Oskrba z vodo in odtok sta sestavni del življenja in proizvodnje. Skoraj vsi, ki so se ukvarjali s kmetovanjem ali izboljšanjem življenja, so se vsaj enkrat srečali s težavo vzdrževanja nivoja vode v določenem rezervoarju. Nekateri to storijo ročno z odpiranjem in zapiranjem ventilov, vendar je za te namene veliko preprosteje in učinkoviteje uporabiti samodejni senzor nivoja vode.
Vrste senzorjev nivoja
Glede na zastavljene naloge se za nadzor nivoja tekočine uporabljajo kontaktni in bližinski senzorji. Prvi, kot lahko ugibate po njihovem imenu, imajo stik s tekočino, slednji pa informacije prejemajo na daljavo z uporabo posrednih merilnih metod - preglednost medija, njegova zmogljivost, električna prevodnost, gostota itd. Po načelu delovanja je mogoče vse senzorje razdeliti na 5 glavnih vrst:
- Plovec.
- Elektroda
- Hidrostatično.
- Zmogljiv.
- Radar.
Prve tri lahko pripišemo napravam kontaktnega tipa, saj neposredno komunicirajo z delovnim medijem (tekočino), četrta in peta sta brezkontaktni.
Plavajoči senzorji
Morda najpreprostejši v oblikovanju. So ploveči sistem, ki se nahaja na površini tekočine. Ko se nivo spreminja, se plovec tako ali drugače premika in zapira kontakte krmilnega mehanizma. Bolj ko se stiki nahajajo na poti gibanja plovca, bolj natančni so odčitki indikatorja:
Načelo delovanja senzorja plovca za nivo vode v rezervoarju
Iz slike je razvidno, da so odčitki kazalcev takšne naprave diskretni, število nivojskih vrednosti pa je odvisno od števila stikal. V zgornjem diagramu sta dva izmed njih - zgornji in spodnji. To je praviloma povsem dovolj, da samodejno vzdržuje nivo v danem območju.
Obstajajo plavajoče naprave za stalno nadzor na daljavo. V njih plovec nadzira motor z reostatom, raven pa se izračuna na podlagi trenutnega upora. Do nedavnega so se takšne naprave široko uporabljale, na primer za merjenje količine bencina v avtomobilskih rezervoarjih za gorivo:
Naprava merilnika reostatske stopnje, kjer:
- 1 - žični reostat;
- 2 - drsni reostat, mehansko povezan s plovcem.
Senzorji nivoja elektrode
Naprave te vrste uporabljajo električno prevodnost tekočine in so diskretne. Senzor je sestavljen iz več elektrod različnih dolžin, potopljenih v vodo. Glede na raven v tekočini se prikaže eno ali drugo število elektrod.
Trielektrodni sistem senzorjev nivoja tekočine v rezervoarju
Na zgornji sliki sta dva desna senzorja potopljena v vodo, kar pomeni, da je med njima vodoodpornost - črpalka se ustavi. Takoj, ko nivo pade, se srednji senzor izsuši in upor vezja se poveča. Avtomatizacija bo sprožila tlačno črpalko. Ko je posoda polna, bo najkrajša elektroda padla v vodo, njena odpornost na navadno elektrodo se bo zmanjšala in avtomatizacija bo črpalko ustavila.
Povsem jasno je, da je število kontrolnih točk enostavno povečati z dodajanjem dodatnih elektrod in ustreznih krmilnih kanalov v zasnovo, na primer za alarm nad prelivom ali sušenjem.
Hidrostatični nadzorni sistem
Tu je senzor odprta cev, v katero je vgrajen senzor tlaka ene ali druge vrste. Ko se raven poveča, se višina vodnega stolpca v cevi spreminja, kar pomeni pritisk na senzor:
Načelo delovanja hidrostatičnega sistema za nadzor nivoja tekočine
Takšni sistemi imajo stalno značilnost in jih je mogoče uporabiti ne samo za samodejno krmiljenje, temveč tudi za daljinsko vodenje nivoja.
