Регуляторы уровня воды

Многие из Нас и не только заядлые дачники, сталкивались с проблемой автоматизации и контроля заполнения емкостей водой. Скорее всего эта статья именно для тех, кто решил сделать простейшую схему контроля наполнения емкости в бытовых условиях. Самый бюджетный способ построения автоматики — это использование реле контроля воды. Реле контроля уровня (воды) так же используются в более сложных системах водоснабжения частных домов, но в данной статье мы рассмотрим только бюджетные модели реле контроля уровня токопроводящей жидкости. К подконтрольным жидкостям относятся: вода (водопроводная, родниковая, дождевая), жидкости с низким содержанием алкоголя (пиво, вино и др.), молоко, кофе, сточные воды, жидкие удобрения. Номинальный ток контактов реле 8-10А, что позволяет коммутировать небольшие насосы без использования промежуточного реле или контактора, но производители все равно рекомендуют ставить промежуточные реле или контакторы для включения/выключения насосов. Температурный диапазон работы устройств от -10 до +50C, а максимально возможная длина провода (от реле до датчика) – 100 метров, на передней панели светодиодные индикаторы работы, вес не более 200 грамм, крепление на din-рейку, поэтому необходимо будет заранее продумать размещение системы контроля.

Принцип работы реле основан на измерении сопротивления жидкости, находящейся между двумя погруженными датчиками. Если измеренное сопротивление оказывается менее величины порога срабатывания, тогда состояние контактов реле меняется. Во избежание электролитического эффекта переменный ток протекает поперек датчиков. Напряжение питания датчика не более 10В. Потребляемая мощность не более 3Вт. Фиксированная чувствительность 50 кОм.

На рынке представлено множество однотипных реле, рассмотрим самые бюджетные модели от производителей «Реле и Автоматика» г.Москва и  новинки «TDM» (Торгового Дома им.Морозова).

Реле контроля уровня РКУ-1М. (аналог РКУ-02 TDM)

Реле контроля уровня TDM представлено четырьмя моделями:

1. РКУ-01 (SQ1507-0002) под разъем Р8Ц(SQ1503-0019) на дин-рейку
2. РКУ-02 (SQ1507-0003) на дин-рейку (аналог РКУ-1М)
3. РКУ-03 (SQ1507-0004) на дин-рейку
4. РКУ-04 (SQ1507-0005) на дин-рейку

Корпуса реле выполнены из не поддерживающих горение материалов. Датчики контроля уровня изготовлены из нержавеющей стали. (ДКУ-01 SQ1507-0001).

Работа реле основана на кондуктометрическом методе определения наличия жидкости, который основан на электрической проводимости жидкостей и возникновении микротока между электродами. Реле имеют переключающие контакты, что позволяет использовать режим наполнения или слива. Напряжение питания РКУ-02, РКУ-03, РКУ-04 – 230В или 400В.

Схема управления насосом в резервуаре в режиме «наполнение или дренаж».

Схема перекачки жидкости из скважины/резервуара в резервуар, контроль уровня в обоих средах, т.е. реле производит защитное отключение насоса в режиме сухого хода (при снижении уровня жидкости в скважине/резервуаре )

Схема поочередного или суммарного включения 2-х насосов. Используется реле РКУ-04 в местах, где недопустимо переполнение колодцев, котлованов, водосборных и прочих емкостей. Реле работает с 2-мя насосам, и, для равномерного использования их ресурса, реле производит их поочередное включение. В случае чрезвычайной ситуации оба насоса выключаются одновременно.

Реле нельзя использовать для следующих жидкостей: дистиллированная вода, бензин,  керосин, масло, этиленгликоли, краски, сжиженный газ.

Сравнительная таблица аналогов по сериям:

TDM	F&F	lovato	РиА
РКУ-01	PZ-829	LVM20	РКУ-1М
РКУ-02	PZ-829	LVM20	РКУ-1М
РКУ-03	—	LVM20	EBR-02
РКУ-04	—	LVM20	—

 

vserele.ru

Общие сведения

Если огнетрубные котлы, имеющие высокую аккумулирующую способность, до некоторой степени поддаются регулированию при ручном обслуживании, то у современных водотрубных котлов, реагирующих на весьма незначительные отклонения в режимах, такое регулирование весьма затруднительно и приводит к большим тепловым потерям.

Весьма важно при работе котла поддерживать номинальные значения таких качественных параметров его, как давление пара, уровень воды в котле, давление и температуру топлива, коэффициент избытка воздуха и др. При ручном обслуживании возможны случаи перепитывания котла, упуска воды, запаздывания в регулировке количества подаваемого в топку воздуха. Избыток воды в котле снижает паропроизводительность, приводит к забросу воды в паровую магистраль, а упуск воды — к пережогу трубок, расстройству швов, появлению трещин и т. п. Применение автоматических средств регулирования вспомогательных котлоагрегатов наряду с общими преимуществами автоматики позволяет устранить перечисленные недостатки ручного регулирования.

