Датчик уровня воды в баке своими руками. Простой индикатор уровня воды

С помощью любимого таймера 555 можно изготовить датчик для воды, для омывайки, тосола и т.д. Стоит отметить, что подобный датчик пригодится как в Вашем автомобиле, так и в бытовых условиях. Схема довольно проста и доступна для повторения. Микросхема получила широкое распространение именно благодаря своей простоте.

Для датчика воды будет использоваться такая схема.

Работа устройства предельно проста. При погружении электродов в жидкость, С1 – конденсатор, зашунтирован. Когда электроды находятся в воздухе, то шунт исчезает, и микросхема начинает работать.

От микросхемы исходят прямоугольные импульсы. С помощью таких импульсов можно управлять при помощи более большей нагрузки. К примеру, можно подавать сигнал на лампочку через транзистор. Такая технология позволяет включить в схему сигнализацию или индикатор. С помощью последнего можно определять наличие воды в баке. Подобный датчик можно установить как в баке, так и в радиаторе. Питание датчика – 12 вольт. Это говорит о том, что с питанием не возникнет вопросов.

Как правило, датчики изготавливают из стеклотекстолита. Но чаще всего используют обычную медь (провода). Для датчика подойдет два одинаковых отрезка провода с сечением 1 миллиметр. Важно заметить, что с проводов нужно счистить лак, который может быть на поверхности металла. Делается это с помощью огня или же наждачной бумаги. Так, длина проводом должна быть до 3,5 сантиметров.

Чтобы провода держались в пробке, их укрепляют силиконом. Потом провода крепятся к самой микросхеме. Провода в крышке можно соединить с микросхемой более тонкими проводниками.

Микросхема может быть навесной – без установочной платы. Когда все будет готово, другой подобной крышкой закрывают полученное устройство. Соединение крышек необходимо герметизировать клеем или другими средствами.

Таким образом, не совершая излишних затрат можно самостоятельно изготовить датчик, который поможет не только в автомобиле, но и в быту. Так, можно избавить себя от частых подъемов на душ для того, чтобы посмотреть уровень воды в баке. Самодельный датчик уровня воды решит проблему. Важно лишь выполнять все работы аккуратно и внимательно, чтобы устройство работало исправно.

Для автоматизации многих производственных процессов необходимо контролировать уровень воды в резервуаре, измерение проводится при помощи специального датчика, подающего сигнал, когда технологическая среда достигнет определенного уровня. Без уровнемеров невозможно обойтись и в быту, яркий пример этому – запорная арматура бачка унитаза или автоматика для отключения насоса скважины. Давайте рассмотрим различные виды датчиков уровня, их конструкцию и принцип работы. Эта информация будет полезной при выборе устройства под определенную задачу или изготовлении датчика своими руками.

Конструкция и принцип действия

Конструктивное исполнение измерительных устройств данного типа определяется следующими параметрами:

• Функциональностью, в зависимости от этого устройства принято делить на сигнализаторы и уровнемеры. Первые отслеживают конкретную точку заполнения резервуара (минимальную или максимальную), вторые осуществляют беспрерывный мониторинг уровня.
• Принципом действия, в его основу может быть положены: гидростатика, электропроводность, магнетизм, оптика, акустика и т.д. Собственно, это основной параметр, определяющий сферу применения.
• Методом измерения (контактный или бесконтактный).

Помимо этого, особенности конструкции определяет характер технологической среды. Одно дело – измерять высоту питьевой воды в баке, другое – проверять наполнение резервуаров для промышленных стоков. В последнем случае необходима соответствующая защита.

Виды датчиков уровня

В зависимости от принципа действия, сигнализаторы принято делить на следующие виды:

• поплавочного типа;
• использующие ультразвуковые волны;
• устройства с емкостным принципом определения уровня;
• электродные;
• радарного типа;
• работающие по гидростатическому принципу.

Поскольку эти типы наиболее распространены, рассмотрим каждый из них в отдельности.

