Opskrba vodom i odvodnjavanje sastavni su dio života i proizvodnje. Gotovo svi koji su se bavili poljoprivredom ili poboljšanjem života, barem su se jednom suočili s problemom održavanja razine vode u određenoj cisterni. Neki to rade ručno otvaranjem i zatvaranjem ventila, ali mnogo je jednostavnije i efikasnije koristiti automatski senzor razine vode u te svrhe.
Vrste senzora razine
Ovisno o postavljenim zadacima, kontaktni i blizinski senzori koriste se za kontrolu razine tekućine. Prvi, kao što možete pretpostaviti iz njihovog imena, imaju kontakt s tekućinom, drugi primaju informacije na daljinu pomoću neizravnih metoda mjerenja - prozirnost medija, njegov kapacitet, električna vodljivost, gustoća itd. Po principu rada svi senzori se mogu podijeliti u 5 glavnih vrsta:
- Float.
- Elektroda.
- Hidrostatski.
- Kapacitivni.
- Radar.
Prva tri se mogu pripisati uređajima vrste kontakta, budući da izravno komuniciraju s radnim medijem (tekućinom), četvrti i peti su beskontaktni.
Lebdeći senzori
Možda najjednostavniji u dizajnu. Oni su plutajući sustav, koji se nalazi na površini tekućine. Kako se razina mijenja, plovak se kreće, na jedan ili drugi način, zatvarajući kontakte upravljačkog mehanizma. Što se više kontakata nalazi na putu kretanja plovaka, točnija su očitanja indikatora:
Princip rada senzora plovka za razinu vode u spremniku
Iz slike se vidi da su očitanja indikatora takvog uređaja diskretna, a broj razina vrijednosti ovisi o broju prekidača. U gornjem dijagramu postoje dva od njih - gornji i donji. To je, u pravilu, sasvim dovoljno za automatsko održavanje razine u određenom rasponu.
Postoje plutajući uređaji za kontinuirano daljinsko nadgledanje. U njima plovak upravlja motorom reostata, a razina se izračunava na temelju trenutnog otpora. Donedavno su se takvi uređaji široko koristili, na primjer, za mjerenje količine benzina u automobilskim spremnicima za gorivo:
Uređaj mjerača reostatske razine, gdje:
- 1 - žičani reostat;
- 2 - klizni reostat mehanički povezan s plovkom.
Senzori razine elektroda
Uređaji ove vrste koriste električnu vodljivost tekućine i diskretni su. Senzor se sastoji od nekoliko elektroda različitih duljina uronjenih u vodu. Ovisno o razini u tekućini, pojavljuje se jedan ili drugi broj elektroda.
Troelektrodni sustav osjetnika razine tekućine u spremniku
Na gornjoj slici dva desna senzora uronjena su u vodu, što znači da postoji otpor vode između njih - crpka je zaustavljena. Čim razina padne, srednji senzor će se osušiti i otpor kruga će se povećati. Automatizacija će pokrenuti booster pumpu. Kada se spremnik napuni, najkraća elektroda padne u vodu, otpornost na zajedničku elektrodu će se smanjiti i automatizacija će zaustaviti crpku.
Sasvim je jasno da se broj upravljačkih točaka lako povećava dodavanjem dodatnih elektroda i odgovarajućih upravljačkih kanala u dizajn, na primjer, za alarm o preljevu ili isušivanju.
Hidrostatski sustav upravljanja
Ovdje je senzor otvorena cijev u koju je ugrađen senzor tlaka jedne ili druge vrste. Kako se razina povećava, visina vodenog stupca u cijevi se mijenja, što znači pritisak na senzor:
Princip rada sustava za kontrolu nivoa hidrostatske tekućine
Takvi sustavi imaju kontinuiranu karakteristiku i mogu se koristiti ne samo za automatsko upravljanje, već i za daljinsko upravljanje nivoom.