Регулированию подвергаются следующие основные параметры котла: уровень воды; давление пара; соотношение воздух — топливо, т.е. соотношение между количеством сжигаемого топлива и воздуха.

Регулирование уровня воды прямодействующим регулятором

Схема регулирования приведена на рис. 114. Регулируемой величиной является уровень жидкости в резервуаре, зависящий от возмущающего воздействия (притока жидкости в резервуар). Воздействие фиксируется измерительным органом (поплавком) и через исполнительный механизм (орган) передается на регулирующий орган (клапан). Последний прикрывает или открывает сливной трубопровод. Такая система регулирования не требует на перемещение регулирующего органа (клапана) энергии постороннего источника. Регуляторы такой системы называют прямодействующими или регуляторами прямого действия.

Регуляторы прямого действия обладают пониженной чувствительностью. Они применяются в том случае, когда не требуется особой точности. Регулятор должен быть расположен вблизи объекта регулирования. В основном применяются в отопительной системе.

Если усилия измерительного элемента (датчика) недостаточны, то для усиления импульса, развиваемого датчиком, в систему автоматического регулирования вводится специальный усилительный орган или усилитель, использующий различные виды вспомогательной энергии. В этом случае регулятор будет называться регулятором непрямого действия.

Регулирование уровня воды регулятором непрямого действия

Принципиальная схема системы автоматического питания котла с термогидравлическим регулятором уровня воды изображена на рис. 115.

Термогидравлическое регулирование уровня осуществляется за счет работы измерительного органа (сильфона) и регулирующего органа (клапана), а также термогидравлического чувствительного элемента и включателя резервного насоса. Сильфоном называется гармоникообразный упругий цилиндр с глухим донышком. С изменением давления в термо-гидравлическом чувствительном элементе, донышко сильфона, прогибаясь в ту или другую сторону, через систему промежуточных элементов воздействует на регулирующий орган. Термо-гидравлический элемент (датчик) состоит из двух вставленных одна в другую трубок.
рцы наружной трубки герметически соединены с внутренней трубкой так, что между ними образуется кольцевое пространство, которое заполняется дистиллированной водой. Внутренняя трубка соединена с паровым и водяным пространством котла, а наружнаяс полостью сильфона. Ось чувствительного элемента устанавливается с некоторым наклоном к уровню воды в котле, поэтому, при незначительном изменении уровня воды в котле, во внутренней трубке датчика уровень изменяется значительно. С падением уровня воды внутренняя трубка заполняется паром, который отдает тепло дистиллированной воде в кольцевом пространстве, в последнем вода испаряется, что приводит к повышению давления и прогибанию донышка сильфона. В момент повышения уровня воды в котле пары дистиллированной воды конденсируются, воспринимающее сильфоном давление вновь изменяется. Для лучшего отвода тепла в окружающую среду наружная трубка чувствительного элемента (датчика) сделана ребристой.

Принцип работы данной системы заключается в следующем. С понижением уровня воды в котле давление на сильфон измерительного органа увеличивается и регулирующий клапан прикрывается. Слив воды из системы питания котла в теплый ящик частично или полностью прекращается и увеличивается количество воды, подаваемой в котел питательным электронасосом.
ли уровень воды в котле падает, несмотря на работу питательного электронасоса, то автоматически включается резервный паровой насос. Работой резервного питательного насоса управляет регулятор включения. Устройство регулятора включения показано на рис. 116. Под действием определенного давления на сильфон (рис. 116, а) открывается клапан 12 и пар из котла поступает в золотниковую коробку питательного насоса. Для усиления чувствительности регулятора включения насоса вместо уплотнения штока в корпус его вмонтирован второй сильфон 8. Активная площадь этого сильфона и площадь проходного сечения клапана 12 равны, поэтому для перемещения клапана не требуется значительных усилий. Настройка регулятора осуществляется путем изменения силы упругости пружины с помощью гайки. Воздух при настройке удаляется через заглушку. Ручное управление регулятором можно производить винтом 7 и угловым рычагом 5. Для предохранения регулирующего клапана от возможного засорения в магистраль включен фильтр. Во время бездействия парового поршневого насоса в паровых цилиндрах скапливается конденсат. Продувка насоса производится кранами 3 и 4 (см. рис. 115), установленными в полостях паровых цилиндров насоса. В первый момент срабатывания регулятора давление пара на насос будет недостаточным для его работы, но давление в полости цилиндра обеспечит подъем клапана 16 (см. рис. 116,б) и конденсат через отверстие 15 будет удаляться из цилиндра в атмосферу. При работе резервного насоса резиновая мембрана 13 под давлением воды прогнется и, воздействуя на клапан через шток 14, прекратит продувку цилиндров. Рассмотренный регулятор уровня воды непрямого действия является значительно совершенным, обеспечивающим достаточную точность регулирования. Более высокую надежность регулирования обеспечивают регуляторы системы ЦНИИ им. акад. А. И. Крылова.

