Схемы датчиков уровня жидкости находят самое разное применение. Это контроль наличия воды в расширительном баке системы отопления, автоматическое наполнение емкости для полива, контроль уровня в фильтре питьевой воды, мониторинг появления воды в погребе и проч. Мы рассмотрим несколько схем разного назначения и разместим их в порядке усложнения и расширения функциональности.
Звуковой датчик уровня воды
Этот звуковой сигнализатор оперативно сообщит о протечке воды в цокольном этаже, наполнении емкости для полива на даче, увлажнении пеленок младенца или высокой влажности грунта. Основа устройства — низкочастотный генератор на двух транзисторах, в обратную связь которого включены два электрода.
Во влажной среде между электродами резко уменьшается сопротивление, протекает ток, возникает обратная связь, и генератор возбуждается. На выход устройства подключен пьезоизлучатель, который подает звуковой сигнал. Светодиод также зажигается при срабатывании прибора.
На резисторах R1 и R2 построен делитель напряжения, который определяет порог срабатывания системы. Для регулирования чувствительности датчика вместо упомянутых резисторов можно установить потенциометр или подобрать сопротивления R1 и R2 экспериментально, исходя из конкретных условий работы устройства.
В качестве источника питания можно использовать любой адаптер на 3-12 В от мобильного телефона или другого гаджета. Сопротивление резистора R3 зависит от напряжения питания. Для светодиода с рабочим током 10 мА мы получим значения от 100 Ом — до 1 кОм для упомянутого выше диапазона напряжения. Электролитический конденсатор должен иметь рабочее напряжение заведомо выше напряжения источника питания. Меняя его емкость, мы можем подобрать оптимальную частоту звучания пьезоизлучателя.
Транзисторы подойдут почти любые, но они должны быть маломощными биполярными и разной проводимости, например, пара КТ316 и КТ361, или КТ3102 и КТ3107. Пеьезоизлучатель можно извлечь из негодного китайского будильника. В его же корпусе удобно сделать все устройство. Контакты можно сделать из куска двойного провода с оголенными концами, например, из телефонной «лапши».
При небольшом количестве элементов нет смысла травить печатную плату. Все элементы можно зафиксировать горячим клеем вверх контактами на ровной площадке, а затем выполнить монтаж проводами с помощью припоя и паяльника.
Простейшая схема контроля наполнения бака
Эта простая система позволяет контролировать и управлять уровнем воды, включая соответствующий насос или клапан. В качестве датчиков в данном случае используются три поплавковых герконовых контакта (ГК1-ГК3), а электрическая схема также состоит из трех элементов плюс индикатор, поэтому можно считать наше устройство электромеханическим. С его помощью можно поддерживать необходимый уровень воды в расширительном баке системы отопления или в бочке на даче.
На схеме ГК1 — геркон, который контролирует нижний уровень воды, ГК2 отслеживает верхний уровень жидкости, а ГК3 размещается чуть выше ГК12 и дублирует его на случай, если ГК2 не сработает.
Для описания работы устройства будем считать, что на момент включения питания в емкости недостаточно жидкости. Тогда замкнутся контакты ГК1, на базу транзистора поступит положительное питание, и он откроется. В результате включится реле К1 и заблокирует контактами К1.1 датчик ГК1. Вторая пара контактов К1.2 включит более мощное реле или пускатель, которое, в свою очередь, запустит насос подачи жидкости.
По мере повышения уровня жидкости контакты ГК1 разомкнутся, но открывающее напряжение будет продолжать поступать на базу транзистора через К1.1 до тех пор, пока не сработает геркон верхнего уровня ГК2. Теперь на базе транзистора будет низкое напряжение, и реле К1, а затем К2 и насос обесточатся. Блокировка К1.1 разомкнется, а геркон ГК1 включится только тогда, когда уровень жидкости упадет до контролируемого им уровня. При этом диод D1 будет светится одновременно с включением исполнительного устройства.
При небольшом количестве элементов делать печатную плату смысла не имеет. Все элементы можно зафиксировать горячим клеем вверх контактами на ровной площадке или установить на макетной плате, а затем повести монтаж проводами с помощью припоя и паяльника. После проверки правильности соединений можно подавать питание и приступать к испытаниям.
О выборе элементов. Источник питания — любой адаптер на 12 В, который обеспечивает максимальный ток нагрузки, заведомо больший тока питания реле К1. Биполярный транзистор n-p-n нужен средней мощности, например, КТ503, КТ603, КТ815, КТ817 и пр. Самое главное, чтобы его максимальный ток коллектора был заведомо выше тока питания используемого реле.
Реле К1 должно быть рассчитано на 12 В и должно иметь две пары контактов. Контакты реле К2 (катушка на 12 В) должны с запасом выдерживать ток нагрузки. Светодиод — любой по вкусу. R1 — 3 кОм\0,25 Вт, R2 — 300 Ом\0,125 Вт. В следующем видео наглядно представлен процесс испытания устройства.
Контроллер уровня жидкости в резервуаре
Устройство контролирует уровень жидкости в емкости и автоматически запускает, например, насос для откачивания излишков или восполнения ее уровня. Реле контроля уровня не требует дополнительных датчиков — эту функцию выполняют провода, погруженные в воду, но требует, чтобы жидкость хотя бы слегка проводила электричество. Чаще всего речь идет именно о воде, и в тексте мы будем упоминать ее, имея в виду более широкий спектр жидкостей.
Как работает устройство
Устройство требует установки в резервуар трех кабелей с изолированными концами. Первый из них будет выступать в качестве основного электрода (далее — электрод V), и его следует располагать глубже всех, чтобы он всегда был погружен в воду. Второй провод (электрод L) должен достигать уровня резервуара, который мы установим как минимальный уровень, и должен находиться выше конца электрода V. Третий провод (электрод H) должен доходить до уровня резервуара, который мы установим как максимальный уровень, и который должен находиться выше конца электрода L.
Датчик может работать в одном из двух режимов. Первый представляет собой контроллер, восполняющий уровень жидкости – тогда выход будет включаться, когда уровень воды упадет ниже электрода «L», и работа закончится, когда уровень жидкости достигнет уровня электрода «Н». Вторым режимом будет контроллер переполнения – тогда выход будет включаться, когда уровень жидкости достигнет электрода «Н», и работа завершится, когда уровень воды упадет ниже электрода «L».
Датчик уровня имеет дополнительный функционал – позволяет установить максимальное время активации выхода. Обоснование несложное – электронные устройства «не любят» жидкости, влажная среда благоприятствует сбоям. В случае возникновения неисправности бак либо переполнится, либо насос выйдет из строя, а предусмотренная защита по времени позволит избежать или хотя бы ограничить ущерб.
Важной особенностью устройства является наличие сигнализации аварийных состояний, т.е. одной из следующих ситуаций:
- — Во-первых, когда с электрода «Н» считывается сигнал о достижении уровня жидкости, а с электрода «L» такого сигнала нет.
- — Во-вторых, когда сигнал на электроде «Н» или «L» постоянный. Сигнал на электроде «V» возникает циклически и должен появиться на остальных электродах таким же образом.
- — Третья ситуация, когда выход отключился по истечении максимального времени, а не по сигналу с электродов. Аварийные состояния сигнализируются быстрым миганием светодиода D6.
Безопасное использование устройства обеспечивается низким напряжением питания 12 В. Кроме того, цепи электродов устроены таким образом, что через них протекает небольшой ток, а выход устройства гальванически развязан с помощью реле.
Описание электрической схемы
Принципиальная схема устройства представлена на рисунке. Она разделена на несколько простых блоков. Разъем с маркировкой POW используется для подключения источника питания. Величина его напряжения должна составлять примерно 12 В, а сила тока – не менее 0,2 А. Разъем SW служит для подключения трех проводов – электродов «Н», «V» и «L».
Разъемы IN и OUT являются исполнительной цепью, они служат для подключения питания к исполнительному устройству на откачку или пополнение жидкости. Реле позволяет подключить электромагнитный клапан с питанием от постоянного тока 24 В или насос с питанием от переменного тока 230 В, или любое другое устройство мощностью не более 1 кВт.
На схеме не виден самый важный элемент устройства – это программа управления, сохраненная в памяти микроконтроллера. Основная задача, которую выполняет программа, – проверка состояния электродов. Это выполняется циклически каждые 1 секунду, а затем на главном электроде «V» появляется положительный полюс питания — напряжение около 12 В. Затем загорается светодиод D6.
Если один из других электродов погружен в жидкость, на нем также имеется положительное напряжение. Сигналы с электродов фильтруются и формируются в цепях на транзисторах Т1 и Т4, а затем поступают на входы микроконтроллера. В зависимости от состояний на электродах и выбранного режима работы программа принимает решение о включении реле.
Устройство собрано на односторонней плате с навесными элементами, поэтому сборка не представляет сложности и проходит по общим правилам. Сборочный чертеж представлен на рисунке выше. Готовая плата помещается в пластиковый корпус и может размещаться на DIN-рейку.
Сборка и наладка своими руками
После сборки устройство требует настройки. Выбор режима работы осуществляется путем соответствующей установки перемычки на контактах с маркировкой CFG. На плате отмечены позиции «P» и «W». Если перемычка находится в положении «P», прибор работает в режиме дополнения уровня жидкости. Если перемычка находится в положении «W», активен режим откачки лишней воды. Если устройство запускается без перемычки на выводах CFG, оно войдет в режим программирования времени включения выхода.
Независимо от уровня жидкости и состояния электродов, выход прибора включится через 2…3 секунды. Это состояние будет длиться до момента установки перемычки на выводы CFG, время этого состояния будет измерено и окончательно сохранено в энергонезависимой памяти микроконтроллера. После такой процедуры прибор будет работать, как и раньше, но если выход будет включен дольше запрограммированного, то он отключится независимо от состояния электродов. Время включения измеряется с разрешением примерно в 1 секунду, максимальная величина составляет примерно 18 часов, и это значение устанавливается по умолчанию.
После установки режима работы и времени включения прибор готов к подключению к общей системе управления, вариант применения устройства представлен на картинке в начале статьи. При нормальной работе светодиод D6 циклически мигает примерно 1 раз секунду, сигнализируя об активности, а при включении реле дополнительно загорается светодиод D5. При обнаружении аварийного состояния работа устройства не блокируется, а частота мигания светодиода D6 увеличивается в два раза.
Перечень элементов
При сборке устройства своими руками удобно иметь перед собой сводный перечень всех комплектующих прибора.
Резисторы:
- R1, R2, R5, R7, R8, R11, R14, R15 — 100 кОм;
- R4 — 100 Ом;
- R3, R6, R9, R10, R12, R13 — 2,7 кОм.
Конденсаторы:
- C2, C3, C5…C7 — 100 нФ;
- C1, C4 — 100 мкФ/25 В.
Полупроводники:
- D1, D4 — 1N4007;
- D2, D3 — DZ12V (стабилитрон на 12 В);
- D5, D6 — светодиоды 3 мм;
- T1, T3, T4, T5 — BC548;
- T2 — BC577;
- IC1 — 78L05;
- IC2 — ATtiny25.
Loading...
