Датчик уровня воды в резервуаре поплавковый


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
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.


Поплавковый датчик для управления насосом
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.

Принцип работы ультразвукового датчика уровня
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.

Измерение уровня жидкости кондуктометрическими датчиками
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).


Емкостной датчик уровня
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.


Измерение уровня радарным датчиком
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.

Измерение заполнения гиростатическим датчиком
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
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.

Источник: www.asutpp.ru

Принцип действия поплавкового датчика

В жидкость помещается предмет, который в ней не тонет. Это может быть кусок дерева или пенопласта, полая герметичная сфера из пластмассы или металла и многое другое. При изменении уровня жидкости этот предмет будет подниматься или опускаться вместе с ней. Если поплавок соединить с исполнительным механизмом, то он будет выполнять функции датчика уровня воды в ёмкости.


Классификация оборудования

Поплавковые датчики могут самостоятельно осуществлять контроль над уровнем жидкости или подавать сигнал в схему контроля. По этому принципу их можно разделить на две большие группы: механические и электрические.

Механические устройства

Устройство поплавковый выключательК механическим относятся самые разнообразные поплавковые клапаны уровня воды в баке. Принцип их действия состоит в том, что поплавок соединён с рычагом, при изменении уровня жидкости поплавок перемещает вверх или вниз этот рычаг, а он, в свою очередь, воздействует на клапан, который и перекрывает (открывает) подачу воды. Такие клапаны можно увидеть в сливных бачках унитазов. Их очень удобно использовать там, где нужно постоянно добавлять воду из центральной системы водоснабжения.

Механические датчики обладают рядом преимуществ:

  • простота конструкции;
  • компактность;
  • безопасность;
  • автономность — не требуют никаких источников электроэнергии;
  • надёжность;
  • дешевизна;
  • лёгкость установки и настройки.

Но у этих датчиков есть один существенный недостаток: они могут контролировать только один (верхний) уровень, который зависит от места монтажа, и регулировать его, если и можно, то в очень небольших пределах. В продаже такой клапан может называться «кран поплавковый для ёмкостей».

Электрические датчики

Датчик уровня водыЭлектрический датчик уровня жидкости (поплавковый), отличается от механического тем, что сам он воду не перекрывает. Поплавок, перемещаясь при изменении количества жидкости, воздействует на электрические контакты, которые включены в схему управления. На основании этих сигналов автоматическая система контроля принимает решение о необходимости тех или иных действий. В простейшем случае такой датчик имеет поплавок. Этот поплавок воздействует на контакт, через который происходит включение насоса.

В качестве контактов чаще всего применяют герконы. Геркон — это стеклянная герметичная колба с контактами внутри. Переключение этих контактов происходит под действием магнитного поля. Герконы имеют миниатюрные размеры и легко размещаются внутри тонкой трубки из немагнитного материала (пластик, алюминий). По трубке под действием жидкости свободно перемещается поплавок с магнитом, при приближении которого контакты срабатывают. Вся эта система устанавливается вертикально в резервуар. Меняя положение геркона внутри трубки, можно регулировать момент срабатывания автоматики.

Если нужно следить за верхним уровнем в резервуаре, то датчик устанавливают вверху. Как только уровень опустится ниже установленного, контакт замкнётся, насос включится. Вода начнёт прибавляться, и когда уровень воды дойдёт до верхнего предела, поплавок вернётся в исходное состояние, и насос отключится. Однако на практике такую схему применять нельзя. Дело в том, что датчик срабатывает при малейшем изменении уровня, вслед за этим включается насос, уровень поднимается, и насос отключается. Если расход воды из ёмкости меньше, чем подача, возникает ситуация, когда насос постоянно включается и отключается, при этом он быстро перегревается и выходит из строя.

Принцип действияПоэтому датчики уровня воды для управления насосом работают иначе. В ёмкости располагают минимум два контакта. Один отвечает за верхний уровень, он отключает насос. Второй определяет положение нижнего уровня, при достижении которого насос включается. Таким образом, значительно сокращается число пусков, что обеспечивает надёжную работу всей системы. Если разница уровней небольшая, то удобно использовать трубку с двумя герконами внутри и один поплавок, который их коммутирует. При разнице больше метра применяют два отдельных датчика, установленных на требуемых высотах.

