Датчик наличия воды: разновидности, особенности

Популярные модели указателей уровня

LGB указатели уровня. Осуществляют контроль уровня жидкости в непрерывном режиме, устанавливаются в закрытых/открытых и подвижных/стационарных сосудах, работающих под атмосферным или избыточным давлением, а также при наличии вибрации и прочих негативных факторов. Подходят для контроля пищевых и взрывоопасных сред.

LGB указатели уровня футерованные. Обладают высокой химической стойкостью и предназначены для измерения уровня сверх агрессивных сред, таких как высококонцентрированные кислоты (серная, соляная, плавиковая, азотная), или щелочи (едкий натр, едкий калий, различные гидрооксиды металлов).

LGB-OT указатели уровня верхнего монтажа. Имеют необычный вариант монтажного присоединения: OT — монтаж сверху ёмкости (овертанк).

Описание и назначение

Ультразвуковой уровнемер жидкости — прибор для бесконтактного автоматического дистанционного измерения уровня жидких сред. Основные элементы конструкции сенсора: ультразвуковой излучатель и приемник отраженной звуковой волны.

Излучатель

В измерителях уровня используются пьезоэлектрический эффект – изменение линейных размеров диэлектрика в зависимости от частоты переменного электрического поля, в которое помещен. В излучателе пьезоэлемент передает колебания мембране, которая при частоте более 20000 герц начинает излучать ультразвук.

Достоинства:

• простота конструкции;
• получение ультразвуковых колебаний значительного диапазона;
• компактность.

Недостатки:

низкая мощность излучения.

Приемник

Пьезоэлектрический эффект обратим: попадающие на мембрану отраженные акустические колебания вызывают образование в пьезоэлементе электрического тока. На этом принципе работают приемники ультразвукового излучения в уровнемерах: при получении отраженного сигнала в цепи прибора образуется электрический ток.

Применение пьезоэлектрической схемы позволило создать измеритель уровня жидкости, в которых излучатель и приемник — единый элемент. Это упрощает и удешевляет конструкцию прибора, его монтаж и обслуживание.

Типы ультразвуковых датчиков уровня жидкости, работающих на принципе эхолокации:

Сигнализаторы контрольных точек уровня

Прибор настраивается на два значения: минимальный уровень жидкости и максимальный. Если время прохождения отраженного сигнала соответствует минимальному заданному уровню жидкости, электронный блок формирует сигнал в соответствии с заданной программой. Это может быть включение сигнальной лампочки и звуковой сигнализации, команда насосам на отключение и т.п. Тот же алгоритм используется при достижении максимального уровня жидкости.

Датчики непрерывного мониторинга уровня

Измерители данного типа постоянно измеряют расстояния до уровня жидкости. Преобразует полученные данные в аналоговый сигнал и транслирует его в соответствии с заданной программой на собственный дисплей, центральный пульт управления и т.п. Могут быть запрограммированы события при предельных значениях уровня жидкости, как в сигнализаторах.

Ультразвуковые бесконтактные сенсоры применяются на производствах, в которых получение, хранение и перевозка жидкостей, в том числе агрессивных – часть технологического процесса:

• химическая, газовая и нефтеперерабатывающая промышленность;
• водоснабжение и очистка воды;
• сельское хозяйство;
• металлургическая промышленность;
• пищевая промышленность.

Назначение устройств:

• предотвращение переполнения и опустошения емкостей с жидкостью и возникновения связанных с этим аварийных ситуаций;
• включение в цепочку телеметрического управления системами и агрегатами в качестве измерительных элементов;
• мониторинг изменений физических и химических свойств жидких веществ в емкостях.

Товары, описанные в данной статье:

• Комментариев: 11 Поплавковый клапан Aquatech механический 1″ для регулирования уровня наполнения для ёмкости.

• Комментариев: 38 Поплавковый клапан Quickstop уровня наполнения для ёмкости.

• Комментариев: 31 Поплавковый выключaтель уровня электрический (до 220 В) с 3-х жильным проводом для технической воды

• Комментариев: 18 Предназначен для определения уровня заполнения ёмкости жидкостью.

• Оставить комментарий Для текущего контроля расхода жидкости в системах отопления/охлаждения. Предназначен для монтажа на распределителе нагревательного контура.

