Датчик уровня воды: устройство и принцип действия

Датчик уровня воды: устройство и принцип действия

В промышленности и быту постоянно существует необходимость контроля за уровнями жидкостей в емкостях. Устройства измерения классифицируют как контактные и бесконтактные. Для обоих вариантов датчик уровня воды располагают на определенной высоте резервуара, и он срабатывает, сигнализируя или подавая команду на изменение режима ее подачи.

Контактные устройства работают на основе поплавков, переключающих схемы при достижении жидкостью заданных отметок.

Бесконтактные способы подразделяются на магнитные, емкостные, ультразвуковые, оптические и другие. Устройства не имеют подвижных частей. Они погружаются в контролируемые жидкие или сыпучие среды или закрепляются на стенках баков.

Поплавковые датчики

Надежные и дешевые устройства для контроля уровня жидкостей с помощью поплавков наиболее распространены. Конструктивно они могут различаться. Рассморим их виды.

Вертикальное расположение

Часто применяется поплавковый датчик уровня воды с вертикальным штоком. Внутри него размещен круглый магнит. Шток представляет собой полую пластиковую трубку с расположенными внутри герконами.

Электрические схемы с герконами могут отличаться при внешнем сходстве механической части. Датчики располагаются на одном, двух и большем количестве уровней, подавая сигнал о том, насколько наполнен бак. Они также могут быть линейными, непрерывно передавая сигнал.

Горизонтальное расположение

Если сверху датчик установить не удается, его крепят горизонтально к стене резервуара. Магнит с поплавком устанавливают на рычаге с шарниром, а геркон помещают в корпусе. При подъеме жидкости в верхнее положение магнит подходит к коннтактам и датчик срабатывает, сигнализируя о достижении предельного положения.

При повышенной загрязненности или замерзании жидкости применяется более надежный поплавковый датчик уровня воды на гибком тросе. Он состоит из размещенной на глубине небольшой герметичной емкости с металлическим шариком с герконовым контактом или тумблером внутри. При совпадении уровня воды с положением датчика происходит переворот емкости и срабатывание контакта.

Одними из самых точных и надежных поплавковых датчиков являются магнитострикционные. Они содержат поплавок с магнитом, которые скользят по металлическому стержню. Принцип работы заключается в изменении продолжительности прохождения через стержень ультразвукового импульса. Отсутствие электрических контактов существенно повышает четкость срабатывания при достижении границы раздела сред заданного положения.

Емкостные датчики

Бесконтактное устройство реагирует на разницу между диэлектрической проницаемостью разных материаллов. Датчик уровня воды в резервуаре устанавливается снаружи боковой стенки емкости. В этом месте должна быть вставка из стекла или фторопласта, чтобы через нее можно было различить границу раздела сред. Расстояние, на котором чувствительный элемент улавливает изменение контролируемой среды, составляет 25 мм.

Герметичное исполнение емкостного датчика дает возможность помещать его в контролируемую среду, например, в трубопровод или в крышку резервуара. При этом он может находиться под давлением. Таким образом поддерживается наличие жидкости в закрытом реакторе при осуществлении технологического процесса.

Электродные датчики

Датчик уровня воды с помещенными в жидкость электродами реагирует на изменение электропроводности между ними. Для этого их крепят зажимами и размещают на предельно верхнем и нижнем уровнях. С более длинным в паре устанавливают еще один проводник, но обычно вместо него используют металлический корпус резервуара.

Схема датчика уровня воды соединяется с системой управления электродвигателем насоса. При полном баке все электроды погружены в жидкость и между ними протекает ток управления, который является сигналом на отключение двигателя водяного насоса. Вода также не поступает, еслти она не касается оголенного верхнего проводника. Сигналом включения насоса является снижение уровня ниже длинного электрода.

Проблемой всех датчиков является окисление контактов, находящихся в воде. Чтобы уменьшить его влияние, применяют нержавеющую сталь или графитовые стержни.

