Переключатели и т. д.) при автоматизации насосных установок применяют специальные устройства контроля и управления, например, реле контроля уровня, струйные реле и др.
Реле контроля уровня регулируют работу пускателей насоса и клапанов для управления уровнями жидкости. Такие устройства способны поддерживать установленный уровень воды в емкостях.
Современные реле контроля уровня жидкости - электронные устройства, чаще всего модульного исполнения, получающие сигналы от датчиков, обрабатывающие их по определенному алгоритму и комммутирующие подключенные к выходным контактам реле исполнительные элементы ( , электродвигатели насосов).
Так как максимальный коммутируемый ток выходных цепей электронных реле контроля уровня обычно не превышает 10 А, то для коммутации мощных нагрузок . В этом сучае реле уровня управляет катушкой пускателя, а пускатель своими силовыми контактами управляет исполнительными элементами насосной установки.
Электронные реле контроля уровня работают с электродными и поплавковми датчиками, манометрами, радиоактивными датчиками и т. д.
Электродный датчик уровня
Используется для того, чтобы контролировать уровень электропроводных жидкостей. Принцип работы: контроль сопротивления воды между однополюсными погруженными электродами, для чего применяется переменное напряжение.
Состоит из одного маленького электрода и двух длинных электродов, укрепленных в коробке зажимов. Один маленький электрод - это контакт верхнего уровня воды, а длинные - нижнего уровня воды. Соединение датчика с реле уровня и со схемой управления двигателем насоса выполняется проводами.
Если вода соприкасается с маленьким электродом, происходит выключение пускателя насоса. Когда уровень понижается до длинных электродов, насос включается.
Используется для того, чтобы контролировать уровень воды в неагрессивных жидкостях. В открытую емкость погружается поплавок, который подвешивается на гибком тросе и уравновешивается грузом. На тросе закрепляются две переключающие опоры, с помощью которых при предельных уровнях воды в емкости коромысло контактного устройства поворачивается. Это коромысло замыкает контакты, которые включают или отключают электродвигатель насоса.
В случае с закрытой емкостью поплавок связывается своим рычагом с осью рычага. Ось с определенным уплотнителем пропускается в пространство через стенку корпуса, где находится контактная часть датчика. Через стенку емкости выполняется вывод проводов от контактов.
В большинстве случаев, подходящие датчики идут в комплете с реле уровня. Потребителю после приобретения такого набора необходимо только правильно все подключить и настроить.
Реле РКУ-1М - контролирует уровень жидкости и используется в автоматике регулирования наполнения и слива емкостей и в схемах защиты. Основные характеристики: максимальная коммутируемая мощность 3,5 Вт, питание 220В, число датчиков 3, один переключающий контакт, максимальное расстояние от датчика к реле 100 м.
Рис. 1. Реле РКУ-1М
Рис. 2. Схема подключения насоса к РКУ-1М
Реле уровня воды РОС-301 - контролирует три уровня электропроводных жидкостей по независимым трем каналам в одной или разных емкостях.
Рис. 3. Реле РОС-301
Реле одноуровневое уровня воды PZ-828 - обладает регулируемой чувствительностью, напряжение - 230В, максимальный ток выходных цепей - 16А. В устройстве используется переключающий контакт.
Рис. 4. Реле PZ-828
Двухуровневое реле PZ-829 представляет собой автомат, имеющий регулируемую чувствительность. Данное электронное устройство пособно на двух уровнях контролировать наличие жидкости.
Трехуровневое реле PZ-830 - контролирует и поддерживает установленный уровень токопроводящей жидкости управляя электродвигателем насосной установки. Трехуровневый автомат способен на трех уровнях контролировать наличие жидкости, где третий уровень является аварийным.
Рис. 6. Схема подключения четырехуровневого реле уровня PZ-830
Четырехуровневое реле PZ-832 - контролирует и поддерживает уровень токопроводящих жидкостей в емкостях, водонапорных башнях, бассейнах и т. д. управляя электродвигателями насосов.
Реле уровня жидкости, оснащенное тремя датчиками EBR-1 - электронное модульное реле, обладающее максимальным расстоянием между датчиками в 100 метров. Его можно применять для общественных водоемов (управление наполнением и сливом емкости или колодца). К механизму подключаются датчики, поставляемые вместе с реле контроля уровня жидкости.
Основные характеристики: мощность 3,5 VA, три датчика, максимальная чувствительность 50 КОм, питание 230 V, рабочая температура -100С - +450С, защита IP20.
