Принцип работы поплавкового датчика уровня

Когда возникает необходимость контроля уровня жидкости, многие выполняют эту работу вручную, а ведь это крайне неэффективно, отнимает уйму времени и сил, а последствия недосмотра могут обойтись очень дорого: например, затопленная квартира или сгоревший насос. Этого можно легко избежать, используя поплавковые датчики уровня воды. Это простые по конструкции и принципу действия устройства, доступные по цене.

В домашних условиях датчики этого типа позволяют автоматизировать такие процессы, как:

• контроль уровня жидкости в расходном баке;
• откачка грунтовых вод из погреба;
• отключение насоса, когда уровень в колодце падает ниже допустимого, и некоторые другие.

Принцип действия поплавкового датчика

В жидкость помещается предмет, который в ней не тонет. Это может быть кусок дерева или пенопласта, полая герметичная сфера из пластмассы

или металла и многое другое. При изменении уровня жидкости этот предмет будет подниматься или опускаться вместе с ней. Если поплавок соединить с исполнительным механизмом, то он будет выполнять функции датчика уровня воды в ёмкости.

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.

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.

Самодельный поплавковый выключатель

Если у вас есть время и желание, то простейший поплавковый датчик уровня воды можно сделать своими руками, и расходы на него будут минимальны.

Механическая система

Для того чтобы максимально упростить конструкцию, в качестве запирающего устройства будем использовать шаровый клапан (кран). Хорошо подойдут самые маленькие клапаны (полудюймовые и меньше). Такой кран имеет ручку, которой он закрывается. Для переделки его в датчик необходимо удлинить эту ручку полоской металла. Полоска крепится к ручке через просверлённые в ней отверстия соответствующими винтами. Сечение этого рычага должно быть минимальным, но при этом он не должен изгибаться под действием поплавка. Длина его около 50 см. Поплавок крепится на конце этого рычага.

В качестве поплавка можно использовать двухлитровую пластиковую бутылку от газировки. Бутылка наполовину заполняется водой.

Проверить работу системы можно, не устанавливая её в резервуар. Для этого установите кран вертикально, а рычаг с поплавком поставьте в горизонтальное положение. Если все сделано правильно, то под действием массы воды в бутылки, рычаг начнёт двигаться вниз и займёт вертикальное положение, вместе с ним провернётся и ручка клапана. Теперь погрузите устройство в воду. Бутылка должна всплыть и повернуть ручку клапана.

Так как клапаны различаются размерами и усилием, которое нужно приложить для их переключения, возможно, нужно будет провести настройку системы. В случае если поплавок не может провернуть клапан, можно увеличить длину рычага или взять бутылку большего объёма.

Монтируем датчик в ёмкости на необходимом уровне в горизонтальном положении, при этом в вертикальном положении поплавка клапан должен быть открыт, а в горизонтальном — закрыт.

Датчик электрического типа

Для самостоятельного изготовления датчика этого типа, кроме обычного инструмента, понадобится:

• Полудюймовая пластиковая труба для пайки водопровода. Длина трубы произвольная и зависит от размера вашего бака.
• Трёхжильный медный провод сечением провода 0,5 мм2. Длина провода равна длине трубки плюс расстояние до блока управления, к которому будет подключаться датчик.
• Брусок пенопласта 5*5*8 см.
• Магнит. Хорошо, если он будет кольцевой, например, от старого динамика. Его внутренний диаметр должен быть на 4−6 мм больше наружного диаметра трубки.
• Два геркона. Один — с нормально замкнутым контактом, другой — с нормально разомкнутым.
• Паяльник, припой и канифоль.

