Zaopatrzenie w wodę i drenaż jest integralną częścią życia i produkcji. Prawie każdy, kto zajmował się rolnictwem lub poprawą życia, przynajmniej raz stanął przed problemem utrzymania poziomu wody w określonym zbiorniku. Niektórzy robią to ręcznie, otwierając i zamykając zawory, ale o wiele prostsze i bardziej wydajne jest użycie do tych celów automatycznego czujnika poziomu wody.

Rodzaje czujników poziomu

W zależności od ustawionych zadań do kontroli poziomu cieczy służą czujniki kontaktowe i zbliżeniowe. Pierwszy z nich, jak można się domyślić po ich nazwie, ma kontakt z cieczą, drugi otrzymuje informacje zdalnie za pomocą pośrednich metod pomiarowych - przezroczystość medium, jego pojemność, przewodność elektryczna, gęstość itp. Zgodnie z zasadą działania wszystkie czujniki można podzielić na 5 głównych typów:

  1. Pływak
  2. Elektroda
  3. Hydrostatyczny.
  4. Pojemnościowy
  5. Radar

Pierwsze trzy można przypisać urządzeniom typu kontaktowego, ponieważ bezpośrednio oddziałują one z czynnikiem roboczym (cieczą), czwarta i piąta są bezkontaktowe.

Czujniki pływakowe

Być może najprostszy w projekcie. Są to układ pływakowy, który znajduje się na powierzchni cieczy. Gdy poziom się zmienia, pływak porusza się w taki czy inny sposób, zamykając styki mechanizmu sterującego. Im więcej kontaktów znajduje się na ścieżce ruchu pływaka, tym dokładniejsze są odczyty wskaźnika:

Zasada działania czujnika pływakowego dla poziomu wody w zbiorniku

Z rysunku wynika, że ​​odczyty wskaźników takiego urządzenia są dyskretne, a liczba wartości poziomu zależy od liczby przełączników. Na powyższym schemacie są dwa z nich - górny i dolny. To z reguły wystarcza, aby automatycznie utrzymać poziom w danym zakresie.

Istnieją urządzenia typu float do ciągłego zdalnego monitorowania. W nich pływak kontroluje silnik reostat, a poziom jest obliczany na podstawie aktualnego oporu. Do niedawna takie urządzenia były szeroko stosowane, na przykład do pomiaru ilości benzyny w samochodowych zbiornikach paliwa:

Urządzenie reostatycznego wskaźnika poziomu, w którym:

  • 1 - reostat drutowy;
  • 2 - reostat suwaka mechanicznie powiązany z pływakiem.

Elektrodowe czujniki poziomu

Urządzenia tego typu wykorzystują przewodność elektryczną płynu i są dyskretne. Czujnik składa się z kilku elektrod o różnych długościach zanurzonych w wodzie. W zależności od poziomu w cieczy pojawia się jedna lub druga liczba elektrod.

Trzyelektrodowy układ czujników poziomu cieczy w zbiorniku

Na powyższym rysunku dwa prawe czujniki są zanurzone w wodzie, co oznacza, że ​​występuje między nimi wodoodporność - pompa zostaje zatrzymana. Gdy tylko poziom spadnie, środkowy czujnik wyschnie, a rezystancja obwodu wzrośnie. Automatyzacja uruchomi pompę wspomagającą. Gdy pojemnik jest pełny, najkrótsza elektroda wpadnie do wody, jej odporność na wspólną elektrodę spadnie, a automatyka zatrzyma pompę.

Oczywiste jest, że liczbę punktów kontrolnych można łatwo zwiększyć, dodając do projektu dodatkowe elektrody i odpowiadające im kanały kontrolne, na przykład alarm przepełnienia lub suszenia.

Hydrostatyczny układ sterowania

Tutaj czujnik jest otwartą rurką, w której zainstalowany jest czujnik ciśnienia jednego rodzaju lub innego. Wraz ze wzrostem poziomu zmienia się wysokość słupa wody w rurze, co oznacza nacisk na czujnik:

Zasada działania hydrostatycznego układu kontroli poziomu płynu

Takie systemy mają charakterystykę ciągłą i mogą być wykorzystywane nie tylko do sterowania automatycznego, ale także do sterowania na poziomie zdalnym.

