Указатель уровня воды в емкости

Указатель уровня воды в емкостиДля установления количества воды в ёмкости применяют особые приборы — датчики уровня. Малогабаритные датчики обширно используются в автоматизации систем водоснабжения, а, кроме того, в промышленном и домашнем оборудовании. С их помощью можно прослеживать уровень различных жидкостей, имеются виды, разработанные для сыпучих материалов.

Поплавковые датчики воды из нержавейки и пластика, кабельные и врезные, вертикальные и горизонтальные, для чистой и грязной воды. Детекторы уровня поплавкового вида отличаются компактностью. Многочисленные модификации могут эксплуатироваться в агрессивной жидкости. Рассчитаны они на значительную насыщенность среды. Применяются датчики поплавкового вида в водоёмах, пожарных ёмкостях, а также приямках. Стоит модель примерно от 2 тыс. руб. Для того чтобы более подробно ознакомиться с прибором, следует проанализировать его устройство и разновидности.

Общая характеристика

Поплавковый водяной уровнемер — наиболее популярный датчик, известность которого определена предельно простой системой и соответственно прочностью. Поплавковые датчики можно условно разделить на 2 вида:

Указатель уровня воды в емкостиВторой вид предполагает применение выключателей с магнитными контактами, поэтому его приспособление будет осмотрено в отдельном разделе.

Самый обычный механический поплавковый датчик функционирует на определение максимального уровня воды. Датчик вводится в нужной части ёмкости, и если вода доходит поплавка, он всплывает и через особый шток закрывает (размыкает контакты). Аналогичные устройства более знакомы под наименованием поплавковые выключатели.

Этот вид механических измерителей отличается необходимой прочностью и часто применяется в простых автоматизированных системах. Однако его работоспособность ограничена конструкцией — прибор срабатывает только лишь при предельном значении водного уровня.

Также выпускают кабельные поплавковые датчики. В такой конструкции применяется поплавок особенной формы, который меняет ракурс наклона в зависимости от водного уровня. Внутри такого поплавка устанавливают коммутатор, который действует при изменении угла. Зачастую применяются выключатели со стальным шариком, запирающим контакты.

Отдельная группа — кабельные измерители со встроенным ртутным выключателем, отлично обеспечивающим безопасность. Для точного контроля в некоторых случаях устанавливают несколько поплавковых измерителей с различной длиной кабеля.

Поплавковые датчики пользуются спросом в промышленности. Детекторы применяют для контроля уровня горюче-смазочных материалов, разных охлаждающих жидкостей. В быту эти устройства, как правило, используют для замера уровня в колодцах и скважинах (защита насосов от «сухого» хода), а также для системы канализации.

Одно из основных преимуществ такого вида уровнемера можно выделить простую установку и наладку. Определённые модификации разрабатываются специально для насосов и дают возможность исключить применение дополнительных пусковых реле.

Различие датчиков разных типов

Конструктивно детекторы уровня воды отличаются в зависимости от области использования и условий к точности замера.

Наибольшее распространение приобрели следующие виды датчиков:

Указатель уровня воды в емкостиКаждый из этих вариантов обладает установленными преимуществами, и может быть рекомендован к монтажу. Выбор определённой модификации зависит только от предъявляемых условий к устройству, включая достоверность замера, безопасность, период эксплуатации и стабильность к внешним условиям.

Так, поплавковые детекторы считаются более экономным видом, обеспечивающим приемлемую достоверность замера, и часто применяются в быту. А инновационные электронные уровнемеры применяются в сложных механических системах для наблюдения точных значений.

Стоит отметить, что электронные системы можно применять для обычных задач, однако, такой шаг, неоправдан, с финансовой точки зрения.

Основным компонентом измерителя уровня поплавкового вида считается головка датчика. Кабельный ввод чаще всего производится с герметической подкладкой. Все уплотнители в устройствах применяются как пластмассового, так и силиконового вида. Спусковой фланец у моделей содержит особые отверстия. Соединительный провод располагается в нижней части прибора. Под головкой датчика имеется малогабаритная изолирующая платина. Загрузочная способность прибора зависит от вида выходящего контакта.

Электронный

Указатель уровня воды в емкостиЭлектронные датчики производятся на базе разных видов измерителей. Единственный из вариантов — ёмкостные детекторы, позволяющие отмечать изменение уровня, в режиме настоящего времени. Одно из положительных сторон аналогичных приборов — отсутствие подвижных компонентов, что благоприятно сказывается на надёжности работы и сроке его эксплуатации.

Принцип работы такого уровнемера базируется на изменении ёмкости конденсатора в зависимости от его состава и распределения диэлектрического материала между обкладками. В таком случае есть присутствие изменении уровня в конденсатор, вписанный в электрическую цепь, изменяет собственную вместимость, что закрепляется особым оснащением.

