Электрификация

Справочник домашнего мастера

Датчик контроля уровня воды

Чтобы автоматизировать некоторые производственные процессы, требуется контроль уровня жидкости. Подобные измерения выполняются с применением специальных уровнемеров для емкостей, которые подают сигнал при достижении определенного уровня воды. Существует несколько типов этих приспособлений.

Содержание

Конструктивные особенности и принцип работы

Конструкция измерителей уровня жидкости в резервуаре определяется такими характеристиками:

  1. Функциональностью. По этому параметру все измерительные устройства этого класса классифицируют на уровнемеры и сигнализаторы уровня жидкости. Последние определяют конкретную точку наполненности емкости (максимальную и минимальную), а первые — постоянно контролируют уровень жидкости.
  2. Принципом работы. В основу этого параметра заложена акустика, оптика, магнетизм, электропроводность и так далее. От принципа действия устройства зависит область его применения.
  3. Методика измерения (бесконтактная или контактная).

Кроме того, конструктивные особенности устройства определяют тип технологической среды. Например, уровнемеры в баках с питьевой водой отличаются от приспособлений, которые предназначены для измерения наполненности резервуаров с промышленными стоками.

Разновидности датчиков

Все уровнемеры классифицируются по принципу их действия. Основные типы измерительных устройств:

  1. Поплавковый. Это самый простой вариант измерения уровня воды в баке. Конструкция поплавкового уровнемера включает в себя 2 геркона, магнит и поплавок. Когда уровень жидкости увеличивается, поплавок поднимается до первого геркона, который отключает реле двигателя. Если резервуар опустошается, поплавок опускается до второго геркона, который запускает реле и включает насос, перекачивающий жидкость из скважины. Герконовый датчик предельного уровня жидкости можно сделать своими руками. При этом он будет работать, даже если в резервуаре будет объемный слой пены.
  2. Ультразвуковой. Эта разновидность измерительных устройств применяется как для сухой, так и для жидкой среды. Ультразвуковые датчики могут иметь дискретный или аналоговый выход. То есть приспособление может постоянно контролировать уровень воды или ограничивать наполнение емкости при достижении конкретной точки. Такой уровнемер состоит из приемника, УЗ-излучателя и контроллера, отвечающего за обработку сигнала. Сигнализаторы ультразвукового типа являются беспроводными и бесконтактными, поэтому их можно устанавливать даже во взрывоопасных и агрессивных жидкостях.
  3. Электродный (кондуктометрический). Такие уровнемеры не подходят для емкостей с дистиллированной водой. Стандартная конструкция оснащена трехуровневым сигнализатором, в котором наполнение резервуара контролирует пара электродов, а третий — предназначен для аварийных ситуаций, для запуска режима активной откачки.
  4. Емкостный. С использованием таких уровнемеров можно точно идентифицировать предельное наполнение резервуара. Они подходят как для жидкостей, так и для сыпучих субстанций. Емкостные уровнемеры функционируют по такому же принципу, что и конденсаторы: измерение выполняется между пластинками чувствительного элемента. При достижении пикового значения на контроллер отсылается соответствующий сигнал. Иногда емкостные сигнализаторы работают по принципу «сухого контакта», при котором устройство срабатывает через стенку резервуара. Эти приспособления могут эффективно работать в очень обширном диапазоне температур, на их функционирование не влияет электромагнитное излучение. Такие эксплуатационные свойства расширяют область использования емкостных уровнемеров.
  5. Радарный. Эта разновидность сигнализаторов является универсальной, так как она работает с любыми видами технологических сред, включая взрывоопасные и агрессивные жидкости. При этом показания не будут изменяться под воздействием температуры и давления. Прибор излучает радиоволны в определенном частотном диапазоне. Приемник улавливает отраженный радиосигнал и определяет заполненность резервуара, руководствуясь периодом задержки сигнала. На датчик-измеритель не влияет температура и давление. Запыленность технологической среды тоже не сказывается на показаниях. Специалисты отмечают, что радарные приспособления обладают максимальной точностью, так как их погрешность не превышает 1 мм.
  6. Гидростатический. Этот тип сигнализатора позволяет измерять как текущее, так и предельное наполнение емкостей. Принцип работы гидростатического устройства базируется на измерении давления столба жидкости. Популярность таких датчиков обусловлена небольшой ценой и достаточной точностью.

Существуют и другие типы устройств, но они обладают специфичным назначением.

Правила выбора

Выбирать уровнемер для резервуаров необходимо с учетом большого количества факторов. Среди них:

  • состав воды;
  • объем емкости и материал, который был использован для ее изготовления;
  • потребность в контроле предельного и минимального уровня жидкости или мониторинг действительного состояния;
  • возможность внедрения автоматического управления в систему;
  • коммутационные возможности приспособления.

Для выбора бытовых устройств важно учитывать объем емкости, схему управления и принцип срабатывания.

Популярные модели

Современный рынок предлагает много моделей сигнализаторов. Самые популярные из них:

  1. ДЕ-1 (датчик емкостный). Чаще всего этот сигнализатор используется в агрессивных средах химической и металлургической промышленности. Он позволяет контролировать температуру и уровень сыпучих и жидких веществ. Нередко используется в установках аварийной защиты.
  2. ЭСУ-1 (электронный сигнализатор уровня). Корпус этой модели изготовлен из высококачественной стали и фторопласта. Чаще всего ЭСУ-1 устанавливают во взрывоопасных и агрессивных средах. Источник электропитания находится за пределами технологической среды. Датчик измеряет уровень нефти, спирта и воды. Блок питания выполнен из прочного алюминиевого сплава.
  3. РУ-305 (реле уровня). Этот прибор предназначен для контроля состояния жидких сред. Его корпус выполнен из особого материала и может с легкостью выдерживать температуры от -50 до +50 градусов Цельсия. Однако РУ-305 запрещается применять в агрессивных химических средах. Из недостатков этого уровнемера потребители отмечают лишь то, что он работает только в одном положении, без наклона. Измерение уровня осуществляется посредством перемещения магнита с поплавком и срабатывания герконом. Измерения имеют точность не более 5 мм.
  4. СУ-100 (сигнализатор уровня). Датчик для измерения уровня сыпучих и жидких веществ. В конструкции СУ-100 присутствует электромагнитное реле.
  5. Rosemount 5600. Этот радарный датчик уровня позволяет бесконтактно измерять любую разновидность веществ. Чтобы добиться максимально точных показаний, уровнемер необходимо правильно установить. Точность показаний устройства может ухудшаться из-за воздействия электромагнитного излучения. Корпус обладает взрывозащитной конструкцией и дисплеем, на котором отображается вся необходимая информация. Rosemount 5600 может использоваться для измерения температурных показателей в резервуаре. Чтобы в полной мере оценить возможности этого оборудования, ему необходима квалифицированная настройка с учетом диаметра трубопровода, длины уровнемера и расстояния между уровнем и опорной точкой.