Metoda pomiaru pojemnościowego

W tego typu czujnikach jako czujnik stosuje się kondensator, którego pojemność elektryczna zmienia się w zależności od właściwości dielektrycznych otoczenia. Jeśli w pobliżu płytek kondensatora pomiarowego znajduje się woda, ma ona jedną pojemność elektryczną, powietrze - inną.

System sterowania stale mierzy pojemność elektryczną czujnika, a po jego zmianie podejmuje jedną lub drugą decyzję. Mierniki tego typu są dyskretne i mogą być używane tylko do monitorowania określonego poziomu cieczy. Jeśli zbiornik wody jest wykonany z dielektryka, wówczas pomiary można przeprowadzić bezdotykowo - przez ścianę zbiornika lub rurkę wodomierza. W przeciwnym razie czujnik pojemnościowy jest zainstalowany wewnątrz zbiornika.

Zasada działania czujnika pojemnościowego z metalową (lewą) i wanną dielektryczną

Wskaźniki indukcyjne działają na podobnej zasadzie, ale w nich rolę czujnika pełni cewka, której indukcyjność zmienia się w zależności od obecności cieczy. Główną wadą takich urządzeń jest to, że nadają się one tylko do kontrolowania substancji (cieczy, materiałów sypkich itp.), Które mają wystarczająco wysoką przenikalność magnetyczną. W życiu codziennym czujniki indukcyjne praktycznie nie są używane.

Kontrola radarowa

Główną zaletą tej metody jest brak kontaktu ze środowiskiem pracy. Ponadto czujniki mogą stać z dala od cieczy, której poziom musi być kontrolowany, wystarczająco daleko - metrów. Pozwala to na wykorzystanie czujników radarowych do monitorowania wyjątkowo agresywnych, toksycznych lub gorących cieczy. Na zasadę działania takich czujników wskazuje ich sama nazwa - radar. Urządzenie składa się z nadajnika i odbiornika zamontowanych w jednej obudowie. Pierwszy emituje jeden lub drugi typ sygnału, drugi odbiera odbity i zlicza czas opóźnienia między wysłanymi i odebranymi impulsami.

Zasada działania ultradźwiękowego przełącznika poziomu typu radarowego

Sygnałem, w zależności od zadań, może być światło, dźwięk, emisja radiowa. Dokładność takich czujników jest dość wysoka - milimetry. Być może jedyną wadą jest złożoność sprzętu do monitorowania radaru i jego dość wysoki koszt.

Domowe kontrole poziomu cieczy

Ponieważ niektóre czujniki są niezwykle proste w konstrukcji, nie jest trudno stworzyć przełącznik poziomu wody własnymi rękami . Urządzenia współpracujące z pompami wodnymi w pełni zautomatyzują proces pompowania wody, na przykład do letniej wieży ciśnień lub autonomicznego systemu nawadniania kroplowego.

Pompa sterowania pływakowego

Aby zrealizować ten pomysł, zastosowano domowy kontaktron poziomu wody z pływakiem. Nie wymaga drogich i rzadkich komponentów, jest łatwy do powtórzenia i wystarczająco niezawodny. Przede wszystkim warto rozważyć konstrukcję samego czujnika:

Konstrukcja dwupoziomowego pływakowego czujnika wody w zbiorniku

Składa się z samego pływaka 2, który jest zamontowany na ruchomym pręcie 3. Pływak znajduje się na powierzchni wody i, w zależności od jego poziomu, porusza się z prętem i magnesem stałym 5 zamocowanym na nim w górę / w dół w prowadnicach 4 i 5. W dolnym położeniu, gdy poziom cieczy jest minimalny, magnes zamyka kontaktron 8, a na górze (zbiornik jest pełny) - kontaktron 7. Długość pręta i odległość między prowadnicami dobiera się na podstawie wysokości zbiornika na wodę.

Pozostaje zmontować urządzenie, które automatycznie włącza i wyłącza pompę wspomagającą, w zależności od stanu styków. Jego schemat jest następujący:

Obwód sterowania pompy wodnej

Załóżmy, że zbiornik jest pełny, pływak jest w pozycji górnej. Kontaktron SF2 jest zamknięty, tranzystor VT1 jest zamknięty, przekaźniki K1 i K2 są odłączone. Pompa wodna podłączona do złącza X1 jest pozbawiona napięcia. Gdy woda płynie, pływak, a wraz z nim magnes spadnie, kontaktron SF1 otworzy się, ale obwód pozostanie w tym samym stanie.

