangkat sensor pintar yang khas ditunjukkan pada diagram.

Elemen sensitif dari sistem ini adalah diafragma yang terhubung ke bellow; batang pusat dapat naik dan turun tergantung pada tekanan, dan dengan demikian mengubah kapasitas kapasitor yang terpasang di dalamnya.

Menghubungkan sensor tekanan air

Model sensor yang disederhanakan digunakan dalam sistem rumah “akumulator hidrolik - pompa lubang bor" Di dalam perangkat terdapat sebuah kotak dengan membran yang dihubungkan ke lengan ayun dan dua pegas penyeimbang.

Desainnya disekrup ke fitting outlet akumulator hidrolik. Dengan meningkatnya tekanan internal, membran naik dan membuka pasangan kontak utama, sehingga sistem merespon dengan baik terhadap tekanan air, momen mati dan hidup harus diatur dengan mengatur pegas kecil dan besar sesuai. dengan pembacaan pengukur tekanan dial.

Sensor kebocoran air

Dari namanya sudah jelas bahwa kita berbicara tentang alat yang mendeteksi adanya kebocoran air dari saluran pasokan air. Prinsip pengoperasian perangkat ini menyerupai sistem elektroda. Di dalam kotak plastik, satu atau lebih pasang elektroda dipasang di saku khusus. Jika terjadi kecelakaan, air yang terkumpul di lantai mengalir ke dalam saku dan menutup kontak. Sirkuit elektronik diaktifkan, dan berdasarkan sinyal sensor, katup bola yang digerakkan secara elektrik mulai beroperasi.

Jelas bahwa sensor itu sendiri tidak ada gunanya jika digunakan tanpa sistem kendali dan penutup air otomatis yang dipasang di pintu masuk rumah atau di salah satu cabang penyedia air.

Sebagai contoh, salah satu sistem perlindungan yang paling populer adalah sensor kebocoran air Neptune. Sistem ini mencakup tiga blok utama:

• Sensor kebocoran Neptune sendiri tersedia dalam versi kabel atau nirkabel; kit biasanya mencakup tiga sensor terpisah;
• Katup bola dengan penggerak listrik, diproduksi oleh perusahaan Italia Bugatti, dua buah;
• Unit kontrol "Pangkalan Neptunus".

Bagian paling berharga dari kit ini adalah keran otomatis, yang diproduksi untuk pemasangan pada ulir pipa setengah inci dan inci. Desainnya dapat menahan tekanan hingga 40 Atm., dan kualitas penggerak Italia menjamin setidaknya 100 ribu siklus buka-tutup.

Sensor itu sendiri terlihat seperti dua pelat kuningan di dalam kotak, yang disuplai tegangan rendah dengan resistansi masukan yang sangat tinggi, ketika sensor dihubung pendek, arus dibatasi hingga 50 mA. Desainnya sendiri dibuat sesuai dengan protokol IP67 sehingga benar-benar aman bagi manusia.

Pemasangan sensor kebocoran air nirkabel

Dalam sistem Neptune, sensor dapat dilepas dari unit kontrol pada jarak lebih dari 50 m. Dalam sistem nirkabel NEPTUN PROW+ yang lebih canggih, sensor kebocoran air yang dilengkapi dengan modul WF digunakan sebagai pengganti sistem kabel.

Unit kontrol dilengkapi dengan saluran yang terlindung dari gangguan dan kelembapan, serta sistem on/off untuk katup bola. Dipercaya bahwa tidak ada gangguan atau tetesan air atau kondensasi yang tidak disengaja yang mempengaruhi pengoperasian sensor.

Kotak dengan sensor kebocoran dipasang tidak lebih dari 2 m dari pipa, sensor tidak dapat dilindungi oleh perlengkapan pipa atau furnitur logam.

Sensor kebocoran air nirkabel

Desain meteran nirkabel lebih kompleks daripada versi dua elektroda konvensional dengan koneksi kabel. Terdapat pengontrol yang terpasang di dalamnya yang secara terus menerus membandingkan arus yang mengalir antara elektroda dengan nilai referensi yang disimpan dalam memori. Dalam hal ini, nilai acuan “lantai kering” dapat disesuaikan dengan pilihan Anda sendiri.

Solusi yang sangat mudah, mengingat tingkat kelembapan di kamar mandi bisa sangat tinggi, dan kondensasi yang terjadi secara teratur dapat menyebabkan alarm palsu.