Последовательность изготовления следующая:

1. Из пенопласта делаем поплавок. Для этого скругляем углы, чтобы получился цилиндр. По длине просверливаем отверстие на 3 мм больше наружного диаметра трубы. К одному из торцов цилиндра крепим магнит. Прикрепить его можно на эпоксидный клей или притянуть нитками. Убедитесь, что магнит не топит поплавок.
2. Берём трубку. Нагреваем один из концов и сминаем его так, чтобы образовалось утолщение. Это предотвратит попадание воды внутрь трубы и одновременно будет служить ограничителем нижнего положения поплавка.
3. Надеваем поплавок на трубу магнитом вверх и сдвигаем его в нижнее положение. Поплавок с магнитом должен свободно перемещаться по трубе.
4. Берём провод. Совмещаем его конец с нижним концом трубки. Ставим первую метку в месте, где расположен магнит. Здесь будет расположен геркон нижнего уровня. Вторая метка должна соответствовать верхнему. Эту же метку нанесите на трубу. Это упростит монтаж и настройку работы системы.
5. Берём геркон с нормально разомкнутым контактом и припаиваем его к проводу в месте нижнего уровня. Для этого зачищаем изоляцию на центральной жиле и на одной из боковых.
6. Геркон с нормально замкнутым контактом устанавливаем на верхнем уровне. Его припаиваем к центральной жиле (она общая для обоих герконов) и к оставшейся свободной.
7. В нижнем конце провода жилы должны быть изолированы друг от друга. С другой стороны промаркируйте, какая жила к чему подключена.
8. Провод с герконами вводим в трубу до упора, а его верхний конец фиксируем герметиком.
9. Готовый датчик крепим внутри ёмкости вертикально, учитывая метку верхнего положения поплавка. Трубка обладает некоторой плавучестью. Для того чтобы она не всплывала и не деформировалась, подгрузите её нижний конец.

При изменении уровня жидкости вместе с ней перемещается и поплавок, который действует на электрический контакт для контроля уровня воды в баке. Схема управления с таким датчиком может иметь вид, представленный на рисунке. Точки 1, 2, 3 — это точки подключения провода, который идёт от нашего датчика. Точка 2 — это общая точка.

Рассмотрим принцип действия самодельного устройства. Допустим, в момент включения резервуар пуст, поплавок находится в положении нижнего уровня (НУ), этот контакт замыкается и подаёт питание на реле (Р).

Реле срабатывает и замыкает контакты Р1 и Р2. Р1 — это контакт самоблокировки. Он нужен для того, чтобы реле не отключилось (насос продолжал работать), когда вода начнёт прибывать, и контакт НУ разомкнётся. Контакт Р2 подключает насос (Н) к источнику питания.

Когда уровень поднимется до верхнего значения, сработает геркон и разомкнёт свой контакт ВУ. Реле будет обесточено, оно разомкнёт свои контакты Р1 и Р2, и насос отключится.

С уменьшением количества воды в резервуаре поплавок начнёт опускаться, но пока он не займёт нижнее положение и не замкнёт контакт НУ, насос не включится. Когда это произойдёт, цикл работы повторится заново.

Вот так работает поплавковый выключатель контроля уровня воды.

В процессе эксплуатации необходимо периодически очищать трубу и поплавок от загрязнений. Герконы выдерживают огромное количество переключений, поэтому такой датчик прослужит долгие годы.

Предназначены для простых задач контроля предельного уровня жидкостей. Эффективны в случаях когда измерение уровня другими датчиками (кондуктометрическими, ультразвуковыми, датчиками давления, ротационными и вибрационными датчиками) невозможно технически или неоправданно дорого в силу их высокой стоимости.

Поплавковые датчики уровня (сигнализаторы уровня) ПДУ-Т могут работать как совместно с приборами ОВЕН САУ-М6, САУ-М7.Е, САУ-МП, САУ-У, так и самостоятельно, управляя исполнительными механизмами, через промежуточное реле или контактор.

Наличие в серии ПДУ-Т нескольких вариантов конструктивного исполнения и материалов позволит выбрать датчик уровня, который наиболее оптимально подойдет под Вашу задачу по способу монтажа, материалу погружной части, коммутационной функции выхода и т.д.

Способы установки поплавковых датчиков уровня (сигнализаторов уровня) ПДУ-Т:

Принцип действия и способы установки поплавковых датчиков уровня (сигнализаторов уровня) ПДУ-Т:

ПДУ-Т1хх, ПДУ-Т3хх, ПДУ-Т5хх:

В поплавок датчиков вмонтирован постоянный магнит, а в штоке датчика, по которому перемещается поплавок, встроен геркон.