• Оставить комментарий Предназначен для постоянного бесконтактного измерения уровня наполнения.

• Оставить комментарий Предназначен для постоянного измерения уровня в ёмкостях для воды и топлива.

• Комментариев: 3 Клапан поплавковый для бака Farg металлический с седлом из нержавеющей стали 1/2″-1″ для горячей воды

• Комментариев: 2 Клапан поплавковый для бака Farg металлический с латунным седлом 3/4″ — 1,1/4″ (без шара!)

• Оставить комментарий Поплавковый выключатель двухпозиционный с проводом 1- 5 метров для питьевой воды

• Комментариев: 1 Поплавковый выключатель TAURUS с проводом 10-20 м для сточных бытовых и промышленных вод

• Оставить комментарий Клапан поплавковый для бака Farg металлический с седлом из нержавеющей стали AISI 430 3/4″ — 2″ (без шара)

Общие сведения

Принцип действия

Как только чувствительные элементы смогут зафиксировать попадание воды, датчик среагирует следующим образом:

• Звуковое или световое оповещение.
• Срабатывание сигнализации и передача сигналов на электрический привод для того, чтобы перекрыть воду.

Обратите внимание, что если установка датчика была выполнена неправильно (т.е. на большом расстоянии от поверхности пола), то есть риск затопления

Разновидности датчиков для воды

Типы по условиям эксплуатации:

• Промышленного типа.
• Бытового типа.

По типу подачи питания:

• Проводные – запитываются от сети и блока для питания.
• Автономные – в роли источников питания выступают аккумуляторы.

Разновидности конструкции по форм-фактору:

• Кабель, который подключается в блок питания.
• Корпусные.

Есть и такие чувствительные элементы, которые имеют лишь сигнализацию или подключаются к блоку управления, электроприводным кранам и запорной арматуре.

Устройство датчиков

В стандартном наборе можно найти такие элементы комплектации:

• Датчики воды (беспроводные и проводные).
• Узел управления или же контроллер.
• Краны с электрическим приводом (если он предусмотрен).

Внутри корпуса устройства есть такие элементы, как:

• Батарейки (которые выполняют роль автономного источника питания).
• Узел, который занимается распространением радиосигнала.
• Элементы для сигнализации.
• Электроды, сделаны в виде площадок или пластик, которые проводят ток.
• Контроллер, который фиксирует изменения сопротивления между пластин.

Батарейки, т.е. наш источник питания и сигнализация бывают расположены на отдельном блоке управления. Они сделаны в виде пластмассового короба, который по виду напоминает выключатель или плоскую коробочку с отдельными выходами для кабеля. Устройство с контактами обращено вниз, а корпус сделан таким образом, чтобы случайно на них не попали частички воды. Контактные площадки подняты над полом на 0.1-0.2 см благодаря маленьким ножкам или особенностей формы корпуса. Это даст возможность устройству срабатывать, но лишь в том случае, когда уровень воды будет превышать определенные заданные параметры высоты.

Функционирование

Назначением датчика воды является оповещение о протечках воды или же в составе сигнализации охраны, а также формирования сигнала для того, чтобы перекрывать трубы, механизмы, которые подают воду.

Функции датчиков воды и остального подобного оборудования:

• Анализ схематических элементов
• Использование каналов от мобильной связи для того, чтобы оповещать пользователя.
• Оперативное открытие и закрытие водной подачи.
• Расширение схемы, а также использование новых элементов для дополнения.
• Раздельное оповещение, а также управление при помощи групп приводов/по отдельности, и используются разные датчики.

Раздельный способ оповещения используется для того, чтобы разделять протечку отопления и стандартного водопровода.

Устройство будет помогать своевременно реагировать в обычных аварийных ситуациях:

• Протекание слива под ванной и раковиной.
• Сигнализация при сорванных водопроводных шлангах, трубок сливания от стиральной и посудомоечной машины.
• Протечка на месте соединения водопроводных труб, или же трубопровода от бытовой техники.
• Перелив воды через раковину из-за забитого слива.
• Прорыв и трещины в трубах.