Kapacitivna metoda mjerenja
U senzorima ove vrste kondenzator se koristi kao senzor, čiji električni kapacitet varira ovisno o dielektričnim svojstvima okoliša. Ako u blizini ploča mjernog kondenzatora ima vode, ima jedan električni kapacitet, zrak - drugi.
Upravljački sustav stalno mjeri električni kapacitet senzora i, kada se promijeni, donosi jednu ili drugu odluku. Mjerači ove vrste su diskretni i mogu se koristiti samo za nadziranje određene razine tekućine. Ako je spremnik vode izrađen od dielektrika, tada se mjerenja mogu provesti bez kontakta - kroz zid spremnika ili cijev vodomjera. Inače je kapacitivni senzor ugrađen unutar spremnika.
Princip rada kapacitivnog senzora s metalnom (lijevom) i dielektričnom kupkom
Indukcijski pokazivači djeluju na sličnom principu, ali u njima ulogu senzora igra zavojnica, čija induktivnost varira ovisno o prisutnosti tekućine. Glavni nedostatak takvih uređaja je taj što su pogodni samo za kontrolu tvari (tekućine, rasuti materijali itd.) Koje imaju dovoljno visoku magnetsku propusnost. U svakodnevnom životu induktivni senzori se praktički ne koriste.
Radarska kontrola
Glavna prednost ove metode je nedostatak kontakta s radnim okruženjem. Štoviše, senzori se mogu odmaknuti od tekućine, čija se razina mora kontrolirati, dovoljno daleko - metara. To omogućava upotrebu radarskih senzora za praćenje izuzetno agresivnih, toksičnih ili vrućih tekućina. Načelo rada takvih senzora naznačeno je njihovim nazivom - radar. Uređaj se sastoji od odašiljača i prijamnika sastavljenih u jednom kućištu. Prvi emitira jednu ili drugu vrstu signala, drugi prima odbijeni i broji vrijeme kašnjenja između poslanih i primljenih impulsa.
Načelo rada tipa radara ultrazvučnog prekidača razine
Signal, ovisno o zadacima, može biti svjetlost, zvuk, radio emisija. Točnost takvih senzora je prilično visoka - milimetra. Možda je jedini nedostatak složenost radarske nadzorne opreme i njezina prilično visoka cijena.
Domaće kontrole nivoa tekućine
Zbog činjenice da su neki senzori u dizajnu izuzetno jednostavni, nije teško stvoriti prekidač razine vode vlastitim rukama . Radeći zajedno s crpkama za vodu, takvi uređaji u potpunosti će automatizirati proces ispumpavanja vode, na primjer, u ljetni vodeni toranj ili u autonomni sustav za navodnjavanje kapanjem.
Plinska regulacijska pumpa
Da biste realizirali ovu ideju, koristi se domaća trska šiba razine vode s plovkom. Ne zahtijeva skupe i oskudne komponente, lako se ponavlja i dovoljno je pouzdan. Prije svega, vrijedno je razmotriti dizajn samog senzora:
Dizajn dvostepenog senzora za plovnu vodu u spremniku
Sastoji se od samog plovka 2, koji je fiksiran na pomičnom štapu 3. Plovak se nalazi na površini vode i, ovisno o njegovoj razini, kreće se s štapom i trajnim magnetom 5 pričvršćenim na njega gore / dolje u vodilicama 4 i 5. U donjem položaju kada razina tekućine je minimalna, magnet zatvara trska sklopku 8, a u gornjem dijelu (spremnik je pun) - trske. Prekidač 7. Duljina štapa i udaljenost između vodiča odabire se na temelju visine spremnika vode.
Ostaje sastaviti uređaj koji će automatski uključiti i isključiti potisnu pumpu, ovisno o stanju kontakata. Njegova shema je sljedeća:
Upravljački krug crpke vode
Pretpostavimo da je spremnik pun, plovak je u uspravnom položaju. Reed sklopka SF2 je zatvorena, tranzistor VT1 je zatvoren, releji K1 i K2 su isključeni. Vodena crpka spojena na priključak X1 je bez napajanja. Dok voda teče, plovak, a s njom i magnet će pasti, otvorit će se trska sklopka SF1, ali krug će ostati u istom stanju.