Гидравлический регулятор питания системы ЦНИИ имени академика Крылова

Принципиальная схема регулятора питания системы ЦНИИ им. акад. Крылова изображена на рис. 117. Датчик измерительного органа (конденсационный сосуд) 1 соединен трубопроводами с водяным и паровым пространством котла и с нижней и верхней полостями измерительного органа 2. Используемая рабочая среда (питательная вода) в регуляторе очищается фильтром. При включенном регуляторе на мембрану 8 действует сила, равная весу столба жидкости, направленная снизу вверх и уравновешенная грузами 9 и 10. С изменением уровня воды в котле нарушается равновесие сил, действующих на мембрану, последняя прогибается, поворачивает в ту или другую сторону рычаг, который в свою очередь через систему рычагов управляет усилительным органом и работой питательного насоса с электроприводом, а также включает в соответствующий момент цепь сигнализации и защиты.

Усилительный орган струйного типа соединен питательной системой котла с полостями поршневого сервомотора. Для повышения скорости воды, а следовательно, и для увеличения ее кинетической энергии в корпусе усилителя имеется сопло. В случае поворота качающейся трубы вода через сопло поступает в верхнюю или нижнюю полость сервомотора, перемещая поршень. Поршень через систему рычагов изменяет величину проходного сечения питательного регулирующего клапана.

Жесткая обратная связь восстанавливает равновесие усилительного органа, т. е. устанавливает качающуюся трубку усилителя в ближайшее среднее положение, при котором рабочая вода через отверстие в корпусе усилителя сбрасывается в теплый ящик. Питательный регулирующий клапан 5 удерживается сервомотором в положении, при котором обеспечивается рабочий уровень в котле.

Регулирующий клапан можно открывать и закрывать вручную рукояткой 13. Кроме рассмотренных выше гидравлических регуляторов уровня воды непрямого действия, вспомогательные котлы могут иметь пневматические и электромеханические регуляторы питания. Наибольшее применение получили электромеханические регуляторы.

Электромеханический регулятор питания

Схема электрического регулятора питания с мембранным измерительным органом показана на рис. 118. С изменением уровня воды в котле термогидравлический чувствительный элемент оказывает на мембрану (на рис. не показана) различное импульсное давление. Усилие мембраны, передаваемое через иглу 4 на рычаг 7, при нормальном уровне воды, уравновешивается пружиной обратной связи 6.

Электрический питательный насос в этом случае работает на нормальном режиме. При понижении уровня воды в котле гидростатическое давление на мембрану увеличивается, игла поворачивает рычаг, средний контакт 2 замыкается с контактом 3 и через соответствующее электрореле увеличивает производительность электронасоса.

При повышении уровня воды средний контакт замыкается с контактом 1 и электрореле снижает производительность электронасоса, а при необходимости и выключает его. Нажатие пружины обратной связи регулируется поворотом эксцентрикового валика 5, который связан с реверсивным электродвигателем (сервомотором) с помощью редуктора. В зависимости от того, на какой контакт замкнется контакт 2, вращение сервомотора обеспечивает поворот эксцентрикового валика 5 таким образом, чтобы пружина обратной связи способствовала бы через рычаг 7 возврату контакта 2 в среднее положение. Такого типа регуляторы обеспечивают весьма высокую точность регулирования уровня воды в котле.

Регулирование давления пара

Во вспомогательных котлах регулирование давления пара производится путем изменения количества сжигаемого топлива и подачи воздуха, т.е. путем регулирования процесса горения.

По конструктивному выполнению регуляторы процесса горения делятся на механические, гидравлические, пневматические и электрические. Механические регуляторы имеют большое количество механических передач, недостаточную чувствительность и в судовых котельных установках не применяются. Пневматические регуляторы нашли незначительное применение ввиду трудоемкости их настройки из-за большого количества регулирующих органов. Принцип поддержания постоянного давления гидравлическим регулированием горения показан на схеме рис. 119.

При незначительном увеличении давления пара в импульсном трубопроводе, сильфон измерительного органа прогибается, игла 6 воздействует на двуплечий рычаг и качающаяся трубка струйного усилителя смещается в сторону оси левого приемного сопла. В нижней полости сервомотора увеличивается давление, перемещающее поршень 10 в верхнее положение и через систему рычагов перекрывает клапан 1.

Одновременно, с помощью рычага 9 воздушным регистром уменьшается подача воздуха (воздушный регистр на рис. 119 не показан). При незначительном понижении давления пара в котле происходит обратный процесс. В случае выхода регулятора из строя управление горением можно производить вручную рукояткой 8. При этом сервомотор и усилитель разобщаются. Такая схема регулирования режима горения, по сравнению с обычным обслуживанием, позволяет получать существенную экономию топлива, так как количество сжигаемого топлива взаимно согласовывается с количеством поступающего в топку воздуха.

mirmarine.net

Рассказать в:
Описанное ниже устройство предназначено для автоматической регулировки уровня воды в емкостях любого объема. Устройство универсально, т. е. работает как на заполнение емкости водой, так и на ее откачивание. Сфера использования весьма разнообразна: полив садово-огородных участков при слабом давлении воды в водопроводе, откачивание грунтовых вод из подвалов и погребов, заполнение водонагревательных баков и расширительных бачков систем водоснабжения и отопления. Принципиальная схема устройства приведена на рисунке.