Датчик уровня воды своими руками

Простота устройства дает возможность изготовить его самостоятельно. Для этого нужен поплавок, рычаг и клапан. Вся конструкция размещается в верхней части бака. Поплавок с рычагом соединяется со штоком, перемещающим поршень.

При достижении водой верхнего предельного уровня поплавок перемещает рычаг, который воздействует на поршень и закрывает подачу через нижнюю трубу.

По мере расхода воды поплавок опускается, после чего поршень снова открывает отверстие, через которое можно опять наполнять резервуар.

При правильном выборе и изготовлении датчик уровня воды, своими руками собранный, надежно работает в домашнем хозяйстве.

Заключение

Датчик уровня воды незаменим в частном секторе. С ним не теряется время при контроле за наполнением бака на огороде, уровнем в колодце, скважине или септике. Простое устройство без помощи хозяина вовремя запустит или отключит водяной насос. Только не стоит забывать о его профилактике.

Схема сборки своими руками датчика-измерителя уровня воды в емкостях, баках и резервуарах

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

Принцип работы гидростатических уровнемеров

Метод основан на измерении гидростатического давления, оказываемого жидкостью. На основании закона о пропорциональности между высотой столба жидкости и гидростатическим давлением: величина гидростатического давления Рг зависит от высоты столба жидкости h над измерительным прибором и от плотности этой жидкости Δ.

По способу монтажа разделяют фланцевые, врезные и погружные устройства.

• Врезные и фланцевые гидростатические уровнемеры: Манометром или датчиком давления, которые подключаются к резервуару на высоте, равной нижнему предельному значению уровня.
• Дифференциальным манометром, который подключается к резервуару на высоте, равной нижнему предельному значению уровня, и к газовому пространству над жидкостью.

Устройства с измерительной ячейкой, погружаемой в жидкость.

Врезные и фланцевые гидростатические уровнемеры

Рис. 1. Измерение уровня в резервуаре при помощи датчика избыточного давления

На рис. 1 приведена схема измерения уровня датчиком избыточного давления (манометром). Для этих целей может применяться датчик любого типа с соответствующими пределами измерений. При измерении уровня гидростатическим способом погрешности измерения определяются классом точности измерительного прибора, изменениями плотности жидкости и колебаниями атмосферного давления.

Если резервуар находится под избыточным давлением, то к гидростатическому давлению жидкости добавляется избыточное давление над ее поверхностью, которое данной измерительной схемой не учитывается. Поэтому такая схема измерения для таких случаев не подходит. В связи с этим, более универсальными являются схемы измерения уровня с использованием дифференциальных датчиков давления (дифманометров). С помощью дифференциальных датчиков давления можно также измерять уровень жидкости в открытых резервуарах, контролировать границу раздела жидкостей.

Рис. 2. Измерение уровня в открытом резервуаре при помощи датчика дифференциального давления

Схема измерения уровня жидкости в открытом резервуаре, находящемся под атмосферным давлением, представлена на рис. 2. Плюсовая камера дифманометра ДД через импульсную трубку соединена с резервуаром в его нижней точке, минусовая камера сообщается с атмосферой. В такой схеме устраняется погрешность, связанная с колебаниями атмосферного давления, т.к. результирующий перепад давления на дифманометре равен:

ΔР = (Рг + Ратм) – Ратм = Рг.

Такая измерительная схема может использоваться тогда, когда дифманометр расположен на одном уровне с нижней плоскостью резервуара. Если это условие соблюсти невозможно и дифманометр располагается ниже на высоту h1, то используют уравнительные сосуды (УС).

Схемы измерения уровня с уравнительными сосудами для резервуаров под атмосферным давлением представлены на рис. 3. Уравнительный сосуд используется для компенсации статического давления, создаваемого столбом жидкости h1 в импульсной трубке.

