Dodávka vody a odtok je neoddeliteľnou súčasťou života a výroby. Takmer každý, kto sa zaoberal poľnohospodárstvom alebo zlepšovaním života, sa aspoň raz stretol s problémom udržiavania hladiny vody v určitej nádrži. Niektorí to robia manuálne otváraním a zatváraním ventilov, ale je oveľa jednoduchšie a efektívnejšie používať na tieto účely automatický snímač hladiny vody.
Typy snímačov úrovne
V závislosti od nastavených úloh sa na kontrolu hladiny kvapaliny používajú kontaktné a proximitné senzory. Prvý z nich, ako viete zo svojho mena, je v kontakte s kvapalinou, druhý z nich prijíma informácie na diaľku pomocou nepriamych metód merania - priehľadnosť média, jeho kapacita, elektrická vodivosť, hustota, atď. Podľa princípu činnosti môžu byť všetky senzory rozdelené do 5 hlavných typov:
- Float.
- Elektróda.
- Hydrostatický.
- Kapacitné.
- Radar.
Prvé tri je možné priradiť zariadeniam kontaktného typu, pretože priamo interagujú s pracovným médiom (kvapalina), štvrtý a piaty sú nekontaktné.
Plávajúce senzory
Možno najjednoduchší dizajn. Sú to plavákové systémy, ktoré sú umiestnené na povrchu kvapaliny. Keď sa hladina mení, plavák sa pohybuje tak či onak a uzatvára kontakty ovládacieho mechanizmu. Čím viac kontaktov je umiestnených pozdĺž dráhy pohybu plaváka, tým presnejšie sú hodnoty ukazovateľov:
Princíp činnosti snímača plaváka pre hladinu vody v nádrži
Z obrázku je zrejmé, že hodnoty ukazovateľov takéhoto zariadenia sú diskrétne a počet hladinových hodnôt závisí od počtu spínačov. Vo vyššie uvedenom diagrame sú dve - horná a dolná. To spravidla postačuje na automatické udržanie úrovne v danom rozsahu.
Existujú plavákové zariadenia na nepretržité diaľkové monitorovanie. V nich plavák riadi reostatový motor a hladina sa vypočíta na základe aktuálneho odporu. Až donedávna sa takéto zariadenia často používali napríklad na meranie množstva benzínu v palivových nádržiach pre automobily:
Zariadenie reostatického hladinomeru, kde:
- 1 - drôtový reostat;
- 2 - posuvný reostat mechanicky spojený s plavákom.
Elektródové snímače hladiny
Zariadenia tohto typu používajú elektrickú vodivosť kvapaliny a sú diskrétne. Senzor pozostáva z niekoľkých elektród rôznych dĺžok ponorených do vody. V závislosti od hladiny kvapaliny sa objaví jedna alebo druhá elektróda.
Trojelektródový systém snímačov hladiny kvapaliny v nádrži
Na obrázku vyššie sú dva pravé senzory ponorené do vody, čo znamená, že medzi nimi existuje odpor vody - čerpadlo je zastavené. Akonáhle hladina klesne, stredný senzor zaschne a odpor obvodu sa zvýši. Automatizácia spustí pomocné čerpadlo. Keď je nádoba plná, najkratšia elektróda spadne do vody, jej odpor voči bežnej elektróde sa zníži a automatizácia zastaví čerpadlo.
Je celkom zrejmé, že počet riadiacich bodov sa dá ľahko zvýšiť pridaním ďalších elektród a zodpovedajúcich riadiacich kanálov do konštrukcie, napríklad pre alarm pretečenia alebo sušenia.
Hydrostatický regulačný systém
Senzor je tu otvorená trubica, v ktorej je nainštalovaný tlakový snímač jedného alebo druhého typu. Keď sa hladina zvyšuje, výška vodného stĺpca v trubici sa mení, čo znamená tlak na snímač:
Princíp činnosti systému riadenia hladiny hydrostatickej kvapaliny
Takéto systémy majú spojitú charakteristiku a môžu sa použiť nielen na automatické riadenie, ale aj na diaľkové ovládanie hladiny.
