Датчик показ рівня води в баку. Як своїми руками зробити пристрій автоматичного підтримання рівня води. Індикатори рівня води

Вітаю!

Вирішив закинути маленьку статейку — раптом комусь у нагоді, як мені))

Спорудив невеликий простенький девайс для підтримки постійного рівня води в ємності. Схемка взята з Інтернету і повторена лише з додаванням елементарного параметричного стабілізатора напруги, т.к. за техзавданням харчуватися девайс повинен від 24В, а вся схема і реле на 12В.

Датчик рівня води триелектродний.

Пропонується схема пристрою керування насосом. Ця схема із набору, який пропонує «Майстер КІТ». Пристрій керування насосом дозволить автоматизувати роботу дачного насоса, за допомогою якого вода надходить у душовий бак. Принцип роботи "розумного помічника" наступний, коли рівень води в душовому баку падає нижче за певний рівень L, насос включається і починає закачувати воду в ємність. Коли рівень води досягає заданого рівня Н, пристрій вимикає насос.

Цей пристрій можна застосувати на дачі, в заміському будинку, котедж. Схема електрична важлива устрою показано малюнку.

Схемка проста і не потребує настроювання.

Вода має електричний опір. Поки в ємності немає води, транзистори Т1 і Т2 закриті, на колекторі транзистора Т1 є висока напруга. Дане висока напруга, надходячи через діод D1 на базу транзистора ТЗ, відкриває його транзистор Т4, що призводить до включення виконавчого реле, до силових контактів якого підключений насос. Насос починає качати воду в ємність. Світлодіод LED при цьому вмикається, індикуючи роботу насоса. Коли рівень води досягає датчика L, транзистор Т1 відкривається, напруга його колекторі падає. Однак насос продовжує працювати, тому що на базу транзистора Т3 подається напруга через резистор R8 та підтримує ключ ТЗ-Т4 у відкритому стані. Коли рівень води досягає датчика "Н", транзистор Т2 відкривається, і на базу транзистора ТЗ надходить низький рівень. Ключ ТЗ-Т4 закривається – реле вимикається. Лише коли рівень води знову опуститься нижче за рівень "L", реле включиться знову. Конструктивно пристрій виконано на друкованій платі з фольгованого склотекстоліту розмірами 61x41 мм. Як датчики "L" і "Н" можна використовувати підручні матеріали, наприклад мідні водопровідні напівдюймові гайки, міцно прикріплені до ізольованих дротів. Увімкнення пристроїв. Підключіть до плати дроти датчиків і розташуйте їх в експериментальній ємності такої ж висоти, як і душовий бак, що використовується на дачі, таким чином: "СОМ" на дні (якщо ємність залізна, то можна з'єднати цей провід з корпусом ємності); "L" - на бажаному нижньому рівні води (рівні увімкнення насоса); "Н" – на рівні відключення насоса. Підключіть пристрій до джерела живлення, дотримуючись полярності. Мережеву напругу та насос поки не підключайте. Увімкніть живлення. Повинні запалитися індикаторний світлодіод та "клацнути" реле, підключивши насос. Налийте воду у ємність. Коли рівень води досягне датчика "Н", реле має вимкнутись. Вилийте воду з ємності. Коли рівень води опуститься трохи нижче датчика "L", реле має увімкнутися. Тепер можна остаточно змонтувати датчики на реальному об'єкті і, дотримуючись обережності, підключити до контактів схеми 220 і насос.

Перевага даної схеми над більш простими - це застосування реле всього з одним контактом. Практично на всіх подібних простіших схемах використовується 2 групи контактів.

У схемі можливі заміни: транзистори будь-які біполярні із зазначеною провідністю. Я ставив В9014 і В9015, а ось VT5 у стабілізаторі – КТ805БМ у ТО-220 з невеликим радіатором. Наявність радіатора обов'язкова - нагрівання дуже інтенсивне. Я посадив ще й на пасту. Діоди - будь-які кремнієві. Конденсатори - будь-які з напругою не нижче 16В для С1, С2 та 40В для С3. Місток (або діоди в мосту) - на напругу не нижче напруги живлення та струмом не менше 200мА. Струм споживання схеми при спрацьованому реле становив 150мА при напрузі живлення 24В. При живленні від постійного струму можна викинути місток. при живленні джерела 12В (постійного) можна прибрати всю схему стабілізатора.

Перша версія.

У платі застосував комбінацію DIP та SMD компонентів. Версія плати перша, один з девайсів спаяний по ній. Плата другого доопрацьована небагато: міст прибрано з плати, передбачено застосування транзистора в стабілізаторі в корпусі ТО-220, більше елементів SMD, збільшено ширину доріжок.

Діодний місток запаяний на окремій невеликій хустці.

Водопостачання та водовідведення є невід'ємною частиною побуту та виробництва. Майже кожен, хто займався фермерським господарством або благоустроєм побуту, хоч раз стикався з проблемою підтримки рівня води в тій чи іншій ємності. Деякі роблять це вручну, відкриваючи та закриваючи засувки, але набагато простіше та ефективніше використовувати для цих цілей автоматичний датчик рівня води.