Для правильности снимаемых показателей датчик калибруют напрямую перед конструкцией, принимая во внимание свойства измеряемой воды. Ёмкостные датчики применяют не только для контроля степени воды, но и иных жидких и сыпучих материалов.

При абсолютно всех превосходствах измерителя, нужно принимать во внимание взаимозависимость характеристик от температуры, поэтому для точного замера уровня с изменяемой температурой следует в дополнение устанавливать датчик температуры для исправления получаемых значений.

Оптический

Указатель уровня воды в емкостиВторой нужный вид электронного датчика уровня воды — оптический. Это приспособление применяется в качестве альтернативы поплавковым датчикам при значительной вероятности вибрации воды (что в автоматических системах приводит к искажению получаемых показателей). Оптические детекторы применяют для отслеживания предельного уровня воды. Правило работы базируется на изменении отражающей способности оптической системы при достижении водой конкретного уровня.

В качестве положительных сторон аналогичных измерителей можно выделить отсутствие подвижных элементов, и независимость от внешних условий. Оптические уровнемеры применяют на транспорте для контроля уровня охлаждающих жидкостей, в бытовой технике (кофемашины). Зачастую устанавливаются для замера предельного уровня в цистернах, какие транспортируются на автомобильном или железнодорожном транспорте (устойчивость к вибрации).

Читать также:  Хобби токарка по дереву ру

В целом все электронные датчики лишены ключевых недочётов автоматических аналогов, и дают возможность осуществлять измерения со значительной верностью. Единственно ограничение — более высокая стоимость и потребность профессиональной установки и настройки.

Герконовый измеритель уровня воды

Один из наиболее известных видов измерителя, отображающий собою улучшенный вид поплавковых приборов с автоматическим переключателем. Герконовые уровнемеры различаются невысокой ценой, простой и верной системой, а, кроме того, возможность прослеживать изменение уровня в широком спектре.

Существует ряд видов герконовых измерителей:

Указатель уровня воды в емкостиВ простейшем виде механический переключатель поплавкового измерителя изменяют на контакт, что несколько увеличивает безопасность аппарата (таким образом, организованы герконовые уровнемеры боковой конструкции). Но чаще применяется модель с несколькими установленными герконами и поплавком с особыми магнитами.

В качестве образца можно проанализировать одну из наиболее известных систем. Прибор производится в виде трубки, по которой легко передвигается поплавок. Изнутри трубки формируются герконы, число которых может колебаться в зависимости от условий к дискретности замера. То есть чем больше уровня воды нужно прослеживать, тем большее число герконов необходимо определить.

При изменении показателей воды указатель поднимается либо снижается, инициируя встроенным магнитом включение геркона, который включён в управляющую цепь. В простом виде применяют один геркон, для сигнализации максимального уровня.

Корпус герконовых измерителей может производиться из разных материалов, в экономном виде применяется пластмасса, более дорогостоящие и крепкие модификации производят из нержавеющих сплавов. Подбор использованного материала в основном зависит от того, в каком месте будет устанавливаться прибор (требования к механической крепости и прочности).

Герконовые детекторы — одни из наиболее известных устройств, и зачастую применяются в домашних системах независимого водоснабжения. Элементарная система даёт возможность сделать прибор самостоятельно, при этом его безопасность и достоверность замера будет на высоком уровне. Герконовые датчики уровня можно применять для разных жидкостей.

В частности, эти приборы обширно используются для контроля степени горючего в автотранспортных средствах, применяются в химической и нефтегазовой промышленности.

Поплавковый датчик своими руками

Указатель уровня воды в емкостиСделать поплавковые детекторы уровня воды самостоятельно достаточно просто. В первую очередь необходимо приготовить трубку небольшого диаметра. Потом для неё выбирается головка. Уплотнение в этом случае следует применять небольшой толщины. Чаще всего выбирают пластмассовые кольца. Затем, чтобы сделать прибор уровня (поплавковый) собственными руками, необходимо в трубке закрепить изолирующую пластинку. Кабельный ввод подключают в последнюю очередь. Контакты противодействия целесообразнее определять в верхней части прибора. Для усовершенствования герметизации модели отлично подойдёт заглушка из резины.

Популярные модели устройств

Сегодня в продаже можно встретить поплавковые датчики различных производителей. Рассмотрим самые популярные.

Датчики Кристал

Этот поплавковый прибор уровня для агрессивной среды выделяется собственной компактностью. Наибольшее давление система воздерживает в 3.3 бара. Головка датчика имеет диаметр 2.3 см. Электрокабельный ввод применяется с пластмассовым уплотнителем. Кольцо в этом случае установлено с зажимом. Кроме того, важно выделить, что дифференциальное противодействие устройства бывает на уровне 40 градусов. Барьер защиты от искр в нем учтён. Приобрести этот прибор уровня пользователь способен по стоимости от 2400 р.

