Электронный регулятор уровня воды

Электронный регулятор уровня воды

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.

Различные виды датчиков уровня

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.

Рис. 2. Поплавковый датчик для управления насосом

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.

Рис. 3. Принцип работы ультразвукового датчика уровня

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.

Рисунок 4. Измерение уровня жидкости кондуктометрическими датчиками

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).

Рис. 5. Емкостной датчик уровня

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.

Читайте также:  Как почистить фильтр грязевик

Измерение уровня радарным датчиком

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.

Рисунок 7. Измерение заполнения гиростатическим датчиком

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.

Схема управления водозабоным насосом

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.

Реле контроля уровня жидкости решает задачи автоматизации, связанные с регулированием уровня, защиты от перелива различных емкостей, а также защиты насосного оборудования от холостого хода. Устройства отличает высокая степень надежности.

Реле контроля уровня воды представляет собой компактный электронный прибор в модульном корпусе, который принимает сигналы от датчиков предельного уровня. Обрабатывая сигналы, реле коммутирует свои выходные цепи для управления различного рода исполнительным оборудованием.

Модельный ряд реле контроля уровня

Реле контроля уровня жидкости представлены следующими моделями:

Модель Количество уровней Напряжение питания Максимальная комм. нагрузка Используемые датчики Рабочая температура Выходы
KRK-512
1 24…220 В DC/AC 8А, 250 В AC (до 2 кВт) Патрон с одним электродом KSP-201
погружной электрод KSK-201
-20…+55°C SPDT
KKH-212
1 24…220 В DC/AC 8А, 250 В AC (до 2 кВт) Встроенный электрод -20…+80°C 1/2*SPDT
PA-12
1 110/240 В AC 3А, 250 В AC (750 Вт) PNP/NPN -10…+50°С SPDT
БИС-А-206-Ех
1 24 В DC 1A, 220 В AC (250 Вт) Поплавковые сигнализаторы уровня:
FD3061DA05X
FDMH50BR05X и т.п.
-10…+50°С SPST NO
PA-10
2 100…240 В AC 3А, 250 В AC (750 Ватт) Герконовые датчики, «Сухой контакт», NPN и PNP -10…+50°С O.C OUT1 / O.C OUT2: NPN
KRK-522
2 24 В AC/DC; 110 В AC; 220 В AC 8А, 250 В AC (до 2 кВт) Патрон с одним электродом KSP-201
погружной электрод KSK-201
-20…+55°C SPDT
KKH-212-5
2 24…220 В DC/AC 8А, 250 В AC (до 2 кВт) Встроенный электрод -20…+80°C 1/2*SPDT
PKK-312 2 230 В AC 8A, 250 В AC Датчики уровня с сигналом 4-20 мА -20…+80°C SPDT
UNICONT PSW 1 230 В AC 8A, 250 В AC Ультразвуковой сенсор UTP-241-4-X14 -25…+60°C SPDT
Читайте также:  Набираю номер нет гудков

Область применения реле контроля уровня жидкости

Реле контроля уровня обладают отличными эксплуатационными характеристиками и имеют высокую степень защиты, а находящиеся под управлением датчики способны работать со многими жидкостями различного химического состава: вода, стоки, кислоты, щелочи, водные растворы, молоко, соки и т.д. Все это позволяет использовать реле контроля уровня в следующих отраслях промышленности:

  • Химической и нефтехимической;
  • Фармацевтической;
  • Пищевой;
  • Сельскохозяйственной;
  • Энергетической и т.п.

Возможно применение в коммунальных и гражданских областях, например, в качестве реле контроля уровня воды в скважине в населенных пунктах.

Назначение реле контроля уровня жидкости

Реле контроля уровня жидкости предназначено для контроля предельных значений уровня в различных баках, скважинах и т.д. Данный тип приборов позволяет выполнять следующие операции:

  • Сигнализация минимального или максимального уровня в емкостях;
  • Защита насосного оборудования от сухого хода (сигнализация минимального уровня);
  • Защита емкостей от перелива (сигнализация максимального уровня);
  • Автоматическое наполнение/опорожнение емкостей;
  • Управление исполнительным оборудованием при наливе/сливе емкостей в различных режимах;
  • Определение границ раздела проводящей и непроводящей жидкости (Nivocont KRK-512/522, KKH-212/222 см. таблицу выше).

