Датчик уровня воды в бочке - Информационный портал ...

Ультразвуковой измеритель уровня воды в баке

Данное устройство проектировалось для контроля уровня воды в баке и оценки ее температуры.
Весной было много свободного времени и задача: сделать уровнемер для бака на даче. Простые способы с электродами, замыкаемыми водой, я счёл недостойными такого солидного джентльмена как я, нужно что-то более интересное.

Изучая данную тему в интернете, выбор остановился на ультразвуковом методе измерения при помощи распространенного и недорого датчика hc-sr04. Работа модуля основана на принципе эхолокации. Модуль посылает ультразвуковой сигнал и принимает его отражение от объекта. Он подключается четырьмя проводами. Контакты VCC и GND служат для подключения питания, а Trig и Echo— для отправки и приема сигналов дальномера. Для определения расстояния на вход Trig подается импульс длительностью 10 мкс после чего датчик генерирует пачку импульсов частотой порядка 40 килогерц и на выходе Echo появляется логическая единица, которая удерживается до прихода отражённого сигнала. Диапазон измерений от 2 сантиметров до 4 метров.
Большинство проектов использует микроконтроллеры или ардуино с индикацией в виде абсолютной величины расстояния. Но ничто не запрещает управлять датчиком и обычной логикой, чем мы и займёмся.

Получившийся монстр представлен на схеме.

На микросхеме CD4060 собран задающий генератор с частотой 17,24 кГц. Сигнал генератора делится на 4096 встроенными делителями и на вводе 2 имеем импульсы примерно 4 Гц. При помощи RC-цепочки получаем требуемый для датчика импульс 10 мкс. Через логический вентиль вывод Echo датчика соединен с выводами сброса и записи счётчика 74hc590 (не путать с широко распространенной микросхемой 74hc595). Пока на выходе Echo присутствует логическая 1, счётчик считает импульсы, но на его выводах сохраняется предыдущее значение. При появлении логического 0, счетчик записывает посчитанные показания во внутреннюю память и обнуляется. При количестве импульсов больше 255 на выходе переполнения появляется сигнал, который запрещает дальнейший счёт. При указанной частоте генратора, 1 импульс примерно соответствует 1 см расстояния до препятствия.
К выходам счётчика подключен простейший цифро-аналоговый преобразователь на резисторах, который преобразует код в напряжение от 0 В при 0 поступивших импульсов до 5 В при 255 поступивших импульсах. Разумеется, количество импульсов получается пропорциональным расстоянию от датчика до препятствия.

Максимальным показаниям прибора должно соответствовать минимальное расстояние от датчика до уровня воды в баке, поэтому применяем дифференциальный усилитель на операционном усилителе, который вычитает сигнал ЦАПа из постоянного напряжения 5 В. Продифференцированный сигнал поступает на вход компаратора LM3914. Границы диапазона измерения задаются многооборотными подстроечными резисторами и результат показывается на светодиодной шкале в виде стрелки из 5 последовательно включенных светодиодов.
В итоге имеем импульс какой-то протяжённостью, за который проходит какое-то количество других импульсов, которое преобразуется в какое-то напряжение и в результате имеем наглядный результат от пустого бака до полного. Магия.
Устройство собрано на печатной плате промышленного изготовления.

Так как минимальная партия составляет 5 штук, было решено добавить термометр. Для этого исключаем микросхемы логики и ЦАП, усилитель на ОУ подключаем по схеме простого неинвертирующего усилителя, на вход которого ставим аналоговый датчик LM35. Напряжение на датчике пропорционально температуре с шагом 10 мВ/С (при 20 С соответствует 0,2 В, при 100 С соответствует 1 В).

Правильно собранные устройства без настройки работать вообще не будут.
Сначала настраиваем термометр. Выбираем диапазон температур, например от 20 до 60 градусов. ОУ в моем случае имеет усиление в 3 раза. Значит, резисторами устанавливаем на выводе 4 LM3914 напряжение 20*0,01*3=0,6 В, на выводе 6 LM3914 60*0,01*3=1,8 В. Ничто не мешает выбрать другое усиление.
Для настройки уровнемера закрепляем датчик на расстоянии от места его крепления до максимального уровня воды и измеряем напряжение на выходе ОУ. Устанавливаем такое же напряжение на выводе 6 LM3914. Затем повторяем процедуру с расстоянием, имитирующем минимальный уровень, и выставляем такое же напряжение на выводе 4 LM3914. Точные значения напряжений ЦАПа можно вычислить заранее, у меня сведено в таблицу.
Две платы соединяем перемычками и заключаем в рамку 100х200 мм со стеклом. Стекло заклеиваем тонировочной пленкой. Для измерения температуры воды датчик нужно обязательно загерметизировать.
Это в теории, а что на практике?