Рис. 3. Измерение уровня в открытом резервуаре при помощи датчика дифференциального давления с использованием уравнительного сосуда: а – с нижним расположением уравнительного сосуда; б – с верхним расположением уравнительного сосуда

Для измерения уровня в резервуарах, находящихся под избыточным давлением Ризб, применяют измерительную схему, изображенную на рис. 4. Избыточное давление Ризб поступает в обе импульсные трубки дифманометра, поэтому измеряемый перепад давления ΔР можно представить в виде:

ΔР = ΔgHmax – Δgh, где: Δ — плотность жидкости, g = 9,81 м/с2 – ускорение свободного падения.

При h = 0, ΔР = ΔРmax, а при h = Hmax , ΔР = 0.

То есть из уравнения следует, что шкала измерительного прибора уровнемера будет обращенной.

Рис. 4. Измерение уровня в закрытом резервуаре при помощи датчика дифференциального давления с использованием уравнительного сосуда

Более современным аналогом дифманометров являются датчики гидростатического давления. Как и у дифманометров, у них имеются две измерительные камеры. Одна из камер выполнена в виде открытой мембраны, а вторая — в виде штуцера. Такие датчики всегда можно установить непосредственно у дна резервуара, поэтому отсутствует необходимость в импульсных трубках, а значит, и в необходимости компенсации высоты импульсной трубки.

Наиболее распространенные измерительные схемы с использованием гидростатического датчика давления представлены на рис.5. Схема в) используется для процессов, в которых неизбежно образование обильного конденсата и его накопление в трубе, соединяющей датчик с объемом над жидкостью.

Рис. 5. Измерение уровня в резервуарах при помощи датчика гидростатического давления: а – для открытых резервуаров; б – для закрытых резервуаров без уравнительного сосуда; в – для закрытых резервуаров с уравнительным сосудом

Погружные гидростатические уровнемеры

Погружные гидростатические уровнемеры имеют в своем составе измерительный элемент, расположенный на кабеле и погружаемый в жидкость. В отличие от врезных и фланцевых датчиков уровня, данные устройства не требуют доступ в нижней части емкости, что позволяет применять их в скважинах и колодцах.

Где используются гидростатические уровнемеры

Гидростатические датчики контроля уровня имеют простую конструкцию, отличаются невысокой стоимостью и надежностью работы. Широкий модельный ряд позволяет использовать их в любых отраслях, связанных с жидкими средами и в которых необходимы следующие работы:

• Контроль уровня жидкости в любых открытых/закрытых резервуарах.
• Мониторинг запасов подземных вод.
• Вычисление гидрогеодинамической обстановки.
• Расчет расходов сточных вод в стандартных водосливах.
• Контроль уровня различных водоемов/бассейнов, озер, рек.
• Контроль в пищевой промышленности (молоко, вода и т.д.).
• Прогнозирование чрезвычайных ситуаций, вызываемых гидрологическими явлениями (расчет морского волнения и т.п.).

Выбираем подходящую модель

Подведем итоги — гидростатические уровнемеры врезного и фланцевого типа подходят только в условиях возможности непосредственного контакта устройств с нижней частью емкости или резервуара. Погружные гидростатические датчики уровня позволяют решать задачи контроля жидких сред в труднодоступных местах. Также, в их конструкцию возможно внесение дополнительных опций (например, установка датчика температуры, датчика измерения плотности, адаптера сточных вод и т.д.).

Варианты исполнений гидростатических датчиков уровня также разделяются по типу измеряемых сред. Материалы и конструкция различаются для неагрессивных и агрессивных сред, пульпообразных веществ, густых и абразивных жидкостей.

По вопросам приобретения и подбора гидростатических уровнемеров Вам достаточно позвонить по телефону +7 (4812)209-311 или написать по электронной почте

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.