Segera setelah pengontrol menentukan tingkat banjir, perangkat pengontrol air mengirimkan sinyal alarm ke unit dasar. Model tercanggih mampu menduplikasi perintah melalui pesan SMS melalui saluran GSM.

Sensor aliran air

Dalam banyak kasus, untuk pengoperasian peralatan yang stabil dan bebas masalah, sensor keberadaan air saja tidak cukup, diperlukan informasi tentang apakah aliran bergerak melalui pipa, berapa kecepatan dan tekanannya. Untuk tujuan ini, sensor aliran air digunakan.

Jenis sensor aliran air

Dalam peralatan rumah tangga dan industri paling sederhana, empat jenis sensor aliran utama digunakan:

• Pengukur tekanan;
• Sensor tipe kelopak;
• Skema pengukuran bilah;
• Sistem USG.

Kadang-kadang digunakan desain tabung pitot yang sudah ketinggalan zaman, namun untuk pengoperasian yang andal, desain ini memerlukan minimal tidak adanya kontaminasi dan aliran air laminar. Tiga sensor pertama bersifat mekanis, sehingga sering kali mengalami penyumbatan atau erosi air pada elemen penginderaan. Jenis sensor terbaru, ultrasonik, mampu beroperasi di hampir semua lingkungan.

Prinsip pengoperasian meteran ultrasonik dapat dipahami dari diagram. Di dalam tabung terdapat pemancar gelombang dan penerima. Tergantung pada kecepatan aliran, gelombang suara dapat menyimpang dari arah aslinya, yang menjadi dasar pengukuran karakteristik aliran.

Desain dan prinsip operasi

Sensor aliran kelopak yang paling sederhana bekerja berdasarkan prinsip dayung. Kelopak bunga yang digantung pada engsel dibenamkan ke dalam aliran. Semakin tinggi kecepatan aliran, semakin besar defleksi lobus sensor.

Sensor baling-baling yang lebih akurat menggunakan impeler atau turbin yang terbuat dari paduan poliamida atau aluminium. Dalam hal ini, kecepatan aliran dapat diukur dengan frekuensi putaran elemen yang bergerak. Satu-satunya kelemahan adalah peningkatan resistensi yang diciptakan oleh kelopak dan bilah terhadap aliran air.

Sensor tekanan beroperasi menggunakan tekanan aliran dinamis. Di bawah tekanan air, elemen bergerak dengan lapisan magnetis terjepit ke atas, sehingga memberikan ruang bagi pergerakan cairan. Sakelar buluh yang dipasang di kepala langsung bereaksi terhadap medan magnet liner dan menutup sirkuit.

Daerah aplikasi

Sensor aliran air digunakan secara eksklusif dalam sistem pemanas dan sistem otomasi penukar panas sirkuit tunggal. Paling sering, kegagalan sensor aliran menyebabkan kelelahan dan kerusakan parah pada radiator dan pemanas panas.

Sensor ketinggian air DIY

Versi paling sederhana dari perangkat yang mampu memberi sinyal pengisian tangki atau wadah lainnya dengan air ditunjukkan pada diagram di bawah.

Secara struktural, detektor level terdiri dari tiga elektroda logam yang dipasang pada pelat textolite. Sirkuit, yang dipasang pada transistor berdaya rendah konvensional, memungkinkan Anda menentukan ketinggian air atas dan bawah maksimum yang diizinkan dalam wadah.

Desainnya benar-benar aman untuk digunakan dan tidak memerlukan suku cadang atau perangkat kontrol yang mahal.

Kesimpulan

Sensor ketinggian air banyak digunakan di peralatan Rumah Tangga Oleh karena itu, paling sering untuk kebutuhan tambahan peralatan garasi atau taman, struktur siap pakai dari peralatan lama digunakan, diubah dan disesuaikan dengan kondisi baru. Jika terhubung dengan benar, perangkat semacam itu akan bertahan lebih lama daripada sirkuit buatan sendiri.

Di salah satu artikel yang saya lihat varian dari skema untuk menjaga ketinggian air secara otomatis di tangki penyimpanan yang diusulkan oleh salah satu penghuni musim panas, yang sejujurnya membuatku khawatir. Desain ini memiliki sejumlah kelemahan: sulit dalam pembuatannya, memerlukan tingkat keterampilan tertentu saat bekerja dengan komponen elektronik dan cukup mahal - satu trafo harganya mahal.

Namun kelemahan utamanya adalah rendahnya tingkat keamanan kelistrikan. Jika terjadi kerusakan pada insulasi trafo, tegangan jaringan akan masuk ke air melalui elektroda sensor dan disalurkan ke tangki, yang dapat mengakibatkan sengatan listrik pada manusia.