Metóda kapacitného merania
V senzoroch tohto typu sa kondenzátor používa ako senzor, ktorého elektrická kapacita sa mení v závislosti od dielektrických vlastností prostredia. Ak je v blízkosti dosiek meracieho kondenzátora voda, má jednu elektrickú kapacitu, vzduch - druhú.
Riadiaci systém neustále meria elektrickú kapacitu snímača a keď sa zmení, robí jedno alebo druhé rozhodnutie. Merače tohto typu sú diskrétne a dajú sa použiť iba na monitorovanie špecifickej hladiny kvapaliny. Ak je vodná nádrž vyrobená z dielektrika, potom je možné merania vykonať bez kontaktu - cez stenu nádrže alebo trubicu vodomeru. V opačnom prípade je kapacitný snímač nainštalovaný vo vnútri nádrže.
Princíp činnosti kapacitného snímača s kovovým (ľavým) a dielektrickým kúpeľom
Indukčné ukazovatele pracujú na podobnom princípe, ale v nich úlohu senzora hrá cievka, ktorej indukčnosť sa mení v závislosti od prítomnosti kvapaliny. Hlavnou nevýhodou takýchto zariadení je to, že sú vhodné iba na kontrolu látok (kvapalín, sypkých materiálov atď.), Ktoré majú dostatočne vysokú magnetickú priepustnosť. V každodennom živote sa indukčné senzory prakticky nepoužívajú.
Radarové ovládanie
Hlavnou výhodou tejto metódy je nedostatok kontaktu s pracovným prostredím. Senzory môžu navyše stáť od kvapaliny, ktorej hladina musí byť kontrolovaná, dostatočne ďaleko - metre. To umožňuje použitie radarových senzorov na monitorovanie mimoriadne agresívnych, toxických alebo horúcich kvapalín. Princíp činnosti takýchto snímačov je naznačený ich samotným názvom - radar. Zariadenie sa skladá z vysielača a prijímača zostaveného v jednom puzdre. Prvý vysiela jeden alebo iný typ signálu, druhý prijíma odrážaný a počíta čas oneskorenia medzi vysielanými a prijatými impulzmi.
Princíp činnosti ultrazvukového hladinového radarového typu
Signál, v závislosti od úloh, môže byť svetlo, zvuk, rádiové vyžarovanie. Presnosť takýchto snímačov je pomerne vysoká - milimetre. Možno je jedinou nevýhodou zložitosť radarového monitorovacieho zariadenia a jeho pomerne vysoké náklady.
Domáce kontroly hladiny tekutín
Vzhľadom na to, že niektoré zo senzorov sú mimoriadne jednoduché, nie je ťažké vytvoriť si hladinu vody pomocou vlastných rúk . V spolupráci s vodnými čerpadlami budú takéto zariadenia plne automatizovať proces čerpania vody, napríklad do letnej vodárenskej veže alebo do autonómneho zavlažovacieho systému.
Plávajúce čerpadlo
Na realizáciu tejto myšlienky sa používa domáci jazýčkový spínač hladiny vody s plavákom. Nevyžaduje drahé a vzácne komponenty, ľahko sa opakuje a je dostatočne spoľahlivý. V prvom rade je potrebné zvážiť návrh samotného senzora:
Konštrukcia dvojúrovňového snímača plavákovej vody v nádrži
Skladá sa zo samotného plaváka 2, ktorý je pripevnený na pohyblivej tyči 3. Plavák je umiestnený na hladine vody a pohybuje sa v závislosti od svojej úrovne s tyčou a permanentným magnetom 5 na ňom pripevneným nahor / nadol vo vodidlách 4 a 5. V dolnej polohe, keď hladina kvapaliny je minimálna, magnet uzatvára jazýčkový spínač 8 a v hornej (nádrž je plná) - jazýčkový spínač 7. Dĺžka tyče a vzdialenosť medzi vodiacimi prvkami sa volia na základe výšky vodnej nádrže.
Zostáva zostať zariadenie, ktoré automaticky zapne a vypne pomocné čerpadlo, v závislosti od stavu kontaktov. Jeho schéma je nasledovná:
Riadiaci obvod vodného čerpadla
Predpokladajme, že je nádrž plná, plavák je v hornej polohe. Jazýčkový spínač SF2 je uzavretý, tranzistor VT1 je uzavretý, relé K1 a K2 sú odpojené. Vodné čerpadlo pripojené ku konektoru X1 je bez napätia. Keď voda tečie, plavák a spolu s tým magnet klesne, jazýčkový spínač SF1 sa otvorí, ale obvod zostane v rovnakom stave.
