- Конструкція і принцип дії
- Види датчиків рівня
- Як вибрати?
- Робимо датчик рівня води в резервуарі своїми руками
Допоможіть розробці сайту, ділитися статтею з друзями!
Для автоматизації багатьох виробничих процесів необхідно контролювати рівень води в резервуарі, вимір проводиться за допомогою спеціального датчика, що подає сигнал, коли технологічне середовище досягне певного рівня. Без рівнемірів неможливо обійтися і в побуті, яскравий приклад цьому - запірна арматура бачка унітазу або автоматика для відключення насоса свердловини. Давайте розглянемо різні види датчиків рівня, їх конструкцію і принцип роботи. Ця інформація буде корисною при виборі пристрою під певну задачу або виготовленні датчика своїми руками.
Конструкція і принцип дії
Конструктивне виконання вимірювальних пристроїв даного типу визначається наступними параметрами:
- Функціональністю, в залежності від цього пристрою прийнято ділити на сигналізатори і рівнеміри. Перші відстежують конкретну точку заповнення резервуара (мінімальну або максимальну), другі здійснюють безперервний моніторинг рівня.
- Принципом дії, в його основу може бути покладено: гідростатика, електропровідність, магнетизм, оптика, акустика і т.д. Власне, це основний параметр, що визначає сферу застосування.
- Методом вимірювання (контактний або безконтактний).
Крім цього, особливості конструкції визначає характер технологічного середовища. Одна справа - вимірювати висоту питної води в баку, інше - перевіряти наповнення резервуарів для промислових стоків. В останньому випадку необхідна відповідна захист.
Види датчиків рівня
Залежно від принципу дії, сигналізатори прийнято ділити на наступні види:
- поплавковою типу;
- використовують ультразвукові хвилі;
- пристрою з ємнісним принципом визначення рівня;
- електродні;
- радарного типу;
- які працюють за гидростатическому принципом.
Оскільки ці типи найбільш поширені, розглянемо кожен з них окремо.
поплавковий
Це найбільш простий, але, тим не менше, дієвий і надійний спосіб вимірювання рідини в баку або іншої ємності. З прикладом реалізації можна ознайомитися на малюнку 2.
Конструкція складається з поплавця з магнітом і двох герконів, встановлених в контрольних точках. Коротко опишемо принцип дії:
- Ємність спустошується до критичного мінімуму (А на рис. 2), при цьому поплавець опускається до рівня, де розташований геркон 2, він включає реле, подає харчування на насос, закачують воду зі свердловини.
- Вода доходить до максимальної позначки, поплавок піднімається до місця розташування геркона 1, він спрацьовує і реле відключається, відповідно, двигун насоса припиняє працювати.
Такий герконовий сигналізатор зробити самостійно досить просто, а його настройка зводиться до установки рівнів включення-виключення.
Зауважимо, що якщо правильно вибрати матеріал для поплавка, датчик рівня води буде працювати, навіть при наявності шару піни в резервуарі.
ультразвуковий
Цей тип вимірників може використовуватися як для рідкої, так і сухого середовища, при цьому у нього може бути аналоговий або дискретний вихід. Тобто, датчик може обмежувати заповнення по досягненню певної точки або відстежувати його постійно. Пристрій включає в себе ультразвуковий випромінювач, приймач і контролер обробки сигналу. Принцип роботи сигналізатора продемонстрований на малюнку 3.
Працює система таким чином:
- випромінюється ультразвуковий імпульс;
- приймається відбитий сигнал;
- аналізується тривалість загасання сигналу. Якщо бак повний, вона буде короткою (А рис. 3), а в міру спустошення почне збільшуватися (В рис. 3).
Ультразвуковий сигналізатор безконтактний і бездротової, тому він може використовуватися навіть в агресивних і вибухонебезпечних середовищах. Після первинної настройки, такий датчик не вимагає ніякого спеціалізованого обслуговування, а відсутність рухомих частин істотно продовжує термін експлуатації.
електродний
Електродні (кондуктометрические) сигналізатори дозволяють контролювати один або кілька рівнів електропровідного середовища (тобто, для вимірювання наповнення бака дистильованою водою вони не підходять). Приклад використання пристрою наведено на малюнку 4.
У наведеному прикладі задіяний трирівневий сигналізатор, в якому два електроди контролюють заповнення ємності, а третій є аварійним, для включення режиму інтенсивної відкачування.
