Какими бывают датчики уровня воды в баке и как их выбрать?

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ И ОСОБЕННОСТИ ВЫБОРА

Сфера применения распространяется на воду и водные растворы, нефтепродукты и смазочные материалы, пищевые напитки и стоки. При достаточной защищенности корпуса или бесконтактном замере такие датчики отслеживают уровень щелочей, кислот и вязких сред, включая агрессивные. Один и тот же тип датчика при этом может использоваться для разных целей.

В частности, при работе с водой и любыми невязкими жидкостями отличные результаты обеспечивают ультразвуковые, поплавковые, вибрационные, оптические, емкостные и гидростатические сигнализаторы и уровнемеры.

При работе с растворами кислот предпочтение отдается емкостным, вибрационным и герконовым датчикам. Для контроля пенных или липких сред лучше всего подходят емкостные радиочастотные приборы. При высокой вязкости рабочей среды помимо них стоит использовать вибрационные или ультразвуковые бесконтактные разновидности.

При подборе конкретного прибора последовательно учитывается:

• состав и физико-химические параметры рабочей жидкости;
• объем, форма и материал стенок резервуаров (некоторые датчики требуют врезки в стенки, что не всегда допустимо);
• потребность в постоянном мониторинге или допустимость использования сигналов о достижении предельных значений;
• коммутационные и интеграционные возможности приборов, требования к монтажу и обслуживанию.

При выборе датчиков для бытовых целей предпочтение отдается энергонезависимым, неприхотливым, надежным и долговечным устройствам. Большинство частных задач (отслеживание уровня воды насоса, колодца, бассейна) решает поплавковый кабельный датчик.

При необходимости постоянного контроля уровня воды в скважине устанавливаются гидростатические уровнемеры или сигнализаторы. Остальные разновидности использовать для этих целей нецелесообразно.

  *  *  *

2014-2021 г.г. Все права защищены.Материалы сайта имеют ознакомительный характер, могут выражать мнение автора и не подлежат использованию в качестве руководящих и нормативных документов.

Выбираем датчик уровня воды в резервуаре и емкости

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.

Рис. 2. Поплавковый датчик для управления насосом

Конструкция состоит из поплавка с магнитом и двух герконов, установленных в контрольных точках. Кратко опишем принцип действия:

• Емкость опустошается до критического минимума (А на рис. 2), при этом поплавок опускается до уровня, где расположен геркон 2, он включает реле, подающее питание на насос, закачивающий воду из скважины.
• Вода доходит до максимальной отметки, поплавок поднимается до места расположения геркона 1, он срабатывает и реле отключается, соответственно, двигатель насоса прекращает работать.

Такой герконовый сигнализатор сделать самостоятельно довольно просто, а его настройка сводится к установке уровней включения-выключения.

Заметим, что если правильно выбрать материал для поплавка, датчик уровня воды будет работать, даже при наличии слоя пены в резервуаре.

Ультразвуковой

Этот тип измерителей может использоваться как для жидкой, так и сухой среды, при этом у него может быть аналоговый или дискретный выход. То есть, датчик может ограничивать заполнение по достижению определенной точки или отслеживать его постоянно. Устройство включает в себя ультразвуковой излучатель, приемник и контроллер обработки сигнала. Принцип работы сигнализатора продемонстрирован на рисунке 3.

Рис. 3. Принцип работы ультразвукового датчика уровня

Работает система следующим образом:

• излучается ультразвуковой импульс;
• принимается отраженный сигнал;
• анализируется длительность затухания сигнала. Если бак полный, она будет короткой (А рис. 3), а по мере опустошения начнет увеличиваться (В рис. 3).

Ультразвуковой сигнализатор бесконтактный и беспроводной, поэтому он может использоваться даже в агрессивных и взрывоопасных средах. После первичной настройки, такой датчик не требует никакого специализированного обслуживания, а отсутствие подвижных частей существенно продлевает срок эксплуатации.

Электродный

Электродные (кондуктометрические) сигнализаторы позволяют контролировать один или несколько уровней электропроводящей среды (то есть, для измерения наполнения бака дистиллированной водой они не подходят). Пример использования устройства приведен на рисунке 4.

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.

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

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.