Принцип работы прибора.

При включении прибора в сеть питания 220 В сетевое напряжение подается на понижающий трансформатор. С сетевого трансформатора переменное напряжение (13…15 В) выпрямляется диодным мостом, сглаживается конденсатором и подается на интегральный стабилизатор напряжения (К142ЕН8Б). Стабилизированное напряжение 12 В подается на микросхемы устройства. В первый момент времени конденсатор С1 находится в разряженном состоянии, и после подачи питания удерживает уровень логического 0 на время, достаточное для установки триггера DD2.2 в состояние логической 1 на выводе 13 и логического 0 на выводе 12. После зарядки конденсатор С1 в дальнейшей работе устройства участия не принимает. На элементе DD2.1 собран мультивибратор на частоту 14… 18 кГц. Резистор с вывода 2 необходим для более устойчивого запуска мультивибратора. Мультивибратор не симметричный для снижения тока потребления устройства (транзистор VT1 дольше закрыт, чем открыт). Допустим, что переключатель SA1 находится в положении «Закачать». Лог. 1 с вывода 13 DD2.2 разрешит работу элемента DD1.2, тем самым, пропуская сигнал с мультивибратора на базу VT1. Транзистор, усиливая сигнал по мощности, наводит ЭДС в трансформаторе TV2. Переменное напряжение, наводимое в TV2, через токоограничивающий резистор подается на управляющий вывод симистора, тем самым, открывая его и подавая напряжение питания на нагрузку (например, электронасос), и емкость начинает заполняться. Сопротивление воды зависит от солей, растворенных в ней, но в любом случае оно много меньше 100 кОм, поэтому вода, заполняющая емкость, дойдя до нижнего концевого датчика, изменит уровень лог. 1 на входе DD1.3 на лог. 0. Пройдя через элементы DD1.3 и DD1.1, уровень лог. 0 дважды инвертируется и на входе «S» элемента DD2.2 появляется логический 0. Верхний концевой датчик еще сухой, и на входе DD1.4 присутствует уровень лог. 1, следовательно, на входе «R» DD2.2 присутствует лог. 0, и триггер хранит полученную в момент предустановки информацию (вывод 13-лог. 1, выв. 12-лог. 0). Вода, дойдя до верхнего концевого датчика, подаст на вход DD1.4 логический 0, на выходе сформируется логическая 1, которая переведет триггер DD2.2 в состояние установки 0. На выводе 13 DD2.2 появится логический 0, запрещающий работу элемента DD1.2, и, соответственно, прекратит работу ключ на VT1, симистор закроется, и насос выключится. По мере расхода воды верхний концевой датчик откроется, и на входе DD1.4 установится лог. 1. Соответственно, на входе «R» DD2.2 появится лог. 0, и триггер будет хранить записанную информацию. Вода, продолжая убывать, откроет нижний концевой датчик, на входе DD1.3 и на выходе DD1.1 появится лог. 1, триггер установится в состояние 1, при котором на выв. 13 поступает лог. 1, на выв. 12 — лог. 0, и насос снова начнет заполнять резервуар. Так циклы расхода и заполнения будут повторяться снова и снова. Если переключатель SA2 находится в положении «Выкачать», то работа устройства изменится на противоположное, т. е. насос будет работать до тех пор, пока уровень воды не опустится ниже нижнего концевого датчика, а «отдыхать» — пока вода не поднимется до верхнего концевого датчика. Кнопка SA1 предназначена для принудительного включения/выключения нагрузки. Размыканием ее контактов на вход «С» триггера DD2.2 подается лог. 1, что приводит к записи информации, находящейся на входе «D», а т. к. он соединен со своим инверсным выходом, следовательно, при каждом нажатии на SA1 состояние триггера будет меняться на противоположное, соответственно включая или выключая нагрузку.