Теперь не будет лишним поговорить о достоинствах и недостатках датчиков наличия воды.

Преимущества и недостатки

Автоматическое отключение воды спустя две секунды после того, как была обнаружена системой протечка, во много раз увеличивает безопасность эксплуатации приборов для воды и остального подобного оборудования.

Такие надежные приборы имеет защиту от ложной тревоги, чтобы не сработать от случайно пролитой капли воды. Беспроводные устройства для связи с таким элементом, как контроллер, способны издавать радиосигнал с частотой в 400-500 МГц. Из их достоинств можно выделить то, что такие устройство легко можно расположить по всему помещению без проведения полноценных установочных работ, прокладывания кабеля и прочих элементов.

Со своим источником питания – стандартными батарейками – изделия смогут проработать от двух до четырех лет без замены.  Из недостатков следует выделить то, что потребуется непосредственный контакт с водой – если неправильно выбрано место установка для контакта с водой (когда не учтен выбор уровня пола или есть неровности поверхности), жидкость не сразу попадет на устройство.

Применение

Мониторинг уровня жидкости играет важную роль в самых разнообразных направлениях. Любой промышленный процесс, включающий заполнение или хранение жидкости в резервуаре получают преимущества от использования реле уровня жидкости

Они также являются важной частью системы управления технологическими процессами, которая управляет расходом «в» и «из» емкости хранения или реактора

Датчики уровня жидкости могут быть использованы для обнаружения утечек и перезаполнения, сигнализации максимального и минимального положений, а также выступать в роли регулировочного интерфейса между уровнями различных сред. Их можно найти в самых разнообразных отраслях — не ограничиваясь производством продуктов питания и напитков, химической и фармацевтической промышленностями, морских отраслях, а также в топливно-энергетических отраслях.

Проект определения уровня воды

Для нашего следующего примера мы собираемся создать портативный датчик уровня воды, который будет зажигать светодиоды в зависимости от уровня воды.

Схема соединений

Мы будем использовать схему из предыдущего примера. Но на этот раз нам нужно просто добавить несколько светодиодов.

Подключите три светодиода к цифровым выводам 2, 3 и 4 через токоограничивающие резисторы 220 Ом.

Соберите схему, как показано ниже:

Рисунок 7 – Индикация уровня воды с помощью светодиодов

Код Arduino

После того, как схема будет собрана, загрузите в Arduino следующий скетч.

В этом скетче объявлены две переменные, а именно lowerThreshold и upperThreshold. Эти переменные представляют наши пороговые уровни.

Всё, что ниже нижнего порога, включает красный светодиод. Всё, что выше верхнего порога, включает зеленый светодиод. Всё, что находится между ними, включает желтый светодиод.

/* Измените эти значения, основываясь на своих значениях калибровки */ int lowerThreshold = 420; int upperThreshold = 520; // Выводы, подключенные к датчику #define sensorPower 7 #define sensorPin A0 // Переменная для хранения значения уровня воды int val = 0; // Объявляем выводы, к которым подключены светодиоды int redLED = 2; int yellowLED = 3; int greenLED = 4; void setup() { Serial.begin(9600); pinMode(sensorPower, OUTPUT); digitalWrite(sensorPower, LOW); // Настроить выводы светодиодов на выход pinMode(redLED, OUTPUT); pinMode(yellowLED, OUTPUT); pinMode(greenLED, OUTPUT); // Изначально выключить все светодиоды digitalWrite(redLED, LOW); digitalWrite(yellowLED, LOW); digitalWrite(greenLED, LOW); } void loop() { int level = readSensor(); if (level == 0) { Serial.println(«Water Level: Empty»); digitalWrite(redLED, LOW); digitalWrite(yellowLED, LOW); digitalWrite(greenLED, LOW); } else if (level > 0 && level <= lowerThreshold) { Serial.println(«Water Level: Low»); digitalWrite(redLED, HIGH); digitalWrite(yellowLED, LOW); digitalWrite(greenLED, LOW); } else if (level > lowerThreshold && level <= upperThreshold) { Serial.println(«Water Level: Medium»); digitalWrite(redLED, LOW); digitalWrite(yellowLED, HIGH); digitalWrite(greenLED, LOW); } else if (level > upperThreshold) { Serial.println(«Water Level: High»); digitalWrite(redLED, LOW); digitalWrite(yellowLED, LOW); digitalWrite(greenLED, HIGH); } delay(1000); } // Данная функция используется для получения показаний int readSensor() { digitalWrite(sensorPower, HIGH); delay(10); val = analogRead(sensorPin); digitalWrite(sensorPower, LOW); return val; }

Оригинал статьи:

How Water Level Sensor Works and Interface it with Arduino

Неисправности

Блок управления не реагирует на беспроводной датчик – проверяют питание, допустимое расстояние к приемнику (для беспроводных).

При неисправности проводных изделий проверяют все кабеля на разрывы, плотность подключения штекеров, подключение контроллера.

Неисправности возникают из-за загрязнения, налета, поэтому приборы необходимо раз в месяц протирать влажной тканью.

Если на датчике нет сигнала об их неисправности но, консоль его не регистрирует – проблема с узлом управления.

Нужно учитывать указанное в инструкции максимально допустимое удаление приборов от центра управления.

Проверить все блоки питания, аккумуляторы, сетевое напряжение необходимо в таких случаях:

• контактируя с влагой, на датчике и блоке загорается тревожный индикатор, а электропривод крана не срабатывает;
• регистраторы не срабатывают при смачивании их водой.

Если при смачивании датчиков водой напряжение появляется, но кран не перекрывает воду, надо отсоединить провода от электропривода крана, проверить напряжение на них. Если оно есть – неисправный сервопривод крана. Если же отсутствует напряжение, нужно прозвонить кабель на предмет разрыва – на одном конце кабеля замыкают оба конца, на другом прозванивают.

Более сложная схема, с регулятором чувствительности

Себестоимость такой схемы тоже минимальная. Выполняется на транзисторе КТ972А.

Принцип работы аналогичен предыдущему варианту, с одним отличием. Сформированный сигнал о наличии протечки (после открытия эмиттерного перехода транзистора), вместо сигнального устройства (светодиод или звуковой элемент), подается на обмотку реле. Подойдет любое слаботочное устройство, типа РЭС 60. Главное, чтобы напряжение питания схемы соответствовало характеристикам реле. А уже с его контактов, информацию можно подавать на исполнительное устройство: система «умный дом», сигнализация, GSM передатчик (на мобильный телефон), аварийный электромагнитный клапан.

Дополнительное преимущество такого исполнения — возможность настройки чувствительности. С помощью переменного резистора регулируется ток перехода «коллектор-база». Вы можете настроить порог срабатывания от появления росы или конденсата, до полноценного погружения датчика (контактной пластины) в воду.

Методы измерения уровня жидкости

Существует два основных метода измерения уровня жидкости: непрерывное измерение и определение уровня при достижении заранее заданного значения.

Приборы, с помощью которых осуществляется непрерывное измерение уровня непрерывно выдают числовые показания уровня. Это позволяет осуществлять непрерывный контроль за уровнем.

Иногда, необходимо отслеживать только уровни, достигшие критических точек. Подобный тип измерения уровня нередко называется определением уровня в системе с уставками. Когда уровень жидкости достигает уставки, прибор приводит в движение рычажный механизм или включает реле, после чего начинается осуществление корректировки или регулировки.

Классификация оборудования

Поплавковые датчики могут самостоятельно осуществлять контроль над уровнем жидкости или подавать сигнал в схему контроля. По этому принципу их можно разделить на две большие группы: механические и электрические.

Механические устройства

К механическим относятся самые разнообразные поплавковые клапаны уровня воды в баке. Принцип их действия состоит в том, что поплавок соединён с рычагом, при изменении уровня жидкости поплавок перемещает вверх или вниз этот рычаг, а он, в свою очередь, воздействует на клапан, который и перекрывает (открывает) подачу воды. Такие клапаны можно увидеть в сливных бачках унитазов. Их очень удобно использовать там, где нужно постоянно добавлять воду из центральной системы водоснабжения.

Механические датчики обладают рядом преимуществ:

• простота конструкции;
• компактность;
• безопасность;
• автономность — не требуют никаких источников электроэнергии;
• надёжность;
• дешевизна;
• лёгкость установки и настройки.