Типи датчиків рівня

Залежно від поставлених завдань контролю за рівнем рідини використовуються контактні і безконтактні датчики. Перші, як можна здогадатися з їхньої назви, мають контакт з рідиною, другі отримують інформацію дистанційно, використовуючи непрямі методи вимірювання – прозорість середовища, його ємність, електропровідність, щільність та ін. За принципом дії всі датчики можна розділити на основних 5 типів:

1. Поплавковий.
2. Електродний.
3. Гідростатичний.
4. Ємнісний.
5. Радарний.

Перші три можна віднести до приладів контактного типу, оскільки вони безпосередньо взаємодіють із робочим середовищем(рідкістю), четвертий та п'ятий – безконтактні.

Поплавкові сенсори

Мабуть, найпростіші конструкції. Є поплавковою системою, яка знаходиться на поверхні рідини. У міру зміни рівня поплавок рухається тим чи іншим чином замикаючи контакти механізму контролю. Чим більше контактів знаходиться на шляху руху поплавця, тим точніше показання сигналізатора:

Принцип роботи поплавкового датчика рівня води у баку

З малюнка видно, що показання індикатора такого пристрою є дискретними, а кількість значень рівня залежить від кількості вимикачів. На наведеній схемі їх два – верхній та нижній. Цього, як правило, цілком достатньо для автоматичної підтримки рівня заданого діапазону.

Існують поплавкові прилади для безперервного дистанційного контролю. Вони поплавок управляє двигуном реостата, а рівень обчислюється виходячи з поточного опору. Такі пристрої донедавна широко використовувалися, наприклад, для вимірювання кількості бензину в паливних баках автомобілів:

Пристрій реостатного рівня, де:

• 1 – дротяний реостат;
• 2 - повзунок реостата, механічно пов'язаний з поплавцем.

Електродні датчики рівня

Пристрої цього використовують електричну провідність рідини і є дискретними. Датчик є кілька електродів різної довжини, занурених у воду. Залежно від рівня в рідині виявляється та чи інша кількість електродів.

Триелектродна система датчиків рівня рідини в резервуарі

На малюнку, наведеному вище, два праві датчики занурені у воду, а значить, між ними є опір води – насос зупинено. Як тільки рівень опуститься, середній датчик виявиться сухим, а опір ланцюга збільшиться. Автоматика запустить насос підкачування. Коли ємність виявиться заповненою, короткий електрод потрапить у воду, його опір відносно загального електрода зменшиться і автоматика зупинить насос.

Цілком зрозуміло, що кількість контрольних точок неважко збільшити, додавши в конструкцію додаткові електроди та відповідні канали контролю, наприклад, для аварійної сигналізації переповнення або пересихання.

Гідростатична система контролю

Тут датчик є відкритою трубкою, в якій встановлено сенсор тиску того чи іншого типу. При збільшенні рівня змінюється висота водяного стовпа в трубці, а значить, тиск на сенсор:

Принцип роботи гідростатичної системи контролю рівня рідини

Такі системи мають безперервну характеристику і можуть використовуватися не тільки для автоматичного керуванняале для дистанційного контролю рівня.

Ємнісний метод виміру

Принцип роботи ємнісного датчика з металевою (ліворуч) та діелектричною ванною

За подібним принципом працюють і індукційні покажчики, але у них роль сенсора виконує котушка, індуктивність якої змінюється залежно від присутності рідини. Основним недоліком подібних пристроїв є те, що вони годяться тільки для контролю за речовинами (рідини, сипучі матеріали тощо), що мають досить високу магнітну проникність. У побуті індуктивні рецептори мало використовуються.

Радарний контроль

Основна перевага цього – відсутність контакту з робочим середовищем. Причому рецептори можуть відстояти від рідини, рівень якої потрібно контролювати, досить далеко – метри. Це дозволяє використовувати датчики радарного типу для контролю за виключно агресивною, отруйною або гарячою рідиною. Про принцип роботи таких датчиків говорить сама їхня назва – радарні. Прилад складається з передавача та приймача, зібраних в одному корпусі. Перший випромінює той чи інший тип сигналу, інший приймає відбитий і підраховує час затримки між надісланим та прийнятим імпульсами.

Принцип роботи ультразвукового сигналізатора рівня радарного типу

Сигналом залежно від поставлених завдань може бути світло, звук, радіовипромінювання. Точність таких сенсорів досить велика – міліметри. Єдиним, мабуть, недоліком можна вважати складність радарного обладнання контролю та досить високу його вартість.

Саморобні регулятори рівня рідини

Завдяки тому, що деякі з датчиків винятково прості за конструкцією, створити реле рівня води своїми руками зовсім нескладно. Працюючи разом з водяними насосами, такі прилади дозволять повністю автоматизувати процес підкачування води, наприклад, в дачну водонапірну башту або автономну системукраплинного поливу.