Когда поплавок погружается в жидкость он начинает перемещаться по штоку, вызывая срабатывание геркона и датчик таким образом сигнализирует от достижении жидкостью предельного уровня. В зависимости от конструктива датчики ПДУ-Т устанавливаются в емкость горизонтально или вертикально (см. рис. 1).

Рис.1. Пример монтажа поплавковых датчиков уровня (сигнализаторов уровня) ПДУ-Т1хх, ПДУ-Т3хх, ПДУ-Т5хх

ПДУ-Т601-х:

В состав поплавковых датчиков ПДУ-Т601-х входят: поплавок с контактной группой (NO+NC) и шариком внутри, кабель определенной длины, зависящей от модификации датчика и груз, который одевается на кабель. Кабель через герметичный ввод соединен с поплавком. Груз расположенный на кабеле предназначен для установки точки переключения состояния контактов (установки верхнего уровня).

Датчик подвешивается за провод так, чтобы поплавок находился на высоте желаемого нижнего уровня жидкости в емкости. В таком положении шарик, расположенный в корпусе датчика нажимает на контакты, замыкая один контакт и размыкая другой относительно общего провода. Груз, расположенный на кабеле датчика, опускается на высоту желаемого верхнего уровня. При заполнении емкости жидкость поднимает поплавок вверх и при пересечении поплавком уровня, на котором расположен груз, шарик перекатывается и переключает контакты в противоположное состояние (см. рис.2).

Какие датчики уровня наиболее точны. Какие могут использоваться для в агрессивных средах. Устройство, принцип действия различных датчиков уровня. В чем у каждого из них преимущество и недостатки.
Вы также можете посмотреть другие статьи. Например, «Датчики перемещения (индуктивный, оптический, емкостной и другие типы)» или «Виды анемометров».

Датчики уровня — это устройства, позволяющие отслеживать количество жидкого или сыпучего вещества по уровню его поверхности в некоторой ёмкости. Датчики уровня могут выдавать дискретный (по достижении некоторого уровня) или непрерывный сигнал (абсолютная высота текущего уровня) в зависимости от принципа действия, что сказывается на их технической сложности, а также на цене. Кроме того, датчики уровня могут быть контактными и бесконтактными, что также сказывается на стоимости и на области их применения.

По принципу действия датчики уровня могут быть:

• Емкостными
• Поплавковыми
• Радарного типа
• Ультразвуковыми
• Гидростатическими

Ниже кратко рассмотрены основные виды.

Емкостной датчик уровня

В основу работы данного типа датчика положено свойство конденсатора изменять свою ёмкость при изменении состава и распределения материала диэлектрика, разделяющего пластины конденсатора. Это свойство применяется во многих емкостных детекторах например в емкостных датчиках влажности.

Предположим, имеется коаксиальный конденсатор, помещённый в жидкость (Рисунок 1), которая может свободно проникать в пространство между пластинами. Если известна диэлектрическая проницаемость жидкости, то можно составить следующее равенство:

С – Общая ёмкость конденсатора
С – Ёмкость участка конденсатора, не содержащего жидкость
С_l – Ёмкость участка конденсатора, содержащего жидкость
ε – Диэлектрическая проницаемость газовой среды
ε_l – Диэлектрическая проницаемость жидкой среды
G – Геометрический коэффициент участка конденсатора, не содержащего жидкость
G_l – Геометрический коэффициент участка конденсатора, содержащего жидкость

При изменении уровня жидкости величина суммарной ёмкости конденсатора также изменятся. Если конденсатор включен в электрическую цепь, не составляет труда отследить изменение ёмкости, по которому можно однозначно судить об изменении уровня жидкости.

Рисунок 1. Общая схема емкостного датчика уровня

Емкостные датчики лишены подвижных элементов, поэтому достаточно надёжны и долговечны. К их недостаткам следует отнести значительную температурную зависимость (которая, впрочем, может быть скомпенсирована), а также необходимость погружения в жидкость.

Поплавковый датчик уровня

Датчики данного типа имеют достаточно простое устройство. Существует несколько конфигураций, выдающих на выход как дискретный, так и непрерывный сигнал, последние можно разделить на две категории – механические и магнитострикционные. В магнитострикционных датчиках в качестве одного из элементов также используется поплавок, в остальном же они довольно сильно отличаются от обычных механических поплавковых датчиков.