Сложные модели целесообразно приобретать лишь для промышленного применения. Для бытовых целей подходят простейшие варианты уровнемеров.

Сигнализаторы уровня жидкости и воды

Сигнализаторы уровня жидкости — предельного (максимального/минимального), установленного

Сигнализаторы уровня жидкости обеспечивают контроль за предельным или требуемым уровнем жидкости в различных резервуарах, емкостях, баках, бассейнах, колодцах, скважинах, открытых водоемах. Сигнализатор уровня жидкости, сигнализатор уровня воды обеспечивают сигнализацию достижения уровня воды, сточных вод, нефтепродуктов, технических жидкостей, масла, охлаждающей жидкости, молока и молокопродуктов, растительного масла, паст, соусов, кетчупов. майонеза, шоколада и т.д.

Интерактивный подбор датчика уровня жидкости

Чтобы получить оптимальное решение вашей задачи, заполните опросный лист,
и наши специалисты свяжутся с Вами, чтобы предложить готовый ответ.

Поплавковые датчики уровня — сигнализаторы уровня воды

самый простой элемент автоматизации управления уровнем. Вместе с тем сигнализатор уровня жидкости, это самый надежный и экономически выгодный способ сигнализации уровня различных жидкостей: от дистиллированной воды, до агрессивных жидкостей и взвесей. Существует множество классификаций видов и подвидов поплавковых сигнализаторов уровня, но основополагающий принцип их работы основан на действии выталкивающей силы на поплавок масса объемная плотность которого меньше плотности контролируемой жидкости.
В данном разделе представлены поплавковые датчики уровня, состоящие из корпуса поплавка со встроенным микропереключателем и присоединительного кабеля. В качестве поплавков применяют преимущественно полые полипропиленовые шаровидные или сфероцилиндрические тела. Некоторые производители называют сигнализаторы по материалу корпуса — поплавковые сигнализаторы из полипропилена. Материал присоединительного кабеля полиуретан или поливинилхлорид. Такие датчики устойчивы к воздействию слабоконцентрированных растворов кислот и щелочей, неорганических растворителей, бензина, дизтоплива, сточных вод. В качестве коммутирующего элемента применяются жидкометаллические выключатели, не содержащие ртуть (Galinstan). Процесс переключения инициируется отклонением датчика от горизонтальной плоскости на угол 3…18º. Диапазон коммутирующих напряжений 20 … 265VAC или 6 … 60VDC. Температурный диапазон от до +120ºС. Поплавковые сигнализаторы могут быть снабжены дополнительным грузом или закреплены на направляющей посредством фиксирующих колец.
Выбрать поплавковый датчик уровня…

Магнитные датчики уровня

Магнитные сигнализаторы предельного уровня состоят из поплавка, который имеет магнитную связь с установленным снаружи микропереключателем (магнитные датчики уровня с «горизонтальной» схемой установки или поплавком в который встроен магнит. Поплавок со встроенным магнитом, перемещается вод воздействием гидростатической выталкивающей силы по направляющей трубке, вызывая поочередное замыкание магниточувствительных герконовых контактов расположенных внутри направляющей трубки. Число герконов и соответственно число контролируемых уровней может достигать семи и более. Электрические характеристики магнитных датчиков уровня определяются применяемыми герконами, и как правило обеспечивают коммутацию нагрузки мощностью до 250 Ватт. Условия эксплуатации зависят от материала поплавка и направляющей, и как правило удовлетворяют требованиям: температура контролируемой среды -40ºС … +120ºС; избыточное давление до 2МПа; плотность контролируемой среды 0,5…1,5 гр/см.кв.; диапазон измерений до 25 метров.
Выбрать магнитный поплавковый сигнализатор предельного уровня…

Кондуктивные датчики уровня

Кондуктивные (кондуктометрические) сигнализаторы уровня применяют для контроля уровня электропроводящих жидкостей с уровнем проводимости от 0,1 мкСм/см. К таким жидкостям относятся растворы кислот и щелочей, водные растворы солей, вода, молоко и т.п. Простейший кондуктометрический сигнализатор уровня, представляет собой два электрода, одним из которых может быть стенка резервуара, между которыми измеряется сопротивление. Достижение установленного значения приводит к срабатыванию выходного ключа. На практике кондуктивные датчики могут быть снабжены 3-5 электродами для сигнализации 2-5 уровней. Температурный диапазон процесса контролируемого кондуктивными датчиками может достигать +200ºС при избыточном давлении до 1,6 бар. Несмотря на свою простоту, низкую стоимость, простоту в обслуживании, отсутствие движущихся частей и нечувствительности к турбулентности, применение кондуктивных датчиков уровня ограничено диэлектриками, вязкими налипающими жидкостями и маслами.
Выбрать кондуктивный сигнализатор предельного уровня…

Емкостные датчики уровня

Для сигнализации предельного уровня жидкости (так же как и сыпучего вещества) в принципе может использоваться любой емкостный датчик положения, герметичный со стороны чувствительной поверхности, при выполнении одного из двух условий: стенки резервуара выполнены из электропроводящего материала или в резервуар с «диэлектрическими» стенками помещен дополнительный электрод, соединенный с землей. В качестве чувствительного элемента емкостных сигнализаторов уровня используется электрод (стержень, пластина, трос) в защитной оболочке, являющийся одной из «обкладок» конденсатора (второй обкладкой, как правило, является корпус датчика или резервуара). В качестве чувствительного элемента может так же использоваться коаксиальная конструкция. При достижении измеряемой жидкости или сыпучего материала электрода, вследствие изменения диэлектрической проницаемости между «обкладками конденсатора» изменяется значение емкости, что отслеживается электронной схемой, в результате чего изменяется выходной сигнал. При освобождении электрода от материала, состояние выходного ключа вновь изменяется.
Выбрать емкостной сигнализатор предельного уровня …