Реле уровня EBR-1
Реле, оснащенное шестью датчиками EBR-2 - специально разработанное модульное реле контроля, применяемое в колодцах и резервуарах. Также данное реле обладает множеством настроек, уведомлением о достижении минимального и максимального показателей уровня воды, датчики имеют высокую чувствительность к электропроводности жидкости.
В комплект входят шесть датчиков. Благодаря стоимости данное реле контроля является идеальным вариантом для современного контролирования уровня воды.
Устройство, сделанное своими руками на одном транзисторе, может изготовить практически любой, кто этого захочет и приложит небольшие усилия для закупки очень недорогих и не многочисленных комплектующих и спаяет их в схему. Применяется она для автоматического пополнения воды в расходных ёмкостях дома, на даче и везде, где присутствует вода, без ограничений. А таких мест очень много. Для начала рассмотрим схему этого устройства. Проще просто не бывает.
Контроль уровня воды в автоматическом режиме с помощью простейшего электронного Схема контроля уровня воды.
Вся схема управления уровнем воды состоит из нескольких простых деталей и если без ошибок собрана из хороших деталей, то не нуждается в настройке и сразу заработает, как запланировано. У меня подобная схема без сбоев работает уже почти три года, и я ей очень доволен.
Схема автоматического управления уровнем воды
Список деталей
- Транзистор можно применить любой из этих: КТ815А или Б. TIP29A. TIP61A. BD139. BD167. BD815.
- ГК1 – геркон нижнего уровня.
- ГК2 – геркон верхнего уровня.
- ГК3 – геркон аварийного уровня.
- D1 – любой красный светодиод.
- R1 – резистор 3Ком 0.25 ватт.
- R2 – резистор 300 Ом 0.125 ватт.
- К1 – любое реле на 12 вольт с двумя парами нормально разомкнутыми контактами.
- К2 – любое реле на 12 вольт с одной парой нормально разомкнутых контактов.
- В качестве источников сигнала для пополнения воды в ёмкость, я применил поплавковые герконовые контакты. На схеме обозначаются ГК1, ГК2 и ГК3. Китайского производства, но очень приличного качества. Ни одного плохого слова сказать не могу. В ёмкости, где они стоят, у меня происходит обработка воды озоном и за годы работы на них ни малейшего повреждения. Озон является крайне агрессивным химическим элементом и многие пластики он растворяет совершенно без остатка.
Теперь рассмотрим работу схемы в автоматическом режиме.
При подаче питания на схему, срабатывает поплавок нижнего уровня ГК1 и через его контакт и резисторы R1и R2 подаётся питание на базу транзистора. Транзистор открывается и тем самым подаёт питание на катушку реле К1. Реле включается и своим контактом К1.1 блокирует ГК1 (нижний уровень), а контактом К1.2 подаёт питание на катушку реле К2, которое является исполнительным и включает своим контактом К2.1 исполнительный механизм. Исполнительным механизмом может быть насос для воды или электрический клапан, которые подают воду в ёмкость.
Вода пополняется и когда превысит нижний уровень, выключится ГК1, тем самым подготавливая следующий цикл работы. Достигнув верхнего уровня, вода поднимет поплавок и включит ГК2 (верхний уровень) тем самым замыкая цепочку через R1, К1.1, ГК2. Питание на базу транзистора прервётся, и он закроется, выключив реле К1, которое своими контактами разомкнёт К1.1 и выключит реле К2. Реле, в свою очередь выключит исполнительный механизм. Схема подготовлена к новому циклу работы. ГК3 является поплавком аварийного уровня и служит страховкой, если вдруг не сработает поплавок верхнего уровня. Диод D1 является индикатором работы устройства в режиме наполнения воды.
А теперь приступим к изготовлению этого очень полезного устройства.
Размещаем детали на плату.
Все детали размещаем на макетной плате, чтобы не делать печатную. При размещении деталей, нужно учитывать, чтобы паять как можно меньше перемычек. Нужно максимально использовать проводники самих элементов для монтажа.
Окончательный вид.
В промышленности и быту постоянно существует необходимость контроля за уровнями жидкостей в емкостях. Устройства измерения классифицируют как контактные и бесконтактные. Для обоих вариантов датчик уровня воды располагают на определенной высоте резервуара, и он срабатывает, сигнализируя или подавая команду на изменение режима ее подачи.
Контактные устройства работают на основе поплавков, переключающих схемы при достижении жидкостью заданных отметок.
