Електронний рівень води у бочці. Вибираємо датчик рівня води в резервуарі та ємності. Яке призначення датчиків рівня води
Даний 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 варіантів виконання датчика рівня рідини). Але, саме життя, спрямовує і підказує потрібні шляхи, треба лише вміти усвідомлювати це! Виходячи з того, що в моєму септику вже було виведення каналізаційних труб на 110мм і на 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 свічення світлодіодів певним кольором, вказуючи про міру заповнення резервуара 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. При досягненні критичного рівня, магніт задіяє 1-й геркон, спалахне червоний світлодіод HL3, а жовтий згасне, сповіщаючи вас про заповнення резервуара. При будь-якій несправності з поплавком або магнітом, повинен буде горіти жовтий світлодіод (наприклад, перекидання поплавця або змішуванням магніту, поломки стопора тощо). Додавши реле в схему, можна буде застосувати його як виконавчий пристрій для підключення потужніших навантажень. Також можна підключити до 2-го геркона зумер, для звукового оповіщення або мобільний телефон і так далі.
Живлення девайса 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 трохи менше, хоча можна обійтися і без нього, тримаючи індикатор увімкненим постійно. Монтаж навісний, в будинку, наприклад, в електрощиті. Заздалегідь проведіть проводку (вона в 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 непоодинокий (від жорсткого диска комп'ютера) х1шт.
- Геркони 3-хконтактні х2шт.
- кнопка або вимикач низьковольтний х1шт.
- резистор 680-1,5к. х1шт.
- Світлодіоди х3шт.
- проводи низьковольтні (наприклад для охоронної сигналізації, 5-ти житловий).
- штекер на 4 ніжки (наприклад, від димера для RGB LED).
- Термоклей або силікон.
- живлення 12В або батарейка на 3В (від комп'ютера).
З інструменту:
Дриль
- фен будівельний
- термопістолет
- паяльник
- також інший підручний інструмент, який знайдеться у майстра.
Виготовлення
Спершу треба знайти всі потрібні матеріали та 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, припаяючи дроти прямо.
Виходячи від довжини утримувача поплавця, залежить хід 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 поломку. Також кріпиться до конструкції неодиновий магніт, щоб він знаходився на відстані спрацьовування герконів. Просвердлив отвори в муфті, встановіть стопор поплавця, він потрібен для правильного положення спрацьовування при роботі апарата.
Необхідність контролю рівня рідини, а в нашому випадку води є досить затребуваною в сільському господарстві або ж у промисловості. Побутове застосування таких датчиків теж трапляється досить часто.
Саме тому до вибору датчика рівня води необхідно підходити досить відповідально, тому що будь-яка помилка в його підборі або установці може призвести до серйозних грошових та тимчасових втрат.
1 Етапи встановлення
Послідовність встановлення датчика рівня води така:
- Необхідно при можливості (залежить від сфери застосування пристрою) знизити тиск до 55 мм нижче рівня сигналізації. Потім потрібно скинути тиск бака до атмосферного.
- Закріпіть датчик на внутрішній або зовнішній поверхні бака (залежить від виду пристрою вимірювання рівня рідини).
- Увімкніть пристрій та спостерігайте за показниками. Якщо короткого замикання не бачиться і прилад працює справно, перевірте працездатність системи при зниженні рівня води. Зробити це потрібно до запуску бака в роботу.
1.1 Як зробити датчик рівня своїми руками? (відео)
2 Яке призначення датчиків рівня води?
Призначення аналізованої системи вимірювання рівня води дуже різноманітні. Існують датчики для вимірювання рівня води в свердловині, а є і для вимірювання рівня води в баку (або в будь-якій іншій ємності).
Крім того, датчики рівня води здатні вимірювати і рівень інших рідин, навіть агресивних (отрути, кислоти та інше). Найбільш поширеними можна назвати такі датчики:
- сигналізатори;
- Безконтактні датчики рівня води;
- Контактні датчики.
Усі вони різняться як за механізмом роботи, а й у призначенню.
2.1 Види та відмінності
Поплавкові сигналізатори є універсалом прецизійних пристроїв, які можуть використовуватися в переважній більшості випадків. Крім того, вони відрізняються надточним і адекватним виміром кількості (рівня) води в баку, свердловині або інших резервуарах.
Безконтактні датчики хороші своєю міцністю та надійністю навіть при роботі у наближених до екстремальних умов. Так, наприклад, вони застосовуються у вимірі рівня сипких речовин, рідин з варіюючим рівнем в'язкості або токсичності.