Устройства Burkle

Указатель уровня воды в емкостиУказанный прибор используется для отстойников и разных открытых водоёмов. Головка датчика применяется небольшого диаметра. Параметр наибольшего давления не превосходит 4.1 бара. Загрузочная способность указанного измерителя степени равняется 1 А. Наибольшая допустимая температура аппарата — 170 градусов. Кольцо в нем применяется с зажимом.

Посадочный фланец установили с особыми отверстиями. Наибольшая допустимая плотность воды равняется 3 кг в кв. см. Выходящий контакт в устройстве применяется открытого вида. В случае если доверять документации оснащения, то степень защиты идет с маркировкой ИП68. Купить установленный прибор уровня можно от 2300 р.

Модели Fine Tek

Эти детекторы уровня и поплавковые переключатели подойдут для агрессивной среды. Применяется устройство не только лишь в приямках, но и в колодцах. Малогабаритные размеры устройства дают возможность переносить огромное давление. Загрузочная способность презентованного измерителя уровня на отметке 2 А.

Указатель уровня воды в емкостиДиаметр головки датчика составляет 2.5 см. Электрокабельный ввод у модели определён со специальным уплотнителем. В случае если доверять документации на устройство, то выполнен он из пластмассы. Посадочный фланец применяется большого диаметра. Кроме того, немаловажно выделить, что в устройстве имеется топливный зонд. Находится он сразу под головкой датчика. Заглушка у данной модификации сделана из силикона. Стоит прибор уровня от 2400 р.

Если оценивать перечисленные выше виды измерителей уровня воды, ориентируясь на критерии прочности и правильности замеров, то на 1 месте будут электронные уровнемеры.

Но стоит также учитывать, что они предназначены для эксплуатации в промышленных условиях и не подходят для бытовой эксплуатации. По этой причине поплавковые и герконовые детекторы — это приемлемый вид, с доступной стоимостью и простой конструкцией.

Для сборки измерителя уровня воды я стоял перед выбором метода измерения – контактный или бесконтактный. К контактным относятся резистивный, конденсаторный и индуктивный методы, из бесконтактных способов наибольшее распространение получили визуальный, радарный и ультразвуковой. Чтобы не повлиять на качество воды в емкости мы прибегнем к одному из бесконтактных методов измерения уровня жидкости.

Указатель уровня воды в емкости

Все бесконтактные методы основаны на одном принципе: сигнал уходит, проходит определенное время, сигнал возвращается. Визуальный метод использует оптический сигнал, он достаточно точный, но если датчик загрязнится, то он вообще перестанет работать.

При использовании радарного метода измерения уровня используются высокочастотные радиоволновые сигналы, из-за этого метод не подходит для использования в домашних условиях. Ультразвуковой метод аналогичен радарному, только вместо радиоволн используются ультразвуковые волны. Этот способ подходит нам как нельзя лучше, из-за того, что ультразвуковые сенсоры легко найти и они недороги.

Читать также:  Моторчик от машинки что можно сделать

Измеритель уровня жидкости я сделал на базе микроконтроллера Arduino Mega2560 (можно взять любой контроллер Arduino).

За любые повреждения, полученные в процессе сборки автор статьи ответственности не несет.

Шаг 1: Материалы

Указатель уровня воды в емкости Указатель уровня воды в емкости

Материалы для датчика уровня воды в резервуаре:

  • Arduino (Uno, Mega 2560,…)
  • ультразвуковой датчик измерения расстояния HC SR04
  • провода для подключения датчика к контроллеру
  • оргстекло для корпуса (опционально)

Шаг 2: Немного теории

Указатель уровня воды в емкости

Для начала я расскажу вам немного об ультразвуковом способе измерения уровня жидкости. Смысл все бесконтактных приборов измерения уровней заключается измерении расстояния между трансивером и поверхностью жидкости. Трансивер посылает короткий ультразвуковой импульс и измеряется время, за которое сигнал идет до поверхности жидкости и обратно до трансивера. Из-за того, что плотность жидкости выше, чем плотность воды, ее поверхность отразит ультразвуковой импульс.

У ультразвукового метода измерения есть свои минусы:

  1. Из-за длины импульса остается маленькое окно для приема отраженного сигнала, потому что трансивер продолжает испускать сигнал. Проблема решается достаточно просто: сенсор размещается на несколько сантиметров выше максимального уровня жидкости, позволяя приемнику начать прием сигнала.
  2. Из-за ширины луча имеются ограничения в диаметре используемой емкости. Если диаметр будет слишком мал, отраженный от поверхности жидкости сигнал будет отражаться и от стенок емкости, тогда данные могут быть ложными.
  3. Прежде чем установить счетчик в бак на постоянное место, его протестировали на эти два момента. Стабильные данные получены на расстоянии минимум 5 см от сенсора. Это значит, что сенсор нужно установить не ниже 5 см над уровнем жидкости. Также не было отраженных от стен бака сигналов при диаметре сосуда 7,5 см (высота 0,5 м). Эти результаты были учтены при установке сенсора в бак.