Бесконтактные способы подразделяются на магнитные, емкостные, ультразвуковые, оптические и другие. Устройства не имеют подвижных частей. Они погружаются в контролируемые жидкие или сыпучие среды или закрепляются на стенках баков.
Поплавковые датчики
Надежные и дешевые устройства для контроля уровня жидкостей с помощью поплавков наиболее распространены. Конструктивно они могут различаться. Рассморим их виды.
Вертикальное расположение
Часто применяется поплавковый датчик уровня воды с вертикальным штоком. Внутри него размещен круглый магнит. Шток представляет собой полую пластиковую трубку с расположенными внутри герконами.
Поплавок с закрепленным магнитом всегда располагается на поверхности жидкости. Подходя к геркону, поле магнита вызывает срабатывание его контактов, что является сигналом о заполнении емкости до определенного объема. При последовательном соединении контактных пар между собой через резисторы можно постоянно следить за уровнем воды по общему сопротивлению цепи. Стандартный сигнал при этом меняется от 4 до 20 мА. Датчик уровня воды чаще всего размещается в верхней части резервуара на участке длиной до 3 м.
Электрические схемы с герконами могут отличаться при внешнем сходстве механической части. Датчики располагаются на одном, двух и большем количестве уровней, подавая сигнал о том, насколько наполнен бак. Они также могут быть линейными, непрерывно передавая сигнал.
Горизонтальное расположение
Если сверху датчик установить не удается, его крепят горизонтально к стене резервуара. Магнит с поплавком устанавливают на рычаге с шарниром, а геркон помещают в корпусе. При подъеме жидкости в верхнее положение магнит подходит к коннтактам и датчик срабатывает, сигнализируя о достижении предельного положения.
При повышенной загрязненности или замерзании жидкости применяется более надежный поплавковый датчик уровня воды на гибком тросе. Он состоит из размещенной на глубине небольшой герметичной емкости с металлическим шариком с герконовым контактом или тумблером внутри. При совпадении уровня воды с положением датчика происходит переворот емкости и срабатывание контакта.
Одними из самых точных и надежных поплавковых датчиков являются магнитострикционные. Они содержат поплавок с магнитом, которые скользят по металлическому стержню. Принцип работы заключается в изменении продолжительности прохождения через стержень ультразвукового импульса. Отсутствие электрических контактов существенно повышает четкость срабатывания при достижении границы раздела сред заданного положения.
Емкостные датчики
Бесконтактное устройство реагирует на разницу между диэлектрической проницаемостью разных материаллов. Датчик уровня воды в резервуаре устанавливается снаружи боковой стенки емкости. В этом месте должна быть вставка из стекла или фторопласта, чтобы через нее можно было различить границу раздела сред. Расстояние, на котором чувствительный элемент улавливает изменение контролируемой среды, составляет 25 мм.
Герметичное исполнение емкостного датчика дает возможность помещать его в контролируемую среду, например, в трубопровод или в крышку резервуара. При этом он может находиться под давлением. Таким образом поддерживается наличие жидкости в закрытом реакторе при осуществлении технологического процесса.
Электродные датчики
Датчик уровня воды с помещенными в жидкость электродами реагирует на изменение электропроводности между ними. Для этого их крепят зажимами и размещают на предельно верхнем и нижнем уровнях. С более длинным в паре устанавливают еще один проводник, но обычно вместо него используют металлический корпус резервуара.
Схема датчика уровня воды соединяется с системой управления электродвигателем насоса. При полном баке все электроды погружены в жидкость и между ними протекает ток управления, который является сигналом на отключение двигателя водяного насоса. Вода также не поступает, еслти она не касается оголенного верхнего проводника. Сигналом включения насоса является снижение уровня ниже длинного электрода.
Проблемой всех датчиков является окисление контактов, находящихся в воде. Чтобы уменьшить его влияние, применяют нержавеющую сталь или графитовые стержни.
Датчик уровня воды своими руками
Простота устройства дает возможность изготовить его самостоятельно. Для этого нужен поплавок, рычаг и клапан. Вся конструкция размещается в верхней части бака. Поплавок с рычагом соединяется со штоком, перемещающим поршень.
При достижении водой верхнего предельного уровня поплавок перемещает рычаг, который воздействует на поршень и закрывает подачу через нижнюю трубу.
По мере расхода воды поплавок опускается, после чего поршень снова открывает отверстие, через которое можно опять наполнять резервуар.
При правильном выборе и изготовлении датчик уровня воды, своими руками собранный, надежно работает в домашнем хозяйстве.
Заключение
Датчик уровня воды незаменим в частном секторе. С ним не теряется время при контроле за наполнением бака на огороде, уровнем в колодце, скважине или септике. Простое устройство без помощи хозяина вовремя запустит или отключит водяной насос. Только не стоит забывать о его профилактике.
В промышленности и быту всегда возникает необходимость для определения различных уровней в емкостях. Для этих задач используются датчики уровня различных конструкций. В зависимости от среды наполнения резервуара применяют тот или иной датчик, иногда, в целях простоты и экономии средств и времени, применяют датчики комбинированные, то есть изготовленные своими руками. Это незамысловатые конструкции, использующие в своем составе датчики совсем других типов. В основном такие датчики применяют там, где нет простого доступа к среде измерения или место измерения очень агрессивно для здоровья человека.
Виды датчиков уровня
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.
Датчик уровня воды своими руками
Посмотрим, на примере откачки воды из приямка, как можно сделать управление в автоматическом цикле поддержания уровня воды не выше положенного.
Имеем приямок с очень не чистого вида жидкостью, состоящей из воды и примесей охлаждающей жидкости для резцов металлорежущего станка.
Были рассмотрены все виды датчиков, однако, по цене и простоте исполнения подошла комбинированная конструкция, состоящая из проволоки длиной три метра (глубина приямка), прикреплена к поплавку (большая пластмассовая емкость с воздухом), на поверхности проволока крепится к пружинке с лепестком.
В качестве сигнала берется обычный дискретный сигнал 24В с обычного индуктивного датчика. Он отрабатывает на лепесток. Когда уровень воды в приямке растёт, поплавок поднимается ослабляя пружину. На конце пружины прикреплен лепесток, он поднимается за счёт разгибающей силы пружины. На лепесток, в свою очередь, отрабатывает индуктивный сенсор, подавая на катушку реле двигателя насоса, заставляя его откачивать воду с приямка. Для того, чтобы избежать частых включений отключений двигателя, в цепи датчик-катушка, стоит реле задержки выключения с уставкой на 10 минут.
Таким образом, при следующем срабатывании датчика, реле снова сработает и цикл повторится.
Конечно, для предохранения двигателя от сухого хода целесообразно поставить датчик протекания в патрубок , через который происходит откачка эмульсии. Но в нашем случае важна была простота конструкции. Вместо индуктивного сенсора можно использовать две пластины, соприкасающиеся друг с другом, что будет еще экономичнее.
Если вода или другая жидкость имеет однородный состав, тогда можно применить концу кто метрический одноэлектродный датчик уровня.
Например ДУ-1Н производителя «Рэлсиб», предназначенного для измерения уровня в различных типах жидкости. Датчик может работать в широких температурных пределах. Корпус не подвергается коррозии, состоит из высококачественной нержавеющей стали. В качестве изоляции используется керамика и фторопласт, это обеспечивает отличную изоляционную защиту. Устойчив ко многим механическим нагрузкам. Измерения не зависят от плотности жидкости. И не требует дополнительного ухода во время работы.
Большую емкость для воды на даче или приусадебном участке можно использовать для полива или водоснабжения дома. При ее наполнении нет необходимости постоянно забираться вверх по лестнице и целый день следить за уровнем — это вполне могут сделать электронные датчики.
- Продвинутые дачные и фермерские хозяйства, занимающиеся выращиванием плодоовощной продукции, в своей работе используют системы полива наподобие капельной. Для обеспечения автоматической работы поливочного оборудования конструкция требует наличия большой емкости для сбора и хранения воды. Ее заполнение обычно производят погружными водяными насосами в скважине, при этом требуется отслеживать уровень давления воды для насоса и ее количество в водосборном баке. В этом случае необходимо управлять работой насоса, то есть включать его при достижении определенного уровня воды в накопительной емкости и отключать в случае полного заполнения водяного бака. Эти функции можно реализовать с помощью поплавковых датчиков.
- Большой накопительный бак для воды может потребоваться и для водоснабжения дома, если дебит водозаборной емкости очень мал или производительность самого насоса не может обеспечить потребление воды, соответствующее необходимому уровню. В этом случае устройства контроля уровня жидкости для автоматической работы системы водоснабжения также необходимы.