Широкий выбор датчиков уровня жидкостей предлагает — не только российский производитель, но также эксклюзивный представитель известных мировых брендов контрольно-измерительных приборов и аппаратуры, основным из которых является американская компании Dwyer Instruments. В представительном каталоге датчиков уровня жидкости, расположенном по ссылке dwyer.ru/catalog/datchiki-urovnya, можно легко найти датчик любого типа и уровня сложности в наличии или под заказ. Это гидростатические, емкостные, поплавковые, вибрационные, герконовые и ультразвуковые датчики, а также направленный волновой радар. Офисы компании расположены в Москве, С.Петербурге, Екатеринбурге, Казани, Риге, Алматы. Контактные телефоны можно найти на сайте https://dwyer.ru.

Преимущества гидростатических уровнемеров:

• Возможность обследование труднодоступных мест: труб, скважин и т.д.
• Большой диапазон измерения.
• При дополнительной комплектации датчиками возможна непрерывная регистрация нескольких параметров водной среды (температуры, плотности и т.д.).
• Отсутствие необходимости сложного технического обслуживания.
• Относительно высокая точность и средний ценовой сегмент.

Погрешность гидростатических уровнемеров в основном зависит от параметров измеряемой среды: ее плотности, атмосферного давления в емкости и т.д.

Сигнализаторы / датчики уровня

Сигнализатор уровня ТИТАН-135С высокочастотный предназначен для лимитного контроля уровня жидких и вязких веществ.

Предназначен для бесконтактного порогового контроля и сигнализации уровня нефтепродуктов, воды, стоков, суспензий, клеев, смол в различных закрытых и открытых резервуарах, колодцах, открытых каналах и желобах с высотой уровня от 0,1 м до 20 м.

Сигнализатор уровня ТИТАН-127С предназначен для контроля и сигнализации уровня или наличия различных электропроводящих и непроводящих жидкостей и сыпучих сред в резервуарах, башнях, бассейнах, трубах и т.п.

Сигнализатор уровня ёмкостный миниатюрный предназначен для порогового контроля и сигнализации уровня или наличия различных электропроводящих и непроводящих жидкостей в резервуарах, бассейнах, трубах, и т.п.

Предназначен для контроля и сигнализации предельного уровня различных сыпучих гранулятов в металлических и пластмассовых бункерах.

Сигнализатор уровня ёмкостный ТИТАН-124С предназначен для детектирования движения твердых предметов, контроля уровня жидких и сыпучих веществ в ёмкостях, трубах, а также для сигнализации утечки жидкости в улавливающих поддонах или непосредственно на полу.

Предназначен для надёжного непрерывного контроля расхода жидких сред и контроля их температуры.

Предназначен для контроля и сигнализации уровня различных жидкостей в емкостях со стенками из диэлектрических материалов.

Сигнализатор уровня ёмкостный Kotron представляет собой взрывозащищенный прибор, предназначенный для сигнализации предельных уровней и границ раздела жидких сред с постоянным составом, в различных условиях эксплуатации. Длина зонда до 45 метров.

Сигнализаторы уровня — бюджетные поплавковые реле для простых и сложных технологических процессов, в частности при наличием пенообразования или переменного уровня, или жидких смесей.

Сигнализаторы Thermatel TG1/TG2 представляют собой двухпроводные, искробезопасные сигнализаторы расхода, уровня и границы раздела сред, как газообразных, так и жидких.

Сигнализаторы предназначены для обнаружения определенного расхода (газа или жидкости), уровня или границы раздела жидкостей.

Сигнализаторы уровня ультразвуковые Echotel 961 / 962 предназначены для контроля и сигнализации предельного уровня жидкости в резервуаре и управления работой насосами.

Компактные интегральные сигнализаторы уровня с ультразвуковым способ контроля высокого или низкого уровня жидкости в широком диапазоне вязкости.

Echotel 910 — это сигнализатор предельного уровня с преобразователем в виде зонда с ультразвуковым чувствительным элементом.