Поплавковий автомат керування насосом

Для реалізації цієї ідеї використовується саморобний герконовий датчик рівня води із поплавком. Він не вимагає дорогих та дефіцитних комплектуючих, простий у повторенні та досить надійний. Насамперед, варто розглянути конструкцію самого сенсора:

Конструкція дворівневого поплавкового датчика води у баку

Він складається з поплавця 2, який закріплений на рухомому штоку 3. Поплавець знаходиться на поверхні води і в залежності від її рівня рухається разом зі штоком і закріпленим на ньому постійним магнітом 5 вгору / вниз у напрямних 4 і 5. У нижньому положенні, коли рівень рідини мінімальний, магніт замикає геркон 8, а у верхньому (бак повний) – геркон 7. Довжина штока та відстань між напрямними вибирається виходячи з висоти водяного бака.

Залишилося зібрати пристрій, який автоматично вмикатиме і вимикатиме насос підкачки залежно від стану контактів. Схема його виглядає так:

Схема керування водяним насосом

Припустимо, що бак повністю заповнений, поплавець знаходиться у верхньому положенні. Геркон SF2 замкнутий, транзистор VT1 закритий, реле К1 та К2 відключені. Водяний насос, підключений до гнізда ХS1, знеструмлений. У міру витрати води поплавець, а разом з ним і магніт опускатимуться, геркон SF1 розімкнеться, але схема залишиться в колишньому стані.

Як тільки рівень води впаде нижче за критичний, замкнеться геркон SF1. Транзистор VT1 відкриється, реле К1 спрацює та стане самоблокування контактами К1.1. Одночасно контакти К1.2 цього ж реле подадуть живлення на пускач К2, що включає насос. Почалося підкачування води.

У міру збільшення рівня поплавок почне підніматися, контакт SF1 розімкнеться, але заблокований контактами К1.1 транзистор залишиться відкритим. Як тільки ємність наповниться, замкнеться контакт SF2 і примусово закриє транзистор. Обидва реле відпустять, насос відключиться, а схема перейде в режим очікування.

При повторенні схеми дома К1 можна використовувати будь-яке малопотужне електромагнітне реле на напругу спрацьовування 22-24, наприклад, РЕМ-9 (РС4.524.200). Як К2 підійде РМУ (РС4.523.330) або будь-яке інше на напругу спрацьовування 24, контакти якого витримують пусковий струм водяного насоса. Геркони підуть будь-які, що працюють на замикання чи перемикання.

Реле рівня з електродними датчиками

При всій своїй гідності та простоті, попередня конструкція рівнеміру для ємностей має і істотний недолік – механічні вузли, що працюють у воді та потребують постійного обслуговування. Цей недолік відсутня у електродної конструкції автомата. Вона набагато надійніша за механічну, не вимагає ніякого обслуговування, а схема ненабагато складніша за попередню.

Тут як датчики використовуються три електроди, виконані з будь-якого струмопровідного нержавіючого матеріалу. Всі електроди електрично ізольовані один від одного та від корпусу ємності. Конструкція сенсора добре видно на малюнку, наведеному нижче:

Конструкція триелектродного сенсора, де:

• S1 - загальний електрод (завжди у воді)
• S2 - сенсор мінімуму (бак порожній);
• S3 - сенсор максимального рівня (бак повний);

Схема управління насосом буде виглядати наступним чином:

Схема автоматичного керування насосом за допомогою електродних сенсорів

Якщо бак сповнений, то всі три електроди знаходяться у воді та електричний опір між ними невеликий. При цьому транзистор VT1 закрито, VT2 відкрито. Реле К1 включено та своїми нормально замкнутими контактами знеструмлює насос, а нормально розімкненими підключає сенсор S2 паралельно S3. Коли рівень води починає падати, оголюється електрод S3, але S2 ще у воді нічого не відбувається.

Вода продовжує витрачатися і, нарешті, оголюється електрод S2. Завдяки резистору R1 транзистори переходять у протилежний стан. Реле відпускає та запускає насос, одночасно відключаючи датчик S2. Рівень води поступово підвищується і спочатку замикає електрод S2 (нічого не відбувається – він вимкнений контактами К1.1), а потім S3. Транзистори знову перемикаються, реле спрацьовує та відключає насос, одночасно підключаючи сенсор S2 у роботу для наступного циклу.

У пристрої можна використовувати будь-яке малопотужне реле, що спрацьовує від 12, контакти якого здатні витримати струм пускача насоса.

При необхідності цю ж схему можна застосувати і для автоматичного відкачування води, скажімо, з підвалу. Для цього дренажний насос потрібно підключити не до нормально замкнених, а до нормально розімкнутих контактів реле К1. Жодних інших змін схема не вимагатиме.