- Систему контроля за уровнем жидкости можно использовать и при работе с устройствами, в которых отсутствует защита от сухого хода скважинного насоса, датчик давления воды или поплавковый выключатель при откачивании грунтовых вод из подвалов и помещений с уровнем ниже поверхности земли.
Все датчики уровня воды для управления насосом можно разделить на две большие группы: контактные и бесконтактные. Бесконтактные способы в основном используются в промышленном производстве и делятся на оптические, магнитные, емкостные, ультразвуковые и т.п. виды. Датчики устанавливаются на стенки водяных баков или непосредственно погружаются в контролируемые жидкости, электронные компоненты помещены в шкаф управления.
Рис. 2 Виды датчиков уровня
В быту наибольшее применение нашли недорогие контактные устройства поплавкового типа, отслеживающий элемент которых выполнен на герконах. В зависимости от расположения в емкости с водой подобные устройства делятся на две группы.
Вертикальные. В подобном устройстве в вертикальном штоке расположены герконовые элементы, а сам поплавок с кольцевым магнитом перемещается вдоль трубки и включает или отключает герконы.
Горизонтальные. Крепятся за верхний край сбоку стены резервуара, при наполнении емкости поплавок с магнитом поднимается на шарнирном рычаге и подходит к геркону. Устройство срабатывает и коммутирует электрическую цепь, помещенную в шкаф управления, она отключает питание электронасоса.
Рис. 3 Вертикальные и горизонтальные герконовые датчики
Устройство герконового переключателя
Основной исполнительный элемент герконового датчика — герконовый выключатель. Устройство представляет собой маленький стеклянный баллон, наполненный инертным газом или с откачанным воздухом. Газ или вакуум препятствуют образованию искр и окислению контактной группы. Внутри колбы находятся замкнутые контакты из ферромагнитного сплава прямоугольного сечения (пермаллоевая проволока) с золотым или серебряным напылением. При попадании в магнитный поток контакты герконового переключателя намагничиваются и отталкиваются друг от друга — происходит размыкание цепи, по которой течет электрический ток.
Рис. 4 Внешний вид герконовых переключателей
Самые распространенное виды герконовых выключателей действует на замыкание, то есть при намагничивании их контакты соединяются друг с другом и электрическая цепь замыкается. Герконовые переключатели могут иметь два вывода для замыкания размыкания цепи или три, если работают с переключением цепей электрического тока. Низковольтная схема, коммутирующая электропитание насоса, обычно помещается в шкаф управления.
Схема подключения герконового датчика уровня воды
Герконовые переключатели являются маломощными устройствами и неспособны коммутировать большие токи, поэтому они не могут быть использованы непосредственно для отключения и включения насоса. Обычно они задействованы в низковольтной схеме коммутации работы мощного реле насоса, помещенной в шкаф управления.
Рис. 5 Электрическая схема управления электронасосом с помощью герконового поплавкового датчика
На рисунке представлена простейшая схема с датчиком, реализующая управление дренажным насосом в зависимости от водного уровня при откачке, состоящая из двух герконов SV1 и SV2.
При достижении жидкостью верхнего уровня магнит с поплавком включает верхний геркон SV1 и на катушку реле P1 подается напряжение. Ее контакты замыкаются, происходит параллельное подключение к геркону и реле самозахватывается.
Функция самозахватывания не дает возможность отключиться питанию катушки реле при размыкании контактов включающей кнопки (в нашем случае это геркон SV1). Это происходит в том случае, если нагрузка реле и его катушка подключены в одну цепь.
Напряжение поступает на катушку мощного реле в цепи электропитания насоса, его контакты замыкаются и электронасос начинает работать. При падении уровня воды и достижении поплавка с магнитом нижнего геркона SV2 он включается и на катушку реле P1 с другой стороны также подается положительный потенциал, ток перестает течь и реле P1 отключается. Это вызывает отсутствие тока в катушке силового реле P2 и как следствие прекращение подачи напряжения питания на электронасос.
Рис. 6 Поплавковые вертикальные датчики уровня воды
Аналогичная схема управления насосом, помещенная в шкаф управления, может быть использована при отслеживании уровня в емкости с жидкостью, если герконы поменять местами, то есть SV2 будет находиться вверху и отключать насос, а SV1 в глубине бака с водой его включать.
Датчики уровня могут быть использованы в быту для автоматизации процесса при заполнении больших емкостей водой при помощи водяных электронасосов. Наиболее просты в установке и эксплуатации герконовые виды, выпускаемые промышленностью в виде вертикальных поплавков на штангах и горизонтальных конструкций.