Дискретные поплавковые датчики уровня

В реализации датчика, выдающего дискретный сигнал, обычно используется набор поплавков, расположенных на различных уровнях резервуара. При достижении жидкостью уровня, на котором располагается поплавок, он выталкивается за счёт силы Архимеда, направленной вверх. Это приводит в движение механическую систему или электромеханическую систему, и выходной сигнал появляется, например, при замыкании электрических контактов герконового реле.

В альтернативной конфигурации присутствует направляющая, содержащая набор реле. Вдоль направляющей вслед за уровнем жидкости перемещается поплавок, содержащий постоянный магнит. Приближение поплавка к реле вызывает его срабатывание (Рисунок 2).

Рисунок 2. Общая схема поплавкового датчика уровня с дискретным выходом

Дискретный выходной сигнал может быть использован для «пошагового» мониторинга уровня жидкости в резервуаре — датчик просто сообщает, достиг ли уровень жидкости конкретной отметки или нет. Также датчик уровня с дискретным выходным сигналом может служить элементом автономного регулятора в случае, например, когда необходимо поддерживать постоянный уровень жидкости в резервуаре – для реализации данной схемы выходной сигнал может непосредственно управлять силовым реле, открывающим/закрывающим входной/выходной клапан резервуара.

Дискретные поплавковые датчики дёшевы, просты и достаточно надёжны, однако требуют погружения в жидкость и имеют подвижную механику.

Магнитострикционные поплавковые датчики

Поплавковые датчики, выдающие непрерывный сигнал, обычно относятся к датчикам магнитострикционного типа и имеют довольно сложное устройство (Рисунок 3). Основным элементом конструкции по-прежнему является поплавок, в данном случае он содержит постоянный магнит. Поплавок может свободно передвигаться вдоль направляющей, внутри которой располагается волновод из магнитострикционного материала. С определённой периодичностью блок электроники датчика генерирует импульс тока, который распространяется вдоль волновода. Когда импульс достигает области, где располагается поплавок, магнитное поле поплавка и магнитное поле импульса взаимодействуют, что приводит к возникновению механических колебаний, которые распространяются обратно по волноводу и фиксируются чувствительным пьезоэлементом. По временной задержке между отправкой импульса тока и получением механического импульса можно судить о расстоянии до поплавка, а значит и об уровне жидкости в резервуаре.

Рисунок 3. Общая схема магнитострикционного датчика уровня

Магнитострикционные датчики очень точны, выдают непрерывный сигнал, а также могут использоваться с гибким волноводом, что расширяет сферу их применения. К их недостаткам можно отнести их стоимость, техническую сложность и необходимость погружения в жидкость.

Радарный датчик уровня

Главным элементом данного датчика является радиолокатор, частота излучения которого изменяется по линейному закону. Предполагается, что жидкость отражает излучение локатора, поэтому если расположить излучатель-приёмник внутри резервуара согласно схеме (Рисунок 4) и фиксировать задержку отражённого сигнала относительно сигнала источника – можно определить уровень жидкости по величине задержки. Для определения задержки используется линейная модуляция частоты источника. Если частота исходного сигнала изменяется по линейному закону (например, непрерывно возрастает), то отражённый сигнал, имеющий временной сдвиг относительно исходного, будет иметь также и меньшую частоту. По величине частотного сдвига можно однозначно судить о величине временной задержки между двумя сигналами, а значит и о расстоянии до поверхности жидкости.

Дальнейшая обработка полученного сигнала осуществляется в цифровом тракте, и на этом этапе возможна, например, нейтрализация шумовых сигналов, возникающих в результате волнений на поверхности жидкости или поглощения радиоизлучения.

Рисунок 4. Общий принцип функционирования датчика уровня радарного типа

Данный метод на сегодняшний день является наиболее технологичным и совершенным, к числу достоинств датчика на его основе следует отнести:

1. Отсутствие подвижных элементов
2. Отсутствие контакта с жидкой средой
3. Универсальность – возможность работать практически с любой средой при различных условиях
4. Высокая точность
5. Возможность адаптировать алгоритм обработки данных для конкретных применений

Основным недостатком радарных датчиков является их цена.

Ультразвуковой датчик уровня

В датчиках данного типа используется схема, во многом сходная со схемой датчика радарного типа. В резервуаре устанавливается блок, состоящий из генератора и приёмника ультразвуковых волн (точно также как например в ультразвуковых расходомерах и ультразвуковых дефектоскопах ). Излучение генератора УВ проходит газовую среду, отражается от поверхности жидкости и попадает на приёмник. Определив временную задержку между излучением и приёмом и зная скорость распространения ультразвука в данной газовой среде, можно вычислить расстояние до поверхности жидкости – то есть определить её уровень.

Ультразвуковым датчикам уровня свойственны практически все достоинства датчиков радарного типа, однако УД обычно имеют более низкую точность, хотя и более просты по внутреннему устройству.

Гидростатический датчик уровня

С помощью датчиков данного типа уровень жидкости в резервуаре определяется путём измерения гидростатического давления столба жидкости над чувствительным элементом датчика (детектором давления). Согласно зависимости (2) высота столба определённой жидкости пропорциональна давлению в данной точке:

P – Давление в данной точке
ρ – Плотность жидкости
g – Ускорение свободного падения
h – Высота столба жидкости над чувствительным элементом

Такие датчики компактны, относительно просты, недороги, а также способны выдавать непрерывный сигнал, однако не являются бесконтактными, что затрудняет их применение в агрессивных средах.

Если вам понравилась статья нажмите на одну из кнопок ниже

Реле уровня в системах автоматики

При автоматизации различных процессов довольно часто возникает задача управления уровнем жидкости в резервуаре. Как правило, необходимо поддерживать уровень в заданных пределах, управляя включением/выключением насоса или открытием/закрытием клапана подачи или слива. Во всех этих случаях возникает необходимость регистрировать достижение жидкостью заданного уровня. Для этой задачи как нельзя лучше подходит поплавковый датчик уровня.

Поплавковый выключатель (или «реле уровня»)

Поплавковый датчик часто называют «реле уровня». Действительно, принцип действия поплавкового выключателя очень похож на принцип действия электромагнитного реле.

Реле уровня, как и обычное реле, имеет нормально-открытый (НО) и нормально-закрытый(НЗ) контакты, которые меняют свои состояния на противоположные при срабатывании устройства.  Однако, в отличие от электромагнитного реле, срабатывание поплавкового датчика происходит при его «всплывании» (при достижении жидкостью уровня, на котором расположен поплавок).

Основные параметры поплавковых датчиков

При выборе поплавкового датчика для конкретного применения, необходимо ориентироваться на следующие основные параметры:

1. Метод установки датчика

Датчик может устанавливаться на вертикальную (а) или горизонтальную (б) поверхность.

При проектировании места установки необходимо также учитывать длину погружаемой части: она должна быть достаточной для регистрации требуемого уровня жидкости.

2. Для работы в каких средах предназначен датчик

Необходимо также учитывать материал, из которого изготовлен датчик. Он должен быть совместим с рабочей средой. Для работы в бытовых системах в водной среде подойдёт любой датчик, в том числе и пластмассовый. Для агрессивных по химическому составу сред и работы при высоких температурах применяют корозионно- и термо-устойчивые датчики.

3. Длина погружной части

Длинна погружной части определяет, какой максимальный уровень может быть измерен. Этот параметр должен рассматриваться относительно места предполагаемой установки.

4. Максимально коммутируемый ток

Необходимо учитывать, что при использовании поплавкового датчика для включения/выключения силового оборудования (например насоса), через контакты датчика проходит весь питающий ток. Превышение максимально-допустимого уровня коммутируемого тока приведёт к перегреву и выходу из строя электрической части датчика. Поэтому при выборе реле уровня, необходимо выяснить номинальный ток коммутируемого оборудования.

5. Количество регистрируемых уровней

Один датчик может регистрировать сразу несколько уровней. По сути, это несколько датчиков в одном конструктивном исполнении.