Цей пристрій був розроблений для септика заміського будинку, як індикатор, для стеження за рівнем наповнення каналізації. Завдання було створити надійний датчик, який повинен працювати в умовах вологи та в різних температурних режимах. На початку, думав застосувати принцип поплавця в циліндрі, взявши за основу ємність з-під силікону (як видно на малюнку можливих варіантіввиконання датчика рівня рідини). Але, саме життя, спрямовує і підказує потрібні шляхи, треба лише вміти усвідомлювати це! Виходячи з того, що в моєму септику вже був висновок каналізаційних трубна 110мм і 50мм, рішення прийшло саме собою. Таким чином, з'явилася можливість закріпити пристрій на 50мм трубі, виключивши інші варіанти кріплення. Всі матеріали повинні бути з пластмаси, алюмінію, бронзи, нержавіючої сталі, і так далі - стійкими до середовища, до якого ви їх збираєтеся застосувати!

Принцип роботи датчика рівня рідини заснований на магніті та герконах. Переміщенням магніту вздовж двох герконів, відбувається спрацьовування датчиків і відповідно світлодіодів певним кольором, вказуючи на міру заповнення резервуару рідиною. Я намагався максимально спростити схему виробу, і досяг використання всього двох герконів. Також було важливо застосувати якнайменше деталей для надійної, довгострокової експлуатації.

Схема датчика рівня рідини

Принцип роботи датчика рівня рідини

Можливі варіанти виконання датчика рівня рідини

За схемами видно, що в нижньому положенні поплавця, коли світиться зелений світлодіод HL1, задіяний 2-й геркон. Тобто рівень рідини знаходиться нижче за поплавець, який обмежений стопором і відповідно магніт замикає контакти геркона. У міру підняття рівня рідини (заповнення резервуара) відбувається переміщення магніту і перемикання 2-го геркона, який підключає жовтий світлодіод HL2 і вимикає HL1. Досягши критичного рівня, магніт задіяє 1-й геркон, загориться червоний світлодіод HL3, а жовтий згасне, сповіщаючи вас про заповнення резервуара. При будь-якій несправності з поплавком або магнітом, буде горіти жовтий світлодіод (наприклад, перекидання поплавка або змішуванням магніту, поломки стопора тощо). Додавши реле в схему, можна буде застосувати його як виконавчий пристрій для підключення більш потужних навантажень. Також, можна підключити до 2-го геркона зумер, для звукового оповіщення або мобільний телефоні так далі.

Живлення девайсу від будь-якого джерела 3-12В. Наприклад, від телефонної зарядки з імпульсним блоком живлення на 5 вольт або двох батарейок по 1,5В, також підійде більш компактна на 3В. При цьому треба буде знизити опір резистора R1. Кнопка або вимикач підберіть якнайменше, хоча можна обійтися і без нього, тримаючи індикатор увімкненим постійно. Монтаж навісний, в будинку, наприклад, в електрощиті. Заздалегідь проведіть проводку (вона у мене була вже напоготові). Таким чином можна обійтися дуже простою схемотехнікою, без мікроконтролерів і т.п. Адже що простіше – тим надійніше!

Отже, нам знадобляться такі матеріали:

Муфта сполучна для каналізаційних труб ПП d=50mm х2шт.
- заглушка каналізаційна d=50мм х2шт.
- хомут пластиковий (браслет) х1шт.
- Профілі пластмасові U-подібні (з меблевої фурнітури).
- термозбіжний кембрик d=30-40mm, d=3-10mm.
- Пластмасова або текстолітова пластина = 4-6mm.
- заклепки алюмінієві х10шт.
- магніт один (від жорсткого диска комп'ютера) х1шт.
- Геркони 3-х контактні х2шт.
- кнопка або вимикач низьковольтний х1шт.
- резистор 680-1,5к. х1шт.
- світлодіоди х3шт.
- дроти низьковольтні (наприклад для охоронної сигналізації, 5-ти житловий).
- штекер на 4 ніжки (наприклад, від диммера для RGB LED).
- Термоклей або силікон.
- живлення 12В або батарея на 3В (від комп'ютера).

З інструменту:

Дриль
- фен будівельний
- термопістолет
- паяльник
також інший підручний інструмент, який знайдеться у будь-якого майстра.

Виготовлення

Спочатку треба знайти все потрібні матеріалиі запастися терпінням. У мене робота зайняла три дні, включно розробка та експерименти. Схему пристрою раджу спершу випробувати, а потім збирати. Будьте уважні при роботі з герконами, легко розбити скляний корпус при згинанні ніжок. Використовуючи пластиковий хомут, закріпіть геркон термоклеєм. Відстань для них, підберіть експериментально, вона повинна забезпечити спрацювання герконів під час проходження магніту. За герметизуйте з'єднання термоусадкою і термоклеєм або силіконом. Готовий браслет одягається на муфту і дозволяє регулювати найкраще положення спрацьовування. Також його легко замінити при несправності від'єднанням штекера. Штекер знайдіть вологостійкий, на чотири або більше ніжок. Якщо штекер піддається впливу вологи, закрийте його термоусадкою або засилок. Можна обійтися і без нього, припаявши дроти прямо.

