Датчик измерения уровня воды

В данном разделе представлены датчики уровня, предназначенные для измерения уровня в емкостях с аналоговым сигналом 4-20 мА, 0-10/5В. Приборы с релейным выходным сигналом "сухой контакт" и предназначенные для замыкания-размыкания цепи при достижении определенного уровня жидкости либо сыпучих материалов в емкости широко представлены в разделе "Реле уровня воды, жидкости, сыпучих материалов". Индикаторы, предназначенные для визуального контроля уровня жидкости в различных емкостях и резервуарах представлены в разделе "Индикаторы уровня жидкости и воды".

Гидростатические датчики уровня

Устройства работающие с гидростатическим уровнем основаны на принципе зависимости давления жидкости от глубины погружения. Погружаемые датчики уровня работают на основе измерения гидростатического давления образуемого столбом жидкости расположенной над устройством и эти устройства дают линейный выходной сигнал 4-20 мА пропорциональный уровню. Пьезорезистивный сенсор давления погружается ниже уровня и выходной сигнал коррелирует с уровнем, давая показания в футах или метрах водяного столба. Приборы для измерения гидравлического давления, такие как погружные датчики уровня компании Dwyer имеют самую низкую стоимость по сравнению с другими технологиями измерения уровня жидкости. Они характеризуются легкой установкой с характерным отличием для соответствия требованиям различных приложений.

Погружаемые датчики уровня серии SBLT и датчики MBLT компании Dwyer имеют малые отверстия для давления и они предназначены для работы с чистой водой. Погружаемый датчик MBLT имеет малый диаметр корпуса (1.63см) и используется для приложений связанных со скважинами. Как более прочные устройства мы предлагаем нашу серию датчиков уровня PBLT и FBLT, которая не имеет отверстия для давления, что делает ее идеальной для шламов и суспензий. Некоторые преимущества этой технологии измерения уровня состоят в том, что жидкость может содержать пар, пену или любую другую форму, возникающую от перемешивания жидкости. Некоторые недостатки технологии с погружением состоят в том, что Вы ограничиваетесь использованием только жидкостей с низкой вязкостью в специальном диапазоне измерений совместимым со смачиваемыми материалами и эти устройства могут использоваться только в приложениях, где в резервуаре нет давления. Стандартные устройства калибруются для воды. Другое важное замечание состоит в том, что эти устройства измеряют разность давлений по отношению к атмосферному давлению и поэтому важно, чтобы на устройстве использовалась вентиляционная трубка с атмосферой и эта трубка должна быть чистой. Вентиляционная трубка должна также быть без влаги, которая может конденсироваться, нанеся вред электрическим компонентам. Наши устройства поставляются с гидрофобным тефлоновым фильтром для того, чтобы избежать любого появления влаги, так же можно приобрести фильтр А-297 для более высокого содержания влаги в окружающей среде.

Ультразвуковые датчики уровня

Ультразвуковые датчики уровня жидкости работают на принципе высокочастотных акустических сигналов, которые отражаются от поверхности среды и детектируются устройством. Время прохода сигнала от датчика до поверхности и назад до сенсора взаимосвязано с уровнем. Некоторые преимущества использования ультразвуковых датчиков уровня состоят в том, что обеспечивается бесконтактное измерение, которое фактически исключает любое касание и оно удобно для измерения уровня жидкостей с высокой вязкостью и не надо учитывать их плотность. Полный диапазон измерения ультразвукового сенсора программируется и характеризуется высокой точностью. Ультразвуковые сенсоры могут использоваться для измерения высоты уровня в желобах и водосливах для того, чтобы рассчитать расход в открытых каналах, как это предлагает наша серия ультразвуковых датчиков уровня жидкости ULF. Некоторые недостатки ультразвукового измерения уровня состоят в том, что они не могут использоваться в приложениях с высокой турбулентностью или в приложениях, которые могут иметь выделения пара, пену или сильное разнообразие в концентрации материала процесса. Турбулентность и пена создают препятствие звуковой волне для правильного отражения назад на сенсор, тогда как пар и испарения поглощают акустический сигнал. Для предотвращения некоторых из этих явлений могут использоваться отстойники, но это необходимо учитывать перед приобретением ультразвукового устройства для таких приложений. Резервуары с высоким давлением и емкости под вакуумом имеют различные коэффициенты для распространения звука и на ультразвуковые устройства для измерения уровня могут оказывать воздействия изменяющиеся коэффициенты распространения звука от влаги, температуры или давления. Коэффициенты коррекции могут использоваться для измерения уровня для улучшения точности измерений и они вводятся в программу нашей серии контроллера уровня жидкости UTC и ультразвуковых датчиков UTS.