І хоча їх використовують найчастіше на промислових підприємствах, застосування їх у вимірі рівня рідини в баку або свердловині теж актуальне (хоча трапляється вкрай рідко).
Контактні види застосовуються в умовах вимірюваної рідини або так званою технологічною речовиною. Такі датчики або просто занурюються в рідину або кріпляться на корпусі ємності (наприклад, свердловини) на заданій висоті.
Існує ще й датчик граничного рівня, застосування якого виправдане лише за умов підвищеної вибухонебезпечності та підвищеної ймовірності аварійного стану резервуара. Його використання в побутових умовах не є доцільним та раціональним.
2.2 Принцип роботи та влаштування датчиків
Почнемо з рівневих сигналізаторів. Вони складаються з рухомого магніту, що рухається завдяки спеціальному поплавцю, і чутливих до магніту герконових контактів. При наближенні магніту до такого контакту Геркон спрацьовує.
Як тільки рідина досягає рівня датчика, спеціальний поплавець піднімається разом з рівнем цієї рідини і тут або замикає або розмикає контакти геркона. При зниженні рівня рідини поплавок піде вниз і поверне контакти в початкове положення.
Безконтактні види поділяються на ультразвукові та ємнісні датчики відповідно. Перші працюють завдяки аналізу рівня рідини ультразвуком.
Через надійність і точність аналізу їх досить часто застосовують при бурінні свердловини. Діапазон реагування датчиків варіюється від 100 мм до 6 метрів.
Ємнісний варіант реагує на наближення та присутність аналізованих об'єктів. Його застосування є найбільш актуальним для аналізу рівня води в баку або артезіанській свердловині. Спрацювання пристрою можливе на відстані до 25 мм.
Контактні датчики поділяються на такі види:
- Оптичні;
- П'єзоелектричні вилкові;
- Радіолокаційні та радарні;
- Гідростатичні;
- Волоконно-оптичні.
Оптичний вигляд використовує інфрачервоний діапазон для . Їх перевагою можна назвати те, що вони не мають рухомих частин зовсім, а значить – тривалі в експлуатації та не вимагають частої заміни.
Складається оптичний датчик з корпусу та напівсфери, в якій є інфрачервоний світлодіод та тригерний фототранзистор. Їх застосування виправдане на баку, тоді як для свердловини та подібних резервуарів вони не підходять. Цей пристрій має захист стандарту IP67.
П'єзоелектричні вилкові датчики мають певну резонансну частоту. Як тільки вода потрапляє на порожнину вилки в даному пристрої, частота резонансу змінюється, і це фіксуються інтегровані аналізатори вхідних сигналів.
Як результат – пристрій змінює свій стан на виході. Відмінний варіант для. Робота цього пристрою можлива за температури до +250 градусів.
Радіолокаційні та радарні види працюють завдяки аналізу проходження електромагнітної хвилі. Вся система функціонує на строгому контролі часу проходження сигналу, а потім система сама аналізує у внутрішній електронній схемі результат.
Такий вид датчиків застосовується під час роботи у свердловині, особливо у випадках, коли важлива гранична точність. Цей пристрій може витримувати температуру до 100 градусів і тиск до 10 бар.
Гідростатичний варіант підходить для вимірювання рівня води на великій глибині (до 250 метрів). Механізм працює завдяки різниці між атмосферним тиском та компенсаційним тиском.
Аналіз показників тиску досягається завдяки встановленій у пристрої капілярній трубці. Застосовується такий вид датчиків під час роботи в глибокій свердловині. Втім, не тільки свердловини знаходяться в галузі застосування даного виду датчиків, а й каналізаційні системи та глибокі колодязі.
Поплавкові датчики рівня води (часто застосовуються для занурювальних насосів)
Волоконно-оптичний вигляд є найдорожчим та найсучаснішим. Весь механізм працює на принципі вимірювання різниці коефіцієнтів заломлення між повітряними масами та водою.
У промисловості та побуті постійно існує необхідність контролю за рівнями рідин у ємностях. Пристрої вимірювання класифікують як контактні та безконтактні. Для обох варіантів датчик рівня води розташовують на певній висоті резервуара і він спрацьовує, сигналізуючи або подаючи команду на зміну режиму її подачі.
Контактні пристрої працюють на основі поплавців, що перемикають схеми при досягненні рідиною заданих позначок.