Оптические сигнализаторы уровня

Принцип действия оптических датчиков уровня основан на изменении коэффициента преломления оптического излучения на границе перехода двух сред. Одна из сред — линза самого датчика, а вторая — непосредственно окружающая среда, которая может быть воздушной в случае, когда уровень жидкости ниже чувствительной поверхности датчика, и жидкостной при достижении определенного уровня жидкости. Как правило, в качестве источника оптического излучения используется инфракрасный светодиод. В воздушной среде инфракрасное излучение светодиода отражается от внутренней поверхности линзы датчика и попадает в область фотоприемника, который регистрирует наличие излучения. Тогда как при контакте линзы с жидкостью условия для отражения света изменяются, и он уже по большей части не отражается, а проходит сквозь линзу, рассеиваясь в жидкости. На выходе приемника электрическая схема производит обработку сигнала и преобразует его в выходной цифровой сигнал или в сигнал логического уровня.
Выбрать оптический датчик предельного уровня …

Вибрационные датчики уровня

Вибрационный зонд, выполненный в виде вилки или одновибратора круглого или ромбического сечения, механически соединенный с пьезоэлектрическим элементом вибрирует на резонансной частоте пьезоэлемента. При достижении сыпучим материалом зонда, происходит поглощение механических колебаний, что регистрируется электроникой датчика и приводит к формированию выходного сигнала. Понижение уровня материала освобождает зонд, что вновь приводит к изменению состояния выходного ключа. Функционирование данных устройств не зависит от флуктуации физических свойств контролируемого вещества. Вибрационные сигнализаторы уровня не чувствительны к турбулентности, образованию пены и внешней вибрации. Постоянная механическая вибрация зонда в определенных пределах способствует его самоочистке. Вибрационный сигнализатор уровня является надежным и не нуждающимся в обслуживании прибором для контроля уровня жидкости и некоторых сыпучих материалов. Смотреть примеры применения вибрационных датчиков уровня…
Выбрать вибрационный датчик предельного уровня …

Ультразвуковые датчики уровня

Ультразвуковые датчики уровня жидкости с дискретным или аналоговым выходом используют пьезоэффект — изменении геометрических размеров керамической или кварцевой пластины при подаче на нее электрического поля и появлении электрического поля на поверхностях пластины при механических воздействиях на нее. Колебания пластины с частотой прикладываемого электрического поля вызывают появление звуковых волн такой же частоты. Эти волны распространяются в воздухе со скоростью звука — 330 м/сек. Они, подобно эху, отражаются от предметов и возвращаются к излучателю. Воздействуя на пластину, звуковые волны вызывают появление на ней электрического поля. Пьезокерамическая (кварцевая) пластина работает вначале излучателем, а потом приемником ультразвуковых волн.

Ультразвуковые датчики в качестве сигнализаторов предельного уровня незаменимы там, где не допустим контакт датчика с контролируемой жидкостью. В качестве сигнализаторов применяют ультразвуковые датчики положения или ультразвуковые датчики с программируемыми пороговыми выходами. Пороговое регулирование, где уровень жидкости или величина провиса должны быть не больше одной и не меньше другой величины. Привод регулятора подключается к одному датчику, а не к двум. Подстройка порогов срабатывания выходов осуществляется при помощи одной кнопки на корпусе датчика. Ультразвуковые датчики уровня позволяют контролировать уровень от 5мм до 6 метров, имеют «острую» диаграмму излучения, что позволяет применять их даже для контроля уровня жидкости в пробирках. При этом доступны специальные химически-стойкие исполнения. В нашем ассортименте представлены ультразвуковые датчики уровня жидкости:

  • Ультразвуковые датчики приближения
  • Ультразвуковые датчики перемещения и измерения расстояния
  • Ультразвуковые датчики с программированием порогов переключения
  • ультразвуковые датчики с дальностью до 6 метров

Выбрать ультразвуковой датчик предельного уровня жидкости

Гидростатические датчики уровня

Гидростатические сигнализаторы предельного уровня используют метод измерения основанный на определении гидростатического давления, оказываемого жидкостью на дно резервуара. Величина гидростатического давления на дно резервуара зависит от высоты столба жидкости над измерительным прибором и от плотности жидкости. Принцип действия: преобразование деформации упругого чувствительного элемента под воздействием гидростатического давления в токовый сигнал. Превышение тока выше установленного значения соответствует превышению избыточного давления и соответственно превышению заданного уровня, что вызывает изменение состояния выходного ключа. Гидростатические сигнализаторы уровня — это датчики избыточного давления, поэтому необходима связь датчика с атмосферой. В случае использования «погружных» сигнализаторов уровня, необходимо обеспечить вывод атмосферной трубки за пределы резервуара. При монтаже гидростатических сигнализаторов уровня необходимо учитывать, что при закачивании материала процесса, струя жидкости может вызывать избыточное давление, что приведет к ложному срабатыванию, поэтому следует располагать датчики максимально удаленно от зоны турбулентности.

Выбрать гидростатический сигнализатор предельного уровня …

  • 1.2.2а. Поплавковый датчик уровня воды
  • 1.2.2б. Магнитные поплавковые сигнализаторы уровня жидкости
  • 1.2.2в. Емкостные сигнализаторы уровня жидкости
  • 1.2.2г. Оптические датчики уровня жидкости
  • 1.2.2д. Вибрационные сигнализаторы уровня жидкости
  • 1.2.2е. Гидростатические сигнализаторы уровня
  • 1.2.2ж. Кондуктивные сигнализаторы уровня

Сигнализаторы уровня в резервуарах

Современные технологические циклы многих предприятий связаны с использованием в производстве жидких, сыпучих, жирных и агрессивных химических веществ. Зачастую для нормальной работы необходимо поддерживать круглосуточный цикл производства, в котором важную роль играют современные системы управления, в том числе позволяющие контролировать показатели количества сырья в резервуарах и емкостях, изменения его температуры, качества, иметь точные сведения о химических реакциях и их результатах. В особенности в процессе производства необходима информация, касающаяся количества материалов внутри этих емкостей, их уровня и расхода, а это значит что без надежной и достоверной информации непосредственно из заполненного сырьем резервуара не обойтись.

Решить эту проблему, может установка специальных датчиков, которые в автоматическом режиме позволяют не только контролировать уровень материалов в резервуаре, но и получать дополнительно другую не менее ценную информацию, чем процент заполнения резервуара.

