Для регулирования и контроля уровня жидкости либо твердого вещества (песка или гравия) на производстве, в быту используют специальный прибор. Он получил название датчик уровня воды (или другого интересующего вещества). Существует несколько разновидностей подобных устройств, значительно отличающихся друг от друга принципом действия. Как работает датчик, преимущества, недостатки его разновидностей, на какие тонкости при выборе устройства стоит обратить внимание и как сделать упрощенную модель с реле своими руками, читайте в этой статье.
Датчик уровня воды используется для следующих целей:
Возможные методы определения загруженности резервуара
Существует несколько методов измерения уровня жидкости:
- Бесконтактный – зачастую приборы такого типа используются для контроля уровня вязких, токсичных, жидких либо твердых, сыпучих веществ. Это емкостные (дискретные) приборы, ультразвуковые модели;
- 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
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
- 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
- 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.
- 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:
К недостаткам модели можно отнести только их высокую стоимость.
Радарный датчик уровня жидкости в резервуаре
- 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:
Варианты датчиков определения уровня воды или твердых сыпучих веществ
Датчик уровня жидкости своими руками
Можно сделать элементарный датчик для определения и контроля уровня воды в скважине или баке своими руками. Для выполнения упрощенного варианта необходимо:
Выполненное своими руками устройство можно использовать для регулирования воды в бачке, скважине или насосе.
Делаем простой датчик уровня жидкости из подручных материалов.
Датчик может быть полезен в качестве индикатора уровня воды или других жидкостей, а также для автоматизации в домашнем хозяйстве (например, для управления насосом, и других исполнительных устройств).
Данное устройство было разработано для септика загородного дома, в качестве индикатора, для слежения за уровнем наполнения канализации. Задача была создать надежный датчик, который должен работать в условиях влаги и в разных температурных режимах. В начале, думал применить принцип поплавка в цилиндре, взяв за основу емкость из под силикона (как видно на рисунке возможных вариантов исполнения датчика уровня жидкости). Но, сама жизнь, направляет и подсказывает нужные пути, нужно только уметь осознавать это! Исходя из того, что в моем септике уже имелся вывод канализационных труб на 110мм и на 50мм, решение пришло само по себе. Таким образом, появилась возможность закрепить устройство на 50мм-й трубе, исключив другие варианты крепления. Все материалы должны быть из пластмассы, алюминия, бронзы, нержавейки, и так далее – устойчивыми к среде, к которой вы их собирайтесь применить!
Принцип работы датчика уровня жидкости основан на магните и герконах. Перемещением магнита вдоль двух герконов, происходит срабатывание датчиков и соответственно свечение светодиодов определенным цветом, указывая о мере заполнения резервуара жидкостью. Я пытался максимально упростить схему изделия, и добился использования всего двух герконов. Также, было важно применить как можно меньше деталей для надежной, долгосрочной эксплуатации.
Схема датчика уровня жидкости
Принцип работы датчика уровня жидкости
Возможные варианты исполнения датчика уровня жидкости
По схемам видно, что в нижнем положении поплавка, когда горит зеленый светодиод HL1, задействован 2-йгеркон. То есть уровень жидкости находится ниже поплавка, который ограничен стопором и соответственно магнит замыкает контакты геркона. По мере поднятия уровня жидкости (заполнения резервуара), происходит перемещение магнита и переключение 2-го геркона, который подключает желтый светодиод HL2 и выключает HL1. При достижении критического уровня, магнит задействует 1-й геркон, загорится красный светодиод HL3, а желтый погаснет, оповещая вас о заполнении резервуара. При какой-либо неисправности с поплавком или магнитом, должен будет гореть желтый светодиод (например, опрокидывание поплавка или смешением магнита, поломки стопора, и т.д.). Добавив реле в схему, можно будет применить его в качестве исполнительного устройства для подключения более мощных нагрузок. Также, можно подключить ко 2-у геркону зуммер, для звукового оповещения или мобильный телефон и так далее.
Питание девайса от любого источника 3-12В. Например от телефонной зарядки с импульсным блоком питания на 5 вольт или двух батареек по 1,5В, также подойдет более компактная на 3В. При этом, надо будет снизить сопротивление резистора R1. Кнопка или выключатель подберите поменьше, хотя можно обойтись и без него, держа индикатор включенным постоянно. Монтаж навесной, в доме, например в электрощите. Заранее проведите проводку (она у меня была уже наготове). Таким образом, можно обойтись очень простой схемотехникой, без микроконтроллеров и т.п. Ведь чем проще – тем надежнее!
Итак, нам понадобится следующие материалы:
Муфта соединительная для канализационных труб ПП d=50mm х2шт.
- заглушка канализационная d=50mm х2шт.
- хомут пластиковый (браслет) х1шт.
- профили пластмассовые U-образные (из мебельной фурнитуры).
- термоусадочный кембрик d=30-40mm, d=3-10mm.
- пластмассовая или текстолитовая пластина =4-6mm.
- заклепки алюминиевые х10шт.
- магнит неодиновый (от жесткого диска компьютера) х1шт.
- герконы 3-хконтактные х2шт.
- кнопка или выключатель низковольтный х1шт.
- резистор 680-1,5к. х1шт.
- светодиоды х3шт.
- провода низковольтные (например для охранной сигнализации, 5-и жильный).
- штекер на 4 ножки (например от диммера для RGB LED).
- термоклей или силикон.
- питание 12В или батарейка на 3В (от компьютера).
Из инструмента:
Дрель
- фен строительный
- термопистолет
- паяльник
- также другой подручный инструмент, который найдется у любого мастера.
Изготовление
Сперва надо найти все нужные материалы и запастись терпением. У меня работа заняла дня три, включительно разработка и эксперименты. Схему устройства советую сперва испытать, а потом уже собирать. Будьте внимательны при работе с герконами, очень легко разбить стеклянный корпус при сгибании ножек. Используя пластиковый хомут, закрепите герконы термоклеем. Расстояние для них, подберите экспериментально, оно должно обеспечить срабатывание герконов при прохождении магнита. За герметизируйте соединение термоусадкой и термоклеем или силиконом. Готовый браслет одевается на муфту и позволяет регулировку наилучшего положения срабатывания. Также, его легко заменить при неисправности отсоединением штекера. Штекер найдите влагоустойчивый, на четыре или более ножек. Если штекер подвержен воздействию влаги, закройте его термоусадкой или засиликоньте. Можно обойтись и без него, припаяв провода напрямую.
Исходя от длины держателя поплавка, зависит ход срабатывания устройства. В моем случае, длина составляет примерно 40см. Профиль поплавка надо нагреть строительным феном и уложить на муфту (это делается быстро), в последствии склеить и соединить заклепками. Получившейся хомут, должен обеспечить легкое вращение относительно муфты с герконами. Сам поплавок, установив заглушки, просто крепится к профилю заклепками. То, что конструкция поплавка имеет определенную гибкость, предотвратит, в дальнейшем его поломку. Также крепится к конструкции неодиновый магнит, так чтобы он находился на расстоянии срабатывания герконов. Просверлив отверстия в муфте, установите стопор поплавка, он нужен для правильного положения срабатывания при работе аппарата.
Переключатели и т. д.) при автоматизации насосных установок применяют специальные устройства контроля и управления, например, реле контроля уровня, струйные реле и др.
Реле контроля уровня регулируют работу пускателей насоса и клапанов для управления уровнями жидкости. Такие устройства способны поддерживать установленный уровень воды в емкостях.
Современные реле контроля уровня жидкости - электронные устройства, чаще всего модульного исполнения, получающие сигналы от датчиков, обрабатывающие их по определенному алгоритму и комммутирующие подключенные к выходным контактам реле исполнительные элементы (электромагнитные клапаны, электродвигатели насосов).
Так как максимальный коммутируемый ток выходных цепей электронных реле контроля уровня обычно не превышает 10 А, то для коммутации мощных нагрузок . В этом сучае реле уровня управляет катушкой пускателя, а пускатель своими силовыми контактами управляет исполнительными элементами насосной установки.
Электронные реле контроля уровня работают с электродными и поплавковми датчиками, манометрами, радиоактивными датчиками и т. д.
Электродный датчик уровня
Используется для того, чтобы контролировать уровень электропроводных жидкостей. Принцип работы: контроль сопротивления воды между однополюсными погруженными электродами, для чего применяется переменное напряжение.
Состоит из одного маленького электрода и двух длинных электродов, укрепленных в коробке зажимов. Один маленький электрод - это контакт верхнего уровня воды, а длинные - нижнего уровня воды. Соединение датчика с реле уровня и со схемой управления двигателем насоса выполняется проводами.
Если вода соприкасается с маленьким электродом, происходит выключение пускателя насоса. Когда уровень понижается до длинных электродов, насос включается.
Используется для того, чтобы контролировать уровень воды в неагрессивных жидкостях. В открытую емкость погружается поплавок, который подвешивается на гибком тросе и уравновешивается грузом. На тросе закрепляются две переключающие опоры, с помощью которых при предельных уровнях воды в емкости коромысло контактного устройства поворачивается. Это коромысло замыкает контакты, которые включают или отключают электродвигатель насоса.
В случае с закрытой емкостью поплавок связывается своим рычагом с осью рычага. Ось с определенным уплотнителем пропускается в пространство через стенку корпуса, где находится контактная часть датчика. Через стенку емкости выполняется вывод проводов от контактов.
В большинстве случаев, подходящие датчики идут в комплете с реле уровня. Потребителю после приобретения такого набора необходимо только правильно все подключить и настроить.
Реле РКУ-1М - контролирует уровень жидкости и используется в автоматике регулирования наполнения и слива емкостей и в схемах защиты. Основные характеристики: максимальная коммутируемая мощность 3,5 Вт, питание 220В, число датчиков 3, один переключающий контакт, максимальное расстояние от датчика к реле 100 м.
Рис. 1. Реле РКУ-1М
Рис. 2. Схема подключения насоса к РКУ-1М
Реле уровня воды РОС-301 - контролирует три уровня электропроводных жидкостей по независимым трем каналам в одной или разных емкостях.
Рис. 3. Реле РОС-301
Реле одноуровневое уровня воды PZ-828 - обладает регулируемой чувствительностью, напряжение - 230В, максимальный ток выходных цепей - 16А. В устройстве используется переключающий контакт.
Рис. 4. Реле PZ-828
Двухуровневое реле PZ-829 представляет собой автомат, имеющий регулируемую чувствительность. Данное электронное устройство пособно на двух уровнях контролировать наличие жидкости.
Трехуровневое реле PZ-830 - контролирует и поддерживает установленный уровень токопроводящей жидкости управляя электродвигателем насосной установки. Трехуровневый автомат способен на трех уровнях контролировать наличие жидкости, где третий уровень является аварийным.
Рис. 6. Схема подключения четырехуровневого реле уровня PZ-830
Четырехуровневое реле PZ-832 - контролирует и поддерживает уровень токопроводящих жидкостей в емкостях, водонапорных башнях, бассейнах и т. д. управляя электродвигателями насосов.
Реле уровня жидкости, оснащенное тремя датчиками EBR-1 - электронное модульное реле, обладающее максимальным расстоянием между датчиками в 100 метров. Его можно применять для общественных водоемов (управление наполнением и сливом емкости или колодца). К механизму подключаются датчики, поставляемые вместе с реле контроля уровня жидкости.
Основные характеристики: мощность 3,5 VA, три датчика, максимальная чувствительность 50 КОм, питание 230 V, рабочая температура -100С - +450С, защита IP20.
Реле уровня EBR-1
Реле, оснащенное шестью датчиками EBR-2 - специально разработанное модульное реле контроля, применяемое в колодцах и резервуарах. Также данное реле обладает множеством настроек, уведомлением о достижении минимального и максимального показателей уровня воды, датчики имеют высокую чувствительность к электропроводности жидкости.
В комплект входят шесть датчиков. Благодаря стоимости данное реле контроля является идеальным вариантом для современного контролирования 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 . (аналог РКУ-02 TDM )
Реле контроля уровня TDM представлено четырьмя моделями:
- (SQ1507-0002) под разъем Р8Ц(SQ1503-0019) на дин-рейку
- (SQ1507-0003) на дин-рейку (аналог РКУ-1М )
- (SQ1507-0004) на дин-рейку
- (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 | - |