Zmogljiva metoda merjenja
V senzorjih te vrste se kot senzor uporablja kondenzator, katerega električna kapacitivnost se razlikuje glede na dielektrične lastnosti okolja. Če je v bližini plošč merilnega kondenzatorja voda, ima eno električno kapacitivnost, zrak - drugo.
Krmilni sistem nenehno meri električno kapaciteto senzorja in ob spremembi sprejme eno ali drugo odločitev. Merilniki te vrste so diskretni in jih je mogoče uporabljati samo za spremljanje določene ravni tekočine. Če je rezervoar za vodo izdelan iz dielektrike, se lahko meritve izvajajo brezkontaktno - skozi steno rezervoarja ali cev vodomera. V nasprotnem primeru je v rezervoarju nameščen kapacitivni senzor.
Načelo delovanja kapacitivnega senzorja s kovinsko (levo) in dielektrično kopeljo
Indukcijski kazalci delujejo po podobnem principu, vendar v njih vlogo senzorja igra tuljava, katere induktivnost se razlikuje glede na prisotnost tekočine. Glavna pomanjkljivost takšnih naprav je, da so primerne samo za nadzor snovi (tekočine, razsuti materiali itd.), Ki imajo dovolj visoko magnetno prepustnost. V vsakdanjem življenju se induktivni senzorji praktično ne uporabljajo.
Radarski nadzor
Glavna prednost te metode je pomanjkanje stika z delovnim okoljem. Še več, senzorji lahko stojijo stran od tekočine, katere nivo je treba nadzorovati, dovolj daleč - metrov. To omogoča uporabo senzorjev radarskega tipa za spremljanje izjemno agresivnih, strupenih ali vročih tekočin. Načelo delovanja takšnih senzorjev kaže že njihovo ime - radar. Napravo sestavljata oddajnik in sprejemnik, sestavljen v enem ohišju. Prvi odda takšno ali drugačno vrsto signala, drugi sprejme odbijeni in šteje čas zakasnitve med poslanimi in sprejetimi impulzi.
Načelo delovanja radarskega tipa ultrazvočnega preklopa
Signal, odvisno od nalog, je lahko svetlobni, zvočni, radijski. Natančnost takih senzorjev je precej visoka - milimetre. Morda je edina pomanjkljivost kompleksnost opreme za radarsko spremljanje in njeni precej visoki stroški.
Domači nadzor nad nivojem tekočine
Zaradi dejstva, da so nekateri senzorji izredno preprosti v oblikovanju, ni težko izdelati stikala za vodno gladino z lastnimi rokami . Takšne naprave bodo v povezavi z vodnimi črpalkami v celoti avtomatizirale postopek črpanja vode, na primer v poletni vodni stolp ali avtonomni sistem za kapljično namakanje.
Float krmilna črpalka
Za izvedbo te ideje se uporablja domače trstično stikalo nivoja vode s plovcem. Ne potrebuje dragih in redkih komponent, je enostavno ponoviti in dovolj zanesljiv. Najprej je vredno razmisliti o zasnovi samega senzorja:
Zasnova dvostopenjskega senzorja plavajoče vode v rezervoarju
Sestavljen je iz samega plovca 2, ki je nameščen na premični palici 3. Plovec je nameščen na površini vode in se, glede na njegovo raven, premika s palico in trajnim magnetom 5, nameščenim na njej navzgor / navzdol v vodilih 4 in 5. V spodnjem položaju nivo tekočine je minimalen, magnet zapre trstično stikalo 8, v zgornjem delu (rezervoar je poln) - trstično stikalo 7. Dolžina palice in razdalja med vodili izberemo glede na višino rezervoarja za vodo.
Ostaja še sestaviti napravo, ki bo avtomatsko vklopila in izklopila tlačno črpalko, odvisno od stanja kontaktov. Njegova shema je naslednja:
Krmilni tokokrog vodne črpalke
Predpostavimo, da je rezervoar poln, plovec je v zgornjem položaju. Reed stikalo SF2 je zaprto, tranzistor VT1 je zaprt, releji K1 in K2 so izključeni. Vodna črpalka, priključena na priključek X1, je brez napajanja. Ko voda teče, bo plovec, in z njim magnet padel, se bo odprlo trstično stikalo SF1, vendar bo vezje ostalo v enakem stanju.