Классификация сигнализаторов

Используемые в промышленности системы контроля веществ в оборудовании зависят от правильного подбора датчиков, отвечающих за определение уровня содержимого в емкости. Классификация этих датчиков позволяет правильно подобрать необходимый прибор для точного определения необходимых показателей. Предлагаемые сегодня датчики или сигнализаторы уровня в резервуарах имеют свою узконаправленную специализацию, требующую не только специфической настройки, но и понимания принципов работы таких приборов. Неправильно подобранный или не совсем соответствующий задачам производства сигнализатор уровня в емкости не только будет искажать реальные данные, но и может привести к производственной аварии.

Одним из видов классификации сигнализаторов выступает сфера их применения:

  • Сигнализатор уровня жидкости;
  • Сигнализатор уровня сыпучих тел в резервуаре.

Одним из самых популярных датчиков для жидкостей выступает сигнализатор уровня воды, нашедший свое применение как в промышленности, например, в емкостях очистки воды, используемой в технологическом цикле производства, так и в коммунальном хозяйстве – сигнализатор уровня жидкости в водонапорных башнях.

Сигнализаторы уровня сыпучих тел применяются, в системах управления заводов железобетонных изделий, кондитерском и фармацевтическом производстве, металлургии. Там, где необходимо контролировать количество материалов имеющих пылеватую и гранулированную форму.

Еще одним вариантом классификации таких приборов может выступать классификация, основанная на принципе работы этих датчиков. Важность применения различных физических принципов в работе датчиков связана с необходимостью получения информации о заполнении емкости веществами и жидкостями, имеющими свои специфические особенности.

К примеру, для работы в агрессивных средах газов, кислот или щелочей необходимо применение приборов с высокой степенью безопасности также как и для определения количества бензина или дизельного топлива необходимо применение специфического сигнализатора уровня нефтепродуктов. Классификация по принципу действия датчиков может выглядеть следующим образом:

  • Емкостные датчики;
  • Радиочастотные;
  • Гидростатические;
  • Мембранные;
  • Поплавковые;
  • Вибрационные;
  • Микроволновые;
  • Оптические;
  • Радарные;
  • Акустические;
  • Ультразвуковые.

Такая классификация позволяет более точно подобрать прибор, соответствующий по своим параметрам для установки в том или ином оборудовании.

Основное назначение всех этих датчиков заключается в необходимости подавать сигнал о наполнении или наоборот удалении из резервуара содержимого, и таким образом, управления машинами и механизмами других участков производства, например, насосных станций, накачивающих воду в водонапорную башню, как это бывает с датчиком водопроводной башни или открытия или закрытия дозатора в емкости для цемента на заводе железобетонных конструкций при производстве бетона.

Классифицировать приборы можно и по признаку передаваемого сигнала. Для простых систем управления, используемых поплавковый сигнализатор уровня жидкости в системах водоснабжения, применяются самые простые электронные схемы с электромагнитным реле, замыкающие и размыкающие контакты и таким образом запускающие насосы или останавливающие их. А вот для более сложных производств, применение нашли системы с интеллектуальной составляющей, передающие аналоговый или цифровой сигналы, позволяющие блоку управления получать дополнительную информацию, например, о скорости наполнения емкости.

Сигнализаторы уровня жидкостей

Электронные компоненты, обеспечивающие систему управления информацией об уровне жидкости в резервуаре, применяются как в привычных схемах оборудования, с емкостями работающих по схеме «наполнение-спуск» так и в резервуарах, отвечающих за аккумулирование или аварийный прием жидкостей. Сигнализаторы уровня жидкости востребованы практически во всех отраслях промышленности, они применяются в накопительных емкостях и резервуарах, баках, скважинах, башнях и регенерационных колоннах, колодцах, бассейнах и открытых отстойниках и водоемах. В пищевой промышленности датчики работают как с жидкостями – молоком, водой, соками, алкогольными и безалкогольными напитками, так и с маслами, майонезами, пищевыми полуфабрикатами и молокопродуктами.

Наиболее часто применяемые в различных системах контроля объема воды – это, безусловно, поплавковые сигнализаторы уровня воды, самый надежный и простой вид датчика. Он применяется, как в обычных условиях, когда в качестве основного вещества выступает водопроводная вода, так и в некоторых агрессивных средах, состоящих из водных растворов кислот и щелочей. Работа этого вида оборудования основана на применении выталкивающей силы жидкости на поплавковую камеру.

Магнитные сигнализаторы основаны на применении свойств магнитного поля, когда элемент с магнитом устанавливается внутри емкости, а снаружи устанавливается оборудование, фиксирующее изменение магнитного поля при изменении количества жидкости в закрытом объеме емкости. При увеличении объема жидкости датчик поднимается вместе с уровнем жидкости, замыкая постепенно контакты герконовых элементов. Магнитные датчики широко используются в качестве сигнализаторов уровня масла в очистных сооружениях, когда в сточных водах маслосодержащие нефтепродукты постепенно всплывают на поверхность воды, образуя нерастворимый слой.

Ультразвуковые виды приборов основаны на изменении ультразвука в резервуаре. Этот принцип широко используется в оборудовании сигнализаторов уровня нефти и нефтепродуктов, когда используются для определения уровня взрывоопасной жидкости, как в закрытых, так и открытых резервуарах для их хранения.

Оптические сигнализаторы используются для определения заполнения объема жидкими продуктами. Действие этого вида датчиков основан на анализе преломления света в районе верхнего уровня жидкости. Оптические приборы часто используются как сигнализаторы уровня жира в закрытых резервуарах.

Приборы, осуществляющие контроль при помощи ультразвука сегодня, нашли самое широкое применение не только благодаря самым точным показателям, но и благодаря универсальности применения. Ультразвуковой сигнализатор уровня может работать как в обычных средах с нейтральными веществами, так и в емкостях с агрессивными и ядовитыми средами, жидкостями, образующими пар и осадок. Этот вид приборов самый безопасный вид указателей уровня.

Приборы, определяющие уровень сыпучих материалов

Для работы в среде сыпучих материалов используются несколько видов приборов, основанных на свойствах сыпучих материалов. Основными видами таких сигнализаторов уровня сыпучих материалов являются:

  • Вибрационные датчики;
  • Емкостные датчики;
  • Ротационные сигнализаторы;
  • Приборы определения уровня наклонного типа.

Вибрационные сигнализаторы уровня используются для определения не только предельного значения заполнения, но и контроля нарастания или убывания объема загрузки материала. Принцип работы основан на изменении частоты колебания при поглощении колебания материалами. Вибрационный зонд формирует колебания с определенной частотой, при заполнении сыпучим материалом резервуара эти колебания поглощаются веществом и датчик формирует сигнал о достижении предела. Освобождение материалом зонда наоборот позволяет начать осуществлять колебания и как результат датчик сигнализирует о снижении количества сыпучих материалов в резервуаре.

