Радарный датчик уровня жидкости своими руками

Выбор датчиков уровня жидкости в емкостях и резервуарах: примеры использования, и делаем их своими руками

В промышленности и быту всегда возникает необходимость для определения различных уровней в емкостях. Для этих задач используются датчики уровня различных конструкций. В зависимости от среды наполнения резервуара применяют тот или иной датчик, иногда, в целях простоты и экономии средств и времени, применяют датчики комбинированные, то есть изготовленные своими руками. Это незамысловатые конструкции, использующие в своем составе датчики совсем других типов. В основном такие датчики применяют там, где нет простого доступа к среде измерения или место измерения очень агрессивно для здоровья человека.

Виды датчиков уровня

поплавковые датчики самые простые по конструкции, имеющие самое широкое распространение, комбинируют с электрическим реле , представляют собой различного вида поплавок, прикрепленный через проволоку, нить, или жестко к лепестку контакта, который замыкается при изменении положения поплавка.
емкостные датчики уровня представляют собой пластины расположенные с двух сторон резервуара с материалом. Принцип работы лежит в изменении емкости в зависимости от распределения количества или состава материала в резервуаре. В основном такие датчики используют для определения уровня сыпучих материалов.
радарные датчики уровня работают по принципу «излучатель — приемник частотных волн», поверхность материала отражает излучение датчика, приемник улавливает данное излучение и сравнивает излучаемый сигнал с отраженным и по частотному сдвигу определяет уровень в резервуаре. Определение уровня происходит по сравнению частотного временного сдвига.
ультразвуковые датчики уровня работают по принципу радарных, только излучение происходит ультразвука. Аналогично с радарными, сравнивается разность сигнала, излучаемого с отраженным и вычисляется расстояние до поверхности материала (жидкости).
гидростатические датчики уровня работают посредством измерения косвенной величины — давления столба жидкости. Давление пропорционально уровню жидкости в резервуаре.

Большинство современных датчиков уровня имеют в своей конструкции электронное реле с преобразователем. Электронная схема предназначена для преобразования измеряемой величины в стандартный сигнал. Сигнал может быть аналоговым и дискретным. Аналоговый может быть токовым 0..20мА и сигнал, называемый токовая петля 4..20мА или напряжением 0…5В, 0..10В.

Датчики уровня используются для защиты двигателя насоса от сухого хода, регулируют двигатели насосов скважин, наполняющих любые ёмкости с водой и не только, в системе холодного и горячего водоснабжения.

Датчик уровня воды своими руками

Посмотрим, на примере откачки воды из приямка, как можно сделать управление в автоматическом цикле поддержания уровня воды не выше положенного.

Имеем приямок с очень не чистого вида жидкостью, состоящей из воды и примесей охлаждающей жидкости для резцов металлорежущего станка.

Были рассмотрены все виды датчиков, однако, по цене и простоте исполнения подошла комбинированная конструкция, состоящая из проволоки длиной три метра (глубина приямка), прикреплена к поплавку (большая пластмассовая емкость с воздухом), на поверхности проволока крепится к пружинке с лепестком.

В качестве сигнала берется обычный дискретный сигнал 24В с обычного индуктивного датчика. Он отрабатывает на лепесток. Когда уровень воды в приямке растёт, поплавок поднимается ослабляя пружину. На конце пружины прикреплен лепесток, он поднимается за счёт разгибающей силы пружины. На лепесток, в свою очередь, отрабатывает индуктивный сенсор, подавая на катушку реле двигателя насоса, заставляя его откачивать воду с приямка. Для того, чтобы избежать частых включений отключений двигателя, в цепи датчик-катушка, стоит реле задержки выключения с уставкой на 10 минут.

Таким образом, при следующем срабатывании датчика, реле снова сработает и цикл повторится.

Конечно, для предохранения двигателя от сухого хода целесообразно поставить датчик протекания в патрубок, через который происходит откачка эмульсии. Но в нашем случае важна была простота конструкции. Вместо индуктивного сенсора можно использовать две пластины, соприкасающиеся друг с другом, что будет еще экономичнее.

Если вода или другая жидкость имеет однородный состав, тогда можно применить концу кто метрический одноэлектродный датчик уровня.

Например ДУ-1Н производителя «Рэлсиб», предназначенного для измерения уровня в различных типах жидкости. Датчик может работать в широких температурных пределах. Корпус не подвергается коррозии, состоит из высококачественной нержавеющей стали. В качестве изоляции используется керамика и фторопласт, это обеспечивает отличную изоляционную защиту. Устойчив ко многим механическим нагрузкам. Измерения не зависят от плотности жидкости. И не требует дополнительного ухода во время работы.