Saya mengusulkan versi skema yang sederhana dan sangat murah untuk menjaga ketinggian air secara otomatis (lihat Gambar 1).

Ini hanya terdiri dari satu relay dan dua sensor. Sebagai komponen pertama perlu menggunakan relai dua posisi K1, dan sebagai komponen kedua, saklar buluh G1 (sensor ketinggian air bawah) dan G2 (sensor ketinggian air atas), terletak pada pemandu magnet permanen secara vertikal. dipasang di luar tangki.

Apalagi sensor G1 harus ditempatkan di atas G2. Jarak antara keduanya akan sesuai dengan perbedaan yang diizinkan antara ketinggian air atas dan bawah di dalam tangki. Sensor dipicu oleh aksi magnet permanen Q yang terhubung ke pelampung busa yang terletak di dalam tangki pada pemandunya. Penyambungan ini dapat dilakukan misalnya dengan menggunakan tali pancing melalui katrol yang dipasang di bagian atas tangki.

Sketsa perangkat untuk menjaga ketinggian air secara otomatis di tangki penyimpanan ditunjukkan pada Gambar 2. Untuk informasi tentang posisi motor pompa dihidupkan, rangkaian berisi indikator LED HL

Skema ini bekerja sebagai berikut. Pada keadaan awal (tidak ada air di dalam tangki dan kontak saklar buluh G1 ditutup di bawah pengaruh magnet), relai K1 harus dipaksa ke keadaan di mana kontaknya K1.2L dan terhubung secara paralel kontak K1.3, K1.4 K1.5, K1 akan ditutup .6, K1.7, K1.8 dan K1.9. Motor pompa M akan mulai bekerja dan LED HL akan menyala untuk mengonfirmasi hal ini.

Saat tangki terisi air, pelampung naik dan kontak sensor G1 terbuka.

Ketika tangki terisi hingga tingkat atas, magnet yang bergerak ke bawah pemandu bekerja pada sensor G2, dan kemudian kontaknya menutup. Relay K1 akan berpindah, kontaknya K1-2, K1.3, K1LK1.5, K1.6, K1.7, K1Li K1.9 akan terbuka, dan kontak K1.1 sebaliknya akan menutup. Kemudian motor pompa akan berhenti dan LED HL akan berhenti menyala.

Ketika ketinggian air di dalam tangki turun ke tingkat yang lebih rendah, pelampung turun, dan magnet yang bergerak ke atas sepanjang pemandu bekerja pada sensor G1 dan menutup kontaknya. Relay K1 akan berpindah ke posisi semula, kontaknya K1.2, K1.3, K1.4, K1.5, K1.6, K1.7, K1.8 dan K1.9 akan menutup.

Motor pompa akan mulai bekerja kembali (dan LED HL akan menyala). Siklus ini akan berulang selama tegangan diberikan ke rangkaian.

Faktanya, banyak waktu dihabiskan untuk menjelaskan cara kerjanya. Faktanya, seluruh perangkat lebih sederhana daripada lobak kukus, dan karena tidak ada komponen rumit di dalamnya, maka perangkat akan bekerja dengan sempurna dan untuk waktu yang lama. Dan sekarang tentang materi dan spesifikasi teknis komponen dihilangkan.

1. Sebagai relay K1, saya menggunakan relay tipe RP-9 yang dirancang untuk tegangan bolak-balik 220 V. Anda juga dapat memasang RP-12 (juga untuk 220 V), tetapi jika motor pompa memiliki daya tinggi, Anda harus menambahkan kontaktor perantara ke sirkuit.
2. Sebagai sensor G1 dan G2, Anda dapat menggunakan sakelar buluh apa pun yang dirancang untuk arus switching minimal 100 mA.
3. Indikator apa pun cocok sebagai indikator HL, misalnya LED tipe SKL12 atau AD22-22DS untuk 220 V.
4. Sebagai pemandu magnet, Anda dapat menggunakan potongan saluran kabel plastik dengan profil persegi panjang 10x15 mm.
5. Pelampung berupa potongan plastik busa dengan lubang berbentuk persegi panjang berukuran 12x17 mm di tengahnya.
6. Anda juga dapat menggunakan potongan saluran kabel plastik dengan profil persegi panjang 10x15 mm sebagai pemandu pelampung.
7. Sebagai elemen magnet, Anda dapat menggunakan magnet dari kait furnitur magnetis, yang dimagnetisasi dan direkatkan dengan potongan timah berlubang untuk tali pancing.
8. Sensor (saklar buluh) dapat dipasang ke pemandu dengan selotip biasa.
9. Sekering FU1 dan FU1 jenis apa pun dengan arus 5 A digunakan sebagai elemen proteksi.
10. Untuk mematikan energi rangkaian perangkat, sakelar berpasangan dengan kontak SA1 dan SA2 digunakan.