Емкостные датчики основаны на принципе работы конденсатора, когда между электродами находится слой диэлектрика и при изменении этого слоя меняется и емкость конденсатора. Емкостные приборы применяются как для жидкостей, так и для твердых материалов. Емкостной сигнализатор уровня песка представляет собой специальный кабель, реагирующий на изменение количества песка в резервуаре изменением электрической проницательности.

Сигнализатор уровня осадка определяет количество плотного осадка в жидкостях и относится к оптическим видам приборов. Чаще всего он находит свое применение для определения степени загрязнения сточных вод на очистных сооружениях, анализируя распространение светового потока между прозрачными и непрозрачными слоями содержимого резервуара.

Реле контроля уровня жидкости

Здравствуйте, уважаемые читатели и гости сайта Power Coup Electric. В сегодняшней статье мы расскажем вам про реле контроля уровня жидкости.

Как следует из самого названия прибора, реле контроля уровня предназначены для регулировки и поддержания заданного уровня жидкости в каком-либо резервуаре. Получая сигнал от датчиков контроля уровня, расположенных в самом резервуаре, реле управляет работой исполнительных механизмов — электродвигателей насосов, электромагнитных клапанов и т.д.

С его помощью можно осуществить работу в автоматическом режиме насосов, защиту насоса от сухого хода, контроль протечки жидкости, найти различное применение в схемах автоматики и защиты.

Принцип работы реле

Работа реле основана на измерении сопротивления жидкости между общим электродом и электродами верхнего и нижнего уровня. Оно может применяться в электропроводящих жидкостях, таких как: водопроводная вода, родниковая вода, дождевая вода, морская вода, жидкости с низким содержанием алкоголя, молоко, пиво, сточные воды. Не подходят для работы реле: дистиллированная вода, бензин, масло, сжиженный газ, керосин, этиленгликоль.

Суть работы реле контроля при наполнении резервуара следующая — если уровень жидкости падает ниже установленной отметки, то реле, получая сигнал от датчика минимального уровня расположенного на нижней отметки, включает насос и емкость снова заполняется водой. Когда вода доходит до верхнего уровня, датчик максимального уровня сигнализирует об этом реле и то в свою очередь подает команду на остановку насоса. Таким образом накопительная емкость никогда не остается пустой.

Таким же образом можно сделать и наоборот осушение например подвала или погреба, когда при достижении максимального уровня реле будет давать команду на откачку воды, а при падении ниже минимального отключать насос.

Большинство реле имеют функцию временной задержки срабатывания при переключении, что повышает сроки эксплуатации насосов.

Так как коммутируемые токи выходных цепей реле обычно небольшие, то для управления мощными нагрузками в схеме необходимо задействовать магнитный пускатель. Реле контроля уровня будет управлять катушкой магнитного пускателя, а сам магнитный пускатель непосредственно нагрузкой.

Реле контроля может управляться по двум или по трем датчикам уровня. В комплект они обычно не входят, поэтому их придется покупать отдельно. Обычно используются датчики электродного и поплавкового типов.

Какие бывают датчики?

Электродный датчик представляет из себя три электрода — один короткий и два длинных. Короткий электрод выполняет функцию датчика максимального уровня, а длинные — минимального. При соприкосновении жидкости и короткого электрода отключается двигатель насоса, сигнализируя о достижении верхнего уровня. При понижении уровня жидкости до длинных электродов, насос включается и емкость начинает заполняться.

Поплавковый датчик имеет в основе своей конструкции поплавок, с установленным внутри него магнитом и геркон, встроенный в трубку датчика. При изменении уровня жидкости поплавок поднимается или опускается, магнит приближается к геркону, что приводит к замыканию контакта.

Емкостной датчик или, как его еще принято называть, измеритель уровня воды параметрического типа. Такие датчики способны трансформировать измеряемую величину в изменение емкостного сопротивления.

Емкостные датчики уровня

В зависимости от того, какой датчик будет установлен в применяемом регуляторе уровня воды, будет зависеть и схема самого реле.

Схема подключения реле контроля уровня жидкости

Работа реле основана на измерении сопротивления токопроводящих жидкостей между общим контактом «С» и контактами максимального «МАХ» и минимального «MIN» уровней. При достижении верхнего уровня реле выключается, контакты переключаются в положение 11 — 12. Реле находиться в выключенном состоянии до снижения уровня жидкости ниже минимального, затем реле включается контакты переключаются в положение 11 — 14.

Простейшая схема автоматического управления уровнем воды

Устройство, сделанное своими руками на одном транзисторе, может изготовить практически любой, кто этого захочет и приложит небольшие усилия для закупки очень недорогих и не многочисленных комплектующих и спаяет их в схему. Применяется она для автоматического пополнения воды в расходных ёмкостях дома, на даче и везде, где присутствует вода, без ограничений. А таких мест очень много. Для начала рассмотрим схему этого устройства. Проще просто не бывает.


Контроль уровня воды в автоматическом режиме с помощью простейшего электронного Схема контроля уровня воды.
Вся схема управления уровнем воды состоит из нескольких простых деталей и если без ошибок собрана из хороших деталей, то не нуждается в настройке и сразу заработает, как запланировано. У меня подобная схема без сбоев работает уже почти три года, и я ей очень доволен.

Схема автоматического управления уровнем воды

Список деталей

  • Транзистор можно применить любой из этих: КТ815А или Б. TIP29A. TIP61A. BD139. BD167. BD815.
  • ГК1 – геркон нижнего уровня.
  • ГК2 – геркон верхнего уровня.
  • ГК3 – геркон аварийного уровня.
  • D1 – любой красный светодиод.
  • R1 – резистор 3Ком 0.25 ватт.
  • R2 – резистор 300 Ом 0.125 ватт.
  • К1 – любое реле на 12 вольт с двумя парами нормально разомкнутыми контактами.
  • К2 – любое реле на 12 вольт с одной парой нормально разомкнутых контактов.
  • В качестве источников сигнала для пополнения воды в ёмкость, я применил поплавковые герконовые контакты. На схеме обозначаются ГК1, ГК2 и ГК3. Китайского производства, но очень приличного качества. Ни одного плохого слова сказать не могу. В ёмкости, где они стоят, у меня происходит обработка воды озоном и за годы работы на них ни малейшего повреждения. Озон является крайне агрессивным химическим элементом и многие пластики он растворяет совершенно без остатка.