Виходячи від довжини тримача поплавця, залежить процес спрацьовування пристрою. У моєму випадку довжина становить приблизно 40см. Профіль поплавця треба нагріти будівельним феном і укласти на муфту (це робиться швидко), згодом склеїти і з'єднати заклепками. Хомут, що вийшов, повинен забезпечити легке обертання щодо муфти з герконами. Сам поплавець, встановивши заглушки, легко кріпиться до профілю заклепками. Те, що конструкція поплавця має певну гнучкість, запобіжить, надалі його поломки. Також кріпиться до конструкції один магніт, так щоб він знаходився на відстані спрацьовування герконів. Просвердлив отвори в муфті, встановіть стопор поплавця, він потрібен для правильного становищаспрацьовування під час роботи апарату.

Багато хто з нас і не тільки затяті дачники, стикалися з проблемою автоматизації та контролю заповнення ємностей водою. Швидше за все, ця стаття саме для тих, хто вирішив зробити найпростішу схемуконтролю наповнення ємності у побутових умовах. Найбюджетніший спосіб побудови автоматики - це використання реле контролю води. Реле контролю рівня (води) так само використовуються в складніших системах водопостачання приватних будинків, але в даній статті ми розглянемо тільки бюджетні моделі реле контролю рівня струмопровідної рідини. До підконтрольних рідин належать: вода (водопровідна, джерельна, дощова), рідини з низьким вмістом алкоголю (пиво, вино та ін.), молоко, кава, стічні води, рідкі добрива. Номінальний струм контактів реле 8-10А, що дозволяє комутувати невеликі насоси без використання проміжного реле або контактора, але виробники рекомендують ставити проміжні реле або контактори для вмикання/вимкнення насосів. Температурний діапазон роботи пристроїв від -10 до +50 °C, а максимально можлива довжина дроту (від реле до датчика) – 100 метрів, на передній панелі світлодіодні індикаторироботи, вага не більше 200 грам, кріплення на din-рейку, тому необхідно заздалегідь продумати розміщення системи контролю.

Принцип роботи реле заснований на вимірюванні опору рідини між двома зануреними датчиками. Якщо виміряний опір виявляється меншим за величину порога спрацьовування, тоді стан контактів реле змінюється. Щоб уникнути електролітичного ефекту, змінний струм протікає поперек датчиків. Напруга живлення датчика трохи більше 10В. Споживана потужність трохи більше 3Вт. Фіксована чутливість до 50 кОм.

На ринку представлено безліч однотипних реле, розглянемо найбюджетніші моделі від виробників «Реле та Автоматика» м.Москва та новинки «TDM» (Торгового Будинку ім.Морозова).

Реле контролю рівня. ( аналог РКУ-02 TDM)

Реле контролю рівня TDM представлено чотирма моделями:

1. (SQ1507-0002)під роз'єм Р8Ц(SQ1503-0019) на дин-рейку
2. (SQ1507-0003)на дин-рейку ( аналог РКУ-1М)
3. (SQ1507-0004)на дин-рейку
4. (SQ1507-0005)на дин-рейку

Корпуси реле виконані з матеріалів, що не підтримують горіння. Датчики контролю рівня виготовлені із нержавіючої сталі. (ДКУ-01 SQ1507-0001).

Робота реле заснована на кондуктометричному методі визначення наявності рідини, який заснований на електричній провідності рідин та виникненні мікроструму між електродами. Реле мають перемикаючі контакти, що дозволяє використовувати режим наповнення або зливу. Напруга живлення РКУ-02, РКУ-03, РКУ-04 - 230В або 400В.

Схема керування насосом у резервуарі у режимі "наповнення або дренаж".

Схема перекачування рідини зі свердловини/резервуару в резервуар, контроль рівня обох середовищах, тобто. реле виробляє захисне відключеннянасоса в режимі сухого ходу (при зниженні рівня рідини у свердловині/резервуарі)

Схема послідовного або сумарного включення 2-х насосів. Використовується реле РКУ-04 у місцях, де неприпустиме переповнення колодязів, котлованів, водозбірних та інших ємностей. Реле працює з двома насосами, і, для рівномірного використання їх ресурсу, реле здійснює їх послідовне включення. У разі надзвичайної ситуації обидва насоси вимикаються одночасно.

Реле не можна використовувати для таких рідин: дистильована вода, бензин, гас, масло, етиленгліколі, фарби, скраплений газ.

Порівняльна таблиця аналогів за серіями:

Датчик рівня води в умовах сучасної технікивиконує функцію однієї з органів чуття людини. Від того, наскільки правильно вдається керувати та контролювати стан водного потоку, залежить справна робота всього механізму. Важливість надійності пристрою сенсора складно переоцінити, хоча б тому, що прилад, що контролює воду, зазвичай стає тим самим «вузьким» ланкою сучасної техніки.

