Датчики и микроконтроллеры. часть 1. матчасть

Механические поплавковые датчики

Легкий поплавок, постоянно находящийся на поверхности жидкости в резервуаре, системой механических рычагов связан со средним выводом потенциометра, который является плечом моста сопротивлений. При минимальном количестве жидкости в емкости мост считается сбалансированным. Напряжение в его измерительной диагонали отсутствует.

По мере заполнения резервуара поплавок отслеживает положение уровня жидкости, перемещая через систему рычагов подвижный контакт потенциометра. Изменение сопротивления потенциометра приводит к нарушению сбалансированного состояния моста. Появившееся напряжение в его измерительной диагонали используется электронной схемой системы индикации. Ее аналоговые или цифровые показания соответствуют количеству жидкости в резервуаре в текущий момент времени.

Описание и принцип работы

Датчик уровня воды в баке и иных ёмкостях применяется в системах контроля, организуемых в целях автоматизации ряда производственных процессов. Когда контролируемая по уровню жидкая среда достигает определённой отметки, то такой датчик сигнализирует об этом, а система контроля реагирует на этот сигнал определённым образом. Уровнемеры применяются и в быту, например, в запорной арматуре для унитазов или в системах, отключающих насос скважины.

Конструктивные особенности датчиков характеризуются рядом общих параметров.

1. По функциональному признаку их разделяют на сигнализирующие устройства и уровнемеры. Сигнализаторы контролируют конкретную отметку заполнения ёмкости (наибольшую или наименьшую). Уровнемеры осуществляют непрерывный контроль уровня технологической среды.
2. Изделия эти многообразны, а в принцип их действия могут быть заложены гидростатические законы, свойства электропроводности, магнетизма, оптики, акустики и прочее. Одновременно это является и основным параметром, определяющим сферы их применения.
3. Метод измерения может быть контактным или бесконтактным.
4. Ключевые конструктивные особенности датчиков определяются качествами технологических сред, в которых они используются.

Поплавковый датчик своими руками

Сделать 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.

Как выбрать датчик протечки воды

Чтобы покупка оказалась максимально полезной, рекомендуем изучить критерии выбора, предложенные в статье ниже.

Датчики протечки воды могут иметь различное устройство и несколько различаться принципами работы. Всех их можно классифицировать по нескольким признакам:

1. Способ оповещения об аварии. Это включение звуковой и световой сигнализации, передача тревоги на смартфоны и планшеты владельцев, либо комбинированная сигнализация, включающая все перечисленные действия.
2. Конструктивно датчики выполняются в виде прибора, заключённого в пластиковый корпус, либо в виде ленты-детектора, подключенной к электронному блоку.
3. По области применения детекторы утечек бывают промышленными и бытовыми. Первые монтируются на магистральных трубопроводах, подающих воду в многоэтажные здания, на промышленных предприятиях. Бытовые датчики предназначаются для квартир и частных домов, так сказать, для индивидуального использования.
4. По типу соединения сенсорного датчика с электронным контроллером. Соединение обеспечивается одним из двух способов: по проводам, и без использования проводки.

Беспроводные устройства. Беспроводной датчик протечки воды обеспечивается питанием от автономных источников энергии: аккумуляторов или батарей. Он имеет встроенный передатчик и контроллер, фиксирующий колебания электромагнитного поля во внутренней цепи прибора. При протечке и замыкании контактов, сигнал об этом подается на встроенный транслятор. После обработки он отправляется в электронный блок управления в виде радиосигнала частотой в 400-500 мегагерц. Дальность действия устойчивой связи у беспроводных детекторов составляет до 100 метров. На практике это значение бывает несколько меньшим из-за препятствий в виде межкомнатных перегородок и мебели. Проводные датчики протечки воды менее удобны, с точки зрения монтажа. При их установке потребуется протягивать линии проводки, при этом заботясь о её маскировке, чтобы не портить интерьер помещения.
Проводные устройства. Сигнал тревоги от сенсора протечки к электронному контроллеру передаётся либо по проводному соединению, либо посредством радиосвязи. В первом случае провод является источником подачи электроэнергии, питающей датчик. При замыкании контактов в результате протечки воды, напряжение в питающей электрической цепи снижается, а сила тока, наоборот, растёт. Контроллер, соединенный с сенсором, воспринимает изменение параметров электричества, и отдает команду на принятие экстренных мер – перекрытие водопровода, включение оповещателя.
Количество кранов. Если говорить о количестве кранов для системы антипротечки, то для эффективной работы необходимо, как минимум, два шаровых крана с электромагнитными клапанами – один устанавливают на стояке с холодной водой, другой – с горячей водой сразу за входными вентилями