На практике получилось, что партия термодатчиков, купленная на известном китайском сайте, ВНЕЗАПНО оказалась перемаркированными транзисторами, которые мало того, что не измеряли температуру, так и взрывались с хлопком после 1-2 минуты от включения. Пришлось купить в магазине за дорого, с ним сразу заработало.
Из трех ультразвуковых датчиков корректно начал работать только третий. После мучений с бракованными датчиками идея использовать штырьки разной длины не казалась такой уж и плохой.

Датчики уровня воды в емкости: принцип работы и особенности выбора приборов

Контроль уровня сред – это важный технологический процесс, от которого зависит эффективность и результативность всего производства.

Содержание

В большинстве случаев эта задача решается путем интегрирования в систему специального устройства, помогающего отслеживать количество жидкого материала по уровню его поверхности. Датчик контроля уровня жидкости может выдавать дискретный или непрерывный сигнал в зависимости от своего принципа действия и особенностей конструктивного исполнения. Перед его покупкой следует проанализировать работу всей системы и определить характеристики исследуемой среды, чтобы подобрать наиболее подходящие устройства для измерений и сигнализации уровня.

Для чего нужен контроль уровня рабочей среды

Уровень – это высота заполнения производственного оборудования жидкой рабочей средой. Он представляет собой важный параметр, информация о котором нужна для:

управления производственными процессами;
контроля режима работы технологических агрегатов;
проведения товароучетных операций.

Измерение уровня воды в резервуаре, колодце или скважине позволяет контролировать количество веществ и предупреждать внезапную остановку технологических процессов. Ведь если запас материала в аппарате сильно уменьшится или увеличится (по сравнению с номинальным значением), это может привести к серьезным нарушениям на производстве. Но сигнализация уровня воды позволяет предотвратить аварии и поломки оборудования.

Особенности приборов для сигнализации и измерения предельного уровня жидкости

Наибольшей популярностью на рынке пользуются датчики для измерения уровня жидкости, приборы, при помощи которых устанавливается масса материала, и сигнализаторы предельных значений. Все эти устройства имеют разные способы контроля уровня жидкости. Они определяются конкретными химическими и физическими свойствами материалов, а также технологическими задачами, которые должен выполнить сигнализатор уровня жидкости в промышленности.

Конструкция датчика уровня воды: из чего состоит регулятор

Вне зависимости от того, как именно функционирует датчик уровня жидкости, он состоит из трех основных узлов:

Чувствительного элемента, который реагирует на характеристики рабочего потока: наличие жидкости, высоту столба, уровень воды в баке, факт передвижения рабочей среды в нужном направлении и т.д.
Балластного элемента, который предназначен для уравновешивания сенсорной части прибора. Без балласта датчик уровня воды не будет нормально работать, т.к. сенсор станет срабатывать даже при небольших толчках.
Передающей или исполнительной части, которая преобразует сигнал сенсора в конкретное действие, в результате чего могут загораться индикаторы, свидетельствующие о достижении нужного уровня воды в баке.

В рамках техобслуживания датчиков уровня воды необходимо проводить проверку всех узлов и деталей.

Принцип работы различных датчиков уровня жидкостей: категории сигнализаторов

Существует много надежных приборов, при помощи которых измеряют параметры жидкости в резервуаре. Потребитель должен оценить характеристики этого оборудования и подобрать те устройства, которые больше всего отвечают требованиям производственной линии.

По принципу действия датчики уровня воды разделяются на емкостные, поплавковые, ультразвуковые, радарные и гидростатические погружные датчики жидкости (приборы имеют разные конструктивные исполнения). Работа емкостных устройств базируется на свойстве конденсатора менять свою емкость в зависимости от параметров окружающей среды. При изменении уровня воды в резервуаре или какой-либо иной жидкости (к примеру, топлива) ёмкость конденсатора сразу же меняется, что отображается в его показателях. Простой емкостный сигнализатор уровня пользуется большим спросом на рынке, поскольку в нем нет подвижных элементов, и он надежен и стабилен (в отдельных случаях такие устройства применяются даже для сыпучих материалов).