Список деталей

• Транзистор можно применить любой из этих: КТ815А или Б. TIP29A. TIP61A. BD139. BD167. BD815.
• ГК1 – геркон нижнего уровня.
• ГК2 – геркон верхнего уровня.
• ГК3 – геркон аварийного уровня.
• D1 – любой красный светодиод.
• R1 – резистор 3Ком 0.25 ватт.
• R2 – резистор 300 Ом 0.125 ватт.
• К1 – любое реле на 12 вольт с двумя парами нормально разомкнутыми контактами.
• К2 – любое реле на 12 вольт с одной парой нормально разомкнутых контактов.
• В качестве источников сигнала для пополнения воды в ёмкость, я применил поплавковые герконовые контакты. На схеме обозначаются ГК1, ГК2 и ГК3. Китайского производства, но очень приличного качества. Ни одного плохого слова сказать не могу. В ёмкости, где они стоят, у меня происходит обработка воды озоном и за годы работы на них ни малейшего повреждения. Озон является крайне агрессивным химическим элементом и многие пластики он растворяет совершенно без остатка.

Теперь рассмотрим работу схемы в автоматическом режиме.При подаче питания на схему, срабатывает поплавок нижнего уровня ГК1 и через его контакт и резисторы R1и R2 подаётся питание на базу транзистора. Транзистор открывается и тем самым подаёт питание на катушку реле К1. Реле включается и своим контактом К1.1 блокирует ГК1 (нижний уровень), а контактом К1.2 подаёт питание на катушку реле К2, которое является исполнительным и включает своим контактом К2.1 исполнительный механизм. Исполнительным механизмом может быть насос для воды или электрический клапан, которые подают воду в ёмкость.Вода пополняется и когда превысит нижний уровень, выключится ГК1, тем самым подготавливая следующий цикл работы. Достигнув верхнего уровня, вода поднимет поплавок и включит ГК2 (верхний уровень) тем самым замыкая цепочку через R1, К1.1, ГК2. Питание на базу транзистора прервётся, и он закроется, выключив реле К1, которое своими контактами разомкнёт К1.1 и выключит реле К2. Реле, в свою очередь выключит исполнительный механизм. Схема подготовлена к новому циклу работы. ГК3 является поплавком аварийного уровня и служит страховкой, если вдруг не сработает поплавок верхнего уровня. Диод D1 является индикатором работы устройства в режиме наполнения воды.А теперь приступим к изготовлению этого очень полезного устройства.

Размещаем детали на плату.

Все детали размещаем на макетной плате, чтобы не делать печатную. При размещении деталей, нужно учитывать, чтобы паять как можно меньше перемычек. Нужно максимально использовать проводники самих элементов для монтажа.

Схема управления уровнем воды запаяна.

Схема готова к испытаниям.

Подключаем к аккумулятору и имитируем срабатывание поплавков.

Всё работает нормально. Смотрите видео об испытаниях в работе этой системы.

Выбрать и купить поплавковый клапан для емкости или бака

Используя современные решения и необходимое оборудование можно автоматизировать различные процессы дачной жизнедеятельности. Включение и выключение скважинного насоса для водоснабжения, энергосбережение, отопление – все это важные элементы загородной жизни.

Немаловажным фактором является и полив сада, а прогретая вода в резервуаре, это залог здоровья ваших растений. Для поддержания автоматического контроля уровня воды в баке понадобится поплавковый клапан для емкости а также несколько фитингов для его установки.

Рассмотрим различные виды этих устройств.

Прежде чем купить поплавковый клапан механического или электрического типа для бака подумайте о реализации ваших задач. Необходимо учесть с какой производительностью будет осуществляться забор воды из бака, а так же объём самой емкости для полива.

При этом ваш бак будет быстро наполнятся и прогреваться, а значит, время между циклами полива значительно сократится.

Такой клапан поплавковый для бака имеет влагозащищенный корпус и провод 3 или 6 метров. Его можно так же использовать для включения и выключения автоматики насоса по сухому ходу, установив поплавок в нижнюю точку уровня воды.

При этом вам не придется постоянно включать насос руками при срабатывании автоматики по сухому ходу. Такое решение весьма удобно, если вы редко бываете на участке, а вода в поселковом водопроводе бежит довольно медленно. Энергозависимость системы от постоянного источника питания, пожалуй, единственный минус.

Если таковое отсутствует необходимо рассмотреть поплавковый клапан 1” механического типа.