Датчик уровня воды — измерение и контроль уровня воды в емкостях

Применение датчиков уровня воды, на самом деле, гораздо шире, чем кажется на первый взгляд. Они используются для измерения уровня воды в ёмкостях различного типа и назначения. Различают:

Вода используется повсеместно, как в быту, так и на производстве. И везде возникает необходимость контролировать ее уровень, поскольку перелив или опустошение емкости может привести к серьезным негативным последствиям.

Измерять уровень можно либо постоянно с помощью уровнемеров и индикаторов уровня, либо точечно, используя сигнализаторы предельного уровня.

Как выбрать прибор для контроля уровня воды?

Датчики уровня воды применяются для измерения ее количества в условном баке. В нашем каталоге более 30 видов датчиков контроля уровня воды. Готовы проконсультировать, так как важно не ошибиться в выборе.

Основным критерием подбора являются условия эксплуатации. Также следует учитывать, какие именно данные необходимо контролировать (достижение водой конкретной точки, непрерывное измерение уровня и пр.), размер и предназначение емкости, возможности монтажа датчика и т.п.

Сигнализаторы предельного уровня воды

Когда возникает либо исчезает контакт со средой, данные устройства сигнализируют о достижении предельного уровня. Сигнализаторы используются для предотвращения перелива ёмкости/сухого хода насоса, поддержания заданного уровня воды в установленных пределах, а также в качестве предупредительной сигнализации.

Уровнемеры для непрерывного измерения уровня воды

Эти приборы непрерывно показывают степень заполнения ёмкости. Уровнемеры могут использоваться для:

• мониторинга количества воды в различных резервуарах,
• дозирования,
• управления технологическими процессами.

Большинство уровнемеров (за исключением микроволновых, акустических и радарных) используют для измерения зонд, погружённый в жидкость. Именно здесь начинаются различия принципов действия. В нашем каталоге представлены уровнемеры paзличнoгo назначения. Выбор нужного зависит от многих факторов, таких как: тип емкости, условия и место эксплуатации и т.д.

Индикаторы уровня воды

Индикаторы уровня воды применяются исключительно для мониторинга уровня водяного столба. В них нет элементов, преобразующих механическое воздействие (повышение/понижение уровня воды) в электрический импульс. Поэтому управлять изменением уровня с помощью индикаторов можно лишь наблюдая за шкалой на них.

Вода необходима практически в любом технологическом процессе. В любой промышленности она используется для разных целей, будь то:

• закалка,
• токарная и фрезерная обработка (здесь вода используется в составе СОЖ),
• на атомных электростанциях (в качестве рабочего тела),
• для производства пищи,
• орошение полей и т.д.

Перечислять области применения можно бесконечно. A где необходимо использование воды, там требуется и её хранение. Соответственно, нужно знать её количество, которое на данный момент подготовлено для использования. Во многих технологических процессах не обойтись без постоянного контроля уровня. В решении таких задач могут помочь сигнализаторы уровня, уровнемеры и индикаторы.

Контроль уровня воды в баке

Существует большое количество типов баков, отличающихся областью применения, и при этом пригодных для хранения воды.

• В частных домах они применяются для хранения питьевой воды и воды для общих нужд;
• На участках с огородами, садами, а также в сельскохозяйственной промышленности устанавливаются для водоснабжения оросительных систем;
• В промышленности баки применяются для:
  • отопительных систем (котлы),
  • транспортировки воды (автоцистерны),
  • хранения,
  • фильтрации,
  • водоподготовки,
  • водоснабжения различных технологических процессов.

  Очень важно, чтобы эти ёмкости не пустовали и не переливались. Чтобы не допускать таких моментов, которые могут привести к аварийным ситуациям, устанавливают в баках сигнализаторы предельного уровня.

  Датчик нужно выбирать исходя из задачи и типа бака. Так, для одного и того же бака вы можете купить датчик уровня воды магнитного, поплавкового, кондуктивного, емкостного, оптического, вибрационного, ультразвукового или гидростатического принципа действия. Но для каждого процесса выбирается свой тип датчика. Подробнее o выборе датчика уровня воды для баков читайте в нашей статье: «Датчик уровня воды в баке».

