Наиболее простыми средствами получения информации о раз­личных параметрах технологических процессов (положения деталей, тары, продукта на транспорте, уровня воды в емкости и др.) служат механические датчики — щупы, стержни, полозки, катки и т. п.

Механический чувствительный элемент (щуп) связан, как прави­ло, с преобразовательно — усилительным звеном и находится в со­стоянии силового замыкания с источником информации. Определен­ная силовая настройка щупа позволяет выделить полезный сигнал, например, появление тары на транспортере.

На рис.9.3. показан пример механического датчика положения движущейся тары на транспортере. Датчик состоит из щупа 4 с про­тивовесом 5, насаженного на ось вращения 10. В корпусе датчика имеется пара контактов 7 и 8 для включения внешней элекгрической цепи. Щуп имеет возможность при приближении банки 2 отклоняться на угол а.

До подхода банки 2 к позиции срабатывания датчика (рис.9.3а), определяемой осью 5, нижний конец щупа 4 под действием противо­веса 5 опущен вертикально, параллельно этой оси. Контакты 7 ра­зомкнуты, и во внешнюю цепь никакого сигнала не поступает.

В момент прихода банки 2 к положению, определяемому осью 9 (рис.9.3б), щуп 4 начинает отклоняться и своим противоположным концом замыкает контакты 7 и 8, которые дают сигнал в цепь управ­ления «одна банка » прошла. Сигнал управления может представлять собой единичный электрический импульс, который считывается сис­темой управления и используется для подсчета количества банок, ос­тановки транспортера, подачи ящиков и т.д. После прохода банки 2 щуп освобождается и под действием противовеса 5 опускается в по­ложение 9, ожидая прихода следующей банки 3 и т.д.

Рисунок 9 3 — Датчик положения с механическим чувствительным элементом: 1- транспортер; 2, 3- движущиеся банки; 4- чувствительный элемент-щуп; 5-противовес; 6- корпус датчика; 7,8- электрические контакты; 9- ось нейтрально­го положения щупа; 10- ось вращения щупа; а) положение щупа до подхода банки; б) положение щупа после подхода банки.

Другим примером механического датчика является известный поплавок» (рис.9.4) для определения уровня жидкости. В бак 1 по­ступает жидкость 2. Поплавок 4, соединенный рычагом 3 с контакт­ной группой 6 и 7, заключенной в корпус 5.

Рисунок 9.4 — Механический датчик «поплавок» для отслеживания уровня жид­кости в баке: 1- бак для жидкости;

2 — жидкость; 3- рычаг; 4- поплавок; 5- кор­пус контактной группы; 6-7 — контактная группа.

При поступлении жидкости в бак 1 поплавок 4 поднимается вме­сте с ее уровнем. При достижении заданного уровня жидкости попла­вок под действием выталкивающей его силы Р перемещает рычаг 3 вверх, который своим противоположным концом замыкает контакт­ную группу 6-7, дающую сигнал управления, например, на прекраще­ние подачи жидкости или ее откачки.

Источник

Датчик уровня воды: устройство и принцип действия

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

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

Конструкция и принцип действия

Конструктивное исполнение измерительных устройств данного типа определяется следующими параметрами:

• Функциональностью, в зависимости от этого устройства принято делить на сигнализаторы и уровнемеры. Первые отслеживают конкретную точку заполнения резервуара (минимальную или максимальную), вторые осуществляют беспрерывный мониторинг уровня.
• Принципом действия, в его основу может быть положены: гидростатика, электропроводность, магнетизм, оптика, акустика и т.д. Собственно, это основной параметр, определяющий сферу применения.
• Методом измерения (контактный или бесконтактный).

Помимо этого, особенности конструкции определяет характер технологической среды. Одно дело — измерять высоту питьевой воды в баке, другое — проверять наполнение резервуаров для промышленных стоков. В последнем случае необходима соответствующая защита.

Признаки неисправности прессостата

По каким характерным признакам можно определить, что реле уровня воды стиральной машины неисправно? Это можно предположить достаточно точно в следующих ситуациях:

• стиральный агрегат набирает очень мало воды, либо ее количество слишком велико. Не исключен вариант, при котором стиралка будет непрерывно набирать воду, пока ее не выключат из розетки;
• после окончания стирки в баке машинки остается какое-то количество воды;
• не работает функция полоскания белья;
• белье после окончания процедуры отжима остается мокрым;
• включается нагревательный ТЭН при отсутствии воды в баке. То есть, машина включает режим стирки, не дожидаясь начала наполнения бака.