Конструкция и детали. TV1 — любой сетевой трансформатор мощностью 6.. .8 Вт и выходным напряжением 13… 15 В. TV2 — выполнен на ферритовом стержне (можно от магнитной антенны радиоприемника) диаметром 6…8 мм и длиной 20…25 мм. Обмотка I содержит 300 витков провода ПЭВ, ПЭВ-2, диаметром 0,13…0,15 мм. Обмотка II содержит 200 витков того же провода с отводом от каждых 50 витков. Между обмотками необходимо проложить 3-4 слоя лакоткани, а лучше фторопластовой пленки. Как известно, у каждого симистора свой индивидуальный ток открывания, поэтому может возникнуть необходимость в подборе выходного напряжения с 7V2. Начинать подбор следует с наименьшего напряжения. В случае если при максимальном выходном напряжении на TV2 симистор открываться не будет, можно уменьшить резистор в цепи коллектора VT1 до 20 Ом. Если и это не поможет, следует поменять симистор на исправный. Симистор VS1 — любой из серии «ТС», следует учесть, что его номинальный ток должен быть в 4-5 раз больше номинального тока нагрузки, так как в первый момент после подачи напряжения в нагрузку возникают «пусковые» токи, превышающие номинальный ток в 2-3 раза, а иногда и более. Подбирают ток открывания симистора, нагрузив его лампой накаливания мощностью не менее 60 Вт. Лампа должна гореть ровным светом и в полную мощность. Если же лампа мигает или горит в полнакала, необходимо увеличить ток открывания симистора. Конденсатор на клеммах нагрузки необходим для устранения искажений синусоиды питающего напряжения, вносимых симистором. Для электронасосов это очень принципиально. Диоды КД103 можно заменить на любые из серии КД521, КД522, КД102. Вместо КД209 можно использовать любые выпрямительные диоды на ток 0,3 А и напряжение 25 В и выше. В качестве SA1 и SA2 подойдут П2К (SA1-без фиксации, SA2 — с фиксацией). Стабилизатор К142ЕН8Б установлен на теплоотводе, в качестве которого может быть использована алюминиевая пластина толщиной 3-4 мм и размером 30×100 мм. Концевые датчики можно изготовить из фольгированного стеклотекстолита. Можно в качестве концевых датчиков использовать арматуру небольших диаметров. Для неглубокого, но широкого резервуара подойдут зачищенные электроды для дуговой сварки. В случае, когда измеряется уровень загрязненной воды, например, водорослями, тиной и т. п., концевые датчики необходимо оградить мелкой сеткой. После расположения концевых датчиков на необходимых уровнях устройство готово к работе. Общий провод устройства, его корпус, если он из металла, и корпус электронасосов и клапанов необходимо тщательно заземлить.

Схемотехника

---

Раздел: [Конструкции средней сложности]
Сохрани статью в:
Оставь свой комментарий или вопрос:

---

---

www.cavr.ru

Радио 1987, 05

Устройство предназначено для автоматического поддержания уровня воды в заданных пределах. Такой регулятор очень удобен для управления электрическим насосом, откачивающим грунтовую воду из подвалов и других заглублённых помещений.

В подвале, в наиболее глубоком месте вкапывают металлический резервуар и монтируют в нём два датчика уровня: один опускают почти до дна, второй устанавливают вблизи верхней кромки резервуара. Резервуар и датчики подключают к электронному блоку (см. схему). Сверху резервуар прикрывают решёткой. Грунтовая вода, скапливаясь в резервуаре, через некоторое время достигнет нижнего конца датчика Е1. В этот момент на управляющем электроде тринистора VS1 появится открывающее напряжение, он откроется и сработает реле К1. Контактами К1.1 оно подключит параллельно датчику Е1 второй датчик Е2. Контактами К1.2 (на схеме не показаны) реле включит электродвигатель насоса, который начнёт откачку воды из резервуара.

Через некоторое время уровень воды опустится ниже датчика Е2 и открывающее напряжение с управляющего электрода тринистора будет снято. После этого в ближайший момент перехода через «нуль» сетевого напряжения тринистор закроется, отключив насос. Далее следует медленное накопление воды до уровня Е1 — и цикл повторяется.

Датчики представляют собой пластины из полосовой нержавеющей стали толщиной 2 мм, укреплённые на держателе из изоляционного материала с малой степенью поглощения влаги (эбонит, полиэтилен, фторопласт, резина и др.). Резервуар также желательно изготовить из нержавеющего металла.

Реле К1 — РЭС9, паспорт РС4.524.203 (или другое на подходящее напряжение срабатывания, желательно с более мощными контактами). Трансформатор Т1 — любой, мощностью 5…8 Вт с напряжением вторичной обмотки 15 В.

Описанный регулятор может быть использован для различных целей и в народном хозяйстве, важно лишь, чтобы рабочая жидкость была электропроводна.

В. ЗОЛОТАРЬ, г. Донецк

the-mostly.ru

Общая классификация приборов

Датчик уровня воды используется для следующих целей:

• Для восприятия изменения количества жидкости и передачи дискретного сигнала в случае завышения максимально допустимой отметки в резервуаре на реле;
• Для включения реле сигнализации (световой или звуковой) в главном корпусе управления;
• Для передачи показателей уровня жидкости на табло пульта управления с отображением конкретных резервуаров;
• Для организации замкнутой схемы системы автоматического контроля воды в резервуаре. Для этого дополнительно потребуется контроллер, электродвигатель насоса.

Возможные методы определения загруженности резервуара

Существует несколько методов измерения уровня жидкости:

1. Бесконтактный – зачастую приборы такого типа используются для контроля уровня вязких, токсичных, жидких либо твердых, сыпучих веществ. Это емкостные (дискретные) приборы, ультразвуковые модели;
2. Контактный – устройство располагается непосредственно в резервуаре, на его стенке, на определенном уровне. По достижению водой этого показателя датчик срабатывает. Это поплавковые, гидростатические модели.