В баке по факту подвода трубы долива делается отверстие на 1” или 25 мм. В него вставляется сам клапан с обжимной гайкой и резиновой прокладкой. На выходе мы получим резьбовой патрубок для подключения трубы долива с помощью фитинга.

Делаем регулировку пластикового поплавка клапана на максимальную отметку уровня воды, ослабевая или зажимая гайку на подвижном рычаге поплавка.

Все, готово! Открываем магистральный вентиль для подачи воды в емкость, по мере ее наполнения поплавок займет верхнюю отрегулированную отметку уровня, а механизм клапана перекроет доступ воды в резервуар.

Таким образом, основной контроль уровня воды в резервуаре обеспечивает электрический поплавковый клапан для емкости, а вспомогательным является механический клапан поплавковый для бака. В случае сбоя работы электромагнитного клапана долива (засор мембраны, старость, нарушение герметичности и пр.

) механический клапан перекроет долив воды в бак по достижению ее максимальной отметки. Такой способ защитит емкость от перелива и возникновения непредвиденных последствий для ее владельца.

• Поплавковый клапан Aquatech механический 1″ для регулирования уровня наполнения для ёмкости.
• Поплавковый клапан Quickstop уровня наполнения для ёмкости.
• Поплавковый выключaтель уровня электрический (до 220 В) с 3-х жильным проводом для технической воды
• Оставить комментарийКлапан поплавковый для бака Farg металлический с латунным седлом 3/4″ – 1,1/4″ (без шара!)
• Оставить комментарийКлапан поплавковый для бака Farg металлический с седлом из нержавеющей стали AISI 430 3/4″ – 2″ (без шара)
• Клапан поплавковый для бака Farg металлический с седлом из нержавеющей стали 1/2″-1″ для горячей воды
• Оставить комментарийПоплавковый выключатель двухпозиционный с проводом 1- 5 метров для питьевой воды
• Оставить комментарийПоплавковый выключатель TAURUS с проводом 10-20 м для сточных бытовых и промышленных вод
• Оставить комментарийПредназначен для определения уровня заполнения ёмкости жидкостью.
• Электромагнитный соленойдный клапан для воды 24 V. Предназначен длядля перекрытия/открытия водяного потока.

Популярные модели

Современный рынок предлагает много моделей сигнализаторов. Самые популярные из них:

1. ДЕ-1 (датчик емкостный). Чаще всего этот сигнализатор используется в агрессивных средах химической и металлургической промышленности. Он позволяет контролировать температуру и уровень сыпучих и жидких веществ. Нередко используется в установках аварийной защиты.
2. ЭСУ-1 (электронный сигнализатор уровня). Корпус этой модели изготовлен из высококачественной стали и фторопласта. Чаще всего ЭСУ-1 устанавливают во взрывоопасных и агрессивных средах. Источник электропитания находится за пределами технологической среды. Датчик измеряет уровень нефти, спирта и воды. Блок питания выполнен из прочного алюминиевого сплава.
3. РУ-305 (реле уровня). Этот прибор предназначен для контроля состояния жидких сред. Его корпус выполнен из особого материала и может с легкостью выдерживать температуры от -50 до +50 градусов Цельсия. Однако РУ-305 запрещается применять в агрессивных химических средах. Из недостатков этого уровнемера потребители отмечают лишь то, что он работает только в одном положении, без наклона. Измерение уровня осуществляется посредством перемещения магнита с поплавком и срабатывания герконом. Измерения имеют точность не более 5 мм.
4. СУ-100 (сигнализатор уровня). Датчик для измерения уровня сыпучих и жидких веществ. В конструкции СУ-100 присутствует электромагнитное реле.
5. Rosemount 5600. Этот радарный датчик уровня позволяет бесконтактно измерять любую разновидность веществ. Чтобы добиться максимально точных показаний, уровнемер необходимо правильно установить. Точность показаний устройства может ухудшаться из-за воздействия электромагнитного излучения. Корпус обладает взрывозащитной конструкцией и дисплеем, на котором отображается вся необходимая информация. Rosemount 5600 может использоваться для измерения температурных показателей в резервуаре. Чтобы в полной мере оценить возможности этого оборудования, ему необходима квалифицированная настройка с учетом диаметра трубопровода, длины уровнемера и расстояния между уровнем и опорной точкой.

Сложные модели целесообразно приобретать лишь для промышленного применения. Для бытовых целей подходят простейшие варианты уровнемеров.

Устройство уровнемеров

Самые простые современные приборы этой группы представляют собой металлические конструкции, состоящие из:

• лебедки;
• каркаса;
• троса с маркировкой.

Лебедки в разных уровнемерах могут быть пластиковыми или стальными. Тросы приборов маркируются через метр. Размещаются уровнемеры на воде с помощью специальных зацепов ролика. Контакт прибора с трубой обеспечивается путем соединения с зажимом. Опускать прибор в шахту положено таким образом, чтобы его трос не контактировал с трубой.

При касании электродом воды на катушке скважинного уровнемера загорается световой индикатор и раздается звуковой сигнал.

Устройство и применение поплавкового датчика уровня воды

Поплавковые датчики уровня жидкости считаются самыми надёжными и дешёвыми устройствами для определения количества вещества в ёмкости. Благодаря простоте конструктивного решения, датчики поплавкового типа нашли широкое применение почти во всех областях промышленности. Незаменимыми помощниками они остаются и в бытовых условиях применения.

По расположению в резервуаре поплавковые выключатели можно разделить на вертикальные и горизонтальные.

Применение поплавковых датчиков с вертикальным расположением штока встречается намного чаще, нежели горизонтальных указателей. Внутри вертикального штока расположены герконы. Поплавок всегда располагается на поверхности жидкости, внутри его находится магнитный шарик. Приближаясь к геркону, поле магнита приводит к срабатыванию контактов, что и служит сигналом о наполнении ёмкости. Этот сигнал и приводит к срабатыванию контактов реле на насосе.

Если установка вертикального штока в резервуаре затруднена, то датчик крепят на стенке в горизонтальном положении.

Поплавковый выключатель для электрических насосов

Такое устройство призвано автоматизировать работу электрических насосов в различных системах водоснабжения и водоотведения. Принцип работы выключателя очень прост — включать или выключать электрический насос при достижении необходимого уровня жидкости.Выключатели бывают с двумя контактами или с тремя контактами. Двух контактный выключатель просто соединяет электрическую цепь, когда он находится в положении «выключен» или разъединяет её при положении – «включён».

Выключатели с тремя проводами являются универсальным устройством, где имеется один общий контакт, а переключение осуществляется между двумя другими. В одном положении электрическая цепь управления насосом соединяется одним проводом, а в другом – вторым. Поэтому такие выключатели могут срабатывать как при наполнении ёмкости, так и при её полном опустошении.

Пластиковый корпус выключателя может иметь различную форму (прямоугольную, круглую, овальную) и является водонепроницаемым и герметичным. Наличие воздуха внутри корпуса позволяет выключателю постоянно находиться в плавучем состоянии. Металлический шарик, который находится внутри корпуса, перекатываясь, коммутирует электрическую цепь реле насоса. Для качественного создания контакта при замыкании, в корпусе выключателя есть магниты. Благодаря им, шарик надёжно фиксируется в крайних положениях. Сила магнита рассчитана на прочное удержание шарика при уклоне до 70°.

Поплавковый клапан для водяных резервуаров

Поплавковый клапан обеспечивает контроль уровня воды в любом открытом баке. Работа его осуществляется без участия человека. Поэтому система, в которой используется такой клапан, является полностью автоматической.

Состоит поплавковый клапан из:

• Поплавка.
• Подвижной рычажной системы.
• Пропускного узла, в который входят входные и выходные патрубки.

Устанавливается клапан внутри определённой ёмкости, предназначенной для хранения и, при необходимости, для автономного снабжения водой, если отсутствует центральное водоснабжение.

Принцип работы клапана очень прост. Если уровень воды снизился, то поплавок опускается, открывая клапан и доступ к подаче воды. При полном заполнении — поплавок поднимается, закрывая клапан.

Как видно из статьи, во многих случаях устройство и обслуживание систем контроля, за уровнем жидкости в резервуаре, не представляет никаких сложностей. Поэтому настроить её несложно своими руками. А также имея хоть небольшие знания электрики, несложно подключить насос самостоятельно.

Электрические характеристики

Также важной составляющей является сила тока и напряжение требуемые для реле. Аналоговые выходы из реле уровня могут быть сигналами тока или напряжения

Также возможны импульсные или частотные.

• Максимальный ток-максимальная номинальная токовая нагрузка устройства.
• Максимальное переменное напряжение-максимальное номинальное напряжение переменного тока устройства.
• Максимальное постоянное напряжение Максимальное напряжение постоянного тока устройства.
• Транзисторно-транзисторная логика (ТТЛ) — ТТЛ драйвер заставляет переключатель контролироваться уровнем логического входа ТТЛ. Питание может подаваться через пару силовых клемм, а затем управлять работой переключателя с контрольной цепью 5 вольт.

Интерфейс связи

Есть два основных коммуникационных интерфейса:

• Серийный — биты данных передаются в последовательном (один за другим) пути по одной линии. Преимуществом последовательной связи является то, что данные могут быть отправлены на более дальнее расстояние, а кабельное соединение является более простым и использует меньшее количество проводов. Последовательные интерфейсы используют протоколы последовательной связи, такие как универсальные последовательные шины (USB), RS232, или RS485.
• Параллельный — Параллельное соединение означает, что количество битов данных отправляется одновременно. Больше информации может быть отправлено быстрее и надежнее, однако время обработки дольше. Параллельные интерфейсы используют протокол параллельной связи, например шина интерфейса общего назначения (GPIB).

Организация контроля на классическом паровом котле

Классическая конструкция парового котла предполагает использование трёх видов устройства контроля:

1. Регулирование уровня.
2. Контроль низкого уровня.
3. Контроль высокого уровня.

Регулирование уровня как такового видится необходимой функцией обеспечения корректного добавления требуемого объёма воды в бойлер в нужное время.

Низкий уровень воды сопровождается формированием аварийного сигнала низкого уровня. Для безопасной работы котла сигнализация нижнего уровня воды гарантирует, что сжигание топлива не будет продолжаться, когда уровень воды в котле падает до или ниже заданного предела.

Стандарты автоматических паровых котлов обычно требуют применения двух независимых аварийных сигналов низкого уровня с целью обеспечения безопасности работы. Максимально низкий сигнал двух аварийных сигналов «блокирует» горелку. Для возврата котла в рабочий режим требуется ручной сброс.

Контроль уровня воды котлов открытой и закрытой конструкции: 1 — зонд нижнего уровня; 2 — зонд верхнего уровня; 3 — уровень воды; 4 — контрольный зонд; 5 — изолятор

Аварийный сигнал высокого уровня – также результат срабатывания сигнализации в условиях, когда уровень воды котла превышает установленный верхний предел. Этим сигналом обычно информируется оператор котла относительно отключения подачи питательной воды.

Применение сигнализации верхнего уровня считается необязательным. Однако использование аварийных сигналов высокого уровня видится разумным, поскольку уменьшает вероятность переноса воды в систему распределения пара. Этот момент, в свою очередь, предотвращает риск гидравлических ударов в котле.

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.).

Кондуктометрические уровнемеры

Кондуктометрические (омические) уровнемеры используют главным образом для сигнализации и поддержания в заданных пределах уровня электропроводных жидкостей. Принцип их действия основан на замыкании электрической цепи источника питания через контролируемую среду, представляющую собой участок электрической цепи с определенным омическим сопротивлением. Прибор представляет собой электромагнитное реле, включаемое в цепь между электродом и контролируемым материалом. Схемы включения релейного сигнализатора уровня могут быть различны в зависимости от типа объекта и числа контролируемых уровней. На рис. 2, а показана схема включения прибора в токопроводящий объект. В этом случае для контроля одного уровня h можно использовать один электрод, одно реле и один провод. При контроле двух уровней h1 и h2 (рис. 2, б) их требуется уже по два.

Рис. 2. Омические сигнализаторы уровня: а – одного уровня; б – двух уровней; 1 – электрод; 2 – электромагнитное реле; 3 – источник питания

В качестве электродов применяют металлические стержни или трубы и угольные электроды (агрессивные жидкости). Основной недостаток всех электродных приборов – невозможность их применения в средах вязких, кристаллизующихся, образующих твердые осадки и налипающих на электроды преобразователей.

К самым распространенным моделям кондуктометрических уровнемеров относятся: РОС-301 регуляторы-сигнализаторы уровня кондуктометрические, СУ-300И сигнализаторы уровня кондуктометрические, САУ-М6 сигнализатор уровня жидкости.