Несмотря на более сложную конструкцию и необходимость схемы управления, электрические поплавковые датчики позволяют полностью автоматизировать процесс управления уровнем жидкости.

Если через такие датчики подключить лампочки, то их можно использовать для визуального контроля количества жидкости в резервуаре.

Самодельный поплавковый выключатель

Если у вас есть время и желание, то простейший поплавковый датчик уровня воды можно сделать своими руками, и расходы на него будут минимальны.

Механическая система

Датчик уровня водыДля того чтобы максимально упростить конструкцию, в качестве запирающего устройства будем использовать шаровый клапан (кран). Хорошо подойдут самые маленькие клапаны (полудюймовые и меньше). Такой кран имеет ручку, которой он закрывается. Для переделки его в датчик необходимо удлинить эту ручку полоской металла. Полоска крепится к ручке через просверлённые в ней отверстия соответствующими винтами. Сечение этого рычага должно быть минимальным, но при этом он не должен изгибаться под действием поплавка. Длина его около 50 см. Поплавок крепится на конце этого рычага.

В качестве поплавка можно использовать двухлитровую пластиковую бутылку от газировки. Бутылка наполовину заполняется водой.

Проверить работу системы можно, не устанавливая её в резервуар. Для этого установите кран вертикально, а рычаг с поплавком поставьте в горизонтальное положение. Если все сделано правильно, то под действием массы воды в бутылки, рычаг начнёт двигаться вниз и займёт вертикальное положение, вместе с ним провернётся и ручка клапана. Теперь погрузите устройство в воду. Бутылка должна всплыть и повернуть ручку клапана.

Так как клапаны различаются размерами и усилием, которое нужно приложить для их переключения, возможно, нужно будет провести настройку системы. В случае если поплавок не может провернуть клапан, можно увеличить длину рычага или взять бутылку большего объёма.

Монтируем датчик в ёмкости на необходимом уровне в горизонтальном положении, при этом в вертикальном положении поплавка клапан должен быть открыт, а в горизонтальном — закрыт.

Датчик электрического типа

Для самостоятельного изготовления датчика этого типа, кроме обычного инструмента, понадобится:

  • Принцип действия устройстваПолудюймовая пластиковая труба для пайки водопровода. Длина трубы произвольная и зависит от размера вашего бака.
  • Трёхжильный медный провод сечением провода 0,5 мм2. Длина провода равна длине трубки плюс расстояние до блока управления, к которому будет подключаться датчик.
  • Брусок пенопласта 5*5*8 см.
  • Магнит. Хорошо, если он будет кольцевой, например, от старого динамика. Его внутренний диаметр должен быть на 4−6 мм больше наружного диаметра трубки.
  • Два геркона. Один — с нормально замкнутым контактом, другой — с нормально разомкнутым.
  • Паяльник, припой и канифоль.

Последовательность изготовления следующая:

  1. Как собрать датчик самимИз пенопласта делаем поплавок. Для этого скругляем углы, чтобы получился цилиндр. По длине просверливаем отверстие на 3 мм больше наружного диаметра трубы. К одному из торцов цилиндра крепим магнит. Прикрепить его можно на эпоксидный клей или притянуть нитками. Убедитесь, что магнит не топит поплавок.
  2. Берём трубку. Нагреваем один из концов и сминаем его так, чтобы образовалось утолщение. Это предотвратит попадание воды внутрь трубы и одновременно будет служить ограничителем нижнего положения поплавка.
  3. Надеваем поплавок на трубу магнитом вверх и сдвигаем его в нижнее положение. Поплавок с магнитом должен свободно перемещаться по трубе.
  4. Берём провод. Совмещаем его конец с нижним концом трубки. Ставим первую метку в месте, где расположен магнит. Здесь будет расположен геркон нижнего уровня. Вторая метка должна соответствовать верхнему. Эту же метку нанесите на трубу. Это упростит монтаж и настройку работы системы.
  5. Берём геркон с нормально разомкнутым контактом и припаиваем его к проводу в месте нижнего уровня. Для этого зачищаем изоляцию на центральной жиле и на одной из боковых.
  6. Геркон с нормально замкнутым контактом устанавливаем на верхнем уровне. Его припаиваем к центральной жиле (она общая для обоих герконов) и к оставшейся свободной.
  7. В нижнем конце провода жилы должны быть изолированы друг от друга. С другой стороны промаркируйте, какая жила к чему подключена.
  8. Провод с герконами вводим в трубу до упора, а его верхний конец фиксируем герметиком.
  9. Готовый датчик крепим внутри ёмкости вертикально, учитывая метку верхнего положения поплавка. Трубка обладает некоторой плавучестью. Для того чтобы она не всплывала и не деформировалась, подгрузите её нижний конец.