Выбор датчиков уровня

При выборе уровнемеров руководствуются следующими целями:

Вид измеряемой жидкости. Ее характеристики, находим паспортную плотность измеряемого материала. К каким веществам относится вещество, опасно для человека или нет.
Материал емкости, в которой будет производится измерение. От него зависит принцип действия уровнемера.
Нужен ли вам с датчика аналоговый стандартный сигнал или предпочтительнее работа в качестве реле. Некоторые модели имеют встроенные схемы для обработки аналогового сигнала и преобразуют его в сигнал битовой логики.
Необходимо знать пределы измеряемой величины, в очень длинных сосудах, с быстро меняющимся объемом, поплавковый конструктив работать будет не стабильно. В таком случае предпочтительнее радарный уровнемер.
Современные уровнеметры оборудуют жидкокристаллическим экраном с отображением параметров в реальном времени и возможностью сохранения максимальных и минимальных значений. В параметрах датчика задается несколько уровней срабатывания, на каждый уровень свой дискретный выход. Задается плотность среды в настройках.
Учитывают санитарные нормы для области применения. Например, в пищевой промышленности для измерения воды, напитков предъявляются высокие требования. Обязательно из нержавеющей стали.
Необходимость сертификатов. Например, некоторые измерители ростехнадзор должен проверить и утвердить для использования на опасных объектах. Некоторым требуется разрешение санитарно-эпидемиологической службы в основном для воды и пищевых продуктов.
Пригодность датчиков к применению во взрывоопасной среде. Применяются такие на нефтехимических производствах. Производитель гарантирует, что из-за таких систем во время всего срока службы не произойдет возгорание горючей среды, в которой она находится.
Нужно учитывать возможность механических воздействий на систему, вибрации, электромагнитных волн, агрессивных сред.
Наличие температурных перепадов системы, максимально возможные состояния.
Насколько важна точность измерений уровня, один из важнейших параметров.

Примеры датчиков, их параметры и область применения

Датчик емкостной ДЕ-1. Область применения: во взрывоопасных средах металлургической, химической промышленности, и др. Отслеживание величины уровня, а также значений температуры жидких сред и сыпучих материалов. Питание осуществляется 8 .. 30В постоянного тока. применяются в системах аварийной защиты.
ЭСУ-1К сигнализатор уровня. Корпус сделан из фторопласта и стали. Размещают во взрывоопасных средах. Источник питания располагается вне опасной среды. питание 127…220В. Измерение жидких материалов таких как вода, спирт, нефть. Чувствительный элемент помещается в измеряемый материал, принцип действия емкостной. Материал блока питания из алюминиевого сплава.
РУ-305 реле уровня. Отслеживание состояния уровня жидких веществ. Взрывобезопасное исполнение. Температура использования -50..+50С. Не используются в химически агрессивных средах. Строго работают в одном положении, наклон недопустим. Работает измерение путем перемещающегося поплавка с магнитом. Отрабатывает путем срабатывания герконов. Точность измерений до 5мм. питание 220В, ток 1А.
Сигнализатор уровня СУ-100. Измерение уровня жидких и твердых веществ. Напряжение питания 24В. В составе имеется электромагнитное реле, чувствительный элемент помещается непосредственно в исследуемую жидкость. Измеряют предельное положение твердых веществ: песок, гравий, зерна.
Rosemount 5600 радарный уровнемер. Бесконтактное измерение любого вида веществ. Важна правильность установки, от этого зависит точность измерений. Питание 24-240В. Прибор не терпит электромагнитных излучений. Взрывозащитный корпус. Имеет блок дисплея. Для уровнемера разработано собственное приложение, упрощающее настройку . Применяется для измерения температуры в емкости. Для правильного полноценного использования возможностей уровнемера требуется квалифицированная настройка прибора. Необходимо использовать параметры при настройке:
- расстояние между опорной точкой и уровнем;
- внутренний диаметр трубы;
- длина подсоединения уровнемера.

Существует огромное количество разновидностей датчиков в продаже . Выбор необходимо остановить на наиболее экономически выгодном варианте для конкретного проекта.

Источник

Выбираем датчик уровня воды в резервуаре и емкости

Для автоматизации многих производственных процессов необходимо контролировать уровень воды в резервуаре, измерение проводится при помощи специального датчика, подающего сигнал, когда технологическая среда достигнет определенного уровня. Без уровнемеров невозможно обойтись и в быту, яркий пример этому – запорная арматура бачка унитаза или автоматика для отключения насоса скважины. Давайте рассмотрим различные виды датчиков уровня, их конструкцию и принцип работы. Эта информация будет полезной при выборе устройства под определенную задачу или изготовлении датчика своими руками.

Различные виды датчиков уровня

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Источник