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.
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.
Источник: www.asutpp.ru
Реле контроля уровня воды в скважине, баке, расширителе, колодце. Для закачки или выкачивания воды из резервуара, возможно использовать с тремя или двумя датчиками уровня. Регулировка чувствительности датчиков. SSR-05, TENSE
Схема подключения реле уровня воды (эта схема с датчиками — электродами, если у Вас поплавковые датчики, то их тоже можно использовать. Схему подключения можно получить у наших менеджеров).
Для однофазного насоса:
Для трехфазного насоса
Это схема подключения для выкачки бака (скважины)
Для закачки бака нужно подсоединять следующим образом:
Не забудьте, пожалуйста, заказать датчики уровня воды и автоматический выключатель для защиты цепей питания и защитный автомат для управляющего контакта.
Если Вам необходимо контролировать уровень воды в накопительном баке и одновременно в скважине, то можно применить такую схему включения:
Номинальное напряжение: 220V АС,
Рабочий диапазон: 170В-260В
Рабочая частота: 50/60 Гц.
Рабочая сила: <3 VA
Рабочая температура: -10…+50
Подключение: с клеммой
Размеры (мм.) 44x75x85
Вес 250 гр.
Тип соединения: DIN дин-рейку + винты
Источник: principale.ru
Принцип работы реле
Работа реле основана на измерении сопротивления жидкости между общим электродом и электродами верхнего и нижнего уровня. Оно может применяться в электропроводящих жидкостях, таких как: водопроводная вода, родниковая вода, дождевая вода, морская вода, жидкости с низким содержанием алкоголя, молоко, пиво, сточные воды. Не подходят для работы реле: дистиллированная вода, бензин, масло, сжиженный газ, керосин, этиленгликоль.
Суть работы реле контроля при наполнении резервуара следующая — если уровень жидкости падает ниже установленной отметки, то реле, получая сигнал от датчика минимального уровня расположенного на нижней отметки, включает насос и емкость снова заполняется водой. Когда вода доходит до верхнего уровня, датчик максимального уровня сигнализирует об этом реле и то в свою очередь подает команду на остановку насоса. Таким образом накопительная емкость никогда не остается пустой.
Таким же образом можно сделать и наоборот осушение например подвала или погреба, когда при достижении максимального уровня реле будет давать команду на откачку воды, а при падении ниже минимального отключать насос.
Большинство реле имеют функцию временной задержки срабатывания при переключении, что повышает сроки эксплуатации насосов.
Так как коммутируемые токи выходных цепей реле обычно небольшие, то для управления мощными нагрузками в схеме необходимо задействовать магнитный пускатель. Реле контроля уровня будет управлять катушкой магнитного пускателя, а сам магнитный пускатель непосредственно нагрузкой.
Реле контроля может управляться по двум или по трем датчикам уровня. В комплект они обычно не входят, поэтому их придется покупать отдельно. Обычно используются датчики электродного и поплавкового типов.
Какие бывают датчики?
Электродный датчик представляет из себя три электрода — один короткий и два длинных. Короткий электрод выполняет функцию датчика максимального уровня, а длинные — минимального. При соприкосновении жидкости и короткого электрода отключается двигатель насоса, сигнализируя о достижении верхнего уровня. При понижении уровня жидкости до длинных электродов, насос включается и емкость начинает заполняться.
Поплавковый датчик имеет в основе своей конструкции поплавок, с установленным внутри него магнитом и геркон, встроенный в трубку датчика. При изменении уровня жидкости поплавок поднимается или опускается, магнит приближается к геркону, что приводит к замыканию контакта.
Емкостной датчик или, как его еще принято называть, измеритель уровня воды параметрического типа. Такие датчики способны трансформировать измеряемую величину в изменение емкостного сопротивления.
Емкостные датчики уровня
В зависимости от того, какой датчик будет установлен в применяемом регуляторе уровня воды, будет зависеть и схема самого реле.
Схема подключения реле контроля уровня жидкости
Работа реле основана на измерении сопротивления токопроводящих жидкостей между общим контактом «С» и контактами максимального «МАХ» и минимального «MIN» уровней. При достижении верхнего уровня реле выключается, контакты переключаются в положение 11 — 12. Реле находиться в выключенном состоянии до снижения уровня жидкости ниже минимального, затем реле включается контакты переключаются в положение 11 — 14.
Смотрите также по теме:
Импульсное реле. Схема подключения и принцип работы.
Фотореле для уличного освещения: виды, применение, схема подключения.
Будем рады, если подпишетесь на наш Блог!
[wysija_form id=»1″]
Источник: powercoup.by