Приспособление уровня водыПри изменении уровня жидкости вместе с ней перемещается и поплавок, который действует на электрический контакт для контроля уровня воды в баке. Схема управления с таким датчиком может иметь вид, представленный на рисунке. Точки 1, 2, 3 — это точки подключения провода, который идёт от нашего датчика. Точка 2 — это общая точка.

Рассмотрим принцип действия самодельного устройства. Допустим, в момент включения резервуар пуст, поплавок находится в положении нижнего уровня (НУ), этот контакт замыкается и подаёт питание на реле (Р).

Реле срабатывает и замыкает контакты Р1 и Р2. Р1 — это контакт самоблокировки. Он нужен для того, чтобы реле не отключилось (насос продолжал работать), когда вода начнёт прибывать, и контакт НУ разомкнётся. Контакт Р2 подключает насос (Н) к источнику питания.

Когда уровень поднимется до верхнего значения, сработает геркон и разомкнёт свой контакт ВУ. Реле будет обесточено, оно разомкнёт свои контакты Р1 и Р2, и насос отключится.

Как работает поплавковый выключательС уменьшением количества воды в резервуаре поплавок начнёт опускаться, но пока он не займёт нижнее положение и не замкнёт контакт НУ, насос не включится. Когда это произойдёт, цикл работы повторится заново.

Вот так работает поплавковый выключатель контроля уровня воды.

В процессе эксплуатации необходимо периодически очищать трубу и поплавок от загрязнений. Герконы выдерживают огромное количество переключений, поэтому такой датчик прослужит долгие годы.

Источник: instrument.guru

Общая характеристика

Поплавковый водяной уровнемер — наиболее популярный датчик, известность которого определена предельно простой системой и соответственно прочностью. Поплавковые датчики можно условно разделить на 2 вида:

  • механические;
  • герконовые.

Как выбрать поплавковый датчикВторой вид предполагает применение выключателей с магнитными контактами, поэтому его приспособление будет осмотрено в отдельном разделе.

Самый обычный механический поплавковый датчик функционирует на определение максимального уровня воды. Датчик вводится в нужной части ёмкости, и если вода доходит поплавка, он всплывает и через особый шток закрывает (размыкает контакты). Аналогичные устройства более знакомы под наименованием поплавковые выключатели.

Этот вид механических измерителей отличается необходимой прочностью и часто применяется в простых автоматизированных системах. Однако его работоспособность ограничена конструкцией — прибор срабатывает только лишь при предельном значении водного уровня.

Также выпускают кабельные поплавковые датчики. В такой конструкции применяется поплавок особенной формы, который меняет ракурс наклона в зависимости от водного уровня. Внутри такого поплавка устанавливают коммутатор, который действует при изменении угла. Зачастую применяются выключатели со стальным шариком, запирающим контакты.

Отдельная группа — кабельные измерители со встроенным ртутным выключателем, отлично обеспечивающим безопасность. Для точного контроля в некоторых случаях устанавливают несколько поплавковых измерителей с различной длиной кабеля.