Поплавковый

Это наиболее простой, но, тем не менее, действенный и надежный способ измерения жидкости в баке или другой емкости. С примером реализации можно ознакомиться на рисунке 2.

Конструкция состоит из поплавка с магнитом и двух герконов, установленных в контрольных точках. Кратко опишем принцип действия:

• Емкость опустошается до критического минимума (А на рис. 2), при этом поплавок опускается до уровня, где расположен геркон 2, он включает реле, подающее питание на насос, закачивающий воду из скважины.
• Вода доходит до максимальной отметки, поплавок поднимается до места расположения геркона 1, он срабатывает и реле отключается, соответственно, двигатель насоса прекращает работать.

Такой герконовый сигнализатор сделать самостоятельно довольно просто, а его настройка сводится к установке уровней включения-выключения.

Заметим, что если правильно выбрать материал для поплавка, датчик уровня воды будет работать, даже при наличии слоя пены в резервуаре.

Ультразвуковой

Этот тип измерителей может использоваться как для жидкой, так и сухой среды, при этом у него может быть аналоговый или дискретный выход. То есть, датчик может ограничивать заполнение по достижению определенной точки или отслеживать его постоянно. Устройство включает в себя ультразвуковой излучатель, приемник и контроллер обработки сигнала. Принцип работы сигнализатора продемонстрирован на рисунке 3.

Работает система следующим образом:

• излучается ультразвуковой импульс;
• принимается отраженный сигнал;
• анализируется длительность затухания сигнала. Если бак полный, она будет короткой (А рис. 3), а по мере опустошения начнет увеличиваться (В рис. 3).

Ультразвуковой сигнализатор бесконтактный и беспроводной, поэтому он может использоваться даже в агрессивных и взрывоопасных средах. После первичной настройки, такой датчик не требует никакого специализированного обслуживания, а отсутствие подвижных частей существенно продлевает срок эксплуатации.

Электродный

Электродные (кондуктометрические) сигнализаторы позволяют контролировать один или несколько уровней электропроводящей среды (то есть, для измерения наполнения бака дистиллированной водой они не подходят). Пример использования устройства приведен на рисунке 4.

В приведенном примере задействован трехуровневый сигнализатор, в котором два электрода контролируют заполнение емкости, а третий является аварийным, для включения режима интенсивной откачки.

Емкостной

При помощи этих сигнализаторов можно определять максимальное заполнение емкости, причем, в качестве технологической среды могут выступать как жидкость, так и сыпучие вещества смешанного состава (см. рис. 5).

Принцип работы сигнализатора такой же, как у конденсатора: проводится измерение емкости между пластинами чувствительного элемента. Когда она достигнет порогового значения, подается сигнал на контроллер. В некоторых случаях задействовано исполнение «сухой контакт», то есть уровнемер работает через стенку бака в изоляции от технологической среды.

Данные устройства могут функционировать в широком температурном диапазоне, на них не влияют электромагнитные поля, а срабатывание возможно на большом расстоянии. Такие характеристики существенно расширяют сферу применения вплоть до тяжелых условий эксплуатации.

Радарный

Этот вид сигнализаторов можно действительно назвать универсальным, поскольку он может работать с любой технологической средой, включая агрессивную и взрывоопасную, причем, давление и температура не будут влиять на показания. Пример работы устройства приведен на рисунке ниже.

Устройство излучает радиоволны в узком диапазоне (несколько гигагерц), приемник ловит отраженный сигнал и по времени его задержки определяет наполняемость емкости. На измеряющий датчик не влияет давление, температура или характер технологической среды. Запыленность также не отражается на показаниях, чего не скажешь о лазерных сигнализаторах. Также необходимо отметить высокую точность приборов данного типа, их погрешность составляет не более одного миллиметра.

Гидростатический

Эти сигнализаторы могут измерять как предельное, так и текущее заполнение резервуаров. Их принцип действия продемонстрирован на рисунке 7.

Устройство построено по принципу измерения уровня давления, произведенного столбом жидкости. Приемлемая точность и небольшая стоимость сделали данный вид довольно популярным.

В рамках статьи мы не можем осмотреть все типы сигнализаторов, например, ротационно-флажковых, для определения сыпучих веществ (идет сигнал, когда лепесток вентилятора застрянет в сыпучей среде, предварительно вырыв приямок). Так же нет смысла рассматривать принцип действия радиоизотопных измерителей, тем более рекомендовать их для проверки уровня питьевой воды.

Как выбрать?

Выбор датчика уровня воды в резервуаре зависит от многих факторов, основные из них:

• Состав жидкости. В зависимости от содержания в воде посторонних примесей может меняться плотность и электропроводность раствора, что с большой вероятностью отразится на показаниях.
• Объем резервуара и материал, из которого он изготовлен.
• Функциональное назначение емкости для накопления жидкости.
• Необходимость контролировать минимальный и максимальный уровень, или требуется мониторинг текущего состояния.
• Допустимость интеграции в систему автоматизированного управления.
• Коммутационные возможности устройства.

Это далеко не полный список для выбора измерительных приборов данного типа. Естественно, что для бытового назначения можно существенно сократить критерии отбора, ограничив их объемом резервуара, типом срабатывания и схемой управления. Существенное сокращение требований делает возможным самостоятельное изготовление подобного устройства.

Делаем датчик уровня воды в резервуаре своими руками

Допустим, есть задача автоматизировать работу погружного насоса для водоснабжения дачи. Как правило, вода поступает в накопительную емкость, следовательно, нам необходимо сделать так, чтобы насос автоматически выключался при ее заполнении. Совсем не обязательно для этой цели покупать лазерный или радиолокационный сигнализатор уровня, собственно, никакой приобретать не нужно. Несложная задача требует простого решения, оно показано на рисунке 8.

Для решения задачи понадобится магнитный пускатель с катушкой на 220 вольт и два геркона: минимального уровня – на замыкание, максимального – на размыкание. Схема подключения насоса проста и, что немаловажно, безопасна. Принцип работы был описан выше, но повторим его:

• По мере набора воды поплавок с магнитом постепенно поднимается, пока не дойдет до геркона максимального уровня.
• Магнитное поле размыкает геркон, отключая катушку пускателя, что приводит к обесточиванию двигателя.
• По мере расхода воды, поплавок опускается, пока не достигнет минимальной отметки напротив нижнего геркона, его контакты замыкаются, и поступает напряжение на катушку пускателя, подающего напряжение на насос. Такой датчик уровня воды в резервуаре может работать десятилетиями, в отличие от электронной системы управления.

Варианты схем, которые могут служить в качестве сигнализатора воды, приведены на рисунке 1. Тут используется свойство обычной (не дистиллированной) воды за счет наличия в ней различных примесей проводить электрический ток.

При этом через цепь датчика F1 поступает напряжение на вход микросхемы. Непосредственно датчиком может служить гребенка, вырезанная на печатной плате, или две металлические пластины, имеющие нержавеющее покрытие и расположенные на расстоянии 4.. .5 мм друг от друга.

В данном включении таймер работает как двухпороговый компаратор (обладающий гистерезисом) и управляет включением реле К1. Наличие у микросхемы гистерезиса при переключении исключает дребезг контактов реле, что значительно продлевает их срок службы.

Напряжение питания схемы зависит от номинального у применяемого реле и может находиться в диапазоне 9...15 В. Цепи нагрузки будет коммутировать группа контактов К1.1.

Аналогичную схему можно использовать и в качестве сигнализатора влажности воздуха. Простейший датчик влажности легко изготовить из порошка хлорида кальция (вещество, конденсирующее в себе влагу), размещенного в зазоре между пластинами.

В этом случае нужную чувствительность к срабатыванию реле можно установить подстроечным резистором R1 (рис. 1, б). Конденсаторы С2 в схемах служат для подавления наводок на длинных проводах. Выключение реле происходит при большом сопротивлении датчика F1.

Рис. 1. Датчик воды, срабатывающий на ее наличие (а) или отсутствие (б).