Но у этих датчиков есть один существенный недостаток: они могут контролировать только один (верхний) уровень, который зависит от места монтажа, и регулировать его, если и можно, то в очень небольших пределах. В продаже такой клапан может называться «кран поплавковый для ёмкостей».

Электрические датчики

Электрический датчик уровня жидкости (поплавковый), отличается от механического тем, что сам он воду не перекрывает. Поплавок, перемещаясь при изменении количества жидкости, воздействует на электрические контакты, которые включены в схему управления. На основании этих сигналов автоматическая система контроля принимает решение о необходимости тех или иных действий. В простейшем случае такой датчик имеет поплавок. Этот поплавок воздействует на контакт, через который происходит включение насоса.

В качестве контактов чаще всего применяют герконы. Геркон — это стеклянная герметичная колба с контактами внутри. Переключение этих контактов происходит под действием магнитного поля. Герконы имеют миниатюрные размеры и легко размещаются внутри тонкой трубки из немагнитного материала (пластик, алюминий). По трубке под действием жидкости свободно перемещается поплавок с магнитом, при приближении которого контакты срабатывают. Вся эта система устанавливается вертикально в резервуар. Меняя положение геркона внутри трубки, можно регулировать момент срабатывания автоматики.

https://youtube.com/watch?v=HFM-k0jItxM

Если нужно следить за верхним уровнем в резервуаре, то датчик устанавливают вверху. Как только уровень опустится ниже установленного, контакт замкнётся, насос включится. Вода начнёт прибавляться, и когда уровень воды дойдёт до верхнего предела, поплавок вернётся в исходное состояние, и насос отключится. Однако на практике такую схему применять нельзя. Дело в том, что датчик срабатывает при малейшем изменении уровня, вслед за этим включается насос, уровень поднимается, и насос отключается. Если расход воды из ёмкости меньше, чем подача, возникает ситуация, когда насос постоянно включается и отключается, при этом он быстро перегревается и выходит из строя.

Поэтому датчики уровня воды для управления насосом работают иначе. В ёмкости располагают минимум два контакта. Один отвечает за верхний уровень, он отключает насос. Второй определяет положение нижнего уровня, при достижении которого насос включается. Таким образом, значительно сокращается число пусков, что обеспечивает надёжную работу всей системы. Если разница уровней небольшая, то удобно использовать трубку с двумя герконами внутри и один поплавок, который их коммутирует. При разнице больше метра применяют два отдельных датчика, установленных на требуемых высотах.

Несмотря на более сложную конструкцию и необходимость схемы управления, электрические поплавковые датчики позволяют полностью автоматизировать процесс управления уровнем жидкости.

Если через такие датчики подключить лампочки, то их можно использовать для визуального контроля количества жидкости в резервуаре.

Датчики присутствия

Другим, не менее важным и востребованным вариантом применения датчиков на основе емкости является их использование для обнаружения кого- или чего-либо в зоне контроля. Самый простой пример — включение освещения на лестничной площадке. Хотя этим далеко не исчерпываются возможности таких измерителей. Не менее востребовано применение таких сенсоров в системах охранной сигнализации. Или подсчета количества штучной продукции.

Как это работает

Выше уже отмечалось, что человеческое тело обладает определенной диэлектрической проницаемостью и проводимостью.

На рисунке представлено схематическое изображение такой системы. Имеются два электрода, подключенные к измерителю. Каждый из них обладает своей емкостью, обозначенной С1. В результате есть определенная  результирующая емкость у всей системы.

При появлении в контролируемой зоне какого-то нового объекта, например человека, у системы образуются две дополнительные емкости:  Са — между электродом  и телом человека, и Сb — между человеком и землей. Результирующая емкость всей системы изменится, и это изменение может быть отслежено схемой контроля.

Еще один способ обнаружения присутствия

В этом случае также используется эффект увеличения емкости при появлении постороннего предмета в зоне контроля. Только в данном случае применяется механизм активного воздействия на контролируемый участок. Для этого используется схема датчика с активным излучателем.