Защита проводных датчиков от неосторожного обращения. Провод, ведущий к датчику, может быть случайно оборван детьми, домашними питомцами или перегрызен мышами

Если контроллер не увидит в системе датчик, который больше не способен подавать сигнал, то протечка воды может быть замечена слишком поздно. Функция контроля обрыва цепи – важный элемент безопасности всей системы защиты от протечек воды.
Удобство. В целях удобства работы со всей системой контроллер может иметь ряд полезных функций: индикатор заряда, самоочистка кранов (предотвращает «закисание» металла), возможность на время отключить датчики (например, для уборки), доступные батарейки, индикация сработавших датчиков (для более быстрого обнаружения места протечки воды).

Видео от Дениса Рема «Замена датчика температуры ОЖ в автомобиле Audi A3»

Замена ДТОЖ не представляет собой трудоемкий процесс, однако сложности может вызвать место расположение элемента. Если вы готовы к самостоятельной замене, то просто придерживайтесь определенных шагов, указанных в инструкции. А если вы неуверенны в своих силах, это дело лучше доверить мастеру на СТО.

Преобразователь указателя температуры антифриза

Разумеется, чтобы точно знать, что ДТОЖ вышел из строя, необходимо определить его неисправность. Далее мы расскажем вам, как проверить датчик температуры охлаждающей жидкости.

Если элемент вышел из строя, об этом могут сказать следующие признаки:

• ухудшилась управляемость транспортного средства;
• при езде на холодном моторе, вы почувствуете неправильное качество выхлопа (вы сможете это услышать);
• на 100 километров пробега увеличивается расход бензина;
• ухудшение качества состава отработанных газов, если система мотора отказалась переходить в замкнутый режим.

Измерение сопротивления ДТОЖ Если же термостат нерабочий или он был неправильно подобран для конкретной модели транспортного средства, то ДТОЖ также покажет низкую рабочую температуру. С данным устройством может быть связано много проблем, неисправность термостата и проводка — это только часть из возможных поломок. По каким причинам может неправильно работать ДТОЖ:

• вышел из строя вход с ДТОЖ на блок управления мотором;
• в системе очень низкий уровень антифриза;
• вышли из строя вентиляторы охлаждения;
• двигатель начал функционировать на авто-запуске (блок управления не может «понять», почему двигатель долго работает и не прогревается);
• радиатор печки работает в усиленном режиме. Этот элемент системы будет сильно охлаждать жидкость, что способствует скачкам стрелки ДТОЖ на панели приборов авто. В результате этого блок управления примет информацию датчика за недействительную.

Общие принципы размещения датчиков протечки

Любой владелец помещения (жилого или офисного) знает, где проходят коммуникации водоснабжения или отопления. Потенциальных мест протечки не так много:

• запорные краны, смесители;
• соединительные муфты, тройники (особенно это касается пропиленовых труб, которые соединяются методом пайки);
• вводные патрубки и фланцы бачка унитаза, стиральной или посудомоечной машины, гибкие шланги кухонных смесителей;
• места подключения приборов учета (счетчиков воды);
• радиаторы отопления (могут протекать как по всей поверхности, так и в местах соединения с магистралью).

Разумеется, в идеале, датчики должны быть расположены именно под этими устройствами. Но тогда их может быть слишком много, даже для варианта самостоятельного изготовления.

На самом деле, достаточно 1–2 датчиков на потенциально опасное помещение. Если это ванная комната, или туалет — как правило, имеется порожек входной двери. В этом случае, вода набирается, как в поддон, слой может достигать 1–2 см, пока жидкость не прольется через порог. В этом случае, место установки не критично, главное, чтобы датчик не мешал передвигаться по комнате.

На кухне датчики устанавливаются на пол под раковиной, за стиральной или посудомоечной машиной. Если возникнет протечка, она сначала образует лужицу, в которой и сработает сигнализация.

В остальных помещениях прибор устанавливается под радиаторами отопления, поскольку через спальню или гостиную трубы водоснабжения не прокладываются.

Не лишним будет установка датчика в нишу, по которой проходят стояки трубопроводов и канализации.