Достоинства и преимущества реле контроля уровня жидкости

Реле контроля уровня жидкости обладает следующими положительными свойствами:

  • Высокие коммутационные способности;
  • Широкий ряд датчиков, которые возможно использовать в качестве чувствительных элементов для реле;
  • Высокая скорость срабатывания;
  • Простая настройка;
  • Высокая надежность.

Недостатки

Как таковыми недостатками реле контроля уровня не обладают, скорее, имеют некоторые ограничения, такие как:

  • Применение реле ограничивается лишь чувствительным элементом, возможность использования которого будет зависеть от среды;
  • Плохая коммутация индуктивных и высоковольтных нагрузок постоянного тока.

Принцип работы реле контроля уровня жидкости

Система контроля уровня, с использованием данного типа приборов, состоит из самого реле и чувствительного элемента, погруженного в емкость. Рассмотрим случай, когда чувствительный элемент представляет собой зонд, погруженный в емкость (см. рис.). Между зондом и стенкой емкости находится пустое пространство, заполненное воздухом. Когда уровень электропроводящей жидкости достигнет зонда – контакт между стенкой ёмкости и зондом замыкается, что ведет к переключению реле. Такая система представляет собой кондуктометрический сигнализатор уровня.

В более сложных системах, где требуется контроль нескольких значений уровня, используются реле контроля уровня жидкости с большим количеством электродов. При этом, если стенки емкости сделаны из непроводящих материалов, у прибора может иметься свой контрольный электрод.

Также с некоторыми реле могут применяться дискретные датчики уровня, такие как, например, магнитные поплавковые, поплавковый кабельный, оптические, вибрационные (см. рис.).

Выбор реле контроля уровня

Для грамотного выбора реле контроля уровня воды важно располагать следующей информацией:

  1. Количество контролируемых уровней;
  2. Ожидаемую мощность нагрузки на контакты реле;
  3. Эксплуатационные особенности и требования взрывозащиты.

Для оптимального выбора следует проанализировать задачу, для которой требуется реле.

Инженеры нашей компании ежедневно решают аналогичные задачи. Их консультация позволит сэкономить время, а также избежать лишних материальных затрат за счёт подбора реле необходимого функционала для решения вашей задачи.

Как купить реле контроля уровня жидкости или узнать его цену?

Для того чтобы купить реле контроля уровня, вы можете позвонить по бесплатному номеру или заполнив анкету, воспользоваться консультацией инженера.

Большую емкость для воды на даче или приусадебном участке можно использовать для полива или водоснабжения дома. При ее наполнении нет необходимости постоянно забираться вверх по лестнице и целый день следить за уровнем — это вполне могут сделать электронные датчики.

Область применения датчиков уровня воды

  • Продвинутые дачные и фермерские хозяйства, занимающиеся выращиванием плодоовощной продукции, в своей работе используют системы полива наподобие капельной. Для обеспечения автоматической работы поливочного оборудования конструкция требует наличия большой емкости для сбора и хранения воды. Ее заполнение обычно производят погружными водяными насосами в скважине, при этом требуется отслеживать уровень давления воды для насоса и ее количество в водосборном баке. В этом случае необходимо управлять работой насоса, то есть включать его при достижении определенного уровня воды в накопительной емкости и отключать в случае полного заполнения водяного бака. Эти функции можно реализовать с помощью поплавковых датчиков.

Рис. 1 Принцип действия поплавкового датчика уровня (ПДУ)

  • Большой накопительный бак для воды может потребоваться и для водоснабжения дома, если дебит водозаборной емкости очень мал или производительность самого насоса не может обеспечить потребление воды, соответствующее необходимому уровню. В этом случае устройства контроля уровня жидкости для автоматической работы системы водоснабжения также необходимы.
  • Систему контроля за уровнем жидкости можно использовать и при работе с устройствами, в которых отсутствует защита от сухого хода скважинного насоса, датчик давления воды или поплавковый выключатель при откачивании грунтовых вод из подвалов и помещений с уровнем ниже поверхности земли.
Читайте также:  Какая форма глюкозы дает реакцию серебряного зеркала

Виды датчиков уровня воды

Все датчики уровня воды для управления насосом можно разделить на две большие группы: контактные и бесконтактные. Бесконтактные способы в основном используются в промышленном производстве и делятся на оптические, магнитные, емкостные, ультразвуковые и т.п. виды. Датчики устанавливаются на стенки водяных баков или непосредственно погружаются в контролируемые жидкости, электронные компоненты помещены в шкаф управления.

Рис. 2 Виды датчиков уровня

В быту наибольшее применение нашли недорогие контактные устройства поплавкового типа, отслеживающий элемент которых выполнен на герконах. В зависимости от расположения в емкости с водой подобные устройства делятся на две группы.