ємнісний
За допомогою цих сигналізаторів можна визначати максимальне заповнення ємності, причому, як технологічного середовища можуть виступати як рідина, так і сипучі речовини змішаного складу (див. Рис. 5).
Принцип роботи сигналізатора такий же, як у конденсатора: проводиться вимір ємності між пластинами чутливого елемента. Коли вона досягне порогового значення, подається сигнал на контролер. У деяких випадках задіяно виконання «сухий контакт», тобто рівнемір працює через стінку бака в ізоляції від технологічного середовища.
Дані пристрої можуть функціонувати в широкому температурному діапазоні, на них не впливають електромагнітні поля, а спрацьовування можливо на великій відстані. Такі показники значно розширюють сферу застосування аж до важких умов експлуатації.
радарний
Цей вид сигналізаторів можна дійсно назвати універсальним, оскільки він може працювати з будь-якої технологічної середовищем, включаючи агресивну і вибухонебезпечну, причому, тиск і температура не впливатимуть на свідчення. Приклад роботи пристрою наведено на малюнку нижче.
Пристрій випромінює радіохвилі у вузькому діапазоні (кілька гігагерц), приймач ловить відбитий сигнал і за часом його затримки визначає наповнюваність ємності. На що вимірює датчик не впливає тиск, температура або характер технологічного середовища. Запиленість також не відбивається на показаннях, чого не скажеш про лазерних сигналізаторах. Також необхідно відзначити високу точність приладів даного типу, їх похибка становить не більше одного міліметра.
гідростатичний
Ці сигналізатори можуть вимірювати як граничне, так і поточне заповнення резервуарів. Їх принцип дії продемонстрований на малюнку 7.
Пристрій побудований за принципом вимірювання рівня тиску, виробленого стовпом рідини. Прийнятна точність і невелика вартість зробили цей вид досить популярним.
В рамках статті ми не можемо оглянути всі типи сигналізаторів, наприклад, ротаційно-прапорцевим, для визначення сипучих речовин (йде сигнал, коли пелюстка вентилятора застрягне в сипучої середовищі, попередньо вирив приямок). Так само немає сенсу розглядати принцип дії радіоізотопних вимірників, тим більше рекомендувати їх для перевірки рівня питної води.
Як вибрати?
Вибір датчика рівня води в резервуарі залежить від багатьох факторів, основні з них:
- Склад рідини. Залежно від вмісту у воді сторонніх домішок може змінюватися щільність і електропровідність розчину, що з великою ймовірністю відіб'ється на свідченнях.
- Обсяг резервуара і матеріал, з якого він виготовлений.
- Функціональне призначення ємності для накопичення рідини.
- Необхідність контролювати мінімальний і максимальний рівень, або потрібно моніторинг поточного стану.
- Допустимість інтеграції в систему автоматизованого управління.
- Комутаційні можливості пристрою.
Це далеко не повний список для вибору вимірювальних приладів даного типу. Природно, що для побутового призначення можна істотно скоротити критерії відбору, обмеживши їх обсягом резервуара, типом спрацьовування і схемою управління. Істотне скорочення вимог уможливлює самостійне виготовлення подібного пристрою.
Робимо датчик рівня води в резервуарі своїми руками
Припустимо, є завдання автоматизувати роботу насосу для водопостачання дачі. Як правило, вода надходить в накопичувальну ємність, отже, нам необхідно зробити так, щоб насос автоматично вимикався при її заповненні. Зовсім не обов'язково для цієї мети купувати лазерний або радіолокаційний сигналізатор рівня, власне, ніякої купувати не потрібно. Нескладне завдання вимагає простого рішення, воно показано на малюнку 8.
Для вирішення завдання знадобиться магнітний пускач з котушкою на 220 вольт і два геркона: мінімального рівня - на замикання, максимального - на розмикання. Схема підключення насоса проста і, що важливо, безпечна. Принцип роботи був описаний вище, але повторимо його:
- У міру набору води поплавок з магнітом поступово піднімається, поки не дійде до геркона максимального рівня.
- Магнітне поле розмикає геркон, відключаючи котушку пускача, що призводить до знеструмлення двигуна.
- У міру витрати води, поплавок опускається, поки не досягне мінімальної позначки навпроти нижнього геркона, його контакти замикаються, і надходить напруга на котушку пускача, через який подається напруга на насос. Такий датчик рівня води в резервуарі може працювати десятиліттями, на відміну від електронної системи управління.