Hneď ako hladina vody klesne pod kritickú hodnotu, jazýčkový spínač SF1 sa zatvorí. Tranzistor VT1 sa otvorí, relé K1 zapne a zablokuje sa v kontaktoch K1.1. Zároveň budú kontakty K1.2 toho istého relé napájať štartér K2, ktorý zapína čerpadlo. Začalo sa čerpanie vody.
Keď sa hladina zvyšuje, plavák sa začne zvyšovať, kontakt SF1 sa otvorí, ale tranzistor blokovaný kontaktmi K1.1 zostane otvorený. Akonáhle je kapacita plná, kontakt SF2 sa uzavrie a násilne uzavrie tranzistor. Obidve relé sa uvoľnia, čerpadlo sa vypne a okruh prejde do pohotovostného režimu.
Pri opakovaní obvodu namiesto K1 môžete použiť akékoľvek nízkoenergetické elektromagnetické relé pre reakčné napätie 22-24 V, napríklad RES-9 (RS4.524.200). Ako K2, RMU (RS4.523.330) alebo akékoľvek iné vhodné pre 24 V prevádzkové napätie, ktorého kontakty znesú počiatočný prúd vodného čerpadla, sú vhodné. Reed prepínače budú fungovať na okruhu alebo prepínaní.
Hladinové spínače s elektródovými snímačmi
Vďaka svojej dôstojnosti a jednoduchosti má predchádzajúca konštrukcia hladinomerov pre nádoby výraznú nevýhodu - mechanické jednotky, ktoré pracujú vo vode a vyžadujú neustálu údržbu. Táto nevýhoda chýba v konštrukcii elektród stroja. Je oveľa spoľahlivejšia ako mechanická, nevyžaduje údržbu a schéma nie je oveľa komplikovanejšia ako tá predchádzajúca.
Ako senzory sa tu používajú tri elektródy vyrobené z akéhokoľvek vodivého nehrdzavého materiálu. Všetky elektródy sú navzájom elektricky izolované od tela nádoby. Konštrukcia senzora je jasne viditeľná na obrázku nižšie:
Konštrukcia trojelektródového snímača, kde:
- S1 - spoločná elektróda (vždy vo vode)
- S2 - minimálny snímač (prázdna nádrž);
- S3 - snímač maximálnej hladiny (plná nádrž);
Schéma riadenia čerpadla bude vyzerať takto:
Schéma automatického riadenia čerpadla pomocou elektródových senzorov
Ak je nádrž plná, všetky tri elektródy sú vo vode a elektrický odpor medzi nimi je malý. V tomto prípade je tranzistor VT1 uzavretý, VT2 je otvorený. Relé Kl je zapnuté a odpojuje čerpadlo so svojimi normálne uzavretými kontaktmi a senzor S2 spája paralelne so S3 s normálne otvorenými kontaktmi. Keď hladina vody začne klesať, elektróda S3 je odkrytá, ale S2 je stále vo vode a nič sa nestane.
Voda sa naďalej spotrebúva a nakoniec sa uvoľní elektróda S2. Vďaka odporu R1 prechádzajú tranzistory do opačného stavu. Relé uvoľní a spustí čerpadlo, zatiaľ čo vypne snímač S2. Hladina vody postupne stúpa a najskôr uzatvára elektródu S2 (nič sa nestane - rozpojuje sa kontaktmi K1.1) a potom S3. Tranzistory sa znova zapnú, relé sa aktivuje a vypne čerpadlo, zatiaľ čo pripojenie senzora S2 pracuje pre ďalší cyklus.
Prístroj môže používať akékoľvek nízkoenergetické relé fungujúce od 12 V, ktorého kontakty sú schopné odolať prúdu štartéra čerpadla.
Ak je to potrebné, môže sa rovnaká schéma použiť na automatické čerpanie vody, napríklad zo suterénu. Odtokové čerpadlo sa preto nesmie pripojiť k normálne zatvorenému, ale k normálnemu otvoreniu kontaktov relé K1. Okruh nebude vyžadovať žiadne ďalšie zmeny.