Конструкція та принцип дії

Незалежно від того, який принцип дії покладено в основу пристрою, чи він працює тільки в режимі сигналізатора або паралельно виконує функції сторожа, автомата або керуючого механізму, конструкція приладу завжди складається з трьох основних вузлів:

• Чутливий елемент, здатний реагувати на характеристики водяного потоку. Наприклад, фактична наявність води, висота стовпа або рівень бака, факт руху водяного потоку в трубі або магістралі;
• Баластного елемента, що врівноважує сенсорну частину датчика. Без баласту чутливий сенсор спрацьовував би за найменшого поштовху чи випадкової краплі води;
• Передавальна або виконавча частина, що перетворює сигнал сенсора, вмонтованого датчик води, в конкретний сигнал або дію.

Приблизно 90% усієї водної техніки, так чи інакше, пов'язано з електричними виконавчими механізмами – насосами, клапанами, нагрівачами та електронними автоматами, що управляють. Зрозуміло, що такий пристрій, який працює з водяними потоками, має бути насамперед безпечним.

З усіх сигнальних систем датчик, що контролює стан води, вважається найбільш простим і доступним у налаштуванні та ремонті. На відміну від сенсорів та пристроїв, що працюють з вимірюваннями температури, тиску або витрати, датчик води дуже просто контролювати за допомогою найпростіших пристроїв, або, на крайній випадок, побачити рівень або прокачаний потік на власні очі.

Види датчиків рівня

Однією з умов успішної роботисенсора є висока чутливість датчика, що вище, тим краще, тим точніше вдається вважати контрольований параметр води. Тому в якості величини, що вимірюється сенсором, намагаються вибирати ту, яка найсильніше змінюється за час виміру.

На сьогодні існує близько двох десятків різних способівта методів вимірювання механічних характеристикводи, але всі вони використовуються для отримання відомостей:

• Висоти рівня водяного стовпа у ємності чи баку;
• Швидкість руху потоку або витрати води;
• Факту наявності-відсутності води в закритій ємності, резервуарі, трубі або теплообміннику.

Зрозуміло, промислові сенсори можуть бути досить складними конструктивно, але принципи роботи, що використовуються в них, такі ж, як і в побутовій, садово-городній або автомобільній техніці.

Поплавковий тип датчика переливу

Найбільш простий спосіб вимірювати рівень води використовується в нехитрій механічній конструкції, що складається з герметичного поплавця, важеля або куліси і запірного клапана. В даному випадку датчиком є ​​поплавець, баластом вважається пружина та поплавковий обтяжувач, а виконавчим механізмом виступає сам клапан.

У всіх системах поплавця датчик або поплавець регулюється на певну висоту спрацьовування. Вода, що піднялася в баку до контрольного рівня, піднімає поплавець та відкриває клапан.

Поплавкова система може бути обладнана виконавчим електричним пристроєм. Наприклад, всередину поплавкового датчика встановлюють вкладиш-магніт, при підйомі води до робочого рівня магнітне поле змушує вакуумний геркон замикати контакти, тим самим включає або вимикає електричний ланцюг.

Поплавковий датчик може також виконуватися за вільною схемою, як, наприклад, занурювальні насоси. І тут геркон замикається під впливом магнітного полявкладиша, а тільки за рахунок перепаду тиску всередині корпусу насоса і на рівні поплавця. Сьогодні магнітно-поплавковий датчик з електричним виконавчим реле вважається одним з найбезпечніших і надійних варіантів контролю рівня рідини.

Ультразвуковий сенсор

Конструкція датчика води передбачає наявність двох пристроїв – джерела ультразвуку та приймача сигналу. Звукова хвиля прямує на поверхню води, відображається та повертається на датчик приймач.

На перший погляд, ідея використовувати ультразвук для виготовлення датчика контролю рівня або швидкості руху води не дуже вдала. Ультразвукова хвиля здатна відбиватися від стін бака, переломлюватись і створювати перешкоди в роботі приймального датчика, а крім того, буде потрібно складне електронне обладнання.

Насправді ультразвуковий сенсор для вимірювання рівня води або будь-якої іншої рідини міститься в коробці трохи більше пачки сигарет, при цьому використання ультразвуку як датчика дає певні переваги:

• Можливість вимірювати рівень, і навіть швидкість води за будь-якої температури, в умовах вібрацій або руху;
• Ультразвуковий датчик може вимірювати відстань від сенсора до поверхні води навіть за умов сильного забруднення, зі змінним рівнем рідини.

Крім того, датчик може вимірювати рівень води, що розташована на значній глибині, при цьому точність вимірювання досягається 1-2 см на кожні 10 м висоти.

Електродний принцип контролю води

Той факт, що вода має електропровідність, успішно використовується для виготовлення контактних датчиків рівня рідини. Конструктивно система є кілька електродів, встановлених у ємності на різній висотіі з'єднаних в один електричний ланцюг.