По принципу действия различают следующие виды датчиков:

• Поплавкового типа;
• Гидростатические;
• Емкостные;
• Радарные;
• Ультразвуковые.

Кратко о каждом виде приборов

1. Датчик уровня жидкости поплавковый – отличается простотой конструкции, зачастую используется в сочетании с электрическим реле. Система действует просто: при достижении определенного уровня вода воздействует на поплавок. Он в свою очередь изменяет положение, замыкает контакт реле, к которому прикреплен одним концом.

Поплавковые модели бывают дискретные и магнитострикционные. Первый вариант — дешевый, надежный, а второй – дорогой, сложной конструкции, но гарантирует точное показание уровня. Однако общий недостаток поплавковых приборов – это необходимость погружения в жидкость.

Поплавковый датчик определения уровня жидкости в баке

1. Гидростатические устройства – в них все внимание обращено на гидростатическое давление столба жидкости в резервуаре. Чувствительный элемент прибора воспринимает давление над собой, отображает его по схеме для определения высоты столба воды.

Главные преимущества таких агрегатов – компактность, непрерывность действия и доступность по ценовой категории. Но использовать их в агрессивных условиях нельзя, потому как без контакта с жидкостью не обойтись.

Гидростатический датчик уровня жидкости

1. Емкостные приборы – для контроля уровня воды в баке предусмотрены пластины. По изменению показателей емкости можно судить о количестве жидкости. Отсутствие подвижных конструкций и элементов, простая схема устройства гарантируют долговечность, надежность работы прибора. Но нельзя не отметить недостатки — это обязательность погружения в жидкость, требовательность к температурному режиму.
2. Радарные устройства – определяют степень повышения воды путем сравнения частотного сдвига, задержки между излучением и достижением отраженного сигнала. Таким образом, датчик действует как излучатель и улавливатель отражения.

Подобные модели считаются лучшими, точными, надежными устройствами. Они обладают рядом достоинств:

• Не имеют подвижных деталей;
• Не контактируют с жидкой средой;
• Не привередливы к среде, условиям функционирования;
• Точность показателей.

К недостаткам модели можно отнести только их высокую стоимость.

Радарный датчик уровня жидкости в резервуаре

1. Ультразвуковые датчики – принцип функционирования, схема устройства аналогичны радарным приборам, только используется ультразвук. Генератор создает ультразвуковое излучение, которое по достижению поверхности жидкости отражается и попадает через некоторое время на приемник датчика.  После небольших математических вычислений, зная временную задержку и скорость движения ультразвука, определяют расстояние до поверхности воды.

Плюсы радарного датчика присущи и ультразвуковому варианту. Единственное, менее точные показатели, более простая схема работы.

Тонкости выбора подобных устройств

При покупке агрегата обратите внимание на функциональность прибора, некоторые его показатели. Крайне важные вопросы при покупке прибора – это:

1. Для каких веществ может использоваться прибор, условия работы, схема устройства;
2. Влияет ли материал резервуара на точность показаний, принцип действия устройства;
3. Используется встроенная схема обработки, преобразования сигнала, либо датчик работает как реле;
4. Точность показаний, в том числе при быстром понижении или повышении уровня жидкости;
5. Входит ли в комплектацию дисплей для отображения действительных показателей, регулирования заданных параметров, изменения настроек;
6. Наличие сертификатов на продукцию;
7. Реагирование системы на температурные перепады;
8. Как на прибор и его точность могут влиять внешние факторы, например, вибрация, агрессивность среды или электромагнитные волны;
9. Материал исполнения устройства и возможность его работы в заданных условиях;
10. Собственно отзывы об агрегате, гарантии срока службы.

Варианты датчиков определения уровня воды или твердых сыпучих веществ

prokommunikacii.ru

Читать все новости ➔

В небольших городах и особенно в сельской местности, очень часто возникают проблемы с во­доснабжением. Некоторые из этих проблем может решить устройство, описанное в этой статье.

Животноводческие хозяйства ежедневно рас­ходуют большое количество воды на поение ско­та, приготовление кормов, мойку доильной аппа­ратуры, посуды, помещений для животных. Механизированная подача воды на животноводче­ские фермы освобождает персонал от трудоемких работ и отвечает требованиям современного об­щественного животноводства.

Автоматизация водокачек обеспечивает на­дежное водоснабжение без дежурного персонала, улучшает использование малодебитных источни­ков воды, так как отбор воды осуществляется бо­лее равномерно. В автоматических системах во­доснабжения чаще всего используются поплавковые и электродные датчики уровня воды в резервуарах. Поплавковые датчики состоят из поплавка и узла, который преобразует его пере­мещение в выходной электрический сигнал. Недо­статок поплавковых датчиков — наличие подвиж­ных частей. В зимнее время из-за их обмерзания поплавковый датчик, как правило, не работает.