Теперь рассмотрим работу схемы в автоматическом режиме.
При подаче питания на схему, срабатывает поплавок нижнего уровня ГК1 и через его контакт и резисторы R1и R2 подаётся питание на базу транзистора. Транзистор открывается и тем самым подаёт питание на катушку реле К1. Реле включается и своим контактом К1.1 блокирует ГК1 (нижний уровень), а контактом К1.2 подаёт питание на катушку реле К2, которое является исполнительным и включает своим контактом К2.1 исполнительный механизм. Исполнительным механизмом может быть насос для воды или электрический клапан, которые подают воду в ёмкость.
Вода пополняется и когда превысит нижний уровень, выключится ГК1, тем самым подготавливая следующий цикл работы. Достигнув верхнего уровня, вода поднимет поплавок и включит ГК2 (верхний уровень) тем самым замыкая цепочку через R1, К1.1, ГК2. Питание на базу транзистора прервётся, и он закроется, выключив реле К1, которое своими контактами разомкнёт К1.1 и выключит реле К2. Реле, в свою очередь выключит исполнительный механизм. Схема подготовлена к новому циклу работы. ГК3 является поплавком аварийного уровня и служит страховкой, если вдруг не сработает поплавок верхнего уровня. Диод D1 является индикатором работы устройства в режиме наполнения воды.
А теперь приступим к изготовлению этого очень полезного устройства.

Размещаем детали на плату.


Все детали размещаем на макетной плате, чтобы не делать печатную. При размещении деталей, нужно учитывать, чтобы паять как можно меньше перемычек. Нужно максимально использовать проводники самих элементов для монтажа.



Окончательный вид.
Схема управления уровнем воды запаяна.
Схема готова к испытаниям.
Подключаем к аккумулятору и имитируем срабатывание поплавков.
Всё работает нормально. Смотрите видео об испытаниях в работе этой системы.

Датчик уровня воды — измерение и контроль уровня воды в емкостях

Применение датчиков уровня воды, на самом деле, гораздо шире, чем кажется на первый взгляд. Они используются для измерения уровня воды в ёмкостях различного типа и назначения. Различают:

  • Сигнализаторы предельного уровня воды;
  • Уровнемеры для непрерывного измерения уровня воды;
  • Индикаторы уровня воды.

Вода используется повсеместно, как в быту, так и на производстве. И везде возникает необходимость контролировать ее уровень, поскольку перелив или опустошение емкости может привести к серьезным негативным последствиям.

Измерять уровень можно либо постоянно с помощью уровнемеров и индикаторов уровня, либо точечно, используя сигнализаторы предельного уровня.

Сигнализаторы предельного уровня воды

Когда возникает либо исчезает контакт со средой, данные устройства сигнализируют о достижении предельного уровня. Сигнализаторы используются для предотвращения перелива ёмкости/сухого хода насоса, поддержания заданного уровня воды в установленных пределах, а также в качестве предупредительной сигнализации.

Уровнемеры для непрерывного измерения уровня воды

Эти приборы непрерывно показывают степень заполнения ёмкости. Уровнемеры могут использоваться для:

  • мониторинга количества воды в различных резервуарах,
  • дозирования,
  • управления технологическими процессами.

Большинство уровнемеров (за исключением микроволновых, акустических и радарных) используют для измерения зонд, погружённый в жидкость. Именно здесь начинаются различия принципов действия. В нашем каталоге представлены уровнемеры paзличнoгo назначения. Выбор нужного зависит от многих факторов, таких как: тип емкости, условия и место эксплуатации и т.д.

Индикаторы уровня воды

Индикаторы уровня воды применяются исключительно для мониторинга уровня водяного столба. В них нет элементов, преобразующих механическое воздействие (повышение/понижение уровня воды) в электрический импульс. Поэтому управлять изменением уровня с помощью индикаторов можно лишь наблюдая за шкалой на них.

Вода необходима практически в любом технологическом процессе. В любой промышленности она используется для разных целей, будь то:

  • закалка,
  • токарная и фрезерная обработка (здесь вода используется в составе СОЖ),
  • на атомных электростанциях (в качестве рабочего тела),
  • для производства пищи,
  • орошение полей и т.д.

Перечислять области применения можно бесконечно. A где необходимо использование воды, там требуется и её хранение. Соответственно, нужно знать её количество, которое на данный момент подготовлено для использования. Во многих технологических процессах не обойтись без постоянного контроля уровня. В решении таких задач могут помочь сигнализаторы уровня, уровнемеры и индикаторы.

  • Изготовление ультразвуковых датчиков уровня жидкости своими руками и как подобрать нужный

    Телеметрическое управление многими производственными процессами предусматривает постоянную проверку уровня жидких веществ в резервуарах и трубопроводах. Для этого используют сенсоры, работающие на различных физических принципах: поплавковые, радарные, емкостные, гидростатичные. Ультразвуковой датчик обеспечивает контроль уровня жидкости в сложных условиях: в темноте, в пыли и дыму, при высокой и низкой температуре.

    Принцип действия

    Датчик работает на явлении отражения ультразвуковой волны от границы жидкой и газовой сред. Прибор излучает звуковые колебания частотой более 20000 герц, принимает эхо и измеряет время прохождения сигнала. Расстояние до границы сред рассчитывается по формуле: R= tV/2, где t – время от начала излучения до приема эха, V — скорость звука. Необходимо делить на 2, потому что звуковые волны проходят двойную дистанцию между поверхностью жидкости и излучателем.

    Скорость звука в воздухе — 331 м/сек. При изменении температуры этот показатель также меняется. Поэтому ультразвуковые сенсоры уровня имеют в конструкции термометр, показатели которого учитывается электронной схемой прибора при расчете значения уровня жидкости.

    Описание и назначение

    Ультразвуковой уровнемер жидкости — прибор для бесконтактного автоматического дистанционного измерения уровня жидких сред. Основные элементы конструкции сенсора: ультразвуковой излучатель и приемник отраженной звуковой волны.

    Излучатель

    В измерителях уровня используются пьезоэлектрический эффект – изменение линейных размеров диэлектрика в зависимости от частоты переменного электрического поля, в которое помещен. В излучателе пьезоэлемент передает колебания мембране, которая при частоте более 20000 герц начинает излучать ультразвук.

    Достоинства:

    • простота конструкции;
    • получение ультразвуковых колебаний значительного диапазона;
    • компактность.