Поплавковые датчики пользуются спросом в промышленности. Детекторы применяют для контроля уровня горюче-смазочных материалов, разных охлаждающих жидкостей. В быту эти устройства, как правило, используют для замера уровня в колодцах и скважинах (защита насосов от «сухого» хода), а также для системы канализации.

Одно из основных преимуществ такого вида уровнемера можно выделить простую установку и наладку. Определённые модификации разрабатываются специально для насосов и дают возможность исключить применение дополнительных пусковых реле.

Различие датчиков разных типов

Конструктивно детекторы уровня воды отличаются в зависимости от области использования и условий к точности замера.

Наибольшее распространение приобрели следующие виды датчиков:

  • поплавковый;
  • электронный;
  • герконовый.

Как пользоваться датчикомКаждый из этих вариантов обладает установленными преимуществами, и может быть рекомендован к монтажу. Выбор определённой модификации зависит только от предъявляемых условий к устройству, включая достоверность замера, безопасность, период эксплуатации и стабильность к внешним условиям.

Так, поплавковые детекторы считаются более экономным видом, обеспечивающим приемлемую достоверность замера, и часто применяются в быту. А инновационные электронные уровнемеры применяются в сложных механических системах для наблюдения точных значений.

Стоит отметить, что электронные системы можно применять для обычных задач, однако, такой шаг, неоправдан, с финансовой точки зрения.

Основным компонентом измерителя уровня поплавкового вида считается головка датчика. Кабельный ввод чаще всего производится с герметической подкладкой. Все уплотнители в устройствах применяются как пластмассового, так и силиконового вида. Спусковой фланец у моделей содержит особые отверстия. Соединительный провод располагается в нижней части прибора. Под головкой датчика имеется малогабаритная изолирующая платина. Загрузочная способность прибора зависит от вида выходящего контакта.

Электронный

Датчик уровняЭлектронные датчики производятся на базе разных видов измерителей. Единственный из вариантов — ёмкостные детекторы, позволяющие отмечать изменение уровня, в режиме настоящего времени. Одно из положительных сторон аналогичных приборов — отсутствие подвижных компонентов, что благоприятно сказывается на надёжности работы и сроке его эксплуатации.

Принцип работы такого уровнемера базируется на изменении ёмкости конденсатора в зависимости от его состава и распределения диэлектрического материала между обкладками. В таком случае есть присутствие изменении уровня в конденсатор, вписанный в электрическую цепь, изменяет собственную вместимость, что закрепляется особым оснащением.

Для правильности снимаемых показателей датчик калибруют напрямую перед конструкцией, принимая во внимание свойства измеряемой воды. Ёмкостные датчики применяют не только для контроля степени воды, но и иных жидких и сыпучих материалов.

При абсолютно всех превосходствах измерителя, нужно принимать во внимание взаимозависимость характеристик от температуры, поэтому для точного замера уровня с изменяемой температурой следует в дополнение устанавливать датчик температуры для исправления получаемых значений.

Оптический

Как выбрать оптический датчикВторой нужный вид электронного датчика уровня воды — оптический. Это приспособление применяется в качестве альтернативы поплавковым датчикам при значительной вероятности вибрации воды (что в автоматических системах приводит к искажению получаемых показателей). Оптические детекторы применяют для отслеживания предельного уровня воды. Правило работы базируется на изменении отражающей способности оптической системы при достижении водой конкретного уровня.

В качестве положительных сторон аналогичных измерителей можно выделить отсутствие подвижных элементов, и независимость от внешних условий. Оптические уровнемеры применяют на транспорте для контроля уровня охлаждающих жидкостей, в бытовой технике (кофемашины). Зачастую устанавливаются для замера предельного уровня в цистернах, какие транспортируются на автомобильном или железнодорожном транспорте (устойчивость к вибрации).

В целом все электронные датчики лишены ключевых недочётов автоматических аналогов, и дают возможность осуществлять измерения со значительной верностью. Единственно ограничение — более высокая стоимость и потребность профессиональной установки и настройки.

Герконовый измеритель уровня воды

Один из наиболее известных видов измерителя, отображающий собою улучшенный вид поплавковых приборов с автоматическим переключателем. Герконовые уровнемеры различаются невысокой ценой, простой и верной системой, а, кроме того, возможность прослеживать изменение уровня в широком спектре.

