Автоматическая регулировка уровня воды. Набор для сборки датчика уровня

Для регулирования и контроля уровня жидкости либо твердого вещества (песка или гравия) на производстве, в быту используют специальный прибор. Он получил название датчик уровня воды (или другого интересующего вещества). Существует несколько разновидностей подобных устройств, значительно отличающихся друг от друга принципом действия. Как работает датчик, преимущества, недостатки его разновидностей, на какие тонкости при выборе устройства стоит обратить внимание и как сделать упрощенную модель с реле своими руками, читайте в этой статье.

Датчик уровня воды используется для следующих целей:

Возможные методы определения загруженности резервуара

Существует несколько методов измерения уровня жидкости:

Бесконтактный - зачастую приборы такого типа используются для контроля уровня вязких, токсичных, жидких либо твердых, сыпучих веществ. Это емкостные (дискретные) приборы, ультразвуковые модели;
Контактный - устройство располагается непосредственно в резервуаре, на его стенке, на определенном уровне. По достижению водой этого показателя датчик срабатывает. Это поплавковые, гидростатические модели.

По принципу действия различают следующие виды датчиков:

Поплавкового типа;
Гидростатические;
Емкостные;
Радарные;
Ультразвуковые.

Кратко о каждом виде приборов

Поплавковые модели бывают дискретные и магнитострикционные. Первый вариант - дешевый, надежный, а второй - дорогой, сложной конструкции, но гарантирует точное показание уровня. Однако общий недостаток поплавковых приборов - это необходимость погружения в жидкость.

Поплавковый датчик определения уровня жидкости в баке

Гидростатические устройства - в них все внимание обращено на гидростатическое давление столба жидкости в резервуаре. Чувствительный элемент прибора воспринимает давление над собой, отображает его по схеме для определения высоты столба воды.

Главные преимущества таких агрегатов - компактность, непрерывность действия и доступность по ценовой категории. Но использовать их в агрессивных условиях нельзя, потому как без контакта с жидкостью не обойтись.

Гидростатический датчик уровня жидкости

Емкостные приборы - для контроля уровня воды в баке предусмотрены пластины. По изменению показателей емкости можно судить о количестве жидкости. Отсутствие подвижных конструкций и элементов, простая схема устройства гарантируют долговечность, надежность работы прибора. Но нельзя не отметить недостатки - это обязательность погружения в жидкость, требовательность к температурному режиму.
Радарные устройства - определяют степень повышения воды путем сравнения частотного сдвига, задержки между излучением и достижением отраженного сигнала. Таким образом, датчик действует как излучатель и улавливатель отражения.

Подобные модели считаются лучшими, точными, надежными устройствами. Они обладают рядом достоинств:

К недостаткам модели можно отнести только их высокую стоимость.

Радарный датчик уровня жидкости в резервуаре

Ультразвуковые датчики - принцип функционирования, схема устройства аналогичны радарным приборам, только используется ультразвук. Генератор создает ультразвуковое излучение, которое по достижению поверхности жидкости отражается и попадает через некоторое время на приемник датчика. После небольших математических вычислений, зная временную задержку и скорость движения ультразвука, определяют расстояние до поверхности воды.

Плюсы радарного датчика присущи и ультразвуковому варианту. Единственное, менее точные показатели, более простая схема работы.

Тонкости выбора подобных устройств

При покупке агрегата обратите внимание на функциональность прибора, некоторые его показатели. Крайне важные вопросы при покупке прибора - это:

Варианты датчиков определения уровня воды или твердых сыпучих веществ

Датчик уровня жидкости своими руками

Можно сделать элементарный датчик для определения и контроля уровня воды в скважине или баке своими руками. Для выполнения упрощенного варианта необходимо:

Выполненное своими руками устройство можно использовать для регулирования воды в бачке, скважине или насосе.

Приветствую!

Решил закинуть маленькую статейку — вдруг кому пригодиться, как мне))

Соорудил небольшой простенький девайс для поддержания постоянного уровня воды в емкости. Схемка взята из интернета и повторена лишь с добавлением элементарного параметрического стабилизатора напряжения, т.к. по техзаданию питаться девайс должен от 24В, а вся схема и реле на 12В.

Датчик уровня воды трехэлектродный.

Предлагается схема устройства управления насосом. Эта схема из набора, который предлагает «Мастер КИТ». Устройство управления насосом позволит автоматизировать работу дачного насоса, с помощью которого вода поступает в душевой бак. Принцип работы "умного помощника" следующий, когда уровень воды в душевом баке падает ниже определенного уровня L, насос включается и начинает закачивать воду в емкость. Когда уровень воды достигает заданного уровня Н, устройство отключает насос.

Данное устройство можно применить на даче, в загородном доме, коттедже. Схема электрическая принципиальная устройства показана на рисунке.

Схемка проста и не нуждается в настройке.

Вода обладает электрическим сопротивлением. Пока в емкости нет воды, транзисторы Т1 и Т2 закрыты, на коллекторе транзистора Т1 присутствует высокое напряжение. Данное высокое напряжение, поступая через диод D1 на базу транзистора ТЗ, открывает его и транзистор Т4, что приводит к включению исполнительного реле, к силовым контактам которого подключен насос. Насос начинает качать воду в емкость. Светодиод LED при этом включается, индицируя работу насоса. Когда уровень воды достигает датчика L, транзистор Т1 открывается, напряжение на его коллекторе падает. Однако насос продолжает работать, потому что на базу транзистора Т3 подается напряжение через резистор R8 и поддерживает ключ ТЗ-Т4 в открытом состоянии. Когда уровень воды достигает датчика "Н", транзистор Т2 открывается, и на базу транзистора ТЗ поступает низкий уровень. Ключ ТЗ-Т4 закрывается - реле выключается. Лишь когда уровень воды вновь опустится ниже уровня "L", реле включится опять. Конструктивно, устройство выполнено на печатной плате из фольгированного стеклотекстолита размерами 61x41 мм. В качестве датчиков "L" и "Н" можно использовать подручные материалы, например медные водопроводные полудюймовые гайки, прочно прикрепленные к изолированным проводам. Включение устройств. Подключите к плате провода датчиков и расположите их в экспериментальной емкости такой же высоты, как и используемый на даче душевой бак следующим образом: "СОМ" на дне (если емкость железная, то можно соединить этот провод с корпусом емкости); "L" - на желаемом нижнем уровне воды (уровне включения насоса); "Н" - на уровне отключения насоса. Подключите устройство к источнику питания, соблюдая полярность. Сетевое напряжение и насос пока не подключайте. Включите питание. Должны зажечься индикаторный светодиод и "щелкнуть" реле, подключив насос. Налейте воду в емкость. Когда уровень воды достигнет датчика "Н", реле должно отключиться. Вылейте воду из емкости. Когда уровень воды опустится чуть ниже датчика "L", реле должно включиться. Теперь можно окончательно смонтировать датчики на реальном объекте и, соблюдая осторожность, подключить к контактам схемы 220 В и насос.

Преимущество данной схемы над более простыми — это применение реле всего с одним контактом. Практически на всех подобных более простых схемах используется 2 группы контактов.

В схеме возможны замены: транзисторы любые биполярные с указанной проводимостью. Я ставил В9014 и В9015, а вот VT5 в стабилизаторе — КТ805БМ в ТО-220 с небольшим радиатором. Наличие радиатора обязательное — нагрев весьма интенсивен. Я посадил еще и на термопасту. Диоды — любые кремниевые. Конденсаторы — любые с напряжением не ниже 16В для С1,С2 и 40В для С3. Мостик (или диоды в мосту) — на напряжение не ниже напряжения питания и током не менее 200мА. Ток потребления схемы при сработанном реле составил 150мА при напряжении питания 24В. При питании от постоянного тока можно выкинуть мостик. при питании от источника 12В (постоянного) можно убрать всю схему стабилизатора.

Первая версия.

В плате применил комбинацию DIP и SMD компонентов. Версия платы первая, один из девайсов спаян по ней. Плата второго доработана немного: мост убран с платы, предусмотрено применение транзистора в стабилизаторе в корпусе ТО-220, больше элементов SMD, увеличена ширина дорожек.

Диодный мостик запаян на отдельной небольшой платке.

На дачных и садовых участках часто используются различные водонакопительные емкости, предназначенные для того, что бы вода могла в них согреться перед поливом, насытиться кислородом. Применяют их так же и в случае, когда поступление воды является периодическим или не гарантированным. Например, колодец или скважина имеют очень маленький дебит (т.е. дают очень мало воды за «один раз» и требуется ждать некоторое время, когда она наберется вновь). Или вода подается по централизованной системе в определенное время.

Как бы то ни было, полезно иметь какое то устройство, которое бы автоматически пополняло запас воды в водонапорной башне или емкости, включая подкачивающий насос, когда уровень воды в баке падает ниже критического (или установленного).

Тем, у кого на участке есть централизованный водопровод, находящийся под давлением в момент подачи воды, сделать такой автомат чрезвычайно просто. Достаточно поставить в емкость сантехническую арматуру, такую, что стоит в бачке унитаза. Ее запирающий клапан с поплавком будет всегда поддерживать бак в полном состоянии.

Можно даже обойтись и простым краном с ручкой. К рукоятке привязывается небольшой рычаг (палка), а на ее конце — 1-2 пластиковых бутылки. Кран надежно укрепляется таким образом, что бы при полностью заполненном баке, он был закрыт, а ПЭТ-бутылки были слегка притоплены. Если произойдет расход воды, то поплавки – бутылки начнут опускаться вниз и немного приоткроют кран. Если в системе есть вода, она начнет поступать в бак. Если воды в системе нет – то кран будет открытым до тех пор, пока вода не появится и не заполнит емкость.

Гораздо сложнее организовать автоматическую подкачку тем, у кого нет водопровода, а вода закачивается из колодца или скважины. Тут необходим какой то автомат, включающий насос. Подобных разработок – очень много. Начиная от поплавковых выключателей, заканчивая электронными датчиками уровня воды. Фирменный поплавковый выключатель – достаточно дорог и отдельно продается редко. Можно сделать его самому (см. статью «Самодельный поплавковый выключатель»), и это под силу достаточно рукастым мастерам. Да и делать его надо очень тщательно — все таки необходима полная гарантия герметизации проводов, находящихся в воде. Электронные устройства — вообще «по-зубам» — единицам. Да и оно обойдется не дешево.

Дачникам же требуется простейшее устройство, которое может собрать любой, что говорится «из консервной банки», и с себестоимостью в бутылку пива. Подобные устройства должны отвечать двум основным требованиям. Первое – У них не должно быть т.н. «дребезга» контактов. А должно быть два устойчивых положения – «включено» и «выключено». Это называется «эффект тумблера». В противном случае, при плавном подводе замыкающего контакта к другим, неизбежен пробой микроскопического воздушного зазора, искрение, обгорание контактов. Возможет даже выход насоса из строя по этой причине. Второе условие — наличие т.н. «петли гистерезиса». Т.е. некоего рабочего временного «зазора» между событиями включения и выключения. Не будешь же отслеживать падение уровня воды в баке на 1 мм. Такими частыми и короткими включениями можно просто убить мотор. Поэтому отлеживают достаточно значительные падения уровня, на несколько десятков сантиметров.

Вот поэтому даже самодельные подобные устройства, отвечающие этим требованиям достаточно сложны и дороги в итоге. К счастью, мне удалось разработать устройство такого автоматического включателя насоса, стоимостью рублей 50, и которое может сделать действительно каждый дачник за полчаса.

Фактически оно представляет собой подвижный замыкающий элемент (контакт), перемещающийся по вертикали в зависимости от уровня воды. Его секрет заключается в наличие на нем магнита! Магнит можно использовать самый простой — от магнитной защелки.

Устройство самого выключателя понятно из эскиза. Два контакта выключателя представляют собой полукольца из стали. Можно распилить на две половинки массивную стальную шайбу М16-М20, лучше усиленную. Их приклеивают эпоксидной смолой или привинчивают винтами с потайной головкой к диэлектрической подложки. К ним же подводят и провода от сети и электронасоса. В подложке сверлят отверстие между этих «подковок», через которое будет ходить вверх-вниз направляющая штанга поплавка. Она так же должна быть из непроводящего материала, желательно не впитывающего влагу.

На торце штанги укрепляют саморезом замыкающий контакт. Это металлическая круглая пластина из луженой жести, меди, дюраля, алюминия, но достаточно тонкая. Размер ее должен быть такой, что бы гарантированно закрывать оба полукольца сразу, замыкая собой электрическую цепь. Сверху на пластине укрепляют магнит (клеем, эпоксидной смолой, скобой…)

Штанга пропускается через направляющую трубу, закрепленную на стенке накопительного бака, а снизу на ней закреплен поплавок. Поплавок должен иметь длинную, вытянутую форму и закрепляться на штанге вертикально.

В основу работы этого автоматического выключателя лежит тот факт, что сила выталкивания поплавка из воды (сила Архимеда) имеет линейную зависимость от глубины погружения поплавка. Т.е. она нарастает или убывает по линейному закону. А сила магнитного притяжения убывает (прибывает) по квадратичному закону! Обратно пропорционально квадрату расстояния меду магнитом и тем, к чему он притягивается.

Уравновесить эти силы между собой практически невозможно. Достаточно все «сдвинуть» на один микрон, на 1 нанометр — и тут же происходит лавинообразное развитее событий и победа одной из сил. Никакое промежуточное положение невозможно.

Работает выключатель так. Когда бак полон, поплавок плавает на самом верху воды, погружен настолько, что бы компенсировать вес штанги и магнита. Магнит находится достаточно высоко над площадкой с контактами. По мере расходования воды, поплавок (и штанга и магнит, естественно) опускаются все ниже. В конце концов на некотором удалении магнита от «подковок» начинает проявляться и сила притяжения магнита к ним. И когда она становится больше, чем сила Архимеда, действующая на поплавок, магнит очень резко ускоряется и мгновенно и надежно прилипает к подковкам контактов. Контакты, естественно, при этом замыкаются. Насос включается на вода начинает поступать в емкость.

По мере роста ее уровня, поплавок оказывается погруженным в воду все больше и больше. И выталкивающая сила Архимеда так же растет. Но она недостаточно сильна, что бы оторвать магнит от подковок. Но когда она превысит этот порог отрыва, магнит все же отлипнет. И не просто отлипнет — отскочит пулей! Кстати, надо будет поставить какой то демпфер (пружину или губку) внизу направляющей трубки.

Как вы понимаете, эффект тумблера абсолютный, а петля гистерезиса зависит от силы притяжения магнита, формы и размеров поплавка. Поэтому тут вам предстоит поэкспериментировать, подбирая поплавок под нужные вам параметры.

Разумеется, поскольку выключатель работает с напряжением 220 вольт, необходимо предпринять все меры к тому, что бы исключить контакт выключателя с водой. Емкость желательно закрыть, На поплавок надеть какую – либо пружину или над выключателем разместить какой либо ограничитель «прыжка» штанги вверх при размыкании. Выключатель закрыть от попадания атмосферных осадков.

Задать вопросы по этому выключатели и обсудить другие вопросы по водной автоматике и системам автоматического полива можно на форуме.

Недавно наткнулся в интернете на один видеоролик, где воплотили мою детскую мечту в реальность На видео продемонстрировали, как можно собрать устройство автоматического наполнения емкости водой. Всю работу очень наглядно продемонстрировали, однако схему не показали.

Дело в том, что в детстве в летнее время мне часто приходилось поливать огород и у меня всегда появлялись идеи по автоматизации данного процесса, но воплотить в реальность свои мысли так и не получилось. Сегодня я исполню часть своей мечты, правда, пока только теоретически.

Представим такую ситуацию: у вас на даче или дома есть емкость с водой, для полива огорода или еще для каких-то целей. В эту емкость вы закачиваете воду с помощью насоса. Чтобы закачать воду, каждый раз приходится включать насос и следить пока емкость не заполнится водой. Заполнение емкости водой можно очень легко и достаточно дешево автоматизировать.

Ниже представлена структурная картинка нашего устройства.

Для автоматизации наполнения емкости водой нам придется немного доработать емкость. На верхней части бочки устанавливается стержень высотой не менее глубины емкости, на котором закрепляются два геркона. К стержню также крепится подвижный шток с поплавком, который перемещается в зависимости от уровня воды в емкости. На штоке закреплен постоянный магнит, для управления герконами.

На следующей картинке можно увидеть пример выполнения стержня и подвижного штока.

А сейчас самое интересное: схема автоматического наполнения емкости водой.

Для реализации данного устройства нам понадобится автоматический выключатель для защиты насоса, электромагнитный контактор для включения и отключения насоса и два геркона (контакт магнитоуправляемый герметизированный) для управления контактором.

Нижний геркон должен быть замыкающий, верхний – размыкающий. К примеру, нам вполне подойдет геркон МКС-27103, т.к. он имеет переключающий контакт. Для сигнализации нижнего уровня в схеме используется нормально разомкнутый контакт, для сигнализации верхнего уровня – нормально замкнутый контакт геркона. В момент когда уровень воды в емкости достигнет критического значения, магнит расположится в одном уровне с нижним герконом, который под действием магнитного поля переключит контакт и тем самым отправит сигнал на включение насоса. После этого поплавок начнет подниматься до верхнего уровня, где верхний геркон отключит насос.

В данной схеме не реализован ручной режим, хотя следовало бы предусмотреть на случай выхода из строя наших уровнемеров. Проще всего взять кнопку с фиксацией для ручного управления насосом. Я думаю, как включить кнопку в полученную схему, у вас не составит труда.

Разумеется можно купить готовые уровнемеры и не изобретать велосипед, тем боле что промышленностью они выпускаются. Однако, один такой уровнемер вам обойдется не менее 30$, а один геркон МКС-27103 стоит 2-3$.

Вот так можно сделать автоматическое наполнение емкости водой. Еще у меня идея была, чтобы с этой емкости вода уходила на полив (например помидоров, огурцов) через дренажные трубки. Возможно в теплицах так и делают.

Надеюсь и у меня когда-нибудь появится дача, где я смогу воплотить полностью свою мечту, не потому что я люблю в огороде копаться, просто я люблю, чтобы за меня другие работали, я имею ввиду устройства

В одной из статей я увидел предлагаемый одним из дачников вариант схемы автоматического поддержания уровня воды в накопительном баке , который, если честно, меня встревожил. Эта конструкция имеет ряд недостатков: она сложна в изготовлении, требует определенного уровня квалификации при работе с электронными компонентами и достаточно затратна – один трансформатор чего стоит.

Но самый главный ее недостаток – это низкий уровень электробезопасности. В случае пробоя изоляции трансформатора напряжение сети через электроды-датчики попадет в воду и передастся на бак, что может привести к поражению людей электрическим током.

Предлагаю во всех отношениях простой и очень дешевый вариант схемы автоматического поддержания уровня воды (см. рис 1).

Она состоит только из одного реле и двух датчиков. В качестве первого компонента необходимо использовать двухпозиционное реле К1, а в роли второго – герконы G1 (датчик нижнего уровня воды) и G2 (датчик верхнего уровня воды), расположенные на вертикально установленной вне бака направляю щей для постоянного магнита.

Причем датчик G1 должен быть расположен над G2. Расстояние между ними будет соответствовать допускаемому перепаду между верхним и нижним уровнями воды е баке. Датчики срабатывают при воздействии на них постоянного магнита Q, соединенного с поплавком из пенопласта, расположенным внутри бака на своей направляющей. Эта связь может быть выполнена, например, с помощью рыболовной лески через шкив, установленный в верхней части бака.

Эскиз устройства автоматического поддержания уровня воды в накопительном баке представлен на рис 2. Для информации о включенном положении двигателя насоса в схеме имеется светодиодный индикатор HL

Схема работает следующим образом. В исходном состоянии (воды в баке нет и под воздействием магнита замкнут контакт геркона G1) реле К1 необходимо принудительно привести в состояние, при котором будут замкнуты его контакт К1.2Л и соединенные параллельно контакты К1.3, К1.4 К1.5, К1.6, К1.7, К1.8 и К1.9. Двигатель М насоса начнет работать, и в подтверждение этого будет светиться светодиодный индикатор HL.

При наполнении бака водой поплавок поднимается и контакт датчика G1 размыкается.

При наполнении бака до верхнего уровня магнит, двигающийся по направляющей вниз, воздействует на датчик G2, и тогда его контакт замкнется. Реле К1 переключится, его контакты К1-2, К1.3, К1ЛК1.5,К1.6,К1.7,К1Ли К1.9 разомкнутся, а контакт К1.1, наоборот, замкнется. И тогда двигатель насоса остановится и перестанет светиться светодиодный индикатор HL

При понижении уровня воды в баке до нижнего уровня поплавок опускается, и магнит, двигающийся по направляющей вверх, воздействует на датчик G1 и замыкает его контакт. Реле К1 переключится в исходное положение, его контакты К1.2, К1.3, К1.4, К1.5, К1.6, К1.7, К1.8 и К1.9 замкнутся.

Двигатель насоса снова начнет работать (и, соответственно, загорится светодиодный индикатор HL). Эти циклы будут повторяться до тех пор, пока на схему подается напряжение.

На самом деле, уйма времени ушла на объяснение того, как это все работает. На деле же все устройство проще пареной репы, а раз нет в нем никаких сложных узлов, то и работать оно будет безотказно и долго. А теперь о о материалах и технических характеристиках компонентов съемы.

В качестве реле К1 я использовал реле типа РП-9, рассчитанное на 220 В переменного напряжения. Можно поставить и РП-12 (тоже на 220 В), но при большой мощности двигателя насоса в схему придется добавить промежуточный контактор.
В качестве датчиков G1 и G2 можно использовать любые герконы, рассчитанные на ток коммутации не менее 100 мА.
В качестве индикатора HL подойдут любые индикаторы, например, светодиодные типа СКЛ12 или AD22-22DS на 220 В.
В качестве направляющей для магнита можно использовать отрезок пластмассового кабельного канала с прямоугольным профилем 10×15 мм.
В качестве поплавка -кусок пенопласта с прямоугольным отверстием 12×17 мм в центре.
В качестве направляющей для поплавка можно использовать также отрезок пластмассового кабельного канала с прямоугольным профилем 10×15 мм.
В качестве магнитного элемента можно использовать магнит из магнитной мебельной защелки, к которому примагничена и приклеена полоска жести с отверстием для лески.
Датчики (герконы) можно прикрепить к направляющей обычным скотчем.
В качестве элементов защиты используются предохранители FU1 и FU1 любого типа на ток 5 А.
Для обесточивания схемы устройства используется спаренный выключатель с контактами SA1 и SA2.

Схема автоматического поддержания воды в накопительном баке

Рис 1 (вверху). Принципиальная схема устройства автоматического поддержания уровня воды в накопительном баке.
Рис 2. Эскиз устройства автоматаческого поддержания уровня воды в накопительном баке.