Skema untuk menjaga air secara otomatis dalam tangki penyimpanan

• Gambar 1 (atas). Diagram skematik perangkat untuk secara otomatis menjaga ketinggian air di tangki penyimpanan.
• Gambar 2. Sketsa perangkat untuk menjaga ketinggian air secara otomatis di tangki penyimpanan.

Cairan adalah suatu zat yang mempunyai sifat mengalir dan mengikuti bentuk wadah dimana ia berada.

Sensor level cairan diperlukan untuk memantau level cairan dalam wadah atau pipa. Berdasarkan fungsinya, sensor level dibagi menjadi level meter dan alarm.

Pemilihan interaktif sensor level cairan

Untuk mendapatkan solusi optimal atas masalah Anda, isi kuesioner,
dan pakar kami akan menghubungi Anda untuk menawarkan jawaban siap pakai.

Sensor ketinggian cairan dibagi menjadi dua jenis: kontak (seluruh atau sebagian sensor bersentuhan dengan media yang diukur) dan non-kontak (pengukuran terjadi tanpa kontak dengan media cair). Masing-masing jenis ini memiliki kelebihan dan kekurangan dan dapat diterapkan di bidang tertentu.

Sensor tipe kontak biasanya digunakan pada proses yang mempunyai faktor yang menghambat pengoperasian peralatan.

Faktor-faktor ini meliputi:

• suhu di atas +90°C;
• tekanan lebih dari 3 bar.

Secara khusus, sensor kontak terutama digunakan untuk mengukur tingkat cairan berbusa (susu, bir, jus, air soda, dll.). Karena hamburan sinyal dan hasil yang salah yang diperoleh saat mengukur menggunakan metode non-kontak, disarankan juga untuk memantau ketinggian cairan dalam tangki tinggi dan sempit menggunakan instrumen kontak.

Mereka digunakan jika diperlukan untuk menghindari efek berbahaya dari sifat fisik dan kimia cairan yang diukur. Proses pengukuran dan kinerja sensor dapat dipengaruhi oleh:

• cairan kental (susu kental, selai, produk minyak bumi, gliserin, dll.);
• cairan agresif (basa, asam).

Semua sensor level cairan berbeda tidak hanya dalam fungsi (pengukur level/alarm), jenis (kontak/non-kontak), namun yang paling penting, dalam prinsip pengoperasiannya.

Anda dapat menemukan penjelasan rinci tentang masing-masing prinsip pengoperasian, kelebihan dan kekurangannya di halaman situs web kami.Pada artikel ini kami akan fokus pada perbedaan utama dan penerapan sensor level cairan tertentu.

Sensor level kapasitif- Ini adalah solusi ekonomis untuk kontrol level di mana tidak terjadi pembusaan dan lengketnya media pada sensor, dan juga di mana akurasi pengukuran level yang tinggi tidak diperlukan. Biasanya digunakan untuk mengukur kadar cairan dalam tangki kecil. Untuk produk makanan dan lingkungan yang agresif, direkomendasikan model dengan lapisan plastik pada probe pengukur. Kerugian yang signifikan adalah kesalahan yang tinggi saat mengukur cairan dengan konstanta dielektrik rendah (ε = 1.5...3.0), serta ketidakmampuan untuk bekerja dengan cairan dielektrik.

Namun, pabrikan berhasil memecahkan masalah pendeteksian cairan dengan konstanta dielektrik rendah dan masalah penentuan antarmuka antara media dengan nilai konstanta dielektrik yang serupa. Alarm frekuensi kapasitif, tidak seperti alarm kapasitif, berkat teknologi RF dan penyetelan halus, mampu mendeteksi cairan konduktif lemah dan pada saat yang sama tidak bereaksi terhadap busa.