Наиболее критичные точки прорыва воды

При равномерном рабочем давлении, риск протечки минимален. Тоже самое относится к смесителям и кранам, если вы открываете (закрываете) воду плавно. Слабое место системы трубопроводов проявляет себя при гидроударах:

• клапан подачи воды в стиральную машину при запирании создает давление, в 2–3 раза превышающее номинал водопровода;
• то же самое, но в меньшей степени, относится к запирающей арматуре бачка унитаза;
• радиаторы отопления (а также места их подключения к системе) зачастую не выдерживают тестовую опрессовку, которую проводят предприятия теплоснабжения.

Как правильно размещать датчики

Контактная пластина должна располагаться как можно ближе к поверхности пола, не касаясь его. Оптимальная дистанция: 2–3 мм. Если контакты разместить непосредственно на полу, будут возникать постоянные ложные срабатывания из-за конденсата. Большое расстояние снижает эффективность защиты. 20–30 миллиметров воды, это уже проблема. Чем раньше сработает датчик, тем меньше потери.

Применение

Мониторинг уровня жидкости играет важную роль в самых разнообразных направлениях. Любой промышленный процесс, включающий заполнение или хранение жидкости в резервуаре получают преимущества от использования реле уровня жидкости

Они также являются важной частью системы управления технологическими процессами, которая управляет расходом «в» и «из» емкости хранения или реактора

Датчики уровня жидкости могут быть использованы для обнаружения утечек и перезаполнения, сигнализации максимального и минимального положений, а также выступать в роли регулировочного интерфейса между уровнями различных сред. Их можно найти в самых разнообразных отраслях — не ограничиваясь производством продуктов питания и напитков, химической и фармацевтической промышленностями, морских отраслях, а также в топливно-энергетических отраслях.

Классификация устройств

• По количеству вторичных защитных устройств на объекте (запорных аварийных кранов с электромагнитным приводом). Датчики протечки не должны перекрывать все водоснабжение, если запорные системы разнесены по потребителям. Локализуется только линия, на которой обнаружена протечка.
• По способу подачи информации об аварии водопровода (системы отопления). Местная сигнализация предполагает нахождение людей на объекте. Дистанционно передаваемая информация организуется с учетом оперативного прибытия владельца или ремонтной группы. В противном случае, она бесполезна.
• Способ оповещения: локальная звуковая или световая сигнализация (на каждом датчике), или вывод информации на единый пульт.
• Защита от ложных срабатываний. Как правило, точно настраиваемые датчики работают эффективнее.
• Механическая или электрическая защита. Пример механики — системы «Аква стоп» на подающих шлангах стиральных машин. Сигнализация на таких устройствах отсутствует, сфера применения ограничена. Самостоятельное изготовление невозможно.

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.

Проводим диагностику и ремонт датчика самостоятельно

Если датчик работает, но индикатор уровня дает заниженные/завышенные показания, для начала его нужно отрегулировать. Существуют довольно надежные способы:

1. Штифт поплавка перемещается поочередно в крайние положения. При этом стрелка на индикаторе тоже должна попадать в соответствующие положения: для пустого бака и 1 для полного. Если же соответствия между положением штифта и стрелки нет, сам штифт нужно загнуть и продолжать регулировку;
2. Разобрав приборную панель, снимите стрелку с прибора и присоедините провода обратно. Автомобиль нужно завести автомобиль, дать ему проработать около 10 минут, после чего отрегулировать ось указателя до положения «1» и поставить указательную стрелку обратно.

Когда датчик часто «зависает» на показателе нуля, вам снова придется разобрать приборную панель, но уже с целью зачистить все возможные места окисления. Нужно будет также проверить все массы на кузове, в частности ту, которая находится под ручником.

Обзаведитесь мультиметром. Индикатор уровня топлива имеет сопротивление порядка 7 Ом (иногда бывает чуть меньше) при полном баке, а при заполненном наполовину – в промежутке 108-128 Ом. Когда в баке топлива попросту, сопротивление колеблется между 315 и 345 Ом.

При помощи мультиметра легко проверить и сам датчик. Вам достаточно измерять его сопротивления по мере доливания бензина. Если вы решили демонтировать устройство, поплавок придется перемещать рукой. Заметьте: если изменение положения поплавка не сказывается на сопротивлении, датчик однозначно неисправен и его придется заменить.

Достоинства и недостатки

Автоматическое отключение воды через 1–2 сек. после фиксации протечки многократно повышает безопасность эксплуатации гидроприборов и оборудования. Надежные приборы обладают защитой от ложных тревог, чтобы не срабатывать от случайной капли.

Беспроводные гаджеты для связи с контроллером издают радиосигнал (частота 400–500 МГц). Их преимущества: легко располагать по всему помещению без установки, прокладки кабелей, сопутствующих элементов. С собственным источником питания – обычными батарейками – изделия работают 2–4 года без их замены.

К недостаткам можно отнести то, что требуется непосредственный контакт с водой – при неправильном подборе места установки (не учитывался уровень полов, неровная поверхность) жидкость не сразу попадет на устройство.

Пьезометрические уровнемеры.

В пьезометрических системах измерения уровня для продувания через трубку помещенную в жидкость, дозированного расхода воздуха. Принцип действия этого регулятора основан на автоматическом поддержании постоянного перепада давления на дросселе, в результате чего обеспечивается постоянный расход воздуха через этот дроссель.

Принципиальная пьезометрическая схема измерения уровня в открытом резервуаре представлена на рисунке 2, а, б, в, г.

На рисунке 2, д показана принципиальная пьезометрическая схема измерения уровня жидкости в резервуаре, находящемся под давлением.

Для исключения влияния давления в резервуаре на показания прибора, измеряющего уровень жидкости, применяется дифференциальный метод измерения с двумя регуляторами расхода. От одного регулятора расхода воздух подается в пьезометрическую трубку, от другого в верхнюю часть резервуара над жидкостью. Разность давлений в трубках, пропорциональная уровню жидкости, измеряется дифманометром.

В системах измерения нижний конец пьезотрубки должен находится на нижнем контролируемом уровне жидкости, но не ниже 80 мм от дна резервуара.

Расход воздуха устанавливается минимальным, чтобы перепад давления на пьезотрубке был возможно меньшим, так как это определяет погрешность измерения пьезометрическим методом.

Минимальный расход воздуха обеспечивается постоянным, без запаздывания, выходом воздуха из пьезометрической трубки при изменениях уровня. Обычно расход воздуха принимается равным 0,1 – 0,2 м3/ч.

Если пренебречь перепадом давления на пьезометрической трубке, то уровень в резервуаре

где Р – давление на манометре М или перепад давления на дифманометре; ρ – плотность жидкости; g – ускорение свободного падения.

В случае, когда измеряется уровень в резервуаре, находящемся под избыточным давлением, давление питания регулятора расхода воздуха, подающего воздух в пьезотрубку, должно быть:

где Ризб – избыточное давление, кПа; Нмаксρg – максимальное гидростатическое давление столба жидкости, кПа.

Рисунок 2. Обвязка пьезометрических уровнемеров.

На рисунке 2, е показан пример обвязки и монтажа пьезометрического уровнемера с подачей промывочной воды в защитную трубу. В этом случае защищается от «обрастания» нижний конец пьезотрубки, который оказывается в зоне промывочной воды и не контактирует с измеряемой жидкостью.

Поплавковые датчики уровня воды

Поплавковый датчик уровня воды имеют несложную конструкцию, часто применяется совместно с электрическим реле. После того как достигается определенный уровень вода начинает действовать на поплавок. Он одним концом закреплен к реле. Поплавок меняют положение и таким образом, замыкает контакт реле.

Поплавковые датчики в свою очередь делятся на два вида: магнитострикционные и дискретные. Первый вариант дорогостоящий и имеет сложную конструкцию, а также показывает точные измерения воды. Дискретные модели более дешевые, но не менее надежные. Но все поплавковые датчики имеют небольшой недостаток: их необходимо погружать в воду.

Виды датчиков уровня

• поплавковые датчики самые простые по конструкции, имеющие самое широкое распространение, комбинируют с электрическим реле , представляют собой различного вида поплавок, прикрепленный через проволоку, нить, или жестко к лепестку контакта, который замыкается при изменении положения поплавка.
• емкостные датчики уровня представляют собой пластины расположенные с двух сторон резервуара с материалом. Принцип работы лежит в изменении емкости в зависимости от распределения количества или состава материала в резервуаре. В основном такие датчики используют для определения уровня сыпучих материалов.
• радарные датчики уровня работают по принципу «излучатель — приемник частотных волн», поверхность материала отражает излучение датчика, приемник улавливает данное излучение и сравнивает излучаемый сигнал с отраженным и по частотному сдвигу определяет уровень в резервуаре. Определение уровня происходит по сравнению частотного временного сдвига.
• ультразвуковые датчики уровня работают по принципу радарных, только излучение происходит ультразвука. Аналогично с радарными, сравнивается разность сигнала, излучаемого с отраженным и вычисляется расстояние до поверхности материала (жидкости).
• гидростатические датчики уровня работают посредством измерения косвенной величины — давления столба жидкости. Давление пропорционально уровню жидкости в резервуаре.

Большинство современных датчиков уровня имеют в своей конструкции электронное реле с преобразователем. Электронная схема предназначена для преобразования измеряемой величины в стандартный сигнал. Сигнал может быть аналоговым и дискретным. Аналоговый может быть токовым 0..20мА и сигнал, называемый токовая петля 4..20мА или напряжением 0…5В, 0..10В.

Датчики уровня используются для защиты двигателя насоса от сухого хода, регулируют двигатели насосов скважин, наполняющих любые ёмкости с водой и не только, в системе холодного и горячего водоснабжения.

Принцип работы системы против протечки

Принцип работы любой стационарной системы «антипротечек» основывается на разнице между электропроводимостью воды и воздуха. Основой любого датчика является обычная пара электродов.

Если на них попадает вода, то сопротивление снижается и происходит замыкание электрической цепи. Информация о замыкании цепи поступает на контроллер, где происходит расшифровка импульса и обработка информации.

После этого контролер подает свой сигнал на закрытие электромагнитного клапана, расположенного на стояке, непосредственно на самом вводе.

Галерея изображений

Фото из

Датчик протечки воды представляет собой небольшое устройство, предназначенное для фиксации и передачи информации о возникновении аварийной ситуации

Датчики, входящие в систему защиты дома/квартиры от протечек, устанавливаются на все контуры, по которым перемещается вода, в частности, на приборы водяного отопления

Устройства фиксирования протечки воды размещают возле оборудования, активно потребляющего воду: стиральных и посудомоечных машин, бойлеров и т.д.

Датчиками, регистрирующими факт протечки воды, оснащают водопроводные ветки, сантехнические приборы и точки водоразбора

Датчик протечек — одна из составляющих системы защиты от затоплений. Его обязанность обнаружить аварию и передавать информацию контроллеру, который оповещает владельцев помещения

Кроме датчика и контроллера в систему защиты от аварийных протечек входит шаровой электропривод, предназначенный для перекрытия воды по команде контроллера

Систему защиты от протечек стоит установить с целью предотвращения безвозвратной порчи собственного имущества и отделки

Установка системы с датчиками протечки воды поможет избежать массы неприятных ситуаций, связанных с оплатой испорченного имущества соседей

Внешний вид и размеры датчика протечки воды

Система защиты от протечек водяного отопления

Устройство обнаружения протечки возле оборудования

Прорыв трубы водопровода от превышения давления

Стандартные составляющие системы защиты от протечек

Шаровой электропривод для перекрытия воды

Защита собственного имущества и отделки от порчи

Предотвращение затопления квартир соседей

Входной кран будет перекрыт до тех пор, пока не будет выявлена и полностью ликвидирована причина протечки. После совершения простых манипуляций с контроллером работа системы будет возобновлена.

Стационарная система работает автономно и требует вмешательства только в случае обнаружения протечки и ликвидации неисправностей.

После попадания влаги на электрод происходит замыкание цепи, сигнал о котором передается на контроллер. Время замыкания электромагнитного клапана колеблется в пределах 2-30 секунд и определяется типом выбранной системы защиты (+)

Вывод

ДУТ – не совсем обязательный, если так подумать, элемент автомобиля. Однако водители так привыкли к датчикам уровня топлива, что пользование транспортом без них становится некомфортным. При этом само устройство не отличается высокой надежностью. Для него характерно множество «болячек», часть которых переносится и на мониторинговые системы. При желании замену и регулировку датчика можно провести самому. Мы все же советуем поручить работу мастерам на СТО – и быстрее, и шанса что-то повредить нет

При покупке нового устройства настоятельно рекомендуем обратить внимание или на оригинал, или на аналог из Германии. Как показывает практика, в подавляющем большинстве случаев оригинальные автомобильные датчики на голову выше аналогов даже из среднего ценового сегмента, а сравниться с ними может разве что продукция ]Bosch и еще нескольких японских фирм