Takoj ko se nivo vode spusti pod kritično, se stikalo trstike SF1 zapre. Tranzistor VT1 se odpre, sproži rele K1 in se zaklene v kontakte K1.1. Hkrati bodo stiki K1.2 istega releja napajali zaganjalnik K2, ki vklopi črpalko. Začela črpati vodo.
Ko se raven poveča, bo plovec začel naraščati, odprl se bo kontakt SF1, toda tranzistor, ki ga blokirajo stiki K1.1, ostane odprt. Takoj ko se kapacitivnost napolni, se kontakt SF2 zapre in prisilno zapre tranzistor. Oba releja se bosta sprostila, črpalka se bo izklopila in vezje bo prešlo v stanje pripravljenosti.
Ko ponavljate vezje namesto K1, lahko uporabite kateri koli elektromagnetni rele z majhno močjo za odzivno napetost 22-24 V, na primer RES-9 (RS4.524.200). Kot K2, RMU (RS4.523.330) ali kateri koli drug primeren za napetost 24 V, katerih stiki vzdržijo začetni tok vodne črpalke. Reed stikala bodo delovala v katerem koli delu na vezju ali preklopu.
Nivojska stikala s senzorji elektrode
Z vsem dostojanstvom in preprostostjo ima prejšnja zasnova merilnika nivoja zabojnikov pomembno pomanjkljivost - mehanske enote, ki delujejo v vodi in zahtevajo stalno vzdrževanje. Ta pomanjkljivost je v elektrode zasnove stroja odsotna. Je veliko bolj zanesljiv kot mehanski, ne potrebuje vzdrževanja in shema ni veliko bolj zapletena kot prejšnja.
Tu se kot senzorji uporabljajo tri elektrode iz katerega koli prevodnega nerjavečega materiala. Vse elektrode so med seboj in od telesa posode električno izolirane. Zasnova tipala je jasno vidna na spodnji sliki:
Zasnova trodelnega elektrode, kjer:
- S1 - skupna elektroda (vedno v vodi)
- S2 - najmanjši senzor (rezervoar prazen);
- S3 - senzor najvišje ravni (rezervoar poln);
Shema upravljanja črpalke bo videti tako:
Shema samodejnega krmiljenja črpalke z uporabo elektrodnih senzorjev
Če je rezervoar poln, potem so vse tri elektrode v vodi in električni upor med njimi je majhen. V tem primeru je tranzistor VT1 zaprt, VT2 odprt. Rele K1 je vklopljen in odklopi črpalko s svojimi normalno zaprtimi kontakti in vzporedno s S3 povezuje senzor S2 z normalno odprtimi kontakti. Ko nivo vode začne padati, je elektroda S3 izpostavljena, toda S2 je še vedno v vodi in nič se ne zgodi.
Voda še naprej porablja in končno golo elektrodo S2. Zahvaljujoč uporu R1 tranzistorji preidejo v nasprotno stanje. Rele črpalko sprosti in zažene, medtem ko izklopi senzor S2. Nivo vode postopoma narašča in najprej zapre elektrodo S2 (nič se ne zgodi - odklopi jo stiki K1.1), nato pa S3. Tranzistorji se spet preklopijo, rele aktivira in izklopi črpalko, hkrati pa poveže senzor S2, da deluje za naslednji cikel.
Naprava lahko uporablja kateri koli rele z majhno močjo, ki deluje od 12 V, katerega stiki lahko prenesejo tok zaganjalnika črpalke.
Po potrebi se lahko uporabi enaka shema za samodejno črpanje vode, recimo iz kleti. Če želite to narediti, odtočna črpalka ne sme biti priključena na normalno zaprto, ampak na normalno odpiranje relejskih kontaktov K1. Vezje ne bo zahtevalo nobenih drugih sprememb.