У міру заповнення ємності водою рідина послідовно замикає пару контактів, що включає ланцюг реле насоса, що управляє. Як правило, датчик води має два-три електроди, тому вимірювання потоку води виходить занадто диференційованим. Датчик сигналізує лише про досягнення мінімального рівня і запускає двигун насоса, або про повне заповнення ємності і відключає його, тому подібні системи використовуються для контролю резервних або поливних цистерн з водою.

Ємнісний тип датчика води

Конденсаторний або ємнісний тип сенсора використовується для вимірювання рівня води у вузьких та глибоких ємностях, це може бути колодязь або свердловина. За допомогою ємнісного датчика можна визначити висоту водяного стовпа у свердловині з точністю до десятка сантиметрів.

Конструкція сенсора складається з двох коаксіальних електродів, фактично труби та внутрішнього металевого електрода, занурених у стовбур свердловини. Вода заповнює частину внутрішнього простору системи, змінюючи цим його ємність. За допомогою підключеної електронної схеми та котушки коливань з кварцем можна точно визначити ємність датчика та кількість води у свердловині.

Радарний вимірник

Хвильовий або радарний датчик використовується для роботи в найбільш складних умовах, наприклад, якщо потрібно виміряти рівень або об'єм рідини в резервуарі, відкритому водоймищі, колодязі несиметричної та неправильної форми.

Принцип дії не відрізняється від ультразвукового приладу, а використання електричного імпульсу дозволяє виміряти з великою точністю.

Гідростатичний варіант сенсора

Один із варіантів гідростатичного датчика наведено на схемі.

До відома! Подібний сенсор використовується в пральних машинахта бойлерах, де дуже важливо контролювати висоту водяного стовпа всередині бака.

Гідростатичний датчик являє собою коробку з еластичною пружною мембраною, що розділяє корпус датчика на два відділення. Одну із секцій з'єднують міцною поліетиленовою трубкою зі штуцером, впаяним у днище бака.

Тиск водяного стовпа передається трубкою на мембрану і змушує замикатися контакти пускового реле, найчастіше для запуску виконавчого механізму використовується пара - магнітний вкладиш і геркон.

Датчик тиску води

Гідростатичний тиск визначається за умов, коли потік або певний об'єм води перебуває у стані спокою. Найчастіше гідростатичний сенсор використовується в нагрівальних і опалювальні прилади– бойлерах, казанах опалення.

Пристрій датчика тиску води

Такі пристрої найчастіше працюють у режимі тригера:

• При високому тиску води сенсор замикає контакти реле та дозволяє роботу насоса або нагрівача;
• При низькому тискув сенсорі блокується навіть фізична можливість включення виконавчого механізму, тобто ніякі удари або тимчасові стрибки напору не змусять заробити пристрій.

При сенсорному датчику тиску води сенсор видасть сигнал на запуск двигуна, лише якщо навантаження на сильфон зберігається більше трьох секунд.

Типовий пристрій розумного сенсора представлений на схемі.

Чутливим елементом системи є діафрагма, сполучена з сильфоном, центральний шток може підніматися та опускатися в залежності від величини тиску, і тим самим змінювати ємність вбудованого конденсатора.

Підключення датчика тиску води

Спрощена модель сенсора використовується в домашніх системах "гідроакумулятор - насос свердловин". Усередині приладу знаходиться коробка з мембраною, з'єднаною з важелем, що коливається, і двома балансуючими пружинами.

Конструкція обертається на вихідний штуцер гідроакумулятора. Зі збільшенням внутрішнього тиску мембрана піднімається і розмикає головну пару контактів, щоб система справно реагувала на тиск води, момент вимкнення та включення необхідно відрегулювати осадом малої та великої пружини відповідно до показань стрілочного манометра.

Датчик протікання води

Вже з назви стає зрозумілим, що йдеться про пристрій, що фіксує наявність витоку води із водопровідних комунікацій. Принцип роботи пристрою нагадує електродну систему. Усередині пластикової коробки в спеціальній кишені встановлено одну або кілька пар електродів. У разі аварії вода, що накопичує на підлозі, затікає всередину кишені і замикає контакти. Спрацьовує електронна схема, і сигналу сенсора в роботу вступають кульові крани з електроприводом.

Зрозуміло, що датчик сам по собі — річ марна, якщо використовується без системи керування та автоматичних відсікачів води, встановлених на введенні в будинок або на одній із гілок водопроводу.

Як приклад можна навести одну з найпопулярніших систем захисту - датчик протікання води Нептун. У систему входять три основні блоки:

• Сам датчик протікання Нептун у провідній або бездротовій модифікації, зазвичай в комплект входить три окремі сенсори;
• Кульовий кран із електроприводом, виробництва італійської компанії «Бугатті», у кількості двох штук;
• Блок управління "Neptun Base".