    Недостатки:

    • низкая мощность излучения.

    Приемник

    Пьезоэлектрический эффект обратим: попадающие на мембрану отраженные акустические колебания вызывают образование в пьезоэлементе электрического тока. На этом принципе работают приемники ультразвукового излучения в уровнемерах: при получении отраженного сигнала в цепи прибора образуется электрический ток.

    Применение пьезоэлектрической схемы позволило создать измеритель уровня жидкости, в которых излучатель и приемник — единый элемент. Это упрощает и удешевляет конструкцию прибора, его монтаж и обслуживание.

    Типы ультразвуковых датчиков уровня жидкости, работающих на принципе эхолокации:

    Сигнализаторы контрольных точек уровня

    Прибор настраивается на два значения: минимальный уровень жидкости и максимальный. Если время прохождения отраженного сигнала соответствует минимальному заданному уровню жидкости, электронный блок формирует сигнал в соответствии с заданной программой. Это может быть включение сигнальной лампочки и звуковой сигнализации, команда насосам на отключение и т.п. Тот же алгоритм используется при достижении максимального уровня жидкости.

    Датчики непрерывного мониторинга уровня

    Измерители данного типа постоянно измеряют расстояния до уровня жидкости. Преобразует полученные данные в аналоговый сигнал и транслирует его в соответствии с заданной программой на собственный дисплей, центральный пульт управления и т.п. Могут быть запрограммированы события при предельных значениях уровня жидкости, как в сигнализаторах.

    Датчики непрерывного мониторинга отличаются от сигнализаторов дополнительными возможностями: измеряют температуру жидкости, ее плотность, информируют об изменении агрегатного состояния и др.

    Ультразвуковые бесконтактные сенсоры применяются на производствах, в которых получение, хранение и перевозка жидкостей, в том числе агрессивных – часть технологического процесса:

    • химическая, газовая и нефтеперерабатывающая промышленность;
    • водоснабжение и очистка воды;
    • сельское хозяйство;
    • металлургическая промышленность;
    • пищевая промышленность.

    Назначение устройств:

    • предотвращение переполнения и опустошения емкостей с жидкостью и возникновения связанных с этим аварийных ситуаций;
    • включение в цепочку телеметрического управления системами и агрегатами в качестве измерительных элементов;
    • мониторинг изменений физических и химических свойств жидких веществ в емкостях.

    Преимущества и недостатки

    Преимущества ультразвуковых уровнемеров:

    • производство измерений без непосредственного контакта с жидкой средой, что позволяет работать с агрессивными жидкостями. К приборам не предъявляются повышенные требования к защищенности от негативных факторов внешней среды;
    • возможность измерения уровня без проникновения внутрь емкости, размещая датчик снаружи;
    • цена ниже другого типа бесконтактных сенсоров — радарных датчиков, вследствие более простой конструкции и менее дорогих комплектующих;
    • отражение ультразвука происходит от границы жидкости и газа, поэтому точность измерения не зависит от плотности жидкой среды, ее химических и физических свойств;
    • компактность;
    • мультисенсорность. Датчик служит для получения дополнительной информации о состоянии жидкости и емкости. Зависит от конкретной модели прибора.

    Недостатки сенсоров уровня жидкости:

    • ошибочные данные из-за отражения ультразвуковых сигналов от конструктивных элементов емкости. Необходимо на стадии монтажа прибора не допускать нахождения элементов конструкции во фронтальной плоскости датчика. В узких баках ультразвуковые датчики не применяются;
    • показания прибора будут ошибочными при давлении газовой среды, большем или меньшем атмосферного. В вакууме прибор работать не будет. В подобных случаях необходимы сенсоры, использующие другие физические принципы;
    • зависимость точности измерений от температуры и состава газовой среды, ее влажности, загрязненности, запыленности;
    • искажения результатов измерений при образовании на поверхности жидкости пены либо турбулентных завихрений.

    Как подобрать нужный

    При выборе ультразвукового измерителя уровня необходимо учитывать:

    • свойства жидкости;
    • материал, из которого изготовлен резервуар, его влияние на точность измерений;
    • используемую схему обработки измерительной информации;
    • оснащение сенсора дисплеем для отображения данных и изменения настроек;
    • наличие сертификатов;
    • влияние перепадов температуры и иных внешних факторов на точность измерения;
    • материал, из которого устройство выполнено.

    Вещества

    Большое преимущество ультразвуковых датчиков уровня – точность измерения не зависит от физико-химических свойств жидкости: плотности, химической активности, электропроводимости и др. Прибор будет работать с водой, с молоком, с серной кислотой, нефтью. Однако в некоторых случаях они не применяются:

    • для контроля уровня кипящих жидкостей. Образующиеся при кипении воздушные пузыри имеют отличные от жидкости параметры отражения акустических волн – результаты измерений искажается;
    • при образовании на поверхности жидкости пены, которая рассеивает и поглощает ультразвуковой сигнал;
    • при контроле жидкостей, требующих постоянного перемешивания. Образующиеся при этом кавитация и вихреобразные воронки искажают отраженный сигнал, и точность измерений снижается.

    Материал резервуара

    Материал резервуара, внутри которого установлен акустический датчик, не влияет на точность измерений прибора. Наиболее сильный отраженный сигнал приходит от границы сред, а вторичное эхо от стен емкости слабое и откалиброванным прибором не улавливается.

    Когда в силу технологических факторов, соблюдения мер безопасности и т. д., датчик внутрь емкости установить нельзя, для измерения уровня жидкости используется метод многократного отражения звуковых колебаний от внутренних стенок. Метод подразумевает установку сенсора снаружи. Измерения возможны, если резервуар изготовлен из металла, стекловолокна, стекла, пластика. Эти материалы хорошо отражают ультразвук, поэтому измерение уровня будет точным.

    Многие сорта пластмасс, пористая резина и т. п. имеют близкие к жидкостям характеристики отражения ультразвуковых сигналов.

    Если емкость изготовлена из этих материалов, применять наружный акустический датчик уровня жидкости нельзя, так как результаты измерений будут некорректными.