Существует ряд видов герконовых измерителей:

  1. Сухие.
  2. Ртутные.

Датчик уровняВ простейшем виде механический переключатель поплавкового измерителя изменяют на контакт, что несколько увеличивает безопасность аппарата (таким образом, организованы герконовые уровнемеры боковой конструкции). Но чаще применяется модель с несколькими установленными герконами и поплавком с особыми магнитами.

В качестве образца можно проанализировать одну из наиболее известных систем. Прибор производится в виде трубки, по которой легко передвигается поплавок. Изнутри трубки формируются герконы, число которых может колебаться в зависимости от условий к дискретности замера. То есть чем больше уровня воды нужно прослеживать, тем большее число герконов необходимо определить.

При изменении показателей воды указатель поднимается либо снижается, инициируя встроенным магнитом включение геркона, который включён в управляющую цепь. В простом виде применяют один геркон, для сигнализации максимального уровня.

Корпус герконовых измерителей может производиться из разных материалов, в экономном виде применяется пластмасса, более дорогостоящие и крепкие модификации производят из нержавеющих сплавов. Подбор использованного материала в основном зависит от того, в каком месте будет устанавливаться прибор (требования к механической крепости и прочности).

Герконовые детекторы — одни из наиболее известных устройств, и зачастую применяются в домашних системах независимого водоснабжения. Элементарная система даёт возможность сделать прибор самостоятельно, при этом его безопасность и достоверность замера будет на высоком уровне. Герконовые датчики уровня можно применять для разных жидкостей.

В частности, эти приборы обширно используются для контроля степени горючего в автотранспортных средствах, применяются в химической и нефтегазовой промышленности.

Поплавковый датчик своими руками

Сфера применения датчикаСделать поплавковые детекторы уровня воды самостоятельно достаточно просто. В первую очередь необходимо приготовить трубку небольшого диаметра. Потом для неё выбирается головка. Уплотнение в этом случае следует применять небольшой толщины. Чаще всего выбирают пластмассовые кольца. Затем, чтобы сделать прибор уровня (поплавковый) собственными руками, необходимо в трубке закрепить изолирующую пластинку. Кабельный ввод подключают в последнюю очередь. Контакты противодействия целесообразнее определять в верхней части прибора. Для усовершенствования герметизации модели отлично подойдёт заглушка из резины.

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

Как выбрать модель датчикаУказанный 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.

Как выбирать датчикДиаметр 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.

Источник: tokar.guru

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.

Поплавковый датчик для управления насосом
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.

Принцип работы ультразвукового датчика уровня
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.

Измерение уровня жидкости кондуктометрическими датчиками
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).

Емкостной датчик уровня
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.

Измерение уровня радарным датчиком
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.

Измерение заполнения гиростатическим датчиком
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
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.

Источник: www.asutpp.ru

Устройство и конструкция

Датчик уровня воды в резервуаре поплавковыйТакой элемент, как поплавочный выключатель для контроля уровня воды имеет плавающий пластиковый корпус. В него заключён электрический переключатель и рычаг, позволяющий переводить контакты переключателя. Также в составе представлен стальной шарик, который в случае смены положения поплавка корректирует позицию и самого рычага. К переключателю подведен кабель, состоящий из трех проводов: первый является общим, а остальные подсоединены к нормально закрытому и нормально открытому контакту переключателя.

Замыкание цепи обеспечивают черный и синий провода в тот момент, когда плавок располагается в нижнем положении. В случае его перевода в верхнюю позицию в качестве замыкающих контактов уже будут выступать черный и коричневый провода. Обязательным здесь условием является изоляция того провода, который не обеспечивает подключение устройства. Важно позаботиться о том, чтобы подводящий кабель имел влагозащитные свойства, при этом конструкция пластиковой коробки должна отличаться герметичностью. Для герметизации кабельного вывода используется механическое уплотнение, также у него имеется специальное устройство, позволяющее убирать в кабеле механические напряжения.

Внутри изолированной полости кабельного ввода находится полимерная смола, которая защищает от попадания внутрь воды. Именно с химическими свойствами и термостойкостью корпуса и оболочки кабеля, которые изготовлены с применением термопластичной резины, связана способность поплавкового выключателя прекрасно переносить взаимодействие со спиртами, мочевой кислотой, фекальными водами, бензином и прочими агрессивными веществами.

Из-за отсутствия на поверхности пластиковых корпусов пор на ней не появляются загрязнения. В то же время эта особенность обеспечивает соскальзывание песка, бумаги и иных твердых веществ, на фоне чего поплавковый выключатель сохраняет свои плавучие свойства.

Характеристики датчика для контроля уровня воды:

  • Напряжение сети, В — 220 ± 10%;
  • Максимальный коммутируемый ток, А:
  • 8А – для реактивной нагрузки (насосы, вентиляторы, компрессоры и т. п.);
  • 10А – для активной нагрузки (пускатели, выключатели, тэны, лампы и т. п.);
  • Диапазон рабочих температур: 0-60°C;
  • Защита: IP 68.

Преимущества

Датчик уровня воды в резервуаре поплавковыйСреди всех преимуществ, которыми обладает поплавковый выключатель для контроля уровня воды, в первую очередь следует выделить то, что он способен выполнять функцию обычного датчика для определения уровня воды в резервуарах. Причем эту задачу он успешно выполняет, даже невзирая на то, что для каких целей используется емкость и какой она имеет объем. Вместе с тем это устройство для контроля уровня воды в состоянии помочь сделать более удобной эксплуатацию насосного оборудования. При помощи такого устройства упрощается контроль функций промышленных, бытовых систем водоснабжения.

В некоторых случаях с его помощью можно успешно отводить жидкость. Также поплавковый выключатель для контроля уровня воды может входить в состав оборудования при сооружении канализационных коммуникаций. Простота работы и высокая эффективность его применения и обеспечили поплавочному выключателю широкое распространение в самых разнообразных системах, где возникает задача по контролю воды.

Стоит заметить, что способность обеспечить надежную защиту для насосных систем при сухоходном режиме работы является не единственным положительным качествам таких устройств. Вместе с тем с их помощью можно избегать ситуации, когда в емкостях происходит перелив воды.

Монтаж

Датчик уровня воды в резервуаре поплавковыйДля установки поплавковых выключателей можно использовать один из нескольких методов. Еще до монтажа этого устройства следует удостовериться, что номинал тока, используемого для работы насоса, меньше максимально допустимого значения тока, которое приведено в технических характеристиках на этот тип поплавка. Среди известных методов монтажа поплавкового выключателя для контроля уровня воды наиболее простым в реализации является его размещение в резервуаре, предусматривающем применение поплавка с кабелем и специального грузила, которое прилагается к этому устройству.

При таком варианте установки грузило необходимо зафиксировать на кабеле, а затем опытным путем рассчитать длину плеча свободного хода поплавка. Используя защелку, нужно грузило закрепить на кабеле. После этого уже непосредственно кабель необходимо прочно зафиксировать с внешней стороны резервуара. Далее уже переходят к подключению поплавкового выключателя к насосу. После этого устройство может быть использовано по своему назначению.

Вариант установки поплавка для насосов, предусматривающий использование подводящего кабеля, может применяться лишь в ситуации, когда отсутствует риск зацепки или зависания основного устройства в самом резервуаре и когда в нем размещается лишь один поплавок.

В некоторых ситуациях может быть принято решение об установке сразу нескольких поплавков для контроля уровня воды. В этом случае их монтаж осуществляется на специальную штангу. В качестве последней чаще всего используются фрагменты пластиковой трубы, которую необходимо прочно зафиксировать в резервуаре. После этого на трубу устанавливают поплавки, причем их нужно правильно выставить, настроить и разнести по длине штанги с тем расчетом, чтобы они не создавали трудностей друг другу для нормальной работы.