Найбільш цінна частина комплекту - автоматичні крани, їх випускають для установки на напівдюймовому і дюймовому трубному різьбленні. Конструкція витримує тиск до 40 Атм, а італійська якість приводу гарантує не менше 100 тис. циклів відкривання-закривання.

Сам датчик виглядає як дві латунні пластини в коробці, до яких підведено низьковольтну напругу з дуже високим опором входу, при замиканні сенсора струм обмежений 50 мА. Сама конструкція виконана за протоколом IP67, тому абсолютно безпечною для людини.

Установка безпровідних датчиків протікання води

У системі «Нептун» датчик може бути віддалений від блоку керування на відстань понад 50 м. У більш досконалих бездротових системах NEPTUN PROW+ замість системи дротів використовуються датчики протікання води, обладнані модулем WF.

Блок управління обладнаний захищеним від перешкод та вологи каналом, системою увімкнення-вимкнення кульових кранів. Вважається, що жодні перешкоди чи випадкові краплі вологи, конденсат не впливають на роботу датчиків.

Коробки з сенсором протікання встановлюють на відстані від труб не більше ніж на 2 м, сенсори не можна екранувати металевою сантехнікою або меблями.

Бездротовий датчик протікання води

Пристрій бездротового вимірювача складніше, ніж звичайного двоелектродного варіанта з дротовим підключенням. Усередині встановлено контролер, який безперервно порівнює струм, що протікає між електродами, з еталонним значенням, зашитим у пам'ять. При цьому еталонне значення «суха підлога» можна налаштовувати на власний вибір.

Дуже зручне рішення, враховуючи, що рівень вологості у ванній кімнаті може бути дуже високим, а конденсат, що регулярно випадає, може призвести до помилкових спрацьовувань.

Як тільки контролер визначає рівень, що відповідає затопленню, прилад контролю води відправляє на базовий блок сигнал про аварію. Найбільш просунуті моделі здатні дублювати команду SMS-повідомленням по GSM каналу.

Датчик протоки води

У багатьох випадках для стабільної та безаварійної роботи техніки мало датчика наявності води, потрібна інформація про те, чи рухається потік трубопроводом, яка його швидкість та напір. Для цього використовуються датчики протоки води.

Види датчиків протоки води

У побутовій та найпростішій промисловій техніці використовують чотири основні види датчиків протоки:

• Напірний вимірник;
• Пелюсточний тип сенсора;
• Лопаткова схема вимірювання;
• Ультразвукова система.

Іноді використовується застаріла конструкція на основі трубки Піто, але для неї надійної роботипотрібна як мінімум відсутність забруднень та ламінарний характер перебігу води. Перші три датчики є механічними, тому часто засмічуються або водяної ерозії чутливого елемента. Останній тип сенсора, ультразвуковий, здатний працювати практично за будь-яких умов.

Принцип роботи ультразвукового вимірювача можна зрозуміти із схеми. Усередині трубки розташований випромінювач хвиль та приймач. Залежно від швидкості потоку звукова хвиля може відхилятися від початкового напрямку, що є підставою для вимірювання характеристик потоку.

Пристрій та принцип роботи

Найпростіші пелюсткові датчики потоку працюють за принципом веслування. У потік занурюється пелюстка, підвішена на шарнірі. Що швидкість потоку, то сильніше відхиляється пелюстка датчика.

У точніших лопаткових датчиках застосовується крильчатка або турбінка з поліаміду або алюмінієвого сплаву. У цьому випадку вдається вимірювати швидкість потоку частотою обертання рухомого елемента. Єдиним недоліком є ​​підвищений опір, створюваний пелюстками та лопатками у потоці води.

Напірний сенсор працює за допомогою динамічного тиску потоку. Під натиском води рухливий елемент з магнітним вкладишем видавлюється вгору, звільняючи цим простір для руху рідини. Встановлений у голівці геркон моментально реагує на магнітне поле вкладиша та замикає ланцюг.

Область застосування

Датчики водяного потоку використовуються виключно в системах нагрівання та системах автоматики одноконтурних теплообмінників. Найчастіше вихід з ладу сенсора наявності потоку призводить до прогару і найважчих пошкоджень розжарених радіаторів та нагрівачів.

Датчик рівня води своїми руками

Найпростіший варіант пристрою, здатного сигналізувати про наповнення водою бака або будь-якої іншої ємності, наведено нижче.

Конструктивно визначник рівня складається із трьох металевих електродів, встановлених на текстолітовій пластинці. Схема, зібрана на звичайному малопотужному транзисторі, дозволяє визначати гранично допустимий верхній та нижній рівень води у ємності.

Конструкція абсолютно безпечна в користуванні та не вимагає будь-яких дорогих деталей або приладів керування.

Висновок

Датчики рівня води широко використовуються в побутової техніки, тому найчастіше для допоміжних потреб гаражної чи садової техніки використовують уже готові конструкціївід старої техніки, перероблені та адаптовані до нових умов. При правильному підключенні такий пристрій прослужить набагато довше за саморобну схему.