Для правильного использования этих датчиков уровня, требуется установка в верхней точке, что иногда делает монтаж достаточно трудным. Надо учитывать, что устройство передает и получает ультразвуковые сигналы и малое расстояние от датчика в месте, где есть механические вибрации, не дает возможности сенсору достаточно облучить материал и поэтому страдает точность измерения высоты уровня. Известно, что малое расстояние дает зону нечувствительности и она должна учитываться при оценке высоты уровня технологического процесса. Наша серия ультразвуковых датчиков уровня жидкостей ULT характеризуется программным отображением распределения инородных элементов для резервуара, таких как лестницы, трубы или мешалки, малая зона нечувствительности и имеет эффективную зону чувствительности только 7,6 см.

Емкостные датчики уровня

Емкостные датчики уровня жидкости используют низкую радиочастоту для измерения проводимости тока в замкнутой цепи, которая пропорционально зависит от уровня в приложении. Важно помнить, что емкость является функцией диэлектрической проницаемости жидкости, площади поверхности емкости, датчика и расстояние. Все постоянные должны поддерживаться одинаковыми только для технологической среды, разрешенной для измерения уровня и при замене этой среды. Некоторые преимущества, которые есть в емкостном датчике уровня CRF2, заключаются в вертикальном монтаже, покрытии из материала FEP, который увеличивает химическую совместимость и тот факт, что устройство хорошо работает с жидкостями с твердыми частицами. Емкостные устройства для измерения уровня не эффективны для порошка, пены или для материалов с различающимся удельным весом и оно имеет программируемый диапазон работы. Некоторые недостатки использования емкостных датчиков измерения уровня заключаются в том, что когда они используются в приложениях с неметаллическими резервуарами или емкостями с нерегулярной формой стенок, для правильности работы должно использоваться опорное заземление датчика и поэтому оно должно приобретаться одновременно с датчиком при его заказе. Важно, чтобы диэлектрическая проницаемость измеряемой среды была больше чем 3. Как замечено емкость зависит от площади поверхности и поэтому мы не рекомендуем приобретение датчиков по длине меньшей, чем 60 см.

Направленный волновой радар

Направленный волновой радар использует то, что называется как TDR или Технология рефлектометрии по интервалу времени. По этой технологии импульсы распространяются вперед от датчика с большими скоростями до поверхности среды и когда они достигают среды часть энергии отражается назад к датчику. Время между передачей сигнала и приемом используется для определения уровня жидкости. Преимущества использования радара состоят в вертикальной установке в верхней части резервуара и тем фактом, что радар может использоваться с жидкостями с плавающими твердыми частицами или покрывающими жидкостями. Другая особенность этой технологии состоит в нечувствительности к эмульгированию, пыли, пене или парам. Эта технология имеет программируемый диапазон выходного сигнала, который не чувствителен к изменению в жидкости диэлектрической проницаемости и удельного веса и характеризуется отсутствием требований на реальную минимальную длину датчика. Некоторые недостатком этой технологии является то, что длина датчика должна быть полной длиной диапазона чувствительности и из-за этого обычно возникает более высокая стоимость датчика. Внимание должно быть уделено выбору правильного типа датчика в приложениях с обходными камерами или перегонными отстойниками.

Всего есть огромное количество способов измерения уровней жидкости с помощью датчиков и каждая технология измерения уровня оригинальна. Для того чтобы избежать путаницы и иногда повторных затрат на установку контактируйте с нашими специалистами по телефону для получения большей информации о том, какая технология измерения уровня наиболее подходит для вашей системы.

Поплавковые датчики уровня

Поплавковые датчики уровня это устройства, предназначенные для сигнализации уровня различных жидкостей. Они применяются в составе систем контроля и регулирования жидкости (воды, растворов, светлых нефтепродуктов и иных жидких сред, в том числе и агрессивных, за исключением коррозионно-активных к материалу датчика) в различных резервуарах, а также применяются для измерения как текущего, так и предельного (максимального или минимального) уровня жидкости. Поплавковые датчики уровня имеют общепромышленные и взрывозащищенные исполнения.

Поплавковые датчики уровня воды устойчивы к пене и пузырькам и могут работать с вязкими жидкостями. Для контроля уровня невязких жидкостей могут быть с цилиндрическим поплавком и для контроля уровня вязких жидкостей – с шарообразным поплавком. По способу монтажа различают датчики с горизонтальным и вертикальным монтажом.

Герконовые датчики

Один из самых популярных типов датчика, представляющий собой усовершенствованный вариант поплавковых устройств с механическим переключателем. Герконовые уровнемеры отличаются низкой стоимостью, простой и надежной конструкцией, а также возможность отслеживать изменение уровня воды в широком диапазоне.

Существует несколько разновидностей герконовых датчиков уровня воды. В простейшем варианте механический переключатель поплавкового датчика меняют на геркон, что несколько повышает надежность устройства (так устроены герконовые уровнемеры боковой установки). Но чаще используется схема с несколькими герконами и поплавком с магнитами.

Вибрационные датчики уровня

Вибрационный датчик уровня жидкости является высоконадежным устройством для проверки уровня жидких продуктов в трубе или емкости. Высокая точность позволяет применять вибрационный датчик уровня жидкости в продуктах плотностью не менее 10кг/м³.

Принцип работы датчика достаточно прост. Пьезоэлемент генерирует колебания вибрирующей вилки (или штыря) на установленной резонансной частоте. При погружении вилки в жидкость частота колебаний снижается. С помощью встроенной электроники изменение частоты преобразуется в сигнал переключения, передающийся на выключатель.

Мы предлагаем только прямые поставки контрольно-измерительных приборов с завода Dwyer. Список и описание продукции полностью соответствует печатному каталогу и оригинальному сайту компании-изготовителя. Поделитесь с коллегами ссылкой на эти приборы, нажмите на кнопку социальной сети:

Для сборки измерителя уровня воды я стоял перед выбором метода измерения – контактный или бесконтактный. К контактным относятся резистивный, конденсаторный и индуктивный методы, из бесконтактных способов наибольшее распространение получили визуальный, радарный и ультразвуковой. Чтобы не повлиять на качество воды в емкости мы прибегнем к одному из бесконтактных методов измерения уровня жидкости.

Все бесконтактные методы основаны на одном принципе: сигнал уходит, проходит определенное время, сигнал возвращается. Визуальный метод использует оптический сигнал, он достаточно точный, но если датчик загрязнится, то он вообще перестанет работать.

При использовании радарного метода измерения уровня используются высокочастотные радиоволновые сигналы, из-за этого метод не подходит для использования в домашних условиях. Ультразвуковой метод аналогичен радарному, только вместо радиоволн используются ультразвуковые волны. Этот способ подходит нам как нельзя лучше, из-за того, что ультразвуковые сенсоры легко найти и они недороги.

Измеритель уровня жидкости я сделал на базе микроконтроллера Arduino Mega2560 (можно взять любой контроллер Arduino).

За любые повреждения, полученные в процессе сборки автор статьи ответственности не несет.

Шаг 1: Материалы

Материалы для датчика уровня воды в резервуаре:

• Arduino (Uno, Mega 2560,…)
• ультразвуковой датчик измерения расстояния HC SR04
• провода для подключения датчика к контроллеру
• оргстекло для корпуса (опционально)

Шаг 2: Немного теории

Для начала я расскажу вам немного об ультразвуковом способе измерения уровня жидкости. Смысл все бесконтактных приборов измерения уровней заключается измерении расстояния между трансивером и поверхностью жидкости. Трансивер посылает короткий ультразвуковой импульс и измеряется время, за которое сигнал идет до поверхности жидкости и обратно до трансивера. Из-за того, что плотность жидкости выше, чем плотность воды, ее поверхность отразит ультразвуковой импульс.

У ультразвукового метода измерения есть свои минусы:

1. Из-за длины импульса остается маленькое окно для приема отраженного сигнала, потому что трансивер продолжает испускать сигнал. Проблема решается достаточно просто: сенсор размещается на несколько сантиметров выше максимального уровня жидкости, позволяя приемнику начать прием сигнала.
2. Из-за ширины луча имеются ограничения в диаметре используемой емкости. Если диаметр будет слишком мал, отраженный от поверхности жидкости сигнал будет отражаться и от стенок емкости, тогда данные могут быть ложными.
3. Прежде чем установить счетчик в бак на постоянное место, его протестировали на эти два момента. Стабильные данные получены на расстоянии минимум 5 см от сенсора. Это значит, что сенсор нужно установить не ниже 5 см над уровнем жидкости. Также не было отраженных от стен бака сигналов при диаметре сосуда 7,5 см (высота 0,5 м). Эти результаты были учтены при установке сенсора в бак.

Шаг 3: Водяной бак

Вода в систему полива будет поступать самотеком. Поэтому бак должен быть установлен выше уровня пола. Бак сделан из метровой канализационной трубы диаметром 16 см. Труба разделена на две секции. В нижней секции располагаются клапана, верхняя будет собственно резервуаром с водой. В качестве крышки резервуара используется заглушка. К заглушке крепится ультразвуковой датчик измерения расстояния. Для устойчивости бак установлен в деревянный короб, в котором установлена электроника и аккумулятор.

Высоту столба жидкости кодируем в процентах, точкой отсчета будут показания счетчика от 6 см (100%), и до 56 см (0%), 6 см – удаление от поверхности воды.

Бак сделан из трубы для простоты вычислений объема (цилиндиреская форма без изменений диаметра).

Шаг 4: Схема соединения ультразвукового датчика и контроллера

Сначала припаиваем к ультразвуковому датчику провода (витая пара, без экранирующего покрытия или фольгированная). Потом помещаем датчик в самодельный корпус из оргстекла. Корпус герметизируем и крепим на крышку бака. Корпус сделан по ходу дела и не является обязательной деталью, поэтому его нет на фото и нет инструкций по изготовлению, так что импровизируйте, если решили сделать его.

Следуя приложенной схеме, подключите датчик к контроллеру.

Шаг 5: Программа

Программа по измерению расстояния конвертирована в программу по определению уровня воды.

Сначала посылается сигнал, затем он возвращается, измеряется время между передачей и приемом сигнала, а полученные данные преобразуются в сантиметры. Сантиметры, в свою очередь, преобразуются в проценты и через последовательное соединение эти данные передаются на компьютер. Также можно подсчитать оставшийся в резервуаре объем воды.

Шаг 6: Проверка

Так как потом этот водяной бак будет использоваться в автоматической системе полива с двухступенчатым регулятором, необходимо измерить показатели потока. Выходной поток из бака зависит от гидростатического давления внутри него.

Любой человек, знакомый с основами гидродинамики, знает, что гидростатическое давление уменьшается при снижении уровня воды. Чтобы полив растений осуществлялся одинаковым объемом воды, нужно иметь возможность контролировать время, в течение которого клапан остается открытым. Зная показатели потока, можно подсчитать, какой объем воды может вытечь из бака за определённое время, и таким образом определить время, в течение которого клапан должен быть открытым.

Чтобы проверить точность работы нашего измерителя уровня воды наполните резервуар водой до максимального уровня. Затем откройте клапан, чтобы вся вода вытекла. Бак опустел до 2% из-за того, что конструкция сделана таким образом, чтобы предотвратить вытекание остатков. На картинке приложена диаграмма ступенчатой функции, по этой диаграмме мы можем приблизительно оценить на каком уровне воды происходит изменение (с помощью Excel, Matlab или другой вычислительной программы).

Датчик уровня воды, собранный своими руками работает в соответствии с ожиданиями.

Шаг 7: Применение в проектах

Собранный измеритель уровня воды с ультразвуковым датчиком является образцом. Если мы хотим применять измеритель в проектах, как самодельных, так и полупромышленных, нужно провести испытания на износостойкость и водостойкость. После проведения испытания будет ясно, подходит ли измеритель для использования в каких-либо проектах. Прямо сейчас я могу лишь сказать, что датчик работает нормально то время, которое прошло после сборки.

Из-за того, что метод измерения уровня воды бесконтактный, вода не загрязняется. Сам датчик вышел совсем недорогим по себестоимости, а это значит, что его можно использовать в самодельных проектах.

Рассказываю как сделать какую-либо вещь с пошаговыми фото и видео инструкциями.

Содержание

Что такое датчик уровня воды «Геркон»

Геркон («герметичный контакт») представляет собой электронное устройство в виде вытянутой стеклянной колбочки с откачанным воздухом, в которой находятся два металлических ферромагнитных контакта. Контакты в обычном состоянии разомкнуты. Они замыкаются и замыкают цепь тогда, когда попадают в магнитное поле.

К преимуществам герконов отнесем:

• надежность, которая в 100 раз больше, чем у обычных открытых контактов;
• быстродействие;
• срок службы, достигающий 5 млрд. срабатываний, намного превышает обычные контакты.

• малая коммутируемая мощность;
• малое число контактных групп в одном баллоне;
• хрупкость стеклянного баллона;
• чувствительность к внешним полям.

Преимущества Герконов намного превосходят его недостатки.

Прин

Как собрать датчик уровня воды

Вариант 1

Для сборки датчика уровня воды понадобится:

1. два одноразовых шприца 10 мл и 2 мл;
2. прозрачная гелевая ручка;
3. неодимовый магнит небольшого размера;
4. герконы — 2 шт.

Два Геркона необходимо для отслеживания повышения и понижения уровня воды. Если нужно контролировать либо повышение, либо понижение уровня, то достаточно одного Геркона. Если несколько Герконов установить последовательно, то можно отслеживать ступенчатое изменение уровня воды.

Подробную сборку и испытания датчика в работе можно посмотреть на видео в конце страницы.

Вариант 2

Еще один пример самостоятельного изготовления датчика уровня воды. Датчик был установлен на пластиковой трубе канализационного септика частного загородного дома. Назначение датчика — контроль заполнения резервуара септика сточной водой.

Работа датчика основана на перемещении магнита по оси, на которой закреплены два Геркона. При замыкании контактов Геркона включается световой сигнал определенного цвета, сигнализирующий о степени заполнения септика.

Когда поплавок находится в нижнем положении, горит светодиод зеленого цвета HL1 и работает второй Геркон. Уровень жидкости находятся ниже поплавка, ограниченного стопором, и контакты Геркона замкнуты магнитом. По мере заполнения септика и поднятия уровня сточной воды магнит перемещается и включает желтый светодиод HL2, отключив HL1. При максимальном уровне жидкости включается светодиод красного цвета HL3, а желтый отключится. Если поплавок или магнит несправны (поломка стопора, смещение магнита, опрокидывание поплавка), то гореть должен будет желтый светодиод. Если в схеме использовать реле, то можно применять его, как исполнительное устройство для более мощных нагрузок. Ко второму Геркону также можно подключить зуммер или сотовый телефон и т.д.

Материалы для изготовления датчика уровня воды

1. муфта соединительная д. 50 мм, 2 шт.;
2. заглушка д. 50 мм, 2 шт.;
3. хомуты пластиковые, 2 шт.;
4. профили пластиковые мебельные;
5. кембрик термоусадочный д.30-40 мм;
6. пластмассовая пластина т. 4-6 мм;
7. заклепки 10 шт.;
8. магнит неодимовый 1 шт.;
9. герконы 3 контакта, 2 шт.;
10. кнопка (выключатель) низковольтный 1 шт.;
11. резистор 680-1,5к. 1 шт.;
12. светодиоды, 3 шт.;
13. провода низковольтные 5-и жильные;
14. штекер 4 ножки;
15. термоклей, силикон;
16. питание 12В, батарейка на 3В.

Из инструментов понадобятся:

• электродрель;
• термопистолет;
• строительный фен;
• паяльник;
• отвертки, пассатижи и т.д.

Схема датчика уровня воды

Схему датчика уровня воды для изготовления своими руками следует выбирать в зависимости от технологических задач, которые предстоит решать датчику, и условий, в которых он будет работать. Вариантами схем может быть светодиодная индикация, управление насосным оборудованием в автоматическом и ручном режиме, звуковая сигнализация и т.д. Любые варианты схем можно легко найти на интернет сайтах соответствующей тематики.