Pengukur dan alarm level hidrostatik memiliki akurasi pengukuran yang lebih tinggi dibandingkan kapasitif dan biaya rendah yang sama. Oleh karena itu, mereka adalah pilihan optimal dalam hal rasio harga/kualitas. Nilai level dihitung dengan mengukur tekanan kolom cairan, oleh karena itu sensor hidrostatis digunakan dalam tangki terbuka atau tertutup, tetapi tekanan udaranya sesuai dengan tekanan atmosfer, jika tidak, pengukur level akan memberikan hasil yang salah. Kepadatan cairan juga mempengaruhi penentuan level; untuk menggunakan pengukur level hidrostatis, Anda harus yakin bahwa nilainya tetap konstan sepanjang waktu pengukuran. Oleh karena itu, tidak disarankan untuk menggunakan metode hidrostatik untuk menentukan level cairan dengan kepadatan variabel (produksi radiokimia, produk minyak bumi dengan perubahan suhu). Mereka digunakan untuk mengontrol level air bersih dan limbah, produk makanan cair atau bahan kimia, dan tidak bereaksi terhadap busa. Mereka sebenarnya satu-satunya solusi untuk mengukur tingkat cairan di dalam sumur.

Pekerjaan pengukur tingkat bypass didasarkan pada prinsip kapal yang berkomunikasi, yang membuat proses pengukuran menjadi sangat visual dan mudah dipahami. Pengukur level tersebut digunakan dalam tangki kecil di bawah tekanan dengan suhu media kerja hingga +250 °C. Mereka dapat digunakan bersama dengan pengukur level magnetostriktif, yang memungkinkan mereka diintegrasikan ke dalam sistem kontrol otomatis. Pengukur level bypass tidak boleh digunakan dengan cairan kental atau cairan yang viskositasnya meningkat seiring dengan penurunan suhu, karena suhu cairan di ruang bypass lebih rendah daripada di bejana yang berkomunikasi dengannya karena jembatan termal pada alat kelengkapan penghubung.

Magnetostriktif Dan pengukur tingkat magnetik termasuk jenis pelampung, artinya pelampung “terletak” di atas permukaan zat cair dan ketinggiannya diukur relatif terhadap posisi pelampung tersebut. Pengukur level seperti itu lebih akurat, terutama yang bersifat magnetostriktif. Dianjurkan untuk menggunakannya untuk penghitungan komersial produk minyak bumi ringan, bahan kimia dan cairan mahal lainnya. Pengukur tingkat apung cocok untuk mengukur tingkat cairan berbusa, tetapi tidak cocok untuk cairan kental.

Pengukur tingkat refleks gelombang mikro Secara struktural mereka terdiri dari unit elektronik dan pandu gelombang. Panjang pandu gelombang harus sesuai dengan ketinggian tangki, sehingga membatasi penggunaan sensor di tangki tinggi. Semua sensor dengan desain serupa (kapasitif, magnetik, magnetostriktif) menghadapi masalah ini. Namun, prinsip pengoperasian dan desain sensor refleks membuatnya sangat akurat dan cocok untuk digunakan dalam kondisi sulit (suhu dan tekanan tinggi), serta dengan cairan berbusa dan lengket. Jenis pengukur level ini bisa disebut yang paling universal, cocok untuk digunakan dengan hampir semua cairan, terlepas dari tekanan udara di atas permukaan cairan atau konstanta dielektrik medium.

Pengukur tingkat perpindahan- ini adalah sensor untuk kondisi sulit, yang antara lain memerlukan akurasi pengukuran yang tinggi. Prinsip pengoperasian pengukur level displacer mirip dengan pengoperasian sensor pelampung dan didasarkan pada penggunaan hukum Archimedes. Beberapa model mampu memberikan hasil pengukuran yang tak tertandingi pada suhu dari -196 °C hingga + 500 °C dan tekanan pengoperasian hingga 414 atmosfer. Hal ini mengakibatkan biaya yang tinggi. Biasanya digunakan di fasilitas penyimpanan minyak dan industri kimia.

Ini adalah perangkat universal untuk pengukuran level cairan secara terus menerus. Ia memiliki semua keunggulan metode pengukuran non-kontak dan ditandai dengan akurasi yang sangat tinggi. Cocok untuk digunakan dengan semua media cair, kecuali busa dalam beberapa kasus. Bantalan gas di atas permukaan cairan dapat mengganggu pemancar tingkat radar pulsa; dalam hal ini, pemancar tingkat radar FMCW harus digunakan. Aplikasi terbaik untuk sensor tersebut adalah dalam tangki dengan perubahan level cairan yang lambat, yang memerlukan akurasi pengukuran yang tinggi. Kerugiannya mungkin adalah biayanya yang tinggi.

Sensor tingkat ultrasonik jenis sensor non-kontak lainnya. Pada umumnya, sensor ultrasoniklah yang paling sering digunakan untuk pemantauan level cairan non-kontak. Bagaimanapun, akurasi pengukuran yang sangat tinggi, seperti sensor radar, tidak selalu penting, dan biaya perangkat tersebut beberapa kali lebih rendah. Pembatasan penggunaan diberlakukan pada cairan berbusa dan wadah di mana bantalan gas terbentuk (wadah dengan asam nitrat), seperti halnya dengan pengukur level radar pulsa.

Indikator level cairan optik- ini adalah sensor mini yang dirancang untuk memantau ketinggian wadah dan tangki kecil yang terkena getaran.

Alarm getaran atau apa pun sebutannya “garpu getar” potong ke dalam wadah pada tingkat yang diperlukan. Elemen penginderaan terus bergetar, sehingga sensor dapat digunakan dengan cairan kental dan berbusa tanpa takut akan alarm palsu. Sensor tersebut memiliki akurasi dan biaya rata-rata dibandingkan dengan alarm lainnya.

Sakelar apung perangkat paling sederhana dan ekonomis untuk memantau level cairan dan air limbah, serta media cair yang agak agresif. Sakelar apung dibagi menjadi dua jenis - sakelar apung kabel dan sakelar apung magnetik. Bedanya, kabel memiliki panjang kabel tertentu dan direndam dalam cairan melalui bagian atas tangki, sedangkan kabel magnetis dipotong ke dinding samping tangki pada ketinggian yang diperlukan. Untuk lingkungan yang agresif, pelampung dan kabel terbuat dari berbagai plastik. Biasanya digunakan untuk menghidupkan/mematikan pompa. Mereka dicirikan oleh harga rendah dan akurasi rendah.

Untuk merakit pengukur ketinggian air, saya dihadapkan pada pilihan metode pengukuran - kontak atau non-kontak. Metode kontak meliputi metode resistif, kapasitor dan induktif, di antara metode non-kontak, metode visual, radar dan ultrasonik adalah yang paling luas. Agar tidak mempengaruhi kualitas air dalam wadah, kami akan menggunakan salah satu metode non-kontak untuk mengukur ketinggian cairan.

Semua metode nirsentuh didasarkan pada prinsip yang sama: sinyal hilang, waktu tertentu berlalu, sinyal kembali. Cara visual menggunakan sinyal optik, cukup akurat, namun jika sensor kotor maka akan berhenti bekerja sama sekali.

Metode pengukuran level radar menggunakan sinyal gelombang radio frekuensi tinggi, sehingga metode ini tidak cocok untuk digunakan di rumah. Metode ultrasonik mirip dengan radar, hanya gelombang ultrasonik yang digunakan sebagai pengganti gelombang radio. Metode ini sangat cocok untuk kita karena sensor ultrasonik mudah ditemukan dan murah.

Saya membuat pengukur level cairan berdasarkan mikrokontroler Arduino Mega2560 (Anda dapat menggunakan pengontrol Arduino apa pun).

Penulis artikel tidak bertanggung jawab atas segala kerusakan yang diterima selama proses perakitan.

Langkah 1: Bahan

Bahan untuk sensor ketinggian air tangki:

• Arduino (Uno, Mega 2560,...)
• sensor jarak ultrasonik HC SR04
• kabel untuk menghubungkan sensor ke pengontrol
• kaca plexiglass untuk badan (opsional)

Langkah 2: Sedikit Teori

Untuk memulainya, saya akan bercerita sedikit tentang metode ultrasonik untuk mengukur kadar cairan. Inti dari semua alat ukur level non-kontak adalah untuk mengukur jarak antara transceiver dan permukaan cairan. Transceiver mengirimkan pulsa ultrasonik pendek dan waktu yang dibutuhkan sinyal untuk mencapai permukaan cairan dan kembali ke transceiver diukur. Karena massa jenis cairan lebih tinggi daripada massa jenis air, permukaannya akan memantulkan pulsa ultrasonik.

Metode pengukuran ultrasonik memiliki kelemahan:

1. Karena pulsa panjangnya tetap jendela kecil untuk menerima sinyal pantulan karena transceiver terus memancarkan sinyal. Masalahnya diselesaikan dengan cukup sederhana: sensor ditempatkan beberapa sentimeter di atas level cairan maksimum, sehingga penerima dapat mulai menerima sinyal.
2. Karena lebar balok, terdapat batasan diameter wadah yang digunakan. Jika diameternya terlalu kecil maka sinyal yang dipantulkan dari permukaan zat cair juga akan dipantulkan dari dinding wadah, maka datanya mungkin salah.
3. Sebelum memasang meteran di tempat permanen di dalam tangki, kedua titik tersebut diuji terlebih dahulu. Data stabil diperoleh pada jarak minimal 5 cm dari sensor. Artinya sensor harus dipasang minimal 5 cm di atas permukaan cairan. Juga tidak ada sinyal yang dipantulkan dari dinding tangki dengan diameter kapal 7,5 cm (tinggi 0,5 m). Hasil ini diperhitungkan saat memasang sensor di dalam tangki.

Langkah 3: Tangki Air

Air akan mengalir ke sistem irigasi secara gravitasi. Oleh karena itu, tangki harus dipasang di atas permukaan lantai. Tangki terbuat dari meteran pipa saluran pembuangan dengan diameter 16 cm, pipa dibagi menjadi dua bagian. Bagian bawah berisi katup, bagian atas akan menjadi tangki air sebenarnya. Steker digunakan sebagai penutup tangki. Sensor pengukur jarak ultrasonik terpasang pada steker. Untuk stabilitas, tangki dipasang di dalam kotak kayu tempat dipasangnya barang elektronik dan baterai.

Kami mengkodekan tinggi kolom cairan sebagai persentase, titik acuannya adalah pembacaan meter dari 6 cm (100%) hingga 56 cm (0%), 6 cm adalah jarak dari permukaan air.

Tangki dibuat dari pipa untuk memudahkan perhitungan volume (bentuk silinder tanpa perubahan diameter).

Langkah 4: Diagram Koneksi Sensor Ultrasonik dan Pengontrol

Pertama, kami menyolder kabel (twisted pair, tanpa pelindung atau dilapisi foil) ke sensor ultrasonik. Kemudian kami menempatkan sensor dalam wadah kaca plexiglass buatan sendiri. Kami menutup wadahnya dan menempelkannya ke tutup tangki. Bodynya dibuat sambil jalan dan bukan merupakan bagian wajib, jadi tidak ada di foto dan tidak ada petunjuk pembuatannya, jadi berimprovisasilah jika Anda memutuskan untuk membuatnya.

Mengikuti diagram terlampir, sambungkan sensor ke pengontrol.

Langkah 5: Program

Program pengukuran jarak telah diubah menjadi program penentuan ketinggian air.

Pertama, sinyal dikirim, kemudian dikembalikan, waktu antara transmisi dan penerimaan sinyal diukur, dan data yang diterima diubah menjadi sentimeter. Sentimeter, pada gilirannya, diubah menjadi persentase dan data ini dikirimkan ke komputer melalui koneksi serial. Anda juga bisa menghitung jumlah air yang tersisa di tangki.

File

Langkah 6: Periksa

Karena tangki air ini nantinya akan digunakan pada sistem irigasi otomatis dengan pengatur dua tahap, maka perlu dilakukan pengukuran indikator aliran. Aliran keluaran dari tangki bergantung pada tekanan hidrostatik di dalamnya.

Siapa pun yang akrab dengan dasar-dasar hidrodinamika tahu bahwa tekanan hidrostatik menurun seiring dengan menurunnya permukaan air. Untuk menyiram tanaman dengan volume air yang sama, Anda harus bisa mengontrol waktu di mana katup tetap terbuka. Mengetahui indikator aliran, Anda dapat menghitung berapa banyak air yang dapat mengalir keluar dari tangki dalam waktu tertentu, dan dengan demikian menentukan waktu di mana katup harus terbuka.

Untuk memeriksa keakuratan pengukur ketinggian air kami, isi tangki dengan air hingga batas maksimum. Kemudian buka katup agar semua air mengalir keluar. Tangki kosong hingga 2% karena desain dibuat untuk mencegah kebocoran residu. Pada gambar terlampir adalah diagram fungsi langkah, dari diagram ini kita dapat memperkirakan secara kasar pada ketinggian air berapa perubahan tersebut terjadi (menggunakan Excel, Matlab atau program komputer lainnya).

Sensor ketinggian air yang dirakit sendiri berfungsi seperti yang diharapkan.

Langkah 7: Aplikasi dalam Proyek

Pengukur ketinggian air rakitan dengan sensor ultrasonik adalah contohnya. Jika kita ingin menggunakan meteran dalam proyek, baik buatan sendiri maupun semi industri, kita perlu melakukan pengujian ketahanan aus dan ketahanan air. Setelah pengujian, akan menjadi jelas apakah meteran tersebut cocok untuk digunakan dalam proyek apa pun. Saat ini saya hanya dapat mengatakan bahwa sensor berfungsi dengan baik selama waktu yang telah berlalu sejak perakitan.

Karena metode pengukuran ketinggian air non-kontak, air tidak tercemar. Sensornya sendiri ternyata cukup murah dari segi biaya, artinya bisa digunakan dalam proyek buatan sendiri.

Banyak dari kita, dan bukan hanya penghuni musim panas yang rajin, menghadapi masalah otomatisasi dan kontrol pengisian wadah dengan air. Kemungkinan besar, artikel ini ditujukan bagi mereka yang memutuskan untuk melakukannya skema paling sederhana kontrol pengisian wadah kondisi hidup. Cara paling hemat biaya untuk membangun otomatisasi adalah dengan menggunakan relai pengatur air. Relai pengatur ketinggian (air) juga digunakan dalam sistem pasokan air yang lebih kompleks di rumah-rumah pribadi, namun dalam artikel ini kami hanya akan mempertimbangkan model anggaran relai pengatur ketinggian cairan konduktif. Cairan yang dikontrol meliputi: air (keran, mata air, hujan), cairan dengan kandungan alkohol rendah (bir, anggur, dll.), susu, kopi, air limbah, pupuk cair. Arus pengenal kontak relai adalah 8-10A, yang memungkinkan Anda mengganti pompa kecil tanpa menggunakan relai atau kontaktor perantara, namun produsen tetap menyarankan memasang relai atau kontaktor perantara untuk menghidupkan/mematikan pompa. Kisaran suhu pengoperasian perangkat adalah dari -10 hingga +50C, dan panjang kabel maksimum yang mungkin (dari relai ke sensor) adalah 100 meter, terdapat indikator pengoperasian LED di panel depan, berat tidak lebih dari 200 gram, Pemasangan rel DIN, jadi Anda perlu memikirkannya terlebih dahulu penempatan sistem kontrol.

Prinsip pengoperasian relai didasarkan pada pengukuran hambatan cairan yang terletak di antara dua sensor yang direndam. Jika resistansi yang diukur lebih kecil dari ambang respons, maka status kontak relai akan berubah. Untuk menghindari efek elektrolitik, arus bolak-balik mengalir melintasi sensor. Tegangan suplai sensor tidak lebih dari 10V. Konsumsi daya tidak lebih dari 3W. Sensitivitas tetap 50 kOhm.

Ada banyak relay dengan jenis yang sama di pasaran; mari kita pertimbangkan model paling murah dari pabrikan “Relay and Automation” di Moskow dan produk baru dari “TDM” (Morozov Trading House).

Relai pengatur level. ( analog dari RKU-02 TDM)

Relai kontrol level TDM tersedia dalam empat model:

1. (SQ1507-0002) untuk konektor Р8Ц (SQ1503-0019) pada rel DIN
2. (SQ1507-0003) di rel DIN ( analog dari RKU-1M)
3. (SQ1507-0004) di rel DIN
4. (SQ1507-0005) di rel DIN

Rumah relai terbuat dari bahan tahan api. Sensor pengatur level terbuat dari baja tahan karat. (DKU-01 SQ1507-0001).

Pengoperasian relai didasarkan pada metode konduktometri untuk menentukan keberadaan cairan, yang didasarkan pada konduktivitas listrik cairan dan terjadinya arus mikro antar elektroda. Relai memiliki kontak pergantian, memungkinkan penggunaan mode pengisian atau pengurasan. Tegangan suplai RKU-02, RKU-03, RKU-04 – 230V atau 400V.

Skema untuk mengendalikan pompa di dalam tangki dalam mode "pengisian atau pengurasan".

Skema pemompaan cairan dari sumur/reservoir ke reservoir, pengatur level pada kedua media yaitu. relai melakukan pemadaman pelindung pompa dalam mode kerja kering (ketika level cairan di sumur/reservoir berkurang)

Skema aktivasi bergantian atau total 2 pompa. Relai RKU-04 digunakan di tempat-tempat di mana penimbunan berlebih pada sumur, lubang, bak penampung, dan wadah lainnya tidak dapat diterima. Relai bekerja dengan 2 pompa, dan, untuk penggunaan sumber daya yang seragam, relai menyalakannya secara bergantian. Kapan keadaan darurat kedua pompa dimatikan secara bersamaan.

Relai tidak dapat digunakan untuk cairan berikut: air sulingan, bensin, minyak tanah, minyak, etilen glikol, cat, gas cair.

Tabel perbandingan analog berdasarkan seri: