3 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Датчик уровня жидкости: устройство, принцип действия, разновидности

На сегодняшний день существует огромное количество датчиков уровня жидкости, которые отличаются как конструкцией, так и способом выполнения замера. В виду чего рассмотрим устройство на примере наиболее простой поплавковой модели уровнемера. Конструктивно поплавковый датчик уровня жидкости состоит из следующих компонентов:

Рис. 1. Устройство датчика уровня жидкости

  • поплавок 1 – предназначен для взаимодействия с поверхностью жидкости;
  • сильфон 2 – представляет собой чувствительный гофрированный элемент, способный сохранять свои свойства при многократных механических деформациях;
  • фланец 3 – используется для соединения с монтажной поверхностью, позволяет увеличить плотность крепления
  • микропереключатель 4 – срабатывает от перемещения поплавка в геометрической плоскости, для предотвращения взаимодействия с влагой помещается в герметичный корпус.
  • прокладка 5 – используется для герметизации отверстия, предотвращает протекание жидкости из емкости.

Принцип действия такого датчика основывается на архимедовой силе любой жидкости.

Рис. 2. Принцип действия датчика уровня жидкости

При помещении датчика в емкость с жидкостью происходит взаимодействие поплавка с поверхностью. За счет архимедовой силы поплавок выталкивается наружу и находится в том же положении, что и уровень.

При среднем положении жидкости 1 поплавок останется в нейтральном положении, сигнал от переключателя не поступает на пульт управления или панель сигнализации. В случае наполнения резервуара до позиции 2 поплавок поднимется выше и переведет микропереключатель в соответствующее положение. Если жидкость в резервуаре опустится ниже номинального уровня, поплавок переместится в нижнюю позицию 3 и переведет контакты микропереключателя. Каждый раз на выходе датчика будет появляться соответствующий сигнал о степени наполнения, однако принцип действия будет отличаться в зависимости от типа устройства.

Как собрать датчик уровня воды

Вариант 1

Для сборки датчика уровня воды понадобится:

  1. два одноразовых шприца 10 мл и 2 мл;
  2. прозрачная гелевая ручка;
  3. неодимовый магнит небольшого размера;
  4. герконы — 2 шт.

Два Геркона необходимо для отслеживания повышения и понижения уровня воды. Если нужно контролировать либо повышение, либо понижение уровня, то достаточно одного Геркона. Если несколько Герконов установить последовательно, то можно отслеживать ступенчатое изменение уровня воды.

Подробную сборку и испытания датчика в работе можно посмотреть на видео в конце страницы.

Вариант 2

Еще один пример самостоятельного изготовления датчика уровня воды. Датчик был установлен на пластиковой трубе канализационного септика частного загородного дома. Назначение датчика — контроль заполнения резервуара септика сточной водой.

Работа датчика основана на перемещении магнита по оси, на которой закреплены два Геркона. При замыкании контактов Геркона включается световой сигнал определенного цвета, сигнализирующий о степени заполнения септика.

Когда поплавок находится в нижнем положении, горит светодиод зеленого цвета HL1 и работает второй Геркон. Уровень жидкости находятся ниже поплавка, ограниченного стопором, и контакты Геркона замкнуты магнитом. По мере заполнения септика и поднятия уровня сточной воды магнит перемещается и включает желтый светодиод HL2, отключив HL1. При максимальном уровне жидкости включается светодиод красного цвета HL3, а желтый отключится. Если поплавок или магнит несправны (поломка стопора, смещение магнита, опрокидывание поплавка), то гореть должен будет желтый светодиод. Если в схеме использовать реле, то можно применять его, как исполнительное устройство для более мощных нагрузок. Ко второму Геркону также можно подключить зуммер или сотовый телефон и т.д.

Изготовление звукового поплавкового датчика уровня воды

Для оповещения достижения заданного уровня воды при наполнении ванны я за пару часов переделал звуковой охранный сигнализатор для дверей под эту задачу.

Как разобрать сигнализатор

Сначала надо снять крышку батарейного отсека, сдвинув его вдоль корпуса сигнализатора. Далее нужно снять вторую часть крышки, в которой установлен звуковой излучатель.

При внешнем осмотре крепежных элементов не наблюдалось. Предположил, что крышка держится на защелках. Но попытка снять ее, освободив защелки, не увенчалась успехом. Оказалось, что крышка закреплена саморезом.

С обратной стороны сигнализатора был наклеен двухсторонний скотч. С помощью иголки было найдено место нахождения самореза, и он выкручен крестовой отверткой.

На фотоснимке показана снятая крышка с громкоговорителем пьезоэлектрического типа. Слева от него видна стойка для самореза. Выводы излучателя были отпаяны и обозначена полярность.

Читать еще:  Как развести костер разведчика (бездымный костер)

Звуковой сигнализатор разобран и теперь стало понятно, как его переделать под сигнализатор уровня воды. В качестве датчика использовался геркон, представляющий собой герметичную стеклянную ампулу, в которой размещены два контакта. При воздействии магнитного поля, контакты служат магнитопроводом и, притягиваясь, друг к другу, замыкают электрическую цепь. Ведут себя как включатель.

Доработка сигнализатора двери

Решено было вместо штатного магнита с большими размерами, разместить в корпусе небольшой неодимовый магнит. Но мешал геркон и резистор, которые были установлены сверху на печатной плате.

После снятия печатной платы оказалось, что под ней в корпусе имелось достаточно места, для переноса мешающих элементов на сторону с печатными проводниками.

При выпайке резистора у него отвалился один из выводов, пришлось заменить другим. Заодно выяснил, что резистор задает частоту излучения пьезоэлектрического излучателя. Геркон был установлен таким образом, чтобы, магнит замыкал его контакты, находясь в нижнем положении, то есть звука не было.

Неодимовый магнит был взят от отказавшего жесткого диска компьютера. От него с помощью зубила был отколот небольшой кусочек. Острые края закруглены на наждачной бумаге.

Для закрепления магнита на капроновом шнурке на нее был надет отрезок полихлорвиниловой трубки подходящего диаметра и в нее с усилием вставлен магнит. При желании можно трубку опустить на десяток минут в ацетон, тогда она увеличится в диаметре в два раза, а после испарения ацетона уменьшиться до исходного размера.

Пружина растяжения была закреплена в корпусе сигнализатора с помощью, вплавленной в него паяльником металлической скобки. Шнурок был привязан на узел к противоположному ее концу.

Крепление магнита с помощью трубки позволило определить оптимальное место его расположения относительно геркона и заодно ограничить свободу перемещения. После регулировки магнит был приклеен с помощью клея «Момент». На фотографии показан магнит в положении, когда уровень воды не поднял поплавок.

Проверка работы системы показала стабильную ее работу. При натяжении шнурка звук отсутствовал, а при отпускании ее раздавалась сирена большой громкости.

Поплавок был сделан из пластиковой банки подходящего размера. Для крепления нити в крышке банки было установлено ушко, сделанное из полоски нержавеющего металла. Можно использовать и отрезок алюминиевого провода для электропроводки.

Полоска с отверстием была с помощью паяльника вплавлена в крышку банки и загнута, как показано на фотографии.

Для исключения попадания воды внутрь поплавка место вхождения ушка в крышку с внутренней стороны было залито силиконом.

Для того чтобы поплавок при попадании в воду принимал вертикальное положение внутрь банки был помещен груз в виде кусков припоя. Общий вес поплавка составил 50 гр.

Для получения оптимального погружения поплавка в воду, в него добавлялся очередной кусок припоя, пока поплавок не начал плавать в воде, как показано на фотографии.

Для сигнализатора уровня воды над ванной было решено использовать проволочную полку, имевшуюся в углу стены. Поэтому в корпус сигнализатора был вплавлен крючок, сделанный из такой же полоски металла, как и ушко поплавка. Можно было закрепить на кафеле с помощью присоски, но они часто отваливаются, а датчик не герметичный. Поэтому я предпочел этот способ крепления не применять.

В сигнализатор были установлены батарейки ААА, и осталось только отрегулировать длину шнурка на требуемый уровень воды. Поэтому шнурок не был привязан к поплавку, а зафиксирован с помощью зажима.

Многократное использование звукового сигнализатора уровня воды в ванной при наполнении ее водой подтвердило эффективность самоделки. При возникновении сирены, сигнализатор выключается с помощью имеющегося штатного выключателя. С тех пор бесполезный расход воды при наборе ванны был исключен.

Применение герконовых датчиков контроля уровня

Контроль уровня с помощью герконовых и магнитных датчиков осуществляется во всех отраслях промышленности, где используются жидкие продукты, такие как:

  • Вода – напитки, водные растворы, сточные воды и т.д.;
  • Топливо, масла и некоторые нефтепродукты;
  • Химические растворы, кислота, спирты и т.д.

Возможность применения в средах с определенными условиями (коррозийность, высокая температура, высокое давление, химическая стойкость и т.д.) определяется конструкционными особенностями отдельных моделей датчиков. Например:

  • Для агрессивных сред с высокой температурой отличным решением будут магнитные датчики уровня FineTekFF, способные работать при температуре до +350°C и выполненные в Ex-исполнении;
  • При высоком давлении процесса и отрицательных температурах решением будут являться датчики FineTekFD, которые выдерживают давление до 30 бар и способны работать при температуре до -20°C.
Читать еще:  Как просто вытащить столб из земли

Данный тип датчиков может работать как автономное устройство (которому не требуется питание), так и быть интегрированным в систему автоматики. При этом герконовые сигнализаторы уровня решают следующие задачи:

  • Контроль предельного уровня (максимум, минимум);
  • Мониторинг уровня в емкости (датчики Nivopoint контролируют до 5 точек);
  • Защита насосного оборудования от сухого хода;
  • Управление исполнительными механизмами для автоматизации процесса наполнения/опустошения емкостей.

При этом коммутационные возможности некоторых датчиков (например, Nivomag) достигают 10А, что позволяет использовать данные сигнализаторы непосредственно без промежуточного реле.

Популярные модели устройств

Сегодня в продаже можно встретить поплавковые датчики различных производителей. Рассмотрим самые популярные.

Датчики Кристал

Этот поплавковый прибор уровня для агрессивной среды выделяется собственной компактностью. Наибольшее давление система воздерживает в 3.3 бара. Головка датчика имеет диаметр 2.3 см. Электрокабельный ввод применяется с пластмассовым уплотнителем. Кольцо в этом случае установлено с зажимом. Кроме того, важно выделить, что дифференциальное противодействие устройства бывает на уровне 40 градусов. Барьер защиты от искр в нем учтён. Приобрести этот прибор уровня пользователь способен по стоимости от 2400 р.

Устройства Burkle

Указанный прибор используется для отстойников и разных открытых водоёмов. Головка датчика применяется небольшого диаметра. Параметр наибольшего давления не превосходит 4.1 бара. Загрузочная способность указанного измерителя степени равняется 1 А. Наибольшая допустимая температура аппарата — 170 градусов. Кольцо в нем применяется с зажимом.

Посадочный фланец установили с особыми отверстиями. Наибольшая допустимая плотность воды равняется 3 кг в кв. см. Выходящий контакт в устройстве применяется открытого вида. В случае если доверять документации оснащения, то степень защиты идет с маркировкой ИП68. Купить установленный прибор уровня можно от 2300 р.

Модели Fine Tek

Эти детекторы уровня и поплавковые переключатели подойдут для агрессивной среды. Применяется устройство не только лишь в приямках, но и в колодцах. Малогабаритные размеры устройства дают возможность переносить огромное давление. Загрузочная способность презентованного измерителя уровня на отметке 2 А.

Диаметр головки датчика составляет 2.5 см. Электрокабельный ввод у модели определён со специальным уплотнителем. В случае если доверять документации на устройство, то выполнен он из пластмассы. Посадочный фланец применяется большого диаметра. Кроме того, немаловажно выделить, что в устройстве имеется топливный зонд. Находится он сразу под головкой датчика. Заглушка у данной модификации сделана из силикона. Стоит прибор уровня от 2400 р.

Если оценивать перечисленные выше виды измерителей уровня воды, ориентируясь на критерии прочности и правильности замеров, то на 1 месте будут электронные уровнемеры.

Но стоит также учитывать, что они предназначены для эксплуатации в промышленных условиях и не подходят для бытовой эксплуатации. По этой причине поплавковые и герконовые детекторы — это приемлемый вид, с доступной стоимостью и простой конструкцией.

Как купить датчик уровня ПМП в Вашем городе?

Специалисты ТД САРРЗ поставляют широкий ассортимент уровнемеров, датчиков и сигнализаторов уровней светлых и темных нефтепродуктов, сжиженного углеводородного газа и других рабочих сред в вертикальных и горизонтальных резервуарах.

Для того, чтобы узнать стоимость и заказать датчик уровня ПМП, Вы можете:

  • позвонить нашим специалистам по телефону 8-800-555-86-36 (для Москвы, регионов России) или по номеру 8 (8452) 250-298 (для Саратова и области)
  • прислать технические требования к оборудованию на электронную почту

Принцип действия ёмкостно-частотных датчиков

Впервые данная технология контроля уровня жидкости была применена специалистами швейцарской компании Baumer. В 2012 году был презентованы ёмкостно-частотные датчики CleverLevel от производителя, основанные на измерении разницы диэлектрической проницаемости воздуха и контролируемой жидкости. Прибор имеет в своей конструкции электрод, который совместно с корпусом образует конденсатор.

Ёмкость данного компонента находится в прямой зависимости от диэлектрической проницаемости газа и жидкости. С учетом того, что геометрия электродов датчика остается постоянной, а уровень молока меняется — это приводит к линейному изменению ёмкости конденсатора. Зависимость между этими показателями прямая, что обеспечивает высокую точность измерений.

  • Автор: Ерёмин Антон
  • Комментарии (8)

Индикатор(датчик) уровня воды на микроконтроллере PIC16F628А – устройство, которое позволит визуально контролировать уровень воды в непрозрачной ёмкости. Предлагаемое устройство может пригодиться всем, у кого есть загородный дом с летним душем или дача, огород, да что угодно лишь была бы емкость с водой. После некоторых модернизаций из индикатора получилось реле уровня воды.

Сам индикатор состоит из двух основных частей:

  1. Датчики уровня воды;
  2. Электроника, которая обрабатывает информацию, полученную от датчиков.

Теперь подробнее рассмотрим каждую из составных частей индикатора.

Читать еще:  Как самостоятельно установить розетку

О схеме.

Схема индикатора собиралась из того, что было под рукой, и разрабатывалась вообще для микроконтроллера PIC16F84, но позже было принято решение добавить поддержку более дешевого и доступного микроконтроллера — PIC16F628A.

Принципиальная схема индикатора уровня воды (рисунок 1) проста, как пять копеек. FM приемник на RDA5807 — проще не бывает!

Рисунок 1 — Принципиальная схема индикатора уровня воды на микроконтроллере PIC16F628A

Рассмотрим основные узлы. Сердцем устройства является микроконтроллер PIC16F628A фирмы Microchip. Для стабильного питания которого, применяется выпрямитель на диодном мосте, конденсаторах и интегральном стабилизаторе L7805.

Для понижения напряжения настоятельно рекомендуется применить понижающий трансформатор, который обеспечит необходимую гальваническую развязку. Гасящие конденсаторы лучше не ставить, так как появляется риск оказаться под опасным потенциалом напряжения.

Датчики подключаются к схеме через барьерные резисторы.

Четыре светодиода отображают текущее количество воды в емкости. В зависимости от того какой датчик замыкает с общим проводом, светодиод того датчика и будет светиться. Весь перечень деталей сведён в таблицу 1.