Поплавковый датчик  — выключатель насоса

Классическим применением реле уровня — является управление включением и выключением насосов. На следующем рисунке показаны два способа включения датчика уровня в цепь насоса: для работы на наполнение резервуара и на откачку.

Как уже было сказано, реле уровня имеет НО и НЗ — контакт. На рисунке коричневый и синий провод образуют нормально-открытый контакт, а чёрный и синий — нормально-закрытый.

В первом случае (режим откачки воды) насос запитан через НО-контакт (не замкнут в нижнем положении датчика). Когда уровень жидкости достигнет заданной отметки (датчик всплывёт), его НО-контакт замкнётся, включит насос в работу, и начнётся откачка жидкости. Насос будет работать до тех пор, пока датчик снова не опустится

В случае работы насосы на заполнение — ситуация обратная. Насос запитан через НЗ-контакт датчика. Это означает, что когда датчик находится в нижнем положении, этот контакт замкнут и насос работает, происходит заполнение резервуара жидкостью. Как только датчик всплывёт, его НЗ-контакт разомкнётся и отключит насос.

Регистрация уровня воды в закрытом резервуаре (сигнализатор уровня)

Поплавковые датчики часто используют для сигнализации уровня жидкости в закрытом резервуаре. Контакты датчиков коммутируют сигнальные лампы на шкафу управления. Для этих целей также может быть использован специализированный прибор — сигнализатор уровня. В этом случае сигналы от датчиков заводят на входы прибора. На рисунке приведён пример регистрации уровня воды с помощью сигнализатора уровней САУ-М6 компании «ОВЕН».

---

Выбираем датчики уровня воды в резервуара и емкостях: виды, принцип действия

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.

Различные виды датчиков уровня

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.

Рис. 2. Поплавковый датчик для управления насосом

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.

Рис. 3. Принцип работы ультразвукового датчика уровня

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.

Рисунок 4. Измерение уровня жидкости кондуктометрическими датчиками

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).

Рис. 5. Емкостной датчик уровня

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.

Измерение уровня радарным датчиком

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.

Рисунок 7. Измерение заполнения гиростатическим датчиком

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.

Схема управления водозабоным насосом

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.

Поплавковые датчики уровня воды — подбор по характеристикам и сфере применения

Антикоррозийное, высокотемпературное исполнение.	Для применений в ограниченном пространстве.	Антикоррозийное, высокотемпературное исполнение, с быстроразъемным соединением.
Профессиональный датчик для ответственных применений.	Профессиональный датчик для ответственных применений.	Профессиональный датчик для ответственных применений.
Для ответственных применений в загрязненой воде и шламе.	Надежный профессиональный датчик для ответственных применений.	Датчик для ответсвенных задач с возможностью регулировки гистерезиса.
Поплавковые датчики уровня воды с вертикальной установкой
Недорогой сигнализатор уровня с возможностью изменения логики переключения.	Недорогое решение для контроля уровня химически агрессивных жидкостей и растворов.	Экономичное антикоррозийное, высокотемпературное решение для измерения уровня воды.
Надежный профессиональный датчик для ответственных применений.	Датчик для ответсвенных задач с возможностью регулировки гистерезиса.	Экономичное решение для важных задач контроля уровня воды.
При движении поплавка вверх замыкаются контакты, соответствующие своим уровням, размыкание происходит при обратном движении поплавка.	Надежное профессиональное решение для агрессивных веществ, стойкое к большинству химических реагентов.	Недорогое решение для ответственных задач по контролю до 3-х уровней воды.
Поплавковые уровнемеры воды
Экономически оправданное решение для мониторинга уровня до 1,5…2 метров с точностью ±5 мм.	Высокоточное решение измерения уровня воды для коммерческого учета.	Визуальный датчик, совмещенный с электронным уровнемером, для котлов и резервуаров по давлением.

Датчик уровня воды для насоса

Датчик уровня воды для насоса погружного или дренажного типа отключает насос при отсутствии воды, защищая насос от «сухого хода». Сигнализатор уровня воды для насоса управляет электронасосом при достижении заданного уровня.

Отключение при отсутствии воды позволяет предотвратить перегрев обмоток двигателя погружного или дренажного насоса, так как прокачиваемая вода выполняет