    Схема обработки сигнала

    Получаемый от датчика сигнал обрабатывается несколькими способами:

    1. Используется встроенный электронный блок для обработки данных, получаемых при измерениях. Информация отображается в цифровом или графическом виде на дисплее. Схема не предусматривает включение прибора в телеметрическую цепь управления и предназначена для информирования оператора об уровне жидкости в обследуемом резервуаре. Используется в переносных ультразвуковых уровнемерах для мониторинга жидкостей в герметичных емкостях.
    2. Полученный аналоговый сигнал преобразуется в цифровой прибором или дополнительным оборудованием. Получаемый сигнал передается на централизованный пульт управления. Прибор включается в единую сеть автоматического управления;
    3. Сигнализаторов контрольных точек используется как реле. При достижении жидкостью минимального запрограммированного уровня, датчик формирует сигнал, который в соответствии с заданной программой включает световую и звуковую сигнализацию, насос и т. п. Когда жидкость поднимется до следующей контрольной точки, датчик формирует команду на отключение сигнализации или насоса.

    Наличие дисплея в комплектации

    ЖК- дисплей отображает информацию о проводимых датчиком измерениях в реальном времени. Распространены 2 типа:

    • цифровой. Отображает цифровые значения измерений и простые статические графические изображения;
    • графический. Строит динамические графические изображения.

    На дисплее отображается изменение уровня жидкости в виде динамической пиктограммы емкости. На экран выводится другая информация, получаемая сенсором: температура жидкости и газовой среды, давление, плотность и т.д.

    С дисплеем удобно перепрограммировать прибор: последовательность шагов отображается на экране, подсвечиваются ошибки, выводится информация об успешном завершении процесса.

    Промышленные образцы редко комплектуются дисплеями, так как рассчитаны на включение в единую систему управления.

    Сертификаты на продукцию

    Сертификация ультразвукового измерителя уровня – процедура, подтверждающая его соответствие определенным стандартам, подтверждаемая выдаваемыми свидетельствами:

    • сертификат соответствия требованиям Таможенного союза, которым подтверждается выполнение требований к продукции, установленных в технических регламентах Таможенного союза. Наиболее распространенный сертификат, так как для большинства групп продукции технические регламенты приняты и действуют;
    • сертификат соответствия ГОСТ Р – подтверждение проверки изделия компетентной организацией, в ходе которой доказано его соответствие международным и национальным стандартам, техническим условия, стандартам организаций. На ультразвуковые измерители уровня оформляется добровольный сертификат ГОСТ Р, так они не входят в перечень продукции, подлежащей обязательной сертификации, который утвержден Постановлением Правительства РФ от 01.12.2009 № 982;
    • сертификат взрывозащиты. Подтверждает соответствие изделий требованиям ТР ТС 012/2011 «О безопасности оборудования для работы во взрывоопасных средах» и возможность работы измерительных приборов во взрывоопасных средах.

    Реакция датчиков уровня на перепады температуры

    Скорость звука в воздухе растет с увеличением температуры. Для устранения ошибок в измерениях промышленные уровнемеры снабжаются термодатчиком. Показатели температуры учитываются микропроцессором сенсора при расчете скорости прохождения ультразвуковых волн.

    Формула зависимости скорости звука в воздухе от температуры, полученная опытным путем:

    С = С0 + 0,59*t°,

    где С – скорость звука при измеренной температуре, С0 – скорость звука при температуре 0С°, t° — температура, измеренная термодатчиком, 0,59 – коэффициент, полученный на основании опытных измерений.

    Если в сенсоре не предусмотрена автоматическая корректировка результатов измерений в зависимости от температуры, она проводиться вручную при каждом значительном перепаде температуры. В противном случае прибор будет показывать неправильные значения уровня жидкости.

    Влияние внешних факторов на работу

    Кроме температуры газовой среды над жидкостью, на точность работы датчика влияют внешние факторы:

    • давление газовой среды. При его изменении скорость меняется, и датчик показывает неправильные значения;
    • сильная запыленность может нарушить работу измерителя;
    • из-за высокой влажности меняется скорость прохождения звуковых волн. Прибор покажет некорректные данные.

    Расчет необходимых поправок в работу датчика – сложная задача. Над поверхностью жидкости создается газовая среда, насыщенная парами жидкости. Его физические свойства отличаются от характеристик атмосферного воздуха, который служил эталоном для калибровки приборов.

    Для упрощения задачи часто применяются реперы – отражающие элементы, расположенные на строго фиксированных расстояниях от излучателя. Засекая время прохождения сигнала до репера и обратно, высчитывается скорость звука в газовой среде. Это значение используется для расчета уровня жидкости.

    Наличие реперов усложняет и удорожает монтаж и эксплуатацию датчиков уровня.

    Материал исполнения устройства

    Датчики работают в условиях агрессивной среды: повышенная влажность, пары химически активных веществ, повышенное давление. Для безотказной работы корпусы датчиков изготовлены из алюминиевых сплавом или специальных, химически стойких пластмасс. Для пожаро и взрывозащищенности и предотвращения агрессивного воздействия испарений электрические схемы и корпус приборов заливаются компаундом. В результате датчик уровня жидкости может длительное время работать без обслуживания.

    Как изготовить своими руками

    Для создания простейшего измерителя уровня понадобится ультразвуковой модуль HC-SR04 и микроконтроллер 8051. Устройство позволяет контролировать уровень жидкости в резервуаре глубиной до 2 метров. Для работы устройства нужно изолировать НС-SR04 от попадания влаги.

    HC-SR04 устанавливается в верхней части резервуара, излучателем в сторону жидкости. Ультразвуковые колебания, излучаемые модулем, отражаются от поверхности воды. Приемник принимает эхо-сигнал, высчитывает задержку времени и передает сформированный сигнал о результатах измерений микроконтроллеру.

    Микроконтроллер считывает сигнал и вычисляет расстояние.

    При введении необходимой программы микроконтроллер будет включать насос, когда уровень воды опустится до минимального заданного значения, и выключать его при достижении максимального уровня.

    Особенности применения

    Использование ультразвуковых измерителей имеет ряд особенностей. Например, для устранения ошибок измерений необходимо следовать алгоритму:

    • проводить и калибровку прибора при изменении состава газовой среды для установления фактической скорости звука;
    • проводить калибровку при каждом существенном изменении температуры, записывая значения скорости;
    • в дальнейшей работе прибора при перепадах температуры калибровку не проводить, а пользоваться ранее записанными показателями скорости.

    Процесс настройки сенсора достаточно трудоемок. Возможна ситуация, когда изменения газовой среды в резервуаре не связаны с изменением температуры. В данном случае придется повторно проводить калибровку прибора.

    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.

    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.

    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

    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

    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

    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

    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

    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.

    Файлы

    • level_meter.ino

    Шаг 6: Проверка

    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

    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.

admin

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Наверх