Шаг 3: Водяной бак

Указатель уровня воды в емкости Указатель уровня воды в емкости Указатель уровня воды в емкости

Вода в систему полива будет поступать самотеком. Поэтому бак должен быть установлен выше уровня пола. Бак сделан из метровой канализационной трубы диаметром 16 см. Труба разделена на две секции. В нижней секции располагаются клапана, верхняя будет собственно резервуаром с водой. В качестве крышки резервуара используется заглушка. К заглушке крепится ультразвуковой датчик измерения расстояния. Для устойчивости бак установлен в деревянный короб, в котором установлена электроника и аккумулятор.

Высоту столба жидкости кодируем в процентах, точкой отсчета будут показания счетчика от 6 см (100%), и до 56 см (0%), 6 см – удаление от поверхности воды.

Бак сделан из трубы для простоты вычислений объема (цилиндиреская форма без изменений диаметра).

Шаг 4: Схема соединения ультразвукового датчика и контроллера

Указатель уровня воды в емкости Указатель уровня воды в емкости Указатель уровня воды в емкости

Сначала припаиваем к ультразвуковому датчику провода (витая пара, без экранирующего покрытия или фольгированная). Потом помещаем датчик в самодельный корпус из оргстекла. Корпус герметизируем и крепим на крышку бака. Корпус сделан по ходу дела и не является обязательной деталью, поэтому его нет на фото и нет инструкций по изготовлению, так что импровизируйте, если решили сделать его.

Следуя приложенной схеме, подключите датчик к контроллеру.

Шаг 5: Программа

Указатель уровня воды в емкости

Программа по измерению расстояния конвертирована в программу по определению уровня воды.

Сначала посылается сигнал, затем он возвращается, измеряется время между передачей и приемом сигнала, а полученные данные преобразуются в сантиметры. Сантиметры, в свою очередь, преобразуются в проценты и через последовательное соединение эти данные передаются на компьютер. Также можно подсчитать оставшийся в резервуаре объем воды.

Шаг 6: Проверка

Указатель уровня воды в емкости

Так как потом этот водяной бак будет использоваться в автоматической системе полива с двухступенчатым регулятором, необходимо измерить показатели потока. Выходной поток из бака зависит от гидростатического давления внутри него.

Любой человек, знакомый с основами гидродинамики, знает, что гидростатическое давление уменьшается при снижении уровня воды. Чтобы полив растений осуществлялся одинаковым объемом воды, нужно иметь возможность контролировать время, в течение которого клапан остается открытым. Зная показатели потока, можно подсчитать, какой объем воды может вытечь из бака за определённое время, и таким образом определить время, в течение которого клапан должен быть открытым.

Чтобы проверить точность работы нашего измерителя уровня воды наполните резервуар водой до максимального уровня. Затем откройте клапан, чтобы вся вода вытекла. Бак опустел до 2% из-за того, что конструкция сделана таким образом, чтобы предотвратить вытекание остатков. На картинке приложена диаграмма ступенчатой функции, по этой диаграмме мы можем приблизительно оценить на каком уровне воды происходит изменение (с помощью Excel, Matlab или другой вычислительной программы).

Датчик уровня воды, собранный своими руками работает в соответствии с ожиданиями.

Шаг 7: Применение в проектах

Указатель уровня воды в емкости

Собранный измеритель уровня воды с ультразвуковым датчиком является образцом. Если мы хотим применять измеритель в проектах, как самодельных, так и полупромышленных, нужно провести испытания на износостойкость и водостойкость. После проведения испытания будет ясно, подходит ли измеритель для использования в каких-либо проектах. Прямо сейчас я могу лишь сказать, что датчик работает нормально то время, которое прошло после сборки.

Из-за того, что метод измерения уровня воды бесконтактный, вода не загрязняется. Сам датчик вышел совсем недорогим по себестоимости, а это значит, что его можно использовать в самодельных проектах.

Указатель уровня воды в емкости

Рассказываю как сделать какую-либо вещь с пошаговыми фото и видео инструкциями.

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.

Читать также:  Как правильно установить автомагнитолу

Область применения датчиков уровня воды

  • 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.

Указатель уровня воды в емкостиРис. 1 Принцип действия поплавкового датчика уровня (ПДУ)

  • 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.

Виды датчиков уровня воды

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.

Указатель уровня воды в емкости Указатель уровня воды в емкостиРис. 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.

Указатель уровня воды в емкостиСхема 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.

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.

Указатель уровня воды в емкостиРис. 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.

Оставить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *