Автоматичний налив води в бочку. Схема керування насосом автоматичного наповнення ємності. Система водопостачання, наповнення та випорожнення ємності бака резервуара

03.11.2021

Використання автоматики в системах водопостачання дозволить мінімізувати або повністю звільнити споживача від участі в технічному процесі, дозволить повністю контролювати будь-який параметр системи водопостачання. Використання автоматики призведе до значного зменшення енергетичних витрат системи та меншого зносу обладнання.

Автоматика систем водопостачання забезпечить контроль потоку води, що доставляється в житлові будівлі та промислові приміщення різного призначення.

Накопичувальний резервуар вирішує проблему водопостачання будинку. До нього прибуває вода з різних джерел: криниця, пробурена свердловина або система водопостачання міста за встановленим графіком.

Безпосереднє наповнення резервуара відбувається за рахунок насосів, що відрізняються за величиною максимального тиску, типу матеріалу, ефективності очищення води. Сучасні насоси розташовані, на поверхні поблизу джерела, перекачування води, в подібній системі, проводитиметься з використанням шланга або трубопроводу. Якщо ж свердловина занадто глибока, поверхневий насос замінюють занурювальним, який часто також називається глибинним.

Робота автоматизації водопостачання побудована на застосуванні спеціалізованої схеми керування, до складу якої входять сигналізатори рівня, реле, пускачі та кнопки керування.
Неодмінний елемент схеми – контрольний датчик, встановлений на спеціальному контрольному електроді. Це важливий обов'язковий пристрій, що контролює рівень наповнення накопичувальної ємності з водою. Приєднання до схеми здійснюється до пускача, керуючого насосом або електромагнітного клапана.

Основна базова схема управління

Основні складові елементи в щиті управління – це: прилади, що сигналізують про стан рівня води, датчики контролю стану та сигналізатори тиску, реле електромагнітного типу.

Схеми з використанням постійного струму невеликої величини, крім простої конструкції, мають один значний недолік - це те, що контрольні електроди окислюються через постійний процес електролізу (поляризації), щоб вони повноцінно функціонували необхідно очищати їх поверхню від кірки, що не проводить.

Для попередження цього процесу схема управління повинна працювати і забезпечувати живлення електродів змінним струмом з виключенням постійної складової.
Для цього рішення добре використовувати надійно заземлену металеву ємність, при цьому доступ до контрольних електродів найкраще закрити герметично. Використовується реле змінного струму, що управляє, яке запитано від мережі змінної напруги 220В.

Мал. №1 Схема підключення управляючого реле, що живить контрольні електроди.

Нюанси електричної схеми автоматичного керування

Релейна котушка приєднується до фази мережі.

Якщо дана схема працюватиме виключно з клапаном, то водопровідна магістраль повинна бути обладнана датчиком тиску, він приєднується з клапаном послідовно, так можна уникнути перегріву пристрою та виходу його з ладу, коли в ємності буде малий рівень води.

Замикаючи контакт S1, включається насос, який закачує воду з колодязя або свердловини у ємність. Досягши рівня води BV, включається реле К1, воно своїми контактами заблокує нижній рівень НУ. Насос вимикається під час розмикання контактів К1.1, К1.2.

Рис. №2. Схема керування насосом.
Схема досить проста і відрізняється надійними елементами та безвідмовністю, але недолік її в тому, що вона може працювати виключно з малопотужним обладнанням. Якщо додати до складу схеми електричний пускач, збільшиться вихідна потужність пристрою. Кнопка "пуск" і "стоп" дасть можливість керувати схемою вручну, не чекаючи автоматичного припинення роботи. Схема проста, але може бути небезпечна, адже на електрод подається змінна напруга 220В.

Для зниження небезпеки від ураження електричним струмом придумана схема, що працює від змінної напруги, але значення якого не перевищує 5В.

Мал. №3. Схема із напівавтоматичним режимом роботи
Для цієї схеми характерне використання кнопкового посту. Натискання кнопки "пуск" подається команда на включення електродвигуна насоса, "стоп" - команда на зупинку насоса. Схема відрізняється безпекою та надійністю та підходить для відцентрових насосів, які можуть заливатись водою.
Пуск відбувається вручну. Перед запуском труба, що всмоктує, повинна бути заповнена водою, насос повинен бути підготовлений. Вимкнення відбувається в автоматичному режимі, по мірі заповнення ємності водою та спрацьовування датчиків. Замість насоса можна використовувати електромагнітний клапан, у цьому випадку схему можна застосувати для заповнення ємності водою з водопровідної мережі.
Зрозумівши, що у водопроводі є вода, ви натискаєте кнопку «пуск», після наповнення бака водою, відбувається відключення клапана живлення, а схема знеструмлюється.

Схема автоматизованого процесу заповнення

Якщо потрібно процес наповнення повністю автоматизувати, і якщо насос самовсмоктувальний або вібраційного типу, схема доповнюється додатковими елементами.

Додаткова схема для насоса вібраційного або самовсмоктувального типу.

Напруга має подаватися на схему постійно, інакше автоматизувати процес буде неможливо. Для цієї схеми актуально використовувати додаткові кнопки "пуск" та "стоп". Вони приєднуються між контрольним датчиком та загальним (магістральним) провідником (нормально розімкненим контактом кнопки «стоп»). Також ця дія виконується послідовно із нормально замкнутими контактами кнопки «пуск» із датчиком на нижньому рівні.

Пристрої з сигналізатором рівня

Схема контролю рівня служить невід'ємною частиною пристрою, що складається із сигналізатора рівня та додаткової схеми управління.

Рис. №5. Схема із сигналізатором рівня.
У конструкції є кнопки управління. Для запобігання позаштатним ситуаціям використовується серійний триканальний сигналізатор СУ2-3
Схема використовується для відкачування води їхнього дренажного приямка. Реле К1 та К2 при підвищенні рівня включають робочий насос. починає звіт часу, протягом якого рівень знижується.

Опис схеми з поясненням всіх елементів ланцюга.
Якщо протягом 5 хвилин рівень не знизився, нижче верхньої позначки та насос не відкачується – включається звукова та світлова сигналізація. У нормальному режимі через 1 хв після включення запускається контроль тиску води на викидці насоса. Якщо тиску недостатньо або його немає — включається резервний насос. Якщо тиск у нормі, а рівень доходить до аварійної позначки, реле К4 запускає обидва насоси, підвищуючи продуктивність насосної станції. Після ліквідації наслідків аварій схема повертається у вихідне становище.

Усі описи схем мають показати складність випадкових ситуацій. У домашніх умовах простіше запобігти подібним випадкам.

Мал. №7 Зразкова схема монтажу водопостачання будинку.

Необхідні нюанси щодо проведення монтажу вузлів автоматичної системи

Монтаж вузла автоматичного керування насосом здійснюється за стандартною схемою.

З горизонтальним баком використовується монтаж за допомогою вивідних штуцерів, всього їх 5. Це дозволяє зручно відсувати реле тиску.
У разі вертикального бака автоматика встановлюється поруч із стіною.

Кульовий кран краще встановлювати на сам бак, це робиться для того, щоб можна було легко перекрити надходження води в аварійній ситуації.

Реле тиску важливий елемент ланцюга автоматики

Приєднання проводів здійснюється згідно з інструкцією в технічному описі.

Мал. №8. Регулювання тиску реле.
Регулювання нижнього тиску проводиться за допомогою фіксуючої пружини, регулювальної гайки.
Для збільшення рівня нижньої межі тиску, закручуємо гайку (2) за годинниковою стрілкою, зменшення тиску досягається обертанням гайки проти годинникової стрілки, послаблюючи пружину.
Гайка (1) служить для регулювання дельти між нижньою та верхньою межами тиску.
Приклад регулювання: Для збільшення тиску до 3,5 атм., для відключення тиску включення (1,4атм.) виконуємо наступну дію. Повертаємо гайку 1 за годинниковою стрілкою, піднімаємо тиск відключення насоса до необхідного значення, на цю величину підніметься тиск включення насоса. Потім обертаємо гайку (2) за годинниковою стрілкою, досягаємо тиску включення насоса до рівня 1,4 атм.

Пишіть коментарі, доповнення до статті, може, я щось пропустив. Загляньте на , буду радий якщо ви знайдете на моєму ще щось корисне.

Однією з найнеприємніших побутових проблем є відсутність води у крані. Легко пережити відсутність світла чи газу, проте вода – це обов'язковий компонент життя людини, і коли його немає чи мало, починаються проблеми. Можна тримати постійно в будинку кілька ємностей з водою, наприклад пластикові пляшки, проте куди практичніше визначити, який потрібен накопичувальний бак для водопостачання та схема системи для приватного будинку, щоб не втрачати в комфорті та продовжувати користуватися побутовими приладами та раковиною з ванною, як не в чим не бувало.

Навіщо потрібний і як ним користуватися

Якщо з якихось причин не працює насос у системі автономного водопостачання, чи ні натиску в централізованому міському водопроводі, то подавати її в раковину чи бачок унітазу можна із попередньо набраної резервної ємності. Простіше кажучи, краще завжди мати в будинку запас питної води та використовувати її в екстрених ситуаціях.

Для зручності користування резервним запасом води накопичувальну ємність необхідно інтегрувати у водопровід так, щоб вона або автоматично використовувалася без зовнішнього напору, або її можна було задіяти простим поворотом вентиля.

Є безліч варіацій, як встановити і підключити накопичувальну ємність, залежно від типу джерела води, можливого розташування ємності і навіть планування будинку. Достатньо вибрати підходящий варіант і визначитися з типом акумулюючого бака.

Типи

Накопичувальна ємність може бути ємністю з достатнім внутрішнім об'ємом, виконаною з матеріалу стійкого до корозії і безпечного для зберігання питної води. Використовуються такі матеріали як:

полівінілхлорид;
зшитий поліетилен високого чи низького тиску;
поліпропілен;
нержавіюча сталь;
сталь з покриттям водонепроникними лаками та керамічними покриттями.

Пластикові баки

Оцинкована сталь хоч і має стійкість до корозії і водонепроникна, проте згодом захисний шар цинку може витончитися, особливо в місцях з'єднання та зварювання.

За конструкцією виготовлять:

відкриті ємності, які мають горловину з кришкою або без, але з герметичними стінками і дном;
закриті повністю герметичні ємності мембранного типу

У першому випадку все просто, весь внутрішній об'єм заповнюється водою і при необхідності зливається через патрубок, закріплений у нижній точці.

У випадку з мембранними баками, що акумулюють, корисний об'єм як мінімум на третину менше об'єму всієї конструкції. Частина об'єму відводиться під повітряну камеру відокремлену від води за допомогою міцної еластичної мембрани. У міру заповнення ємності водою мембрана тисне на повітряну камеру, створюючи надлишковий тиск. Коли потрібно отримати воду назад, відкривається вентиль, і вона надходить у водопровід під впливом накопиченого тиску.

З нижнім або верхнім розташуванням

Є три варіанти підключення накопичувальної ємності та використання запасу води:

Верхнє розташування ємності. І тут забір води здійснюється під впливом сили гравітації. Чим вище розташований гідроакумулятор по відношенню до споживача, тим сильніший напір води. Кожні 10 метрів висоти додають 0,1 атмосферу, або приблизно 1 бар.
Нижнє розташування простої накопичувальної ємності. Гравітація вже не допоможе, і для подачі у водогін використовується насос, що піднімає тиск до оптимального рівня.
Акумулюючі ємності мембранного типу самі собою створюють необхідний тиск для подачі води. Нижнє розташування на рівні споживача для них є оптимальним, тому що від установки на горищі або вежі ніякої переваги не буде.

Як визначити оптимальний варіант?

Якщо будинок з декількома поверхами і є можливість розташувати накопичувальний бак на горищі, то це дозволить обійтися без додаткової установки насоса і не потрібно витрачатися на дорогий мембранний бак. Фактично це аналог водонапірної башти. Однак підняти ємність так високо, щоб забезпечити комфортний тиск на рівні 2-2,5 атм. однаково складно. Тим більше, що постає питання про утеплення бака, щоб у зимовий період вода в ньому не замерзала.

У разі аварійного відключення води наявного тиску 0,2-0,3 атм. буде цілком достатньо, щоб скористатися змішувачем у раковині, унітазом або навіть душем, проте не вийде задіяти частину побутової техніки, наприклад, пральну машинку або посудомийку, яким потрібний більший тиск для спрацьовування електромагнітних клапанів.

Встановлення ємності в рівень зі споживачем підійде у тих випадках, коли немає можливості підняти бак на горище або хоча б на поверх вище. Це саме стосується й встановлення накопичувального бака у квартирі. Потрібен невеликий насос для подачі води у водопровід під тиском. Для забезпечення адекватного режиму роботи насосу буде потрібно розширювальний мембранний бак.

Бак, що акумулює, з мембраною відмінно підійде для зберігання запасу води як при використанні централізованого водопроводу, так і в автономній системі. При цьому він не вимагає додаткового обладнаннячи верхнього розташування. Однак його вартість значно вища, ніж будь-яка звичайна накопичувальна ємність навіть у поєднанні з простим насосом.

Об'єм бака

У разі проблем на лінії міського водопроводу та відключення води зазвичай ремонтні роботи виконуються за день-два. Однак аварії трапляються і на свята, і в місцях, де швидкий ремонт просто неможливий, тоді доведеться чекати набагато довше. Оптимальним буде запас води на 2-3 дні з розрахунку використання туалету, підтримки особистої гігієни та приготування їжі.

На сім'ю з трьох осіб цілком достатньо 100 літрів на день при використанні води в режимі економ. Для одного прання потрібно приблизно 80 літрів води, точніше можна дізнатися у паспорті до пральної машинки. Аналогічно для посудомийки.

Виходить, що на 2-3 дні при використанні побутової техніки треба шукати накопичувальну ємність об'ємом не менше ніж 500 літрів, половина кубічного метра.

Однак є низка обмежень:

Чим більший обсяг води та накопичувальної ємності відкритого типу, тим швидше вона почне заростати осадом. Не рекомендується використовувати у побуті ємності об'ємом понад 200-250 літрів для довготривалого зберігання води.
Слід враховувати запас міцності перекриття та несучих стін. Установку бака необхідно закладати ще на стадії проектування будинку.
При використанні автономного водопостачання обсяг накопичувального бака, особливо мембранного типу, не повинен перевищувати дебету свердловини. Якщо це правило не вдається дотриматися, то обов'язково потрібний захист насоса від холостого ходу.

Накопичувальні баки мембранного типу обмежені у своєму обсязі та не здатні віддати весь запас збереженої рідини. Для формування запасу понад 300 літрів доведеться підключити кілька баків меншої ємності паралельно один до одного.

Загальні правила підключення

Встановлюється бак з водою на підготовленому майданчику: бетонній основі, перев'язаній з фундаментом, або посиленій металевій рамі з профільованої труби. Конструкція повинна витримати полуторну вагу бака та води у ньому при повному заповненні.

Вхідний патрубок може бути будь-якого відповідного діаметра, подача води відбувається під тиском. Вихідний патрубок та трубу до водопроводу вибирають діаметром у півтора-два рази більше ніж переріз основної лінії. Оптимальний розмір 32 мм.

Утеплення навіть якісне лише уповільнює зниження температури в баку. Для запобігання замерзанню води при встановленні ємності на горілці, що не опалюється, або на даху слід використовувати будь-яку відповідну систему підігріву труб і самого накопичувача.

З централізованим водопостачанням

Будь-який тип підключення накопичувальної ємності потребує зворотного клапана на введенні в будинок або квартиру. Саме клапан перешкоджатиме витіканню запасеної води назад у трубопровід, а не до споживача.

Верхнє підключення

Бак встановлюється під стелею першого поверху, поверхом вище санвузла та кухні або на горищі. У бака повинен бути штуцер у верхній частині для подачі води, ще один трохи вище для скидання в каналізацію при переповненні та штуцер у нижній частині для забору води.

Вже після введення фільтра грубої очистки запірного вентиля, лічильника та зворотного клапана встановлюється трійник, від якого труба йде до вхідного патрубка бака, перед штуцером встановлюється запірний вентиль або керований клапан.

До вихідного штуцера приєднується запірний вентиль і труба опускається назад до водопроводу, з яким з'єднується за допомогою трійника.

Шланг для скидання надлишків опускається в каналізацію або виводиться за межі будинку в палісадник або дренажну систему.

Для контролю наповнення використовується механічний клапан із поплавком, аналогічний тим, що використовуються у бачку унітазу.

Щоб скористатися запасеною водою, достатньо відкрити вихідний вентиль.

Нижнє підключення

Підключення виконується ідентично першому варіанту. Однак, на виході необхідно встановити насос для створення у водопроводі додаткового тиску. Перед кожним використанням води доведеться включити насос.

Спростити життя допоможе готова насосна станція або доповнення насоса розширювальним баком мембранного типу та тиску.

Нижнє підключення накопичувального бака з мембраною

Для підключення бака використовується лише одна труба, приєднана до водопроводу через трійник з вентилем. Врізання здійснюється так само після фільтра, лічильника та зворотного клапана.

Перед використанням необхідно налаштувати тиск у повітряній камері. Робити це необхідно строго відповідно до інструкції до вибраної моделі. Попередньо вивчається нормальний тиск у водопроводі, до того ж з урахуванням коливань протягом доби. У підсумку береться середнє значення, яке використовується для налаштування бака. Тільки так вдасться використати максимум корисного об'єму бака.

Для автономного водопостачання

Як і у випадку з централізованим водопроводом, є кілька варіантів підключення.

Водонапірна башта

Накопичувальний бак встановлюється на рівні 15-20 метрів над рівнем землі на укріпленій вежі або горищі. Вода від свердловинного насоса або насосної станції подається безпосередньо в бак, а вже з нього лунає в санвузол та на кухню в будинку. Тиск у системі забезпечується перепадом висот між рівнем води у баку та краном змішувача в будинку.

Недоліком є постійний прохід через бак води, що з часом накопичить осаду, навіть якщо попередньо встановити фільтруючу систему.

Перевага у простоті конструкції та мінімумі дорогих елементів, за винятком самої конструкції вежі та обов'язкового утеплення бака для захисту від замерзання навіть при його розміщенні на горищі.

Нижнє підключення накопичувального бака

Місткість встановлюється нарівні з насосною станцією або на першому поверсі в будинку. Наповнюється вона під час нормальної роботи насоса за рахунок води зі свердловини. Обмежувачем є вимикач поплавця.

Подібний варіант рятує при надмірному споживанні води та зниженні рівня води у свердловині або колодязі. Однак марний при вимкненні електрики, оскільки для подачі кінцевому споживачеві води із запасу потрібен насос.

Мембранний акумулюючий бак

Мембранний бак для зберігання запасу води встановлюється після насосної станції та зворотного клапана з нижнім підключенням. Якщо насосна станція з якоїсь причини не працює і не підтримує тиск у системі, вода надходить з акумулюючого бака.

Всім привіт. Сьогодні мова піде про дуже простий набір для самостійного збирання приладу, для контролю рівня води. Даний набір може успішно розпаяти школяр 5-7 класу за один вечір. Можна, звичайно, зробити і повністю самостійно, включаючи плату, але я вирішив заощадити час, тому був замовлений набір.

Набір був придбаний з метою автоматизувати набір води в бочку на дачі. При чому це не зовсім бочка, а скоріше труба, що йде вниз на 2.5-3 метри, тому запаси води там пристойні (для простоти хай буде бочка). Задумка була проста, поки немає регулярного водопостачання, електроклапан відкривається і набирає в бочку води по заданий рівень. Витрата води відрами за потребою та автоматичний долив у бочку. Для того, щоб клапан часто не спрацьовував від коливань води, задумано кілька рівнів. Нижній при якому вмикається клапан і верхній при якому вимикається. Тобто. є певна мертва зона, при якій витрата води є, а подача води в бочку поки що відсутня. До речі, ця мертва зона є фактично таке поняття, як гістерезис.
Минулого року цю функцію виконував такий пардон пристрій, як механізм поплавця з бачка унітазу. Працювало справно, зрідка засмічувалося, оскільки вода надходить трубами прямісінько з річки. Але зрештою зиму не пережило, оскільки було виконано з пластмаси і розвалилося від морозу.
Даний набір був покликаний замінити механізм, що вийшов з ладу.

У міру зберігання зібраної плати та очікуванні дачного сезону, була зроблена спроба застосувати зібрану плату на виробництві, ось на такій установці.

Це просто велика каструля з нагрівачем типу ТЕНів потужністю 27 кВт. Продукцію дістають із холодильника цілими піддонами та закладають у кастрюлю. Потрібно все це нагріти до 90 С. Уявляєте скільки електроенергії витрачається щодобово?!

Для оцінки обсягів додаю пару фото:

Продукція між іншим являє собою свинячі шлунки та кудрявку (частина кишків).
Наскільки я знаю шлунки чимось набивають і вживають у їжу, з кишками приблизно те саме - у тому числі й ковбаси з сосисками.

Ця справа вариться та повторно заморожується. Далі вирушає до Китаю. Ось так, кругообіг товару в природі. Ми їм натуральні субпродукти, а у відповідь електроніку...

Назріло питання перевести нагрівання каструлі на пару. Так економніша і потужність вища. Продуктивність зростає у рази. Ось тут і знадобився датчик рівня, щоб нікого пором не обварило і пара подавався тільки тоді, коли в ємності присутня хоча б мінімальна кількість води.

Однак я вчасно схаменувся і відмовився від остаточної установки, хоча випробування показали працездатність плати. Застосовувати на виробництві саморобки протипоказано. Тому знайшли менш оперативно потрібний прилад, який виконує самі функції, але має ще й сертифікат. Принцип роботи заводського пристрою практично відповідає набору з інтернет магазину і в конкретному випадку виконує ті ж функції.
Цей пристрій вітчизняного виробництва Овен САУ-М7.

Доставка та упаковка:

Бангуд дуже стабільний, малий пакет і кілька шарів спіненого поліетилену.

У невеликому пакетику «купка» деталей, плата та дроти.

За номіналами я не сортував, просто розклав для наочності.

Схема не проста, а дуже проста. Використовується 4 елементи 2І-НЕ, причому два з них виконують функцію тригера. Він необхідний формування петлі гістерезису.
Контакти 1 і 2 роз'єм J3 дають сигнал про нижній рівень і включають реле. Контакти J4 1 і 2 - верхній і аварійний рівень, при спрацьовуванні будь-якого з них реле вимикається. Спрацювання реле дублюється запаленням світлодіода. Схема впевнено спрацьовує на водопровідну воду і так само впевнено на воду після водопідготовки, де солей менше.
Я збирав плату майже дивлячись у схему, хіба що номінал резисторів подивився.
Переплутати висновки малоймовірно і навіть встановити такі деталі, як роз'єми або транзистори, неправильно завадить нанесена шовкографія.
Єдиний мінус при монтажі – я переплутав місцями світлодіоди. Але це так, дрібниці, на працездатність не впливають.

Як датчики були застосовані саморобні датчики рівня кондуктометричного типу. Приблизно так вони виглядають у зборі:

На платі з боку установки деталей нанесено шовкографія, цілком якісна.

Процес розпаювання деталей вам не буде цікавим, оскільки я не є збирачем і не володію особливостями тих процесів зі збирання плат. Що в руку попалося з краю, те й запаював.
Друкована плата з боку паяння покрита захисною маскою. Металізації немає. Плата одностороння.

Використовував припій типу ПІС 61 з каніфоллю. Насвинячив трохи.

Проводи живлення зафіксував герметиком, щоб не обламалися на виході з отворів. Проводи, що йшли в комплекті, мені видалися надто короткими.

Плату помив розчинником зі спиртом і накрив шаром Plastik 70. Відразу помітив різницю між моїми колишніми платами і цією. Поверхня блищить та контакти покриті шаром плівки.
Виявилася деяка незручність, яка насправді є плюсом. Хотів зняти відео про роботу плати з використанням мультиметра, а отримав проблему у вигляді того, що цупи, що банально не продавлюють захисне покриття. Тому у відео відсутній мультиметр.

Відео демонстрації роботи плати:

Upd:Поки писав огляд, на сторінку з товаром навіть не звертав увагу, як завжди. І лише після написання огляду звернув увагу на товар. Плата не збігається з тією, що мені надіслали і судячи з коментарів багатьом надсилають два різні варіанти плати. На функціоналі це не позначається. Обидві плати є працездатними.

Підсумки:Найпростіший набір, доступний для школярів, також має практичне застосування. До покупки рекомендую. Осад невеликий залишився через те, що плата прийшла не та, яка в описі.

У моєму випадку виявилися зайвими дроти. Ймовірно, вони планувалися для виведення з плати світлодіодів на передню панель та підключення джерела живлення.

Планую купити +52 Додати в обране Огляд сподобався +25 +47

Для автоматизації багатьох виробничих процесів необхідно контролювати рівень води в резервуарі, вимірювання проводиться за допомогою спеціального датчика, що подає сигнал, коли технологічне середовище досягне певного рівня. Без рівнемірів неможливо обійтися і в побуті, яскравий приклад цього – запірна арматура бачка унітазу або автоматика для відключення свердловини. Давайте розглянемо різні види датчиків рівня, їх конструкцію та принцип роботи. Ця інформація буде корисною при виборі пристрою під певне завдання або виготовлення датчика своїми руками.

Конструкція та принцип дії

Конструктивне виконання вимірювальних пристроїв даного типу визначається такими параметрами:

Функціональністю, залежно від цього пристрою, прийнято ділити на сигналізатори і рівнеміри. Перші відстежують конкретну точку заповнення резервуара (мінімальну чи максимальну), другі здійснюють безперервний моніторинг рівня.
Принципом дії в його основу може бути покладено: гідростатика, електропровідність, магнетизм, оптика, акустика і т.д. Власне це основний параметр, що визначає сферу застосування.
Методом виміру (контактний або безконтактний).

Крім того, особливості конструкції визначає характер технологічного середовища. Одна річ – вимірювати висоту питної води у баку, інша – перевіряти наповнення резервуарів для промислових стоків. В останньому випадку необхідний відповідний захист.

Види датчиків рівня

Залежно від принципу дії сигналізатори прийнято ділити на такі види:

поплавочного типу;
що використовують ультразвукові хвилі;
пристрої з ємнісним принципом визначення рівня;
електродні;
радарного типу;
працюючі за гідростатичним принципом.

Оскільки ці типи найпоширеніші, розглянемо кожен із новачків окремо.

Поплавковий

Це найбільш простий, проте дієвий і надійний спосіб вимірювання рідини в баку або іншої ємності. З прикладом реалізації можна ознайомитись на малюнку 2.

Мал. 2. Поплавковий датчик для керування насосом

Конструкція складається з поплавця з магнітом та двох герконів, встановлених у контрольних точках. Коротко опишемо принцип дії:

Місткість спустошується до критичного мінімуму (А на рис. 2), при цьому поплавок опускається до рівня, де розташований геркон 2, він включає реле, що подає живлення на насос, що закачує воду зі свердловини.
Вода доходить до максимальної позначки, поплавець піднімається до місця розташування геркона 1, він спрацьовує і відключається реле, відповідно, двигун насоса припиняє працювати.

Такий герконовий сигналізатор зробити самостійно досить просто, а його налаштування зводиться до встановлення рівнів увімкнення-вимкнення.

Зауважимо, що якщо правильно вибрати матеріал для поплавця, датчик рівня води працюватиме навіть за наявності шару піни в резервуарі.

Ультразвуковий

Цей тип вимірювачів може використовуватися як для рідкого, так і для сухого середовища, при цьому у нього може бути аналоговий або дискретний вихід. Тобто, датчик може обмежувати заповнення досягнення певної точки або відстежувати його постійно. Пристрій включає ультразвуковий випромінювач, приймач і контролер обробки сигналу. Принцип роботи сигналізатора продемонстровано малюнку 3.

Мал. 3. Принцип роботи ультразвукового датчика рівня

Працює система наступним чином:

випромінюється ультразвуковий імпульс;
приймається відбитий сигнал;
аналізується тривалість згасання сигналу. Якщо бак повний, вона буде короткою (А рис. 3), а в міру спустошення почне збільшуватись (В рис. 3).

Ультразвуковий сигналізатор безконтактний та бездротовий, тому він може використовуватися навіть в агресивних та вибухонебезпечних середовищах. Після первинного налаштування такий датчик не вимагає ніякого спеціалізованого обслуговування, а відсутність рухомих частин істотно продовжує термін експлуатації.

Електродний

Електродні (кондуктометричні) сигналізатори дозволяють контролювати один або кілька рівнів електропровідного середовища (тобто для вимірювання наповнення бака дистильованою водою вони не підходять). Приклад використання пристрою наведено малюнку 4.

Рисунок 4. Вимірювання рівня рідини кондуктометричними датчиками

У наведеному прикладі задіяний трирівневий сигналізатор, в якому два електроди контролюють заповнення ємності, а третій є аварійним для включення режиму інтенсивної відкачування.

Ємнісний

За допомогою цих сигналізаторів можна визначати максимальне заповнення ємності, причому як технологічне середовище можуть виступати як рідина, так і сипучі речовини змішаного складу (див. рис. 5).

Мал. 5. Ємнісний датчик рівня

Принцип роботи сигналізатора такий самий, як у конденсатора: проводиться вимірювання ємності між пластинами чутливого елемента. Коли вона досягне граничного значення, подається сигнал на контролер. У деяких випадках задіяно виконання «сухий контакт», тобто рівнемір працює через стінку бака в ізоляції від технологічного середовища.

Дані пристрої можуть працювати в широкому температурному діапазоні, на них не впливають електромагнітні поля, а спрацьовування можливе на великій відстані. Такі показники значно розширюють сферу застосування до важких умов експлуатації.

Радарний

Цей вид сигналізаторів можна дійсно назвати універсальним, оскільки він може працювати з будь-яким технологічним середовищем, включаючи агресивне та вибухонебезпечне, причому тиск і температура не впливатимуть на показання. Приклад роботи пристрою наведено нижче.

Пристрій випромінює радіохвилі у вузькому діапазоні (кілька гігагерц), приймач ловить відбитий сигнал і за його затримкою визначає наповнюваність ємності. На датчик вимірювання не впливає тиск, температура або характер технологічного середовища. Запиленість також не відбивається на показаннях, чого не скажеш про лазерних сигналізаторів. Також необхідно відзначити високу точність приладів даного типу, їхня похибка становить не більше одного міліметра.

Гідростатичний

Ці сигналізатори можуть вимірювати як граничне, і поточне заповнення резервуарів. Їх принцип дії продемонстровано малюнку 7.

Рисунок 7. Вимірювання заповнення гіростатичним датчиком

Пристрій побудований за принципом вимірювання рівня тиску, виробленого стовпом рідини. Прийнятна точність і невелика вартість зробили цей вигляд досить популярним.

У рамках статті ми не можемо оглянути всі типи сигналізаторів, наприклад, ротаційно-прапорцевих, для визначення сипких речовин (йде сигнал, коли пелюстка вентилятора застрягне в сипучому середовищі, попередньо вирив приямок). Також немає сенсу розглядати принцип дії радіоізотопних вимірювачів, тим більше рекомендувати їх для перевірки рівня питної води.

Як вибрати?

Вибір датчика рівня води в резервуарі залежить від багатьох факторів, основні з них:

склад рідини. Залежно від вмісту у воді сторонніх домішок може змінюватися щільність та електропровідність розчину, що з великою ймовірністю позначиться на показаннях.
Об'єм резервуару та матеріал, з якого він виготовлений.
Функціональне призначення ємності для накопичення рідини.
Необхідність контролювати мінімальний та максимальний рівень або потрібен моніторинг поточного стану.
Допустимість інтеграції до системи автоматизованого управління.
Комутаційні можливості пристрою.

Це далеко не повний списокдля вибору вимірювальних приладів цього типу. Природно, що з побутового призначення можна значно скоротити критерії відбору, обмеживши їх обсягом резервуара, типом спрацьовування і схемою управління. Істотне скорочення вимог уможливлює самостійне виготовлення такого пристрою.

Робимо датчик рівня води у резервуарі своїми руками

Допустимо, є завдання автоматизувати роботу занурювального насоса для водопостачання дачі. Як правило, вода надходить у накопичувальну ємність, отже нам необхідно зробити так, щоб насос автоматично вимикався при її заповненні. Зовсім не обов'язково для цієї мети купувати лазерний або радіолокаційний сигналізатор рівня, власне, ніякого купувати не потрібно. Просте завдання вимагає простого рішення, воно показано на малюнку 8.

Для вирішення завдання знадобиться магнітний пускач із котушкою на 220 вольт і два геркони: мінімального рівня – на замикання, максимального – на розмикання. Схема підключення насоса проста і, що важливо, безпечна. Принцип роботи було описано вище, але повторимо його:

У міру набору води поплавець з магнітом поступово піднімається, доки не дійде до геркона максимального рівня.
Магнітне поле розмикає геркон, відключаючи котушку пускача, що призводить до знеструмлення двигуна.
У міру витрати води поплавок опускається, поки не досягне мінімальної позначки навпроти нижнього геркона, його контакти замикаються, і надходить напруга на котушку пускача, що подає напругу на насос. Такий датчик рівня води у резервуарі може працювати десятиліттями, на відміну від електронної системиуправління.

Схожі статті