Gdy poziom wody spadnie poniżej krytycznego, kontaktron SF1 zamyka się. Tranzystor VT1 otwiera się, przekaźnik K1 wyłącza się i blokuje w stykach K1.1. W tym samym czasie styki K1.2 tego samego przekaźnika doprowadzą zasilanie do rozrusznika K2, który włącza pompę. Rozpoczęto pompowanie wody.

Wraz ze wzrostem poziomu pływak zacznie rosnąć, styk SF1 otworzy się, ale tranzystor zablokowany przez styki K1.1 pozostanie otwarty. Gdy tylko pojemność się zapełni, styk SF2 zamyka się i wymusza zamknięcie tranzystora. Oba przekaźniki zostaną zwolnione, pompa wyłączy się, a obwód przejdzie w tryb gotowości.

Powtarzając obwód zamiast K1, można użyć dowolnego przekaźnika elektromagnetycznego małej mocy dla napięcia odpowiedzi 22-24 V, na przykład RES-9 (RS4.524.200). Odpowiedni jest K2, RMU (RS4.523.330) lub dowolny inny odpowiedni dla napięcia roboczego 24 V, którego styki wytrzymują prąd rozruchowy pompy wodnej. Kontaktrony będą działać dowolnie na obwodzie lub przełączaniu.

Przełączniki poziomu z czujnikami elektrodowymi

Przy całej swojej godności i prostocie poprzednia konstrukcja wskaźnika poziomu do pojemników ma znaczną wadę - jednostki mechaniczne, które pracują w wodzie i wymagają stałej konserwacji. Wada ta nie występuje w konstrukcji elektrody maszyny. Jest znacznie bardziej niezawodny niż mechaniczny, nie wymaga żadnej konserwacji, a schemat nie jest znacznie bardziej skomplikowany niż poprzedni.

Tutaj trzy czujniki wykonane z dowolnego przewodzącego materiału nierdzewnego są używane jako czujniki. Wszystkie elektrody są elektrycznie odizolowane od siebie i od korpusu pojemnika. Konstrukcja czujnika jest wyraźnie widoczna na poniższym rysunku:

Konstrukcja czujnika trzyelektrodowego, w którym:

  • S1 - wspólna elektroda (zawsze w wodzie)
  • S2 - czujnik minimum (pusty zbiornik);
  • S3 - czujnik maksymalnego poziomu (pełny zbiornik);

Schemat sterowania pompą będzie wyglądał następująco:

Schemat automatycznego sterowania pompą za pomocą czujników elektrodowych

Jeśli zbiornik jest pełny, wszystkie trzy elektrody znajdują się w wodzie, a rezystancja elektryczna między nimi jest niewielka. W takim przypadku tranzystor VT1 jest zamknięty, VT2 jest otwarty. Przekaźnik K1 jest włączony i odłącza pompę ze swoimi normalnie zamkniętymi stykami oraz łączy czujnik S2 równolegle z S3 ze normalnie otwartymi stykami. Kiedy poziom wody zaczyna spadać, elektroda S3 jest odsłonięta, ale S2 wciąż jest w wodzie i nic się nie dzieje.

Woda jest nadal konsumowana, a na koniec odsłonięta elektroda S2. Dzięki rezystorowi R1 tranzystory przechodzą w stan przeciwny. Przekaźnik zwalnia i uruchamia pompę, jednocześnie wyłączając czujnik S2. Poziom wody stopniowo podnosi się i najpierw zamyka elektrodę S2 (nic się nie dzieje - jest odłączana przez styki K1.1), a następnie S3. Tranzystory ponownie się przełączają, przekaźnik aktywuje i wyłącza pompę, jednocześnie podłączając czujnik S2 do pracy w następnym cyklu.

Urządzenie może używać dowolnego przekaźnika małej mocy działającego od 12 V, którego styki są w stanie wytrzymać prąd rozrusznika pompy.

W razie potrzeby ten sam schemat można zastosować do automatycznego pompowania wody, powiedzmy, z piwnicy. W tym celu nie należy podłączać pompy spustowej do normalnie zamkniętych, lecz do normalnie otwartych styków przekaźnika K1. Obwód nie będzie wymagał żadnych innych zmian.

Kategoria:

Technologia