Водоснабдяването и отводняването са неразделна част от живота и производството. Почти всеки, който се е занимавал със земеделие или подобряване на живота, поне веднъж се е сблъсквал с проблема за поддържане на нивото на водата в определен резервоар. Някои го правят ръчно чрез отваряне и затваряне на клапаните, но е много по-просто и по-ефективно да използвате автоматичен сензор за ниво на водата за тези цели.
Видове датчици за ниво
В зависимост от поставените задачи, за контрол на нивото на течността се използват сензори за контакт и близост. Първите, както можете да се досетите от името им, имат контакт с течността, вторите получават информация дистанционно, като използват косвени методи на измерване - прозрачност на средата, нейния капацитет, електрическа проводимост, плътност и др. По принципа на работа всички сензори могат да бъдат разделени на 5 основни типа:
- Float.
- Електрод.
- Хидростатично.
- Капацитивен.
- Радар.
Първите три могат да бъдат причислени към устройства от типа контакт, тъй като те директно взаимодействат с работната среда (течност), четвъртата и петата са безконтактни.
Поплавкови сензори
Може би най-простият в дизайна. Те представляват поплавкова система, която се намира на повърхността на течност. Докато нивото се променя, поплавъкът се движи, по един или друг начин, затваряйки контактите на контролния механизъм. Колкото повече контакти са разположени по пътя на движението на поплавъка, толкова по-точни са показанията на индикатора:
Принципът на работа на поплавковия сензор за нивото на водата в резервоара
От фигурата се вижда, че показанията на индикатора на такова устройство са дискретни, а броят на стойностите на нивото зависи от броя на превключвателите. В горната диаграма има две от тях - горната и долната. Това по правило е напълно достатъчно за автоматично поддържане на нивото в даден диапазон.
Има плаващи устройства за непрекъснато дистанционно наблюдение. В тях поплавъкът контролира двигателя на реостата, а нивото се изчислява въз основа на текущото съпротивление. Доскоро подобни устройства бяха широко използвани, например за измерване на количеството бензин в автомобилните резервоари за гориво:
Устройството на реостатичния манометър, където:
- 1 - жичен реостат;
- 2 - плъзгащ реостат, механично свързан с поплавъка.
Електродни сензори за ниво
Устройствата от този тип използват електрическата проводимост на течността и са дискретни. Сензорът се състои от няколко електрода с различна дължина, потопени във вода. В зависимост от нивото в течността се появява един или друг брой електроди.
Триелектродна система от сензори за ниво на течността в резервоара
На фигурата по-горе двата десни сензора са потопени във вода, което означава, че между тях има водоустойчивост - помпата е спряна. Веднага след като нивото спадне, средният сензор ще изсъхне и съпротивлението на веригата ще се увеличи. Автоматизацията ще стартира бустерната помпа. Когато контейнерът е пълен, най-късият електрод ще падне във водата, съпротивлението му към общия електрод ще намалее и автоматиката ще спре помпата.
Напълно ясно е, че броят на контролните точки е лесен за увеличаване чрез добавяне на допълнителни електроди и съответните управляващи канали към дизайна, например за аларма за преливане или изсушаване.
Хидростатична система за контрол
Тук сензорът е отворена тръба, в която е монтиран датчик за налягане от един или друг тип. С нивото се увеличава, височината на водния стълб в тръбата се променя, което означава налягането върху сензора:
Принципът на работа на хидростатична система за контрол на нивото на течността
Такива системи имат непрекъсната характеристика и могат да се използват не само за автоматично управление, но и за дистанционно управление на нивото.
Капацитивен метод за измерване
В датчици от този тип като сензор се използва кондензатор, чийто електрически капацитет варира в зависимост от диелектричните свойства на околната среда. Ако в близост до плочите на измервателния кондензатор има вода, тя има един електрически капацитет, въздух - друг.
Системата за управление непрекъснато измерва електрическия капацитет на сензора и при промяна се взема едно или друго решение. Метрите от този тип са дискретни и могат да се използват само за наблюдение на конкретно ниво на течност. Ако резервоарът за вода е направен от диелектрик, тогава измерванията могат да се извършват безконтактно - през стената на резервоара или тръбата за водомер. В противен случай капацитивният сензор е инсталиран вътре в резервоара.
Принципът на работа на капацитивен сензор с метална (вляво) и диелектрична вана
Индукционните указатели работят на подобен принцип, но в тях ролята на сензора се играе от намотка, индуктивността на която варира в зависимост от наличието на течност. Основният недостатък на такива устройства е, че те са подходящи само за контролиране на вещества (течности, насипни материали и др.), Които имат достатъчно висока магнитна пропускливост. В ежедневието индуктивните сензори практически не се използват.
Радарно управление
Основното предимство на този метод е липсата на контакт с работната среда. Нещо повече, сензорите могат да стоят далеч от течността, нивото на която трябва да се контролира, достатъчно далеч - метри. Това позволява използването на радарни сензори за наблюдение на изключително агресивни, токсични или горещи течности. Принципът на работа на такива сензори е посочен от самото им име - радар. Устройството се състои от предавател и приемник, сглобени в един корпус. Първият излъчва един или друг вид сигнал, другият получава отразения и отчита времето на забавяне между изпратените и получените импулси.