В состав такого измерителя входят генератор сигналов, компаратор и усилитель-преобразователь. При включении схемы в пространстве перед измерителем возникает электрическое поле. Генератор настроен таким образом, чтобы при отсутствии посторонних предметов он не запускался. Достигается это тем, что свободное пространство считается развернутым конденсатором с диэлектрической проницаемостью равной 1. Значение емкости получается недостаточным для запуска генератора.

При появлении каких-либо материалов, объектов, людей перед измерителем диэлектрическая проницаемость среды изменяется (увеличивается), также растет емкость конденсатора. Это приводит к запуску генератора. Амплитуда колебаний будет зависеть от расстояния до предмета, его материала и диэлектрической проницаемости.

При достижении амплитуды колебаний определенной величины, срабатывает компаратор и выдает сигнал на усилитель. Посторонний предмет обнаружен.

Данная схема может применяться не только в системах охранной сигнализации для фиксации вторжения в закрытую зону, но и для других целей. На этом принципе может работать система подсчета количества штучного товара, например, упаковок молока, консервных банок или любых других аналогичных предметов.

Разновидности датчиков

Все уровнемеры классифицируются по принципу их действия. Основные типы измерительных устройств:

1. Поплавковый. Это самый простой вариант измерения уровня воды в баке. Конструкция поплавкового уровнемера включает в себя 2 геркона, магнит и поплавок. Когда уровень жидкости увеличивается, поплавок поднимается до первого геркона, который отключает реле двигателя. Если резервуар опустошается, поплавок опускается до второго геркона, который запускает реле и включает насос, перекачивающий жидкость из скважины. Герконовый датчик предельного уровня жидкости можно сделать своими руками. При этом он будет работать, даже если в резервуаре будет объемный слой пены.
2. Ультразвуковой. Эта разновидность измерительных устройств применяется как для сухой, так и для жидкой среды. Ультразвуковые датчики могут иметь дискретный или аналоговый выход. То есть приспособление может постоянно контролировать уровень воды или ограничивать наполнение емкости при достижении конкретной точки. Такой уровнемер состоит из приемника, УЗ-излучателя и контроллера, отвечающего за обработку сигнала. Сигнализаторы ультразвукового типа являются беспроводными и бесконтактными, поэтому их можно устанавливать даже во взрывоопасных и агрессивных жидкостях.
3. Электродный (кондуктометрический). Такие уровнемеры не подходят для емкостей с дистиллированной водой. Стандартная конструкция оснащена трехуровневым сигнализатором, в котором наполнение резервуара контролирует пара электродов, а третий — предназначен для аварийных ситуаций, для запуска режима активной откачки.
4. Емкостный. С использованием таких уровнемеров можно точно идентифицировать предельное наполнение резервуара. Они подходят как для жидкостей, так и для сыпучих субстанций. Емкостные уровнемеры функционируют по такому же принципу, что и конденсаторы: измерение выполняется между пластинками чувствительного элемента. При достижении пикового значения на контроллер отсылается соответствующий сигнал. Иногда емкостные сигнализаторы работают по принципу «сухого контакта», при котором устройство срабатывает через стенку резервуара. Эти приспособления могут эффективно работать в очень обширном диапазоне температур, на их функционирование не влияет электромагнитное излучение. Такие эксплуатационные свойства расширяют область использования емкостных уровнемеров.
5. Радарный. Эта разновидность сигнализаторов является универсальной, так как она работает с любыми видами технологических сред, включая взрывоопасные и агрессивные жидкости. При этом показания не будут изменяться под воздействием температуры и давления. Прибор излучает радиоволны в определенном частотном диапазоне. Приемник улавливает отраженный радиосигнал и определяет заполненность резервуара, руководствуясь периодом задержки сигнала. На датчик-измеритель не влияет температура и давление. Запыленность технологической среды тоже не сказывается на показаниях. Специалисты отмечают, что радарные приспособления обладают максимальной точностью, так как их погрешность не превышает 1 мм.
6. Гидростатический. Этот тип сигнализатора позволяет измерять как текущее, так и предельное наполнение емкостей. Принцип работы гидростатического устройства базируется на измерении давления столба жидкости. Популярность таких датчиков обусловлена небольшой ценой и достаточной точностью.

Существуют и другие типы устройств, но они обладают специфичным назначением.