Безконтактні методи поділяються на магнітні, ємнісні, ультразвукові, оптичні та інші. Пристрої немає рухливих елементів. Вони поринають у контрольовані рідкі або сипучі середовища або закріплюються на стінках баків.
Поплавкові датчики
Надійні та дешеві пристрої для контролю рівня рідин за допомогою поплавців найпоширеніші. Конструктивно можуть відрізнятися. Розсморимо їх види.
Вертикальне розташування
Часто застосовується датчик поплавку рівня води з вертикальним штоком. Усередині нього розміщено круглий магніт. Шток є порожнистою пластиковою трубкою з розташованими всередині герконами.
Поплавець із закріпленим магнітом завжди розташовується на поверхні рідини. Підходячи до геркона, поле магніту спрацьовує його контактів, що є сигналом про заповнення ємності до певного обсягу. При послідовному з'єднанні контактних пар між собою через резистори можна постійно стежити за рівнем води з опору ланцюга. Стандартний сигнал змінюється від 4 до 20 мА. Датчик рівня води найчастіше розміщується у верхній частині резервуара на ділянці завдовжки до 3 м.
Електричні схеми з герконами можуть відрізнятися при зовнішній схожості механічної частини. Датчики розташовуються на одному, двох і більше рівнів, подаючи сигнал про те, наскільки наповнений бак. Вони також можуть бути лінійними, безперервно передаючи сигнал.
Горизонтальне розташування
Якщо зверху датчик не вдається встановити, його кріплять горизонтально до стіни резервуара. Магніт з поплавцем встановлюють на важелі із шарніром, а геркон поміщають у корпусі. При підйомі рідини у верхнє положення магніт підходить до контактів і датчик спрацьовує, сигналізуючи про досягнення граничного положення.
При підвищеній забрудненості або замерзанні рідини застосовується надійніший поплавковий датчик рівня води на гнучкому тросі. Він складається з розміщеної на глибині невеликої герметичної ємності з металевою кулькою з герконовим контактом або тумблером усередині. При збігу рівня води з положенням датчика відбувається переворот ємності та спрацьовування контакту.
Одними з найточніших і надійних поплавкових датчиків є магнітострикційні. Вони містять поплавець з магнітом, які ковзають металевим стрижнем. Принцип роботи полягає у зміні тривалості проходження через стрижень ультразвукового імпульсу. Відсутність електричних контактів значно підвищує чіткість спрацьовування при досягненні межі розділу середовищ заданого становища.
Ємнісні датчики
Безконтактний пристрій реагує на різницю між діелектричною проникністю різних матеріалів. Датчик рівня води у резервуарі встановлюється зовні бічної стінки ємності. У цьому місці має бути вставка зі скла або фторопласту, щоб через неї можна було розрізнити межу поділу середовищ. Відстань, на якій чутливий елемент вловлює зміну контрольованого середовища, становить 25 мм.
Герметичне виконання ємнісного датчика дає можливість поміщати його в контрольоване середовище, наприклад, трубопровід або кришку резервуара. При цьому він може бути під тиском. Таким чином, підтримується наявність рідини в закритому реакторі при здійсненні технологічного процесу.
Електродні датчики
Датчик рівня води з поміщеними в рідину електродами реагує зміну електропровідності з-поміж них. Для цього їх кріплять затискачами та розміщують на гранично верхньому та нижньому рівнях. З довшим у парі встановлюють ще один провідник, але зазвичай замість нього використовують металевий корпус резервуару.
Схема датчика рівня води з'єднується із системою керування електродвигуном насоса. При повному баку всі електроди занурені в рідину і між ними протікає струм управління, який є сигналом відключення двигуна водяного насоса. Вода також не надходить, якщо вона не стосується оголеного верхнього провідника. Сигналом включення насоса є зниження рівня нижче за довгий електрод.
Проблемою всіх датчиків є окислення контактів, що у воді. Щоб зменшити його вплив застосовують нержавіючу сталь або графітові стрижні.
Датчик рівня води своїми руками
Простота пристрою дозволяє виготовити його самостійно. Для цього потрібен поплавець, важіль та клапан. Вся конструкція розміщується у верхній частині бака. Поплавець з важелем з'єднується зі штоком, що переміщує поршень.
При досягненні водою верхнього граничного рівня поплавець переміщає важіль, який впливає на поршень та закриває подачу через нижню трубу.