Принципът на работа на радиолокационния тип радар с ултразвуково ниво
Сигналът, в зависимост от задачите, може да бъде светлинен, звуков, радио излъчващ. Точността на такива сензори е доста висока - милиметри. Може би единственият недостатък е сложността на радиолокационното оборудване за наблюдение и неговата доста висока цена.
Домашни контроли за ниво на течност
Поради факта, че някои от сензорите са изключително прости в дизайна, не е трудно да създадете превключвател за ниво на водата със собствените си ръце . Работейки заедно с водни помпи, такива устройства ще автоматизират напълно процеса на изпомпване на вода, например, в лятна водна кула или автономна система за капково напояване.
Помпа за управление на поплавък
За осъществяването на тази идея се използва домашен тръстиков превключвател на нивото на водата с поплавък. Не изисква скъпи и оскъдни компоненти, лесно се повтаря и е достатъчно надежден. На първо място, струва си да обмислите дизайна на самия сензор:
Дизайн на двустепенен сензор за поплавкова вода в резервоара
Състои се от самия поплавък 2, който е фиксиран върху подвижния прът 3. Поплавъкът е разположен върху повърхността на водата и в зависимост от нейното ниво се движи с пръта и постоянния магнит 5, фиксиран върху него нагоре / надолу в водачите 4 и 5. В долната позиция, когато нивото на течността е минимално, магнитът затваря тръстиковия превключвател 8, а в горната част (резервоарът е пълен) - тръбен превключвател 7. Дължината на пръта и разстоянието между водачите се избира въз основа на височината на резервоара за вода.
Остава да сглобим устройство, което автоматично ще включи и изключи помпата за усилване, в зависимост от състоянието на контактите. Схемата му е следната:
Контролна верига на водната помпа
Да приемем, че резервоарът е пълен, поплавъкът е в изправено положение. Reed превключвател SF2 е затворен, транзистор VT1 е затворен, релета K1 и K2 са изключени. Водната помпа, свързана към конектор X1, е без напрежение. Докато водата тече, поплавъкът и заедно с него магнитът ще падне, тръбният превключвател SF1 ще се отвори, но веригата ще остане в същото състояние.
Щом нивото на водата падне под критичното, тръстиковият превключвател SF1 се затваря. Транзистор VT1 се отваря, реле K1 отключва и се заключва в контакти K1.1. В същото време контактите K1.2 на същото реле ще захранват стартера K2, който се включва на помпата. Започва изпомпване на вода.
С увеличаване на нивото поплавъкът ще започне да се повишава, контакт SF1 ще се отвори, но транзисторът, блокиран от контакти K1.1, ще остане отворен. Щом капацитетът е пълен, контактът SF2 се затваря и насилствено затваря транзистора. И двете релета ще бъдат освободени, помпата ще се изключи и веригата ще влезе в режим на готовност.
Когато повтаряте веригата на мястото на K1, можете да използвате всяко електромагнитно реле с ниска мощност за напрежение в отговор 22-24 V, например RES-9 (RS4.524.200). Като K2, RMU (RS4.523.330) или друг подходящ за 24 V работно напрежение, чиито контакти издържат на пусковия ток на водната помпа, е подходящ. Reed превключватели ще работят всички, които работят по верига или превключване.
Превключватели за ниво с електродни сензори
С цялото си достойнство и простота, предишният дизайн на нивото на нивото на контейнерите има съществен недостатък - механични възли, които работят във вода и изискват постоянна поддръжка. Този недостатък липсва в електродната конструкция на машината. Тя е много по-надеждна от механичната, не изисква никаква поддръжка, а схемата не е много по-сложна от предишната.
Тук като сензори се използват три електроди, изработени от всякакъв проводим неръждаем материал. Всички електроди са електрически изолирани един от друг и от тялото на контейнера. Дизайнът на сензора е ясно видим на фигурата по-долу:
Дизайнът на триелектродния сензор, където:
- S1 - общ електрод (винаги във вода)
- S2 - минимален сензор (резервоарът празен);
- S3 - сензор за максимално ниво (резервоар пълен);
Схемата за управление на помпата ще изглежда така:
Схема на автоматично управление на помпата с помощта на електродни сензори
Ако резервоарът е пълен, тогава и трите електрода са във водата, а електрическото съпротивление между тях е малко. В този случай транзисторът VT1 е затворен, VT2 е отворен. Релето K1 е включено и изключва помпата с нормално затворените си контакти и свързва сензор S2 паралелно със S3 с нормално отворени контакти. Когато нивото на водата започне да пада, електродът S3 е изложен, но S2 все още е във водата и нищо не се случва.
Водата продължава да се консумира и накрая оголва електрод S2. Благодарение на резистора R1 транзисторите преминават в противоположно състояние. Релето пуска и стартира помпата, като изключва S2 сензора. Нивото на водата постепенно се повишава и първо затваря електрода S2 (нищо не се случва - то се изключва от контактите K1.1), а след това S3. Транзисторите се превключват отново, релето се активира и изключва помпата, като същевременно свързва S2 сензора, за да работи за следващия цикъл.
Устройството може да използва всяко реле с ниска мощност, работещо от 12 V, чиито контакти са в състояние да издържат на тока на помпата стартер.
Ако е необходимо, същата схема може да се използва за автоматично изпомпване на вода, да речем, от мазето. За да направите това, дренажната помпа не трябва да бъде свързана към нормално затворени, а към нормално отворени релейни контакти K1. Веригата няма да изисква други промени.