Виды датчиков уровня

В зависимости от принципа действия, сигнализаторы принято делить на следующие виды:

• поплавочного типа;
• использующие ультразвуковые волны;
• устройства с емкостным принципом определения уровня;
• электродные;
• радарного типа;
• работающие по гидростатическому принципу.

Поскольку эти типы наиболее распространены, рассмотрим каждый из них в отдельности.

Поплавковый

Это наиболее простой, но, тем не менее, действенный и надежный способ измерения жидкости в баке или другой емкости. С примером реализации можно ознакомиться на рисунке 2.

Рис. 2. Поплавковый датчик для управления насосом

Конструкция состоит из поплавка с магнитом и двух герконов, установленных в контрольных точках. Кратко опишем принцип действия:

• Емкость опустошается до критического минимума (А на рис. 2), при этом поплавок опускается до уровня, где расположен геркон 2, он включает реле, подающее питание на насос, закачивающий воду из скважины.
• Вода доходит до максимальной отметки, поплавок поднимается до места расположения геркона 1, он срабатывает и реле отключается, соответственно, двигатель насоса прекращает работать.

Такой герконовый сигнализатор сделать самостоятельно довольно просто, а его настройка сводится к установке уровней включения-выключения.

Заметим, что если правильно выбрать материал для поплавка, датчик уровня воды будет работать, даже при наличии слоя пены в резервуаре.

Ультразвуковой

Этот тип измерителей может использоваться как для жидкой, так и сухой среды, при этом у него может быть аналоговый или дискретный выход. То есть, датчик может ограничивать заполнение по достижению определенной точки или отслеживать его постоянно. Устройство включает в себя ультразвуковой излучатель, приемник и контроллер обработки сигнала. Принцип работы сигнализатора продемонстрирован на рисунке 3.

Рис. 3. Принцип работы ультразвукового датчика уровня

Работает система следующим образом:

• излучается ультразвуковой импульс;
• принимается отраженный сигнал;
• анализируется длительность затухания сигнала. Если бак полный, она будет короткой (А рис. 3), а по мере опустошения начнет увеличиваться (В рис. 3).

Ультразвуковой сигнализатор бесконтактный и беспроводной, поэтому он может использоваться даже в агрессивных и взрывоопасных средах. После первичной настройки, такой датчик не требует никакого специализированного обслуживания, а отсутствие подвижных частей существенно продлевает срок эксплуатации.

Электродный

Электродные (кондуктометрические) сигнализаторы позволяют контролировать один или несколько уровней электропроводящей среды (то есть, для измерения наполнения бака дистиллированной водой они не подходят). Пример использования устройства приведен на рисунке 4.

Рисунок 4. Измерение уровня жидкости кондуктометрическими датчиками

В приведенном примере задействован трехуровневый сигнализатор, в котором два электрода контролируют заполнение емкости, а третий является аварийным, для включения режима интенсивной откачки.

Емкостной

При помощи этих сигнализаторов можно определять максимальное заполнение емкости, причем, в качестве технологической среды могут выступать как жидкость, так и сыпучие вещества смешанного состава (см. рис. 5).

Рис. 5. Емкостной датчик уровня

Принцип работы сигнализатора такой же, как у конденсатора: проводится измерение емкости между пластинами чувствительного элемента. Когда она достигнет порогового значения, подается сигнал на контроллер. В некоторых случаях задействовано исполнение «сухой контакт», то есть уровнемер работает через стенку бака в изоляции от технологической среды.

Данные устройства могут функционировать в широком температурном диапазоне, на них не влияют электромагнитные поля, а срабатывание возможно на большом расстоянии. Такие характеристики существенно расширяют сферу применения вплоть до тяжелых условий эксплуатации.

Радарный

Этот вид сигнализаторов можно действительно назвать универсальным, поскольку он может работать с любой технологической средой, включая агрессивную и взрывоопасную, причем, давление и температура не будут влиять на показания. Пример работы устройства приведен на рисунке ниже.

Измерение уровня радарным датчиком

Устройство излучает радиоволны в узком диапазоне (несколько гигагерц), приемник ловит отраженный сигнал и по времени его задержки определяет наполняемость емкости. На измеряющий датчик не влияет давление, температура или характер технологической среды. Запыленность также не отражается на показаниях, чего не скажешь о лазерных сигнализаторах. Также необходимо отметить высокую точность приборов данного типа, их погрешность составляет не более одного миллиметра.