Электродные датчики регистрируют измене­ние уровня жидкости по изменению активной про­водимости междуэлектродного пространства. Электродные датчики не имеют подвижных частей, но в зимнее время они покрываются льдом, а лед, как известно, не проводит ток, и электродный дат­чик не дает информацию об уровне воды. Многие читатели в зимнее время наблюдали такую карти­ну: водонапорная башня представляет собой ог­ромную глыбу льда. Это происходит из-за того, что датчик верхнего уровня покрывается льдом за вре­мя, пока вода спустится до датчика нижнего уров­ня и поднимется обратно. Происходит перелив во­ды, и вода начинает течь с самого верха башни и, естественно, превращается в лед.

В описываемом ниже устройстве использован емкостной датчик уровня жидкости. Преимущест­во таких датчиков — надежность работы в самых неблагоприятных услови­ях, отсутствие подвижных частей и простота обслужива­ния. Принцип работы основан на измерении электрической емкос­ти датчика при измене­нии уровня контроли­руемой среды вдоль оси датчика. Диапазон изменения зависит от типа датчика, его дли­ны, характеристики из­меряемой среды и монтажа датчика на ре­зервуар. Емкостной датчик представляет собой электрод, погру­женный в измеряемую среду. По конструкции электрода датчики подраз­деляются на стержневые, пластинчатые, тросовые и т.д. Обкладками датчика служат металлические стенки резервуара и зонд. Емкость конденсатора, образованного зондом и стенками, зависит от ди­электрической проницаемости вакуума, диэлект­рической проницаемости измеряемой среды, дли­ны датчика и уровня среды (воды). Приблизительно на метр уровня воды емкость датчика изменяется на 1000 пФ. Зонд должен быть изолирован от во­ды (достаточно использовать изолированный эле­ктрический провод). Если резервуар сделан не из металла, то необходимо опустить два провода, расположенных на небольшом расстоянии друг от друга. Используя справочник по физике, можно оп­ределить величину емкости такого конденсатора.

Двухпозиционный регулятор уровня воды в резервуаре работает по следующему принципу: при заполнении резервуара до верхнего порого­вого уровня (ВУ) насос отключается, и идет рас­ход воды до определенного нижнего уровня (НУ). Затем электронный блок включает насос, и он по­дает воду в резервуар до его заполнения до ВУ. Далее процесс повторяется.

Работа устройства

На рис.1 показана принципиальная электриче­ская схема двухпозиционного регулятора уровня воды в резервуаре. Регулятор позволяет также «видеть» уровень воды в резервуаре с помощью четырех светодиодов VD5-VD8. Светодиод VD4 информирует о работе насоса.

Работает схема следующим образом. Логичес­кий элемент DD1.1 формирует положительный импульс, соответствующий моменту перехода се­ти через нуль, который подается на один из входов логических элементов DD1.2, DD2.1, DD2.3. Инвер­тированный импульс с логического элемента DD1.3 поступает на три интегрирующие цепочки, кото­рые формируют временной интервал, соответст­вующий нижнему уровня, верхнему уровню и те­кущему уровню воды в резервуаре. Логические элементы DD1.2, DD2.1, DD2.3 в сочетании с инте­грирующими цепочками R2R5C1 (НУ), R3R6C2 (ВУ), R4R7C3Cд (текущий уровень) формируют три им­пульса, соответствующие нижнему, верхнему и те­кущему уровням воды в резервуаре. Логические элементы DD1.3, DD1.4 инвертируют импульсы НУ, ВУ, которые с них поступают на информационные входы D-триггеров DD3.1, DD3.2. Построечными резисторами R5-R7 устанавливают длительности импульсов НУ, ВУ и текущего уровней (т.е. они яв­ляются задатчиками НУ, ВУ и ТУ).

Выходной импульс с логического элемента DD2.3 поступает на тактовые входы обоих D-триггеров. D-триггеры DD3.1, DD3.2 выполняют функ­цию сравнения импульсов по длительности. Как из­вестно, сигнал с информационного входа D-триггера передается на его выход по фронту так­тового импульса. Если в момент действия фронта тактового импульса (ТУ) на информационном вхо­де присутствует высокий уровень, то он передает­ся на прямой выход триггера, а если низкий, то на выходе действует низкий уровень. Этот уровень со­храняется до прихода следующего тактового им­пульса. На логических элементах DD4.1, DD4.3 вы­полнен логический полусумматор, который совместно с RS-триггером DD4.2, DD4.4 осуществ­ляют двухпозиционный алгоритм регулирования. Выходной сигнал триггера с помощью транзисто­ра VT1 включает реле К1. Контакты реле должны быть включены в цепь управление насосом. Логи­ческие элементы DD5.1-DD5.5 служат в качестве буфера питания светодиодов VD1-VD5. Желатель­но использовать сверхьяркие светодиоды. Свето­диоды (<НУ, >ВУ) используются красного цвета свечения, остальные — зеленого. Цепочка C5R9 ус­танавливает триггеры в исходное состояние при включении питания регулятора.