Таблица 1 – Перечень компонентов для индикатора уровня воды на микроконтроллере PIC16F628А

Позиционное обозначениеНаименованиеАналог/замена
С1, С3Конденсатор керамический – 15пФх50В
С2Конденсатор электролитический — 470мкФх25В
С4Конденсатор керамический – 0,1мкФмкФх50В
С5Конденсатор электролитический — 1000мкФх10В
DA1Интегральный стабилизатор L7805L78L05
DD1Микроконтроллер PIC16F628APIC16F648A, PIC16F84
HL1-HL4Светодиод 3мм
R1-R5, R11Резистор 0,125Вт 5,1 ОмSMD типоразмер 0805
R6-R9Резистор 0,125Вт 510 кОмSMD типоразмер 0805
R10Резистор 0,125Вт 1 кОмSMD типоразмер 0805
R12-R15Резистор 0,125Вт 180 ОмSMD типоразмер 0805
VD1Диодный мост 1А х 1000В 2W10
XP1-XP4Штекер платный
XT1-XT2Клеммник на 2 контакта.
XT3Клеммник на 3 контакта.
ZQ1Кварц 4МГц типаразмер HC49

О датчиках.

В качестве датчиков используются тонкие хомуты из оцинкованной жести, которые, в свою очередь, располагаются на пластиковой трубе, на определенном расстоянии друг от друга. Труба крепится к тяжелому основанию(рисунок 2).

Рисунок 2 – Тяжелое основание для пластиковой трубы с датчиками.

К хомутам подводятся провода, соединяющие датчики и схему (можно использовать витую пару). Вся эта конструкция устанавливается в емкость с водой. Замыкать датчики между собой будет вода. Расстояния между датчиками выбираются произвольные. В моем случае, емкость была условно разделена на три части, и по уровню каждой части на трубе был установлен хомут. Если для емкости был предусмотрен перелив, то последний хомут должен быть установлен на уровне перелива.

Конструкция датчиков может быть и иной. Главное соблюдать требуемую последовательность.

Как работает.

Работает такая конструкция очень просто. На самом низу трубы (или на основании) крепится общий провод для работы с датчиками. Относительно этого провода будут происходить все измерения. Вода, наполняя емкость, постепенно начнет замыкать общий провод с датчиками. Первый на очереди — датчик 1. Когда общий провод с ним замкнется тогда включиться первый светодиод. Далее к первому датчику добавится второй датчик, при этом включится второй светодиод, а первый выключиться и т.д. Когда произойдет замыкание с четвертым датчиком — включиться четвертый светодиод. Который, в свою очередь, будет мерцать с частотой 2 Гц.

Подобный алгоритм работы можно легко организовать на обычной логике. Так поначалу и делалось, однако, из-за частых ошибочных состояний, было принято решение заменить схему на современное микроконтроллерное устройство. Рабочая программа для PIC-микроконтроллера была написана на языке ассемблер и отлажена в программе MPLab 8.8

Моделирование.

Работа устройства моделировалась в программе протеус см. рисунок 3. Модель сделана для микроконтроллера PIC16F84A! Внимательно выбираем прошивку.

Рисунок 3 – Модель уровня воды на микроконтроллере.

О печатной плате.

Печатная плата получилась размерами 55х50мм (рисунки 4-5 . не в масштабе) .

Рисунок 4 – Печатная плата индикатора уровня воды в баке на микроконтроллере PIC16F628A (низ) не в масштабе.

Рисунок 5 – Печатная плата индикатора уровня воды в баке на микроконтроллере PIC16F628A (верх) не в масштабе.

Внешний вид индикатора показан на рисунке 6.

Рисунок 6 – Готовая плата индикатора уровня воды.

Корпус.

Схему готового индикатора разместил в корпусе небольшого приемника рисунки 7-8.

Рисунок 6 – Готовая плата индикатора уровня воды на микроконтроллере PIC16F628A в корпусе приемника.

Рисунок 7 – Кнопка включения питания.

Отверстия для динамика заклеил клеем, а на лицевую сторону приклеил глянцевую фотография рисунки 8-9

Индикатор, собранный из заведомо рабочих деталей, начинает работать сразу и в наладке не нуждается.

Рисунок 8 – Заклееные отверстия.

Рисунок 9 – Лицевая панель индикатора уровня воды на микроконтроллере PIC16F628A.

Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:
Adblock
detector