Гидростатический

Эти сигнализаторы могут измерять как предельное, так и текущее заполнение резервуаров. Их принцип действия продемонстрирован на рисунке 7.

Рисунок 7. Измерение заполнения гиростатическим датчиком

Устройство построено по принципу измерения уровня давления, произведенного столбом жидкости. Приемлемая точность и небольшая стоимость сделали данный вид довольно популярным.

В рамках статьи мы не можем осмотреть все типы сигнализаторов, например, ротационно-флажковых, для определения сыпучих веществ (идет сигнал, когда лепесток вентилятора застрянет в сыпучей среде, предварительно вырыв приямок). Так же нет смысла рассматривать принцип действия радиоизотопных измерителей, тем более рекомендовать их для проверки уровня питьевой воды.

Проект определения уровня воды

Для нашего следующего примера мы собираемся создать портативный датчик уровня воды, который будет зажигать светодиоды в зависимости от уровня воды.

Схема соединений

Мы будем использовать схему из предыдущего примера. Но на этот раз нам нужно просто добавить несколько светодиодов.

Подключите три светодиода к цифровым выводам 2, 3 и 4 через токоограничивающие резисторы 220 Ом.

Соберите схему, как показано ниже:

Рисунок 7 – Индикация уровня воды с помощью светодиодов

Код Arduino

После того, как схема будет собрана, загрузите в Arduino следующий скетч.

В этом скетче объявлены две переменные, а именно lowerThreshold и upperThreshold. Эти переменные представляют наши пороговые уровни.

Всё, что ниже нижнего порога, включает красный светодиод. Всё, что выше верхнего порога, включает зеленый светодиод. Всё, что находится между ними, включает желтый светодиод.

Как выбрать?

Выбор датчика уровня воды в резервуаре зависит от многих факторов, основные из них:

• Состав жидкости. В зависимости от содержания в воде посторонних примесей может меняться плотность и электропроводность раствора, что с большой вероятностью отразится на показаниях.
• Объем резервуара и материал, из которого он изготовлен.
• Функциональное назначение емкости для накопления жидкости.
• Необходимость контролировать минимальный и максимальный уровень, или требуется мониторинг текущего состояния.
• Допустимость интеграции в систему автоматизированного управления.
• Коммутационные возможности устройства.

Это далеко не полный список для выбора измерительных приборов данного типа. Естественно, что для бытового назначения можно существенно сократить критерии отбора, ограничив их объемом резервуара, типом срабатывания и схемой управления. Существенное сокращение требований делает возможным самостоятельное изготовление подобного устройства.

Система контроля уровня воды

В этой статье мастер-самодельщик расскажет нам, как сделать систему мониторинга и управления уровнем воды в емкости. Это простая и надежная система.
Её ключевые особенности следующие:

Мониторинг уровня воды в реальном времени. Автоматическое включение / выключение насоса. Аварийное выключение насоса.
Инструменты и материалы: -Arduino Pro mini; -Ультразвуковой датчик HC-SR04; -Модуль MAX485; -ЖК-модуль i2c; -ЖК-дисплей 1602; — Микроконтроллер ATTINY45 / 85; -Регулятор напряжения LM7805; -NPN-транзистор (2n3904); -N-канальный МОП-транзистор IRFD024PBF; -Диод 1N4007; -5-контактный разъем; -4-контактный разъем; -2-контактный разъем; -Клеммы с 2 контактами (синие) — 2 шт; -Клемма с 2 контактами (зеленая); -Гнездо постоянного тока (- 2 шт -Аудио разъем (папа/мама) — 2 шт; -Резистор 1 кОм; -Резистор 10 кОм — 3 шт; -Конденсатор 100 нФ — 3 шт; -Конденсатор 100 мкФ; — Кнопка SMD,6×3.5mm; -DIP-переключатели (SPST 2) — 2 шт; -Кнопка включения; -Тумблер; -Реле 12 В постоянного тока; -Релейный контактор; -Блок питания постоянного тока 5 В (> 200 мА); -Блок питания постоянного тока 12 В (> 500 мА); -Коробки для корпуса подходящего размера; -Крепеж; -Паяльные принадлежности; -Отвертка; -Провода;

Прорежьте отверстия и горячим клеем закрепите датчик на месте.

Так же контроль ведется с помощью двух болтов в цепи, которых установлен транзистор. Микроконтроллер считывает данные с обоих этих датчиков и отправляет данные на Arduino, установленное в блоке контроллера.