Разводка печатной платы устройства и распо­ложение элементов на ней показано на рис.2.

Настройка устройства

Настройка заключается в регулировке резисто­ров задатчиков. Вначале добиваются свечения светодиодов (<НУ) и (<ВУ). Затем по мере напол­нения резервуара регулировкой резисторов R5 и R7 выставляют нижний уровень воды таким обра­зом, чтобы погас светодиод (<НУ) и начал светить светодиод (>НУ). При этом светодиод (<ВУ) дол­жен светить. При достижении уровнем воды верх­него уровня регулировкой резистора R6 добива­ются погасания светодиода (<ВУ) и свечения светодиода (>ВУ). При этом светодиод (НАСОС) должен погаснуть.

Надо отметить, что светодиод (>ВУ) при нор­мальной работе регулятора светит малое время, так как насос при достижении верхнего уровня ос­танавливается. Но бывает так, что при ручной ра­боте текущий уровень превышает установленный верхний уровень, о чем будет свидетельствовать свечение светодиода (>ВУ). При пробое изоляции датчика этот светодиод также будет светиться при любом уровне воды в резервуаре.

В регуляторе использовано реле JZC-20F с ка­тушкой в 400 Ом. Контакты реле коммутируют ток 10 А Регулятор достаточно универсальный, напри­мер, установив вместо резистора R4 термистор и заменив конденсаторы Сд, СЗ, С4 одним термоста­бильным конденсатором, можно регулировать температуру.

Особенности работы с устройством

Для защиты устройства от возможных перена­пряжений необходимо дополнительно установить быстродействующие защитные диоды (супрессо­ры). Принцип действия всех быстродействующих устройств защиты заключается в закорачивании цепи прохождения сигнала помехи и рассеивании имеющейся у нее энергии на защитном элементе. Быстродействие супрессоров составляет всего лишь несколько пикосекунд. Можно использовать Р4КЕ16А, Р6КЕ16СА, 1,5КА16СА. Они рассеивают мощность 400…600 Вт, а напряжение срабатывания у них 14,4… 16 В. Провод к датчику лучше исполь­зовать в виде витой пары, тогда помех будет мень­ше. Один провод идет к датчику, а другой — к кор­пусу резервуара (если он металлический) или к другому проводу, который может быть неизолиро­ванным от воды.

Автор:  Вячеслав Калашник, г. Воронеж

meandr.org

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.

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.

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).

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.

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.

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.

www.asutpp.ru

Принцип работы реле контроля уровня жидкости

Регулятор уровня воды работает по следующему принципу:

• Жидкость содержит в себе электроды с одинаковыми полюсами, которые по отношению к имеющемуся составу выстраивают определенный уровень сопротивления. Именно он и находится под контролем прибора, например, в скважине. Появляющийся или имеющийся уровень сопротивления и является основным фактором для того, чтобы индикатор уровня жидкости сработал. При этом процессе принято использовать переменное напряжение.

Основные виды реле контроля жидкости

В современных промышленных процессах широкое применение получат следующие виды реле:

1. Одноуровневый сигнализатор уровня воды и других жидкостей.
2. Двухуровневое реле уровня воды.
3. Четырехуровневое реле уровня жидкости.

Первые две разновидности РКУ используют, в большинстве случаев, там, где необходимо поддерживать один и тот же уровень жидкости в резервуаре. В результате работы таких приборов получается эффективно справится с холостым ходом насосов в процессе их работы, что, в свою очередь, увеличивает срок их эксплуатации.

Последний, четырехуровневый датчик используют, как в промышленных, так и в бытовых целях и его основная задача заключается в том, чтобы вовремя подать сигнал в результате создания аварийной ситуации.

Какие бывают датчики?

В зависимости от сферы применения, РКУ могут быть оснащены различными типами датчиков:

• Электродный. Данный тип считается самым надежным и работает в результате касания жидкости, находящейся в емкости, с электродами. В емкости самый короткий электрод играет роль своеобразного уровня, соприкасаясь с которым, жидкость прекращает поступать в резервуар. Электродный датчик уровня воды, который имеет большую длину, отвечает за начало подачи жидкости в резервуар или другую емкость.

• Поплавковый. Данный тип датчика работает по следующему принципу: между двумя опорами на тросе имеется специальное коромысло, которое вращается в условиях возникновения предельных уровней. Такой контроллер уровня жидкости способен включать и выключать насос, однако применяют его в условиях взаимодействия с неагрессивными жидкостями.

• Емкостной датчик или, как его еще принято называть, измеритель уровня воды парометрического типа. Такие датчики способны трансформировать измеряемую величину в изменение емкостного сопротивления.

В зависимости от того, какой датчик будет установлен в применяемом регуляторе уровня воды, будет зависеть и схема самого реле.

sadovij-pomoshnik.ru