  Контроль уровня воды в бассейне

  В бассейне датчик уровня воды, установленный для постоянного контроля количества воды, управляет насосами посредством преобразователя частоты, чтобы удерживать уровень в заданных пределах.

  Для этого устанавливают систему «сообщающихся сосудов», где основным является бассейн, а показательным – ёмкость, соединённая с ним трубками. В эту ёмкость датчик уровня воды может быть установлен только определённого типа.

  В данном случае подойдут уровнемеры, измеряющие уровень воды с помощью зонда (потенциометрические, ёмкостные, магнитострикционные и т.п.).

  Что касается измерения и контроля уровня воды датчиками в бассейнах и ёмкостях открытого типа узнайте, перейдя по ссылке: «Датчики уровня воды для бассейнов, баков и других открытых резервуаров».

  Измерение уровня воды в скважине и колодце

  Для владельцев частных домов и дач очень важно знать количество оставшейся воды в скважинах, колодцах, котлах системы отопления. Это необходимо, чтобы не остаться без воды в самый неподходящий момент. Для этого мы предлагаем установить в этих емкостях для измерения предельного уровня воды датчики, оповещающие о заполнении или опустошении.

  Контроль уровня воды в скважине

  Уровень воды в скважине очень важно отслеживать и контролировать с целью продления срока службы погружного насоса. Для того чтобы знать моменты наполнения и опустошения скважины и предотвратить сухой ход насоса, вы можете купить датчики уровня воды.

  Но из-за малого пространства для установки и работы сигнализаторов следует выбрать либо погружные гидростатические датчики уровня, либо кондуктивные сигнализаторы. Подробнее об измерении уровня читайте в статье: «Датчики динамического уровня воды в скважине».

  Контроль уровня воды в колодце

  Использование колодца в качестве источника водоснабжения также требует доставки воды до дома либо до промежуточного резервуара с целью ее дальнейшего хранения, что требует установки погружного насоса. А, соответственно, возникают те же проблемы, что и в скважине (сухой ход насоса и перелив).

  Существует множество решений, где в колодце датчики уровня воды управляют насосами. С одним из самых дешёвых способов вы можете ознакомиться в статье: «Применение датчиков уровня воды в колодцах».

  Контроль уровня сточных вод

  Владельцам частных домов очень важно знать, когда заполнится выгребная яма, для того чтобы заказать соответствующие услуги по её опустошению. Так как в решении данной задачи нам не требуется знать точное количество сточных вод, то можно установить один поплавковый кабельный сигнализатор уровня на заполнение. Чтобы получать корректные данные об уровне сточных вод в колодце, сигнализатор должен быть выбран из материала, исключающего налипания.

  Контроль уровня воды в отопительном котле

  Если вы используете внутреннюю систему отопления, очень важно не остаться без горячей воды. Установки индикатора уровня воды будет более чем достаточно. Важным моментом, на который нужно обратить внимание, будут технические характеристики датчика по температуре.

  Таким образом, после установки системы контроля за уровнем воды вы не останетесь без тепла и водоснабжения в самый неподходящий момент.

  Подытожим: если вам не важна высокая точность при измерении количества воды, тогда большую часть задач могут решить сигнализаторы уровня.

  Контроль уровня воды в промышленных резервуарах

  Теперь рассмотрим применение датчиков уровня воды в промышленных резервуарах. Сделаем это на примере водоочистной станции.

  Для мониторинга и управления количеством воды на очистных станциях устанавливают специальные системы контроля и сигнализации, состоящие из: датчиков уровня воды в резервуарах, расходомеров, реле уровня, контроллеров управления, преобразователя частоты и, наконец, насосов. Все эти системы позволяют не допустить аварий на производстве фильтрованной воды, а также управлять системами розлива и передачи воды к потребителю.

  Прежде чем купить датчики уровня воды в резервуаре, нужно определиться с целями его применения. Выбор датчиков уровня воды в резервуаре обуславливается исходя из производственной необходимости и параметров технологических процессов.

  Для правильного выбора датчика уровня необходимо знать технологические параметры: проводимость среды, глубину/размер ёмкости, её местоположение и т.п. Для разных целей могут быть применены одни и те же уровнемеры, индикаторы и сигнализаторы уровня, а для некоторых, только специальные датчики. Для консультации по выбору нужных вам датчиков обращайтесь в нашу службу поддержки.

  Решаем Ваши задачи по контролю и измерению уровня воды!

  

  Мы поможем Вам выбрать оптимальное решение под Ваш бюджет.
  Если Вы уже определились с типом датчика,
  присоединяйтесь к нашим постоянным клиентам!

  Схема сборки своими руками датчика-измерителя уровня воды в емкостях, баках и резервуарах

  Для сборки измерителя уровня воды я стоял перед выбором метода измерения – контактный или бесконтактный. К контактным относятся резистивный, конденсаторный и индуктивный методы, из бесконтактных способов наибольшее распространение получили визуальный, радарный и ультразвуковой. Чтобы не повлиять на качество воды в емкости мы прибегнем к одному из бесконтактных методов измерения уровня жидкости.

  

  Все бесконтактные методы основаны на одном принципе: сигнал уходит, проходит определенное время, сигнал возвращается. Визуальный метод использует оптический сигнал, он достаточно точный, но если датчик загрязнится, то он вообще перестанет работать.

  При использовании радарного метода измерения уровня используются высокочастотные радиоволновые сигналы, из-за этого метод не подходит для использования в домашних условиях. Ультразвуковой метод аналогичен радарному, только вместо радиоволн используются ультразвуковые волны. Этот способ подходит нам как нельзя лучше, из-за того, что ультразвуковые сенсоры легко найти и они недороги.

  Измеритель уровня жидкости я сделал на базе микроконтроллера Arduino Mega2560 (можно взять любой контроллер Arduino).

  За любые повреждения, полученные в процессе сборки автор статьи ответственности не несет.

  Шаг 1: Материалы

  

  Материалы для датчика уровня воды в резервуаре:

  • Arduino (Uno, Mega 2560,…)
  • ультразвуковой датчик измерения расстояния HC SR04
  • провода для подключения датчика к контроллеру
  • оргстекло для корпуса (опционально)

  Шаг 2: Немного теории

  Для начала я расскажу вам немного об ультразвуковом способе измерения уровня жидкости. Смысл все бесконтактных приборов измерения уровней заключается измерении расстояния между трансивером и поверхностью жидкости. Трансивер посылает короткий ультразвуковой импульс и измеряется время, за которое сигнал идет до поверхности жидкости и обратно до трансивера. Из-за того, что плотность жидкости выше, чем плотность воды, ее поверхность отразит ультразвуковой импульс.

  У ультразвукового метода измерения есть свои минусы:

  1. Из-за длины импульса остается маленькое окно для приема отраженного сигнала, потому что трансивер продолжает испускать сигнал. Проблема решается достаточно просто: сенсор размещается на несколько сантиметров выше максимального уровня жидкости, позволяя приемнику начать прием сигнала.
  2. Из-за ширины луча имеются ограничения в диаметре используемой емкости. Если диаметр будет слишком мал, отраженный от поверхности жидкости сигнал будет отражаться и от стенок емкости, тогда данные могут быть ложными.
  3. Прежде чем установить счетчик в бак на постоянное место, его протестировали на эти два момента. Стабильные данные получены на расстоянии минимум 5 см от сенсора. Это значит, что сенсор нужно установить не ниже 5 см над уровнем жидкости. Также не было отраженных от стен бака сигналов при диаметре сосуда 7,5 см (высота 0,5 м). Эти результаты были учтены при установке сенсора в бак.