У міру витрати води поплавець опускається, після чого поршень знову відкриває отвір, через який знову можна наповнювати резервуар.
При правильному виборі та виготовленні датчик рівня води своїми руками зібраний, надійно працює в домашньому господарстві.
Висновок
Датчик рівня води незамінний у приватному секторі. З ним не втрачається час при контролі за наповненням бака на городі, рівнем у колодязі, свердловині або септиці. Простий пристрій без допомоги господаря вчасно запустить або відключить водяний насос. Тільки не варто забувати про його профілактику.
Після установки на літній душ нової бочки більшого об'єму, виникла така необхідність встановлення якогось "датчика" рівня води, що б постійно не лазити на дах душа, та й до того ж нова бочка оснащена кришкою, яка фіксується хомутом, і постійно її знімати і дивитися скільки води залишилося не дуже хочеться. Тому встановив таке, легке у виготовленні, пристосування.
Необхідні матеріали:
Пінопласт (такий шматок, як на фото, я знайшов у коробці від газової плити, ними нарюють камфорки при транспортуванні);
- гайка невеликого розміру;
- Гайка великого розміру;
- Довгий шуруп;
- два шматочки пластмасової смужки;
- волосінь.
Виготовлення датчика
Насамперед просвердлюємо наскрізний отвір у середині пінопласту (це робиться для того, щоб коли закручуватимемо шуруп, пінопласт не розколовся), а так само на обох пластинках.
Потім скріплюємо деталі так, як показано на фото:
Вид зверху:
Вигляд знизу:
Примотуємо до шурупа волосінь і наш «датчик» майже готовий.
Тепер несемо все на дах душа, просвердлюємо отвір у кришці бака (отвір потрібно робити таке, щоб волосінь вільно по ньому проходила).
І ось який вийшов готовий результат.
Принцип роботинашого "датчика" дуже простий. Коли вода в бачку закінчується, наш поплавок опускається на низ, а шайба що зовні піднімається нагору, отже, потрібно долити води. І коли вода наливається, дуже зручно стежити. Можна звичайно на бачку зробити розмітки і замість шайби повісити якусь стрілку, але це вже справа особисто кожного. Якщо є якісь питання, будь ласка, ставте!
Дякую за увагу!
За допомогою улюбленого таймера 555 можна виготовити датчик для води, для омивки, тосолу і т.д. Варто відзначити, що подібний датчик стане в нагоді як у Вашому автомобілі, так і в побутових умовах. Схема є досить простою і доступною для повторення. Мікросхема набула широкого поширення саме завдяки своїй простоті.
Для датчика води використовуватиметься така схема.
Робота пристрою дуже проста. При зануренні електродів у рідину, С1 – конденсатор, зашунтований. Коли електроди перебувають у повітрі, то шунт зникає, і мікросхема починає працювати.
Від мікросхеми виходять прямокутні імпульси. За допомогою таких імпульсів можна керувати за допомогою більшого навантаження. Наприклад, можна подавати сигнал на лампочку через транзистор. Така технологія дозволяє включити сигналізацію або індикатор. За допомогою останнього можна визначити наявність води в баку. Подібний датчик можна встановити як у баку, так і в радіаторі. Живлення датчика – 12 вольт. Це свідчить, що з харчуванням не виникне питань.
Як правило, датчики виготовляють із склотекстоліту. Але найчастіше використовують звичайну мідь (дроти). Для датчика підійде два однакові відрізки дроту з перетином 1 міліметр. Важливо зауважити, що з дротів потрібно зчистити лак, який може бути на поверхні металу. Робиться це за допомогою вогню або ж наждакового паперу. Так, довжина дротом має бути до 3,5 сантиметрів.
Щоб дроти трималися у пробці, їх зміцнюють силіконом. Потім дроти кріпляться до самої мікросхеми. Провід у кришці можна з'єднати з мікросхемою тоншими провідниками.
Мікросхема може бути навісною – без настановної плати. Коли все буде готове, іншою подібною кришкою закривають отриманий пристрій. З'єднання кришок необхідно герметизувати клеєм чи іншими засобами.
Таким чином, не здійснюючи зайвих витрат, можна самостійно виготовити датчик, який допоможе не тільки в автомобілі, а й у побуті. Так, можна позбавити себе частих підйомів на душ для того, щоб подивитися рівень води в баку. Саморобний датчик рівня води вирішить проблему. Важливо виконувати всі роботи акуратно і уважно, щоб пристрій працював справно.