Чтобы все устройство работало более экономично и надежно, для управления мощной нагрузкой лучше применять не реле, а электронный коммутатор.

Датчик уровня воды

В этом случае будет удобнее вариант схемы, показанный на рис. 2. Она является классическим генератором, который начинает работать только в случае, когда нет воды между электродами (вода закорачивает цепь конденсатора и срывает генерацию). В показанной на рисунке схеме нагрузка (электронасос, нагреватель или др.) будет включена при отсутствии воды в зоне контроля.

Рис. 2. Датчик воды на основе автогенератора.

Иногда бывает необходимо обеспечить гистерезис не только по срабатыванию исполнительного устройства, но и по уровню воды, например, при автоматическом управлении включением погружного насоса, применяемого для полива растений.

Датчик уровня воды для колодца

Насос должен начинать работать, когда уровень воды в колодце достигнет положения верхнего датчика F1 (рис. 3), а отключаться при снижении ниже положения датчика F2. Это исключит частые включения насоса, а также работу его без воды (что недопустимо).

Рис. 3. Датчик с гистерезисом переключения по уровню воды.

Величины резисторов R1-R2 подбираются экспериментально на месте (обычно можно использовать R1 = R2), так как электропроводность воды в разных местах может сильно отличаться, к тому же она зависит от времени года.

Сначала подбором резистора R2 добиваемся того, чтобы реле было включено при наличии воды между электродами датчика F1, а после этого определяем величину резистора R1, при которой реле К1 остается включенным при снижении уровня воды до положения датчика F2. При этом надо проверить, чтобы, если реле было отключено, при наличии воды в зоне датчика F2 оно не срабатывало.

Второй выход (7) микросхемы не задействован и может во Всех схемах использоваться для подключения светодиодного индикатора режима работы, как это показано на рис. 5.35, б.

Литература: Радиолюбителям: полезные схемы, Книга 5. Шелестов И.П.

• 21.09.2014

  Базовая схема взята из . В предлагаемой схеме (рис.1,а) вместо дефицитного терморезистора R7 (51 кОм) установлен транзистор. Без включения базового провода он выполняет роль терморезистора, а также служит для уменьшения выделения тепла на R3 (30 кОм), на котором выполнен стабилизатор VT8, VТ9. Автор запитал стабилизатор напряжения от однополупериодной схемы, а …

• 28.09.2014

  Особенность прибора в том, что при проверки транзисторов их не надо для этого предварительно выпаивать. Генератор прямоугольных импульсов на КР1006ВИ1 (555) и D-триггер на К155ТМ2 составляют основу прибора. При подключении прибора к проверяемому транзистору используется 3-х проводный не экранированный кабель длиной 50-70 см с стремя щупами на конце. Если транзистор …

• 03.10.2014

  По сравнению с линейными регуляторами напряжения импульсные регуляторы напряжения намного эффективней. В случае с линейными регуляторами напряжения разница между входным и выходным напряжением тратиться в пустую (выделяемая мощность на элементах занижает КПД), а у импульсных регуляторов практически нет таких потерь, поэтому они имеют КПД до 85%. Проще говоря, импульсный регулятор …

• 26.09.2014

  Большинство простых схем частотомеров не обеспечивают на выходе входного формирователя (из-за простоты схемы) высокой крутизны фронтов и высокой чувствительности входа частотомера. В результате прибор имеет низкую чувствительность и входное сопротивление, два входа для НЧ и ВЧ, часто ошибается при измерении НЧ прямоугольных импульсов. Формирователь представленный в этой статье уверенно работает …

• 08.10.2014

  При наличии четырехканального усилителя мощности ЗЧ можно применить схему показанную на рисунке преобразования стереофонического сигнала в четырех канальный. Характеристики преобразователя: Входное напряжение номинальное 0,8 максимальное 3,5В Входное сопротивление 100кОм Коэффициент гармоник на частоте 1 кГц 0,05% Отношение сигнал шум (не взвешенное) 70дБ Напряжение питания +/-15В Ток потребления 35мА Преобразователь (декодер) …