Вертикальные. В подобном устройстве в вертикальном штоке расположены герконовые элементы, а сам поплавок с кольцевым магнитом перемещается вдоль трубки и включает или отключает герконы.

Горизонтальные. Крепятся за верхний край сбоку стены резервуара, при наполнении емкости поплавок с магнитом поднимается на шарнирном рычаге и подходит к геркону. Устройство срабатывает и коммутирует электрическую цепь, помещенную в шкаф управления, она отключает питание электронасоса.

Рис. 3 Вертикальные и горизонтальные герконовые датчики

Устройство герконового переключателя

Основной исполнительный элемент герконового датчика — герконовый выключатель. Устройство представляет собой маленький стеклянный баллон, наполненный инертным газом или с откачанным воздухом. Газ или вакуум препятствуют образованию искр и окислению контактной группы. Внутри колбы находятся замкнутые контакты из ферромагнитного сплава прямоугольного сечения (пермаллоевая проволока) с золотым или серебряным напылением. При попадании в магнитный поток контакты герконового переключателя намагничиваются и отталкиваются друг от друга — происходит размыкание цепи, по которой течет электрический ток.

Рис. 4 Внешний вид герконовых переключателей

Самые распространенное виды герконовых выключателей действует на замыкание, то есть при намагничивании их контакты соединяются друг с другом и электрическая цепь замыкается. Герконовые переключатели могут иметь два вывода для замыкания размыкания цепи или три, если работают с переключением цепей электрического тока. Низковольтная схема, коммутирующая электропитание насоса, обычно помещается в шкаф управления.

Схема подключения герконового датчика уровня воды

Герконовые переключатели являются маломощными устройствами и неспособны коммутировать большие токи, поэтому они не могут быть использованы непосредственно для отключения и включения насоса. Обычно они задействованы в низковольтной схеме коммутации работы мощного реле насоса, помещенной в шкаф управления.

На рисунке представлена простейшая схема с датчиком, реализующая управление дренажным насосом в зависимости от водного уровня при откачке, состоящая из двух герконов SV1 и SV2.

При достижении жидкостью верхнего уровня магнит с поплавком включает верхний геркон SV1 и на катушку реле P1 подается напряжение. Ее контакты замыкаются, происходит параллельное подключение к геркону и реле самозахватывается.

Функция самозахватывания не дает возможность отключиться питанию катушки реле при размыкании контактов включающей кнопки (в нашем случае это геркон SV1). Это происходит в том случае, если нагрузка реле и его катушка подключены в одну цепь.

Напряжение поступает на катушку мощного реле в цепи электропитания насоса, его контакты замыкаются и электронасос начинает работать. При падении уровня воды и достижении поплавка с магнитом нижнего геркона SV2 он включается и на катушку реле P1 с другой стороны также подается положительный потенциал, ток перестает течь и реле P1 отключается. Это вызывает отсутствие тока в катушке силового реле P2 и как следствие прекращение подачи напряжения питания на электронасос.

Рис. 6 Поплавковые вертикальные датчики уровня воды

Аналогичная схема управления насосом, помещенная в шкаф управления, может быть использована при отслеживании уровня в емкости с жидкостью, если герконы поменять местами, то есть SV2 будет находиться вверху и отключать насос, а SV1 в глубине бака с водой его включать.

Датчики уровня могут быть использованы в быту для автоматизации процесса при заполнении больших емкостей водой при помощи водяных электронасосов. Наиболее просты в установке и эксплуатации герконовые виды, выпускаемые промышленностью в виде вертикальных поплавков на штангах и горизонтальных конструкций.

Ссылка на основную публикацию
Электрокамин с эффектом дыма
Электрокамины с дымом Увеличить Не так давно на мировом рынке климатической техники Ирландская компания Dimplex совершила настоящий переворот, выпустив электрокамины...
Эконом режим в газовом котле
Несмотря на то, что газ считается самым экономичным видом топлива, стоимость отопления периодически растет. Для того чтобы немного снизить свои...
Экономичные кормушки для коз
Выращивание коз становится распространенным занятием: молоко этих животных полезно, а содержание менее затратное, чем разведение коров и иного скота. Наличие...
Электроклапан на стиральную машину индезит
Каталог запчастей Код товара: VAL900UN Катушка универсальная 220V для заливного клапана стиральной машины. Код товара: 25686057u , 481281729053 , 481981729014...
Adblock detector