Подведение кабелей, которые идут от поплавковых выключателей, к штанге осуществляется с использованием хомутов. При выборе числа поплавковых выключателей следует обращать внимание на количество насосов или тип и число защитных приспособлений и используемых пультов управления. В некоторых ситуациях проблема обеспечения надежной работы поплавковых выключателей может быть решена за счет применения нескольких штанг.

При определении схемы установки поплавковых выключателей, их количества и места их размещения необходимо каждый раз учитывать особенности места их монтажа либо ориентироваться на проект.

Принцип работы поплавка для насосов

Такие приспособления, как поплавковые выключатели могут предусматривать различные схемы их использования, причем это оказывает влияние и на их принцип работы.

Система водоснабжения, наполнение и опорожнение емкости бака резервуара

Датчик уровня воды в резервуаре поплавковыйПри такой схеме работы в момент всплытия поплавок обесточивает насос, который подает воду в резервуар. Сигнал на включение поступит лишь в момент достижения им дна. Такая ситуация возникает лишь при пустой емкости.

Поплавок подает сигнал на включение автоматической станции водоснабжения в момент его нахождения на поверхности. Отключение же станции может произойти лишь при погружении поплавка на дно при пустой емкости.

Со стороны поплавка поступил сигнал о закрытии клапана или задвижки с сервоприводом в момент его поднятия на поверхность. Открытие же клапана или задвижки случится лишь момент его погружения на дно при пустой емкости.

Работа поплавка может заключаться лишь в оповещении диспетчерского пункта или оператора в момент его поднятия на поверхность, что будет соответствовать наполнению емкости. Информация же о недостатке воды поступит в тот момент, когда поплавок достигнет дна.

Система канализации

Включение поплавком фекального насосного оборудования произойдет лишь в момент поднятия основного регулирующего устройства вверх. Включение насосной установки происходит при погружении регулирующего устройства на дно.

Один поплавок может одновременно обслуживать два насосных агрегата: первый аппарат может подавать в емкость воду при условии, что поплавок находится в нижней позиции. В этот момент другой насос бездействует. Когда поплавок располагается в верхнем положении, включается второй насос, задача которого заключается в выкачивании воды из резервуара. В это время насос, который подает в резервуар воду, находится в неактивном состоянии. Несмотря на свою простоту, приведенная схема применения поплавкового выключателя не является достаточно эффективной, поскольку это не исключает трудностей с регулярной доставкой воды в те моменты, когда происходит наполнение емкости.

Эксплуатация, обслуживание и ремонт

Датчик уровня воды в резервуаре поплавковыйОбеспечить длительную эксплуатацию поплавков для насосов можно лишь в том случае, если не будут нарушаться правила их использования. В ситуации, когда поплавковый выключатель входит в состав системы водоснабжения и водоотведения, можно не тратить время и силы на его техническое обслуживание. Если же это устройство контролирует работу фекальных или канализационных ям, то рекомендуется, по крайней мере, раз в месяц выполнять очистку поплавка и насоса от загрязнений, используя струю воды, подаваемую под давлением.

Такая процедура позволит избежать залипания или прилипания поплавка к насосу или напорной трубе. Поплавковый выключатель, который ввиду определенных обстоятельств не в состоянии выполнять свою основную задачу, является неремонтопригодным, поэтому в таких ситуациях производится его замена. Выполнять эту работу должны специалисты сервисных центров.

Заключение

В ситуациях, когда возникает необходимость в обеспечении подачи питьевой воды в дом или вывода загрязненных стоков, приходится использовать в сочетании с насосным оборудованием и специальные приспособления. Среди них довольно эффективным является поплавочный выключатель. Польза от его применения заключается в том, что он контролирует количество жидкости в резервуаре, и, ориентируясь на это, определяет режим работы насосной установки.

Такое устройство позволяет избежать перехода работы насоса в режим «сухого хода», что положительным образом сказывается на его сроке службы. Вдобавок к этому экономится немалое количество электроэнергии, поскольку поплавковый выключатель позволяет задействовать насос лишь в случае необходимости.

Источник: stanok.guru


You May Also Like

About the Author: admind

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.