Сначала мастер хотел отправить данные через радиочастотные модули HC-12. Но диапазон этих модулей не соответствует запросам. Мастер использовал преобразователь MAX485 TTL в RS485 и сделал небольшую переходную плату, чтобы установить ее вместо модулей HC-12. Схему и ссылку на плату можно скачать по этому адресу. Монтаж осуществляется следующим образом: HC-SR04 к главной цепи: Vcc — 5 В (CN1). trig — trigPin (CN1). echo — echoPin (CN1). Gnd — GND (CN1).

Болты М3 к главной цепи: Болт 1 — 5 В (CN1). Болт 2 — 100 (CN1).

Модуль MAX485 (TX): VCC — 5 В (разъем HC-12) А — 1/4-дюймовый аудиоразъем. B — 1/4-дюймовый аудиоразъем. GND — GND (разъем HC-12) R0 — RX (разъем HC-12) RE — VCC (MAX485) или 5V. DE — RE (сокращенно RE и DE). DI — TX (разъем HC-12).

Гнездо постоянного тока (разъем P1): Tip — 5V Sleeve — GND

Ссылка на принципиальную схему и конструкции печатной платы для передатчика и приемника находится здесь.

ЖК-модуль i2c напрямую припаивается к 1602 LCD. Перемычка подсветки на модуле i2c подключена к тумблеру для включения / выключения. Аварийная кнопка (большая) подключается к главной цепи через разъем P4. ЖК-модуль i2c к главной цепи (CN4): GND — CN4-1 (GND1). VCC — CN4-2 (5V). SCL — CN4-3 (А5). SDA — CN4-4(A4).

Соединения релейных контакторов:

A1 — 230 VAC1 (ноль). A2 — NO (контакт реле). S1 — 230 VAC1 (ноль). S2 — 230 VAC2 (фаза) L1 — Провод двигателя насоса 1 L2 — Провод двигателя насоса 2. Подключите контакт COM реле к 230 VAC2 (линия).

Источник

Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.

Делаем датчик уровня воды в резервуаре своими руками

Допустим, есть задача автоматизировать работу погружного насоса для водоснабжения дачи. Как правило, вода поступает в накопительную емкость, следовательно, нам необходимо сделать так, чтобы насос автоматически выключался при ее заполнении. Совсем не обязательно для этой цели покупать лазерный или радиолокационный сигнализатор уровня, собственно, никакой приобретать не нужно. Несложная задача требует простого решения, оно показано на рисунке 8.

Схема управления водозабоным насосом

Для решения задачи понадобится магнитный пускатель с катушкой на 220 вольт и два геркона: минимального уровня — на замыкание, максимального — на размыкание. Схема подключения насоса проста и, что немаловажно, безопасна. Принцип работы был описан выше, но повторим его:

• По мере набора воды поплавок с магнитом постепенно поднимается, пока не дойдет до геркона максимального уровня.
• Магнитное поле размыкает геркон, отключая катушку пускателя, что приводит к обесточиванию двигателя.
• По мере расхода воды, поплавок опускается, пока не достигнет минимальной отметки напротив нижнего геркона, его контакты замыкаются, и поступает напряжение на катушку пускателя, подающего напряжение на насос. Такой датчик уровня воды в резервуаре может работать десятилетиями, в отличие от электронной системы управления.

Что собой представляет датчик уровня

Мы разобрались, для чего нужен прессостат. Посмотрим теперь, как он выглядит, и где расположен. Прессостат, датчик уровня воды для стиральной машины, представляет собой небольшую пластиковую деталь округлой формы, к которой подведены электрические провода. К прибору также подключена трубка, которая связывает датчик с емкостью высокого давления. Данная емкость, для обеспечения создания высокого давления, располагается как можно ниже в баке. Она может иметь вид змеевика с воздушными карманами.

Внутри датчика находится тонкая мембрана из эластичного материала, которая способна изгибаться под действием давления воздуха. Мембрана находится рядом с переключателями, каждый из которых имеет различную настройку. Она имеет жесткую площадку с пластмассовым наконечником.

Где находится прессостат в стиральной машине? Многие наивно полагают, что реле уровня должно находиться непосредственно в баке машинки, работая по принципу поплавка. Но это далеко не так. Датчик посылает сигналы о давлении воздуха, а не воды, поэтому расположен снаружи бака, в верхней части корпуса, где исключен его контакт с водой. В некоторых моделях стиралок, имеющих пластиковые баки, датчик может располагаться под баком.

Расположение датчика в стиралке на ее боковой панели

Источник