Стандартный поплавковый датчик уровня воды можно использоваться для измерения практически всех существующих жидкостей (кроме тех веществ, которые проявляют коррозийную активность к материалу самого прибора). Такой контроллер состоит из поплавка в магнитном корпусе и герконов в контрольных точках. При этом поплавковые датчики могут иметь как шарообразный, так и цилиндрический поплавок, за счет которого и происходит контроль уровня воды или иной рабочей среды. Форму поплавка следует выбирать с учетом степени вязкости материала. Процедура измерения уровня воды с помощью такого оборудования состоит из следующих этапов:

опустошение до предельного уровня емкости;
сигнализация уровня жидкости одним из герконов (обычно поплавковые датчики уровня имеют 2 геркона);
опускание поплавка до второго герконов;
включение герконом реле, которое подает и контролирует питание насоса;
закачка насосом воды или других жидкостей;
доведение уровня воды до максимальной отметки (если она поднимется выше, может случиться сбой оборудования);
поднятие поплавка до геркона-2 (после чего погружной датчик уровня «нажимает» на выключатель);
выключение реле уровня воды;
прекращение работы двигателя насоса.

При необходимости герконовый поплавковый датчик уровня воды в емкости можно сделать своими руками. При этом его настройка будет заключаться просто в установке параметров включения и выключения.

Датчики уровня воды в емкости радарного типа строятся по принципу FMCW или ЛЧМ -радиолокатора. Обработка сигнала в них происходит за счет применения процессоров DSP (или цифровой обработки сигналов). Они измеряют уровень за счет радиолокационного воздействия. Этот способ позволяет минимизировать влияние различных помех и шумов на линии.

Бесконтактный ультразвуковой датчик уровня воды в баке похож на устройство радарного типа. При его установке в резервуар с рабочей средой монтируется блок в виде генератора и приемника УЗ-волн. В этом случае излучение генератора проходит газовую среду и, отражаясь от поверхности жидкости, попадает на приемник. Задержка между излучением и приемом ультразвука позволяет измерить точные параметры жидких сред в резервуаре. Ультразвуковые датчики могут применяться на любом производстве.

Функционирование гидростатических датчиков уровня основывается на измерении давления столба материала над специальным детектором в аппарате. Такие приборы отличаются невысокой ценой и простотой обслуживания. Их главным минусом можно назвать то, что они не являются бесконтактными. Это не дает возможность использовать их для измерения агрессивных жидкостей, а потому такой погружной датчик уровня применяется преимущественно для воды, масла, пищевых продуктов и т.д.

Все сигнализаторы могут работать в автономном режиме. Ими можно управлять с помощью специальных команд и определенного программного обеспечения.

Как выбрать самый лучший датчик контроля уровня воды в интернет магазине: цены и характеристики

Правильный подбор датчика уровня воды в емкости обеспечивает его точную и бесперебойную работу в реальных промышленных условиях. Он считается залогом стабильности всех технологических процессов. Выбор измерительного устройства предполагает учет ряда важных параметров:

принцип действия (автоматический или ручной);
точность (все датчики уровня воды измеряют материалы с определенной погрешностью: ее размер можно найти в сопроводительных документах к устройству);
материал емкости, в которой проходят замеры контроля уровня воды и иных жидких сред (обычно для этих целей используется нержавеющая сталь);
интерфейс (контроллер уровня воды, датчик может иметь интерфейс в электрическом или механическом исполнении);
надежность (этот параметр часто связывают с авторитетом производителя, а потому перед покупкой стоит почитать отзывы о конкретной компании);
время, в течение которого датчик измеряет уровень воды;
параметры взаимодействия с рабочей средой (бесконтактный или кабельный погружной датчик);
параметры информирования (в продаже можно найти датчик уровня воды с сигнализацией звуком, цветом, вибрацией и т.д.);
наличие ЖК-экрана (большой и широкий жидкокристаллический экран упрощает применение прибора начинающим пользователем);
режимы рабочей температуры;
стоимость (перед покупкой стоит сравнить цены на разные виды приборов).

Также покупателю следует смотреть на наличие деклараций и сертификатов о качестве. По закону сигнализаторы уровня жидкости подлежат обязательной сертификации только в форме декларирования, но в большинстве случаев производители и поставщики проводят дополнительные проверки, чтобы подтвердить безопасность и экологичность продукции. В рамках этих экспериментов определяются показатели защиты от механических повреждений, вибрации, излучений звукового давления.

После всех исследований на уровнемеры оформляются протоколы лабораторных испытаний и добровольные сертификаты соответствия (экологической безопасности, СМК для производства, ISO и т.д.). С содержанием этих документов можно ознакомиться заранее в режиме онлайн. Как правило, их сканы можно найти на официальном сайте компании-изготовителя.

Где можно недорого купить датчики уровня: продажа товаров оптом и в розницу

UWT Level Control много лет занимается производством и реализацией различных датчиков и сигнализаторов промышленного и бытового назначения. Все оборудование фирмы полностью соответствует требованиям ГОСТов и ТР ТС. Ассортимент организации постоянно увеличивается и обновляется. В UWT Level Control можно купить в розницу и оптом датчики с любым принципом действия:

устройства для измерения воды в баке с кабелем и без;
регуляторы воды в скважине;
датчики уровня жидкости;
сигнализаторы уровня с реле контроля сточных вод;
уровнемеры для сыпучих продуктов и т.д.

Для каждого изделия на сайте представлены основные технические параметры. За счет подробного описания покупатели могут сравнить разные модели устройств, не прибегая к помощи online консультантов. Такой поиск и подбор по характеристикам позволит быстро найти нужный контроллер уровня воды.

Интерактивный каталог обновляется в режиме реального времени. Все товары, представленные на сайте, есть в наличии. Их доставка возможна в любой город РФ: в каталоге можно купить датчики в дистанционном режиме вне зависимости от того, где именно находится клиент.

Поплавковый датчик уровня воды — проверка гистерезиса

Привет, друзья!
Коротенький обзорчик поплавкового датчика уровня воды для бака, бочки, аквариума и т.п.
Точнее даже не обзор самого датчика, а проверка его гистерезиса при работе — важный на самом деле параметр, про который нигде не пишут…

Всё началось с того, что меня этим летом затопило. Почти как в известном стихотворении Симонова:

Ты помнишь, Алеша, дороги Смоленщины,
Как шли бесконечные, злые дожди.

Хотя у меня не Смоленщина, а Подмосковье, но дожди этим летом были весьма конкретные. Такие, что пол-участка стояло в воде. Когда-то, давным давно, вдоль всех наших участков была прорыта канава, по которой все эти ливневые стоки уходили в голубые дали, и мы забот не знали. Но когда ДСК приказали долго жить и всю землю растащили в частную собственность, все эти канавы тут же засыпали понаделав себе шикарные въезды и зеленые газончики. Никто же не думал, что летом может пойти дождь. Поэтому даже дренажными трубами не озаботились. Ну, в общем, теперь воде деваться некуда, крутись как хочешь.
Я решил выкрутиться, купив емкость для воды на 5 кубов и перекачивая в нее лишнюю воду из неглубокого дренажного колодца, выкопанного в самой низкой точке участка.

Объем определялся самым распространенным объемом автобочки, которая будет приезжать и опустошать эту емкость при полном ее заполнении. А в перерывах между дождями воду можно использовать для полива.
Вот для автоматизации процесса наполнения мне и понадобился этот поплавковый датчик. Конструкция его элементарна.

В неподвижной части установлен геркон, а в подвижной — магнитик. Уровень воды поднимается, магнитик приближается к геркону, он замыкается. Всё просто как апельсин. Замечу в скобках, что если этот поплавок перевернуть, то он может работать и наоборот — если нет воды, он замкнут, а когда уровень воды поднимается выше поплавка, геркон размыкается. Может для каких-то применений кому-то эта возможность тоже будет полезна.
У меня этот поплавок установлен в самом верху емкости и отключает насос в дренажном колодце, когда бак полностью наполнен.

Поскольку геркон штука нежная и напрямую коммутировать им насос не совсем правильно, я подаю на него 24 В (от вот такого блока питания на DIN-рейку https://aliexpress.ru/item/item/4000218099591.html) и дальше через промежуточное реле. А поскольку у промежуточного реле контакт перекидной, то при отключении насоса одновременно включается красная мигающая сигнальная лампа (вот такая https://aliexpress.ru/item/item/32817426375.html), говорящая о том, что пора вызывать откачку. Эта сигнальная лампа стоит в поле зрения камеры видеонаблюдения (вот такой https://aliexpress.ru/item/item/32848174859.html), которая выведена на телефон (~~вот~~ ладно, хватит) и на этом система замыкается.

Теперь переходим к главному. Когда я это всё уже соорудил, меня посетила мысль (ну как обычно, когда всё уже сделано. ). А не будут ли волны на поверхности воды от струи от наполнительного шланга приводить к дребезгу контактов этого геркона и, соответственно, к прерывистой подаче напряжения на насос, что, очевидно, для него будет совсем не хорошо.

Первым и очевидным решением, которое пришло в голову, стало соорудить интегрирующий RC-фильтр, который бы давал задержку в срабатывании реле, за время которой вода бы поднялась настолько, чтобы дребезг закончился. Но прикидка номиналов показала, что емкость конденсатора для такого фильтра должна быть где-то порядка 50000 мкФ (на 30-50 В), что само по себе уже не дешевое удовольствие. И кроме того, это надо было как-то конструктивно оформить, засунуть в щиток… Короче, я подумал, что это не наш метод.
Покопавшись на али, я обнаружил, что сумрачный китайский гений уже придумал реле с задержкой включения, причем, регулируемой, которое получается по цене раза в два дешевле одного конденсатора, да и крепится на DIN-рейку, ничего городить не надо: https://aliexpress.ru/item/item/4000660413787.html Если поставить такое реле вместо промежуточного и установить задержку срабатывания секунд на 15, как раз за это время вода наберется выше порога срабатывания поплавка и дребезг контактов заведомо прекратится.

Эврика, обрадовался я и тут же его заказал. Но… тут меня стали одолевать сомнения. А что если после наполнения бака пропадет электричество, а потом включится снова? Для дачи вполне возможная ситуация, хотя и весьма маловероятно, что это случится именно тогда. Что произойдет? Несмотря на то, что бак полный, насос включится на эти 15 с задержки и получится перелив. А что если это произойдет несколько раз? Абсолютно маловероятная ситуация — но мы же советские инженеры, должны всё предусмотреть!
Значит, надо поставить второе реле задержки! На задержку подачи напряжения на насос. Причем, оно должно срабатывать позже, чем первое. Ну то есть подается электроэнергия, первое реле ждет 15 с и размыкает цепь насоса, а ещё через 5 с второе реле подает напряжение на (разомкнутый) насос. Тогда будет всё в порядке. Но как-то уж больно сложно…

Следующая мысль — поставить второй поплавок, чуть ниже. И тогда несложной схемой всего на одном промежуточном реле с дополнительной группой контактов можно будет организовать самоблокирующуюся схему, которая будет отключать насос по верхнему поплавку и включать по нижнему. Причем, из-за самоблокировки такое решение совершенно исключает дребезг контактов!
Но когда второй поплавок приехал, я решил все-таки проверить, а есть ли у него собственный гистерезис. Потому что на мой вопрос про это продавцу, у него сделались самые большие глаза в Китае…

Ну и вот теперь переходим к сути обзора (всё, что было выше, можно было вообще не читать, хе-хе).
Для проверки был собран такой вот стенд из подручных материалов (не зря я любил смотреть «очумелые ручки» с Бахметьевым. ).

Забегая вперед, поясню, что верхняя пунктирная линия соответствует уровню воды, когда она достигает ровно середины поплавка. Верхняя сплошная риска — это уровень замыкания геркона. Нижняя сплошная — уровень размыкания. Ну то есть, во первых, гистерезис действительно есть. Во вторых, замыкание поплавка происходит чуть ниже середины поплавка. В миллиметрах это выглядит примерно вот так.

Ну а теперь вашему вниманию предлагается небольшое кино.

Вывод: не было у бабки забот, купила бабка порося… Можно было вообще с этим со всем не запариваться.

Ну и напоследок чертежик с указанием уровней срабатывания при разном положении этого поплавкового датчика:

Датчики уровня жидкости

В автомобиле производители устанавливают множество приборов. Водитель следит за скоростью, пройденным расстоянием, температурой, уровнем топлива… В случае с водномоторной техникой прерогатива выбора измерительных приборов за пользователем. Судоводитель сам решает, что именно контролировать.

Уровнемер на катере или лодке — устройство важное. Опасно остаться без бензина вдали от берега. Контролировать количество питьевой или технической воды также необходимо — чтобы вовремя пополнить запасы.

И для воды, и для топлива

Раньше датчики уровня жидкости строго разделялись на водяные и топливные. Ключевое отличие таилось в поплавках, по-разному реагирующих на воду и нефтепродукты. Впоследствии производители совершенствовали технологии и унифицировали устройство. Сегодня одни и те же погружные датчики опускают и в лодочные топливные баки, и в резервуары с водой. Отличия лишь в символах на указателе – иконка воды или значок бензоколонки.

От коррозии и прочих повреждений спасает использование нержавеющих и бензомаслостойких материалов, а с загрязнённой жидкостью такой уровнемер не работает. Примеси и механические включения выведут его из строя. Для сточных вод предназначены специальные датчики.

Различия типов, конструкций и стандартов

На что ориентироваться, начиная с нуля? Обычно первым приобретают датчик. Его подбирают по глубине топливного бака (или иного резервуара, объём содержимого которого нужно измерять). Размеры фланца обычно стандартные: производители датчиков ориентируются на габариты баков.

По принципу действия датчики делятся на несколько групп. Наиболее распространены два из них.

Герконовый поплавковый датчик благодаря простоте и надёжности применяют во многих системах измерения. Он представляет собой направляющую трубку, внутри которой вслед за жидкостью по вертикали движется поплавок, контактирующий с герконами. Укорачивать трубку нельзя: рабочий диапазон датчика «заложен» в её длину.

Второй распространённый вариант — поплавковый датчик с потенциометром. Принцип работы основан на изменении сопротивления. Такой тип удобен возможностью регулировки для резервуаров разной высоты. Просто спасение для судовладельцев, которые, изготовив бак по индивидуальным размерам, сталкиваются с невозможностью подобрать глубиномер из стандартных. Глубина топливного бака, скажем, 283 мм. А датчики на 275 или 300 мм! При большой площади резервуара каждый сантиметр глубины означает немалый объём жидкости. Так что датчики, которые можно подогнать, в подобных случаях незаменимы.

USA и EURO

И датчики, и индикаторы уровня имеют два стандарта сопротивлений: с европейским диапазоном (10-190 ом) и американским (240-33 ом).

Пара с совпадающими стандартами диапазонов должна быть верно установлена: 10 — пустой бак, 190 — полный (соответственно, 240 и 33). Если указатель и датчик не совпадут по рабочему сигналу, индикатор будет работать некорректно и показывать всё наоборот.

Соответственно, разные стандарты нельзя механически объединять: европейский диапазон не «стыкуется» с американским. Но выход есть. Любой указатель с любым датчиком поможет синхронизировать конвертер сигнала.

Реже встречаются системы, работающие по другим принципам. К примеру, основанные на изменениях силы тока. Практичный вариант для стационарных ёмкостей известного объёма. За счёт точной дискреции и цифрового указателя можно вести пунктуальный учёт расхода жидкостей, к примеру, при заправке автомобилей.

Ультразвуковые датчики встречаются ещё реже, а вот работающие по современному протоколу NMEA-2000 постепенно набирают популярность. Их удобство основано на возможности соединения уровнемеров с «умными» системами. Данные можно передавать на любое расстояние, компьютеры не только проинформируют о текущем расходе топлива, но и предупредят: какое расстояние можно пройти на его остатках.

Чёрным по белому, стрелками или цифрами…

Указатели обычно выбирают, ориентируясь на вкусовые предпочтения в дизайне и стиль оформления внутреннего пространства судна. Производители предлагают разные варианты: белые, чёрные, золотые, с ободками и без них, цифровые и аналоговые. Можно выбрать индикатор как для консерваторов (дерево, ткань, кожа), так и для ценителей хайтека; и подешевле, и «покруче».