Čim razina vode padne ispod kritične, trska sklopka SF1 se zatvara. Tranzistor VT1 se otvara, relej K1 isključuje i zaključava se u kontaktima K1.1. Istovremeno, kontakti K1.2 istog releja napajat će K2 starter koji uključuje crpku. Počela pumpati vodu.
Kako se razina povećava, plovak će početi rasti, kontakt SF1 će se otvoriti, ali tranzistor blokiran kontaktima K1.1 ostat će otvoren. Čim se kapacitet napuni, kontakt SF2 se zatvara i nasilno zatvara tranzistor. Oba će se otpustiti, crpka će se isključiti i krug će ući u stanje pripravnosti.
Kad ponavljate krug umjesto K1, možete koristiti bilo koji elektromagnetski rele male snage za odzivni napon od 22-24 V, na primjer, RES-9 (RS4.524.200). Kao K2, RMU (RS4.523.330) ili bilo koji drugi pogodan za radni napon od 24 V, čiji kontakti izdržavaju početnu struju vodene pumpe. Reed prekidači će raditi bilo koji krug ili preklop.
Prekidači razine s senzorima elektroda
Sa svim svojim dostojanstvom i jednostavnošću, prethodni dizajn mjerača razine spremnika ima značajan nedostatak - mehaničke jedinice koje rade u vodi i zahtijevaju stalno održavanje. Ovaj nedostatak izostaje u elektrodi dizajna stroja. Mnogo je pouzdaniji od mehaničkog, ne zahtijeva nikakvo održavanje, a shema nije puno složenija od prethodne.
Ovdje se kao senzori koriste tri elektrode izrađene od bilo kojeg vodljivog nehrđajućeg materijala. Sve su elektrode međusobno električno izolirane i od tijela spremnika. Dizajn senzora jasno je vidljiv na slici ispod:
Dizajn senzora s tri elektrode, gdje:
- S1 - uobičajena elektroda (uvijek u vodi)
- S2 - minimalni senzor (spremnik prazan);
- S3 - senzor maksimalne razine (spremnik pun);
Shema upravljanja crpkom izgledat će ovako:
Shema automatskog upravljanja crpkama pomoću elektrodnih senzora
Ako je spremnik pun, tada su sve tri elektrode u vodi, a električni otpor između njih je mali. U ovom slučaju, tranzistor VT1 je zatvoren, VT2 je otvoren. Relej K1 je uključen i odvaja crpku sa svojim normalno zatvorenim kontaktima, te povezuje senzor S2 paralelno sa S3 s normalno otvorenim kontaktima. Kad nivo vode počne padati, elektroda S3 je izložena, ali S2 je još uvijek u vodi i ništa se ne događa.
Voda se i dalje troši i napokon je opskrbila elektrodu S2. Zahvaljujući otporniku R1, tranzistori prelaze u suprotno stanje. Relej oslobađa i pokreće crpku, dok isključuje S2 senzor. Razina vode postupno raste i prvo zatvara elektrodu S2 (ništa se ne događa - razdvaja se kontaktima K1.1), a potom S3. Tranzistori se opet prebacuju, relej aktivira i isključuje crpku, dok istovremeno povezuje S2 senzor da djeluje na sljedeći ciklus.
Uređaj može koristiti bilo koji rele male snage koji radi od 12 V, čiji kontakti mogu izdržati struju pokretača crpke.
Ako je potrebno, isti se program može koristiti za automatsko crpljenje vode, recimo, iz podruma. Da biste to učinili, ispusna crpka ne smije biti spojena na normalno zatvorene, već na normalno otvaranje relejnih kontakata K1. Krug neće zahtijevati nikakve druge promjene.