  Шаг 3: Водяной бак

  

  Вода в систему полива будет поступать самотеком. Поэтому бак должен быть установлен выше уровня пола. Бак сделан из метровой канализационной трубы диаметром 16 см. Труба разделена на две секции. В нижней секции располагаются клапана, верхняя будет собственно резервуаром с водой. В качестве крышки резервуара используется заглушка. К заглушке крепится ультразвуковой датчик измерения расстояния. Для устойчивости бак установлен в деревянный короб, в котором установлена электроника и аккумулятор.

  Высоту столба жидкости кодируем в процентах, точкой отсчета будут показания счетчика от 6 см (100%), и до 56 см (0%), 6 см – удаление от поверхности воды.

  Бак сделан из трубы для простоты вычислений объема (цилиндиреская форма без изменений диаметра).

  Шаг 4: Схема соединения ультразвукового датчика и контроллера

  

  Сначала припаиваем к ультразвуковому датчику провода (витая пара, без экранирующего покрытия или фольгированная). Потом помещаем датчик в самодельный корпус из оргстекла. Корпус герметизируем и крепим на крышку бака. Корпус сделан по ходу дела и не является обязательной деталью, поэтому его нет на фото и нет инструкций по изготовлению, так что импровизируйте, если решили сделать его.

  Следуя приложенной схеме, подключите датчик к контроллеру.

  Шаг 5: Программа

  

  Программа по измерению расстояния конвертирована в программу по определению уровня воды.

  Сначала посылается сигнал, затем он возвращается, измеряется время между передачей и приемом сигнала, а полученные данные преобразуются в сантиметры. Сантиметры, в свою очередь, преобразуются в проценты и через последовательное соединение эти данные передаются на компьютер. Также можно подсчитать оставшийся в резервуаре объем воды.

  Шаг 6: Проверка

  

  Так как потом этот водяной бак будет использоваться в автоматической системе полива с двухступенчатым регулятором, необходимо измерить показатели потока. Выходной поток из бака зависит от гидростатического давления внутри него.

  Любой человек, знакомый с основами гидродинамики, знает, что гидростатическое давление уменьшается при снижении уровня воды. Чтобы полив растений осуществлялся одинаковым объемом воды, нужно иметь возможность контролировать время, в течение которого клапан остается открытым. Зная показатели потока, можно подсчитать, какой объем воды может вытечь из бака за определённое время, и таким образом определить время, в течение которого клапан должен быть открытым.

  Чтобы проверить точность работы нашего измерителя уровня воды наполните резервуар водой до максимального уровня. Затем откройте клапан, чтобы вся вода вытекла. Бак опустел до 2% из-за того, что конструкция сделана таким образом, чтобы предотвратить вытекание остатков. На картинке приложена диаграмма ступенчатой функции, по этой диаграмме мы можем приблизительно оценить на каком уровне воды происходит изменение (с помощью Excel, Matlab или другой вычислительной программы).

  Датчик уровня воды, собранный своими руками работает в соответствии с ожиданиями.

  Шаг 7: Применение в проектах

  

  Собранный измеритель уровня воды с ультразвуковым датчиком является образцом. Если мы хотим применять измеритель в проектах, как самодельных, так и полупромышленных, нужно провести испытания на износостойкость и водостойкость. После проведения испытания будет ясно, подходит ли измеритель для использования в каких-либо проектах. Прямо сейчас я могу лишь сказать, что датчик работает нормально то время, которое прошло после сборки.

  Из-за того, что метод измерения уровня воды бесконтактный, вода не загрязняется. Сам датчик вышел совсем недорогим по себестоимости, а это значит, что его можно использовать в самодельных проектах.

  Рассказываю как сделать какую-либо вещь с пошаговыми фото и видео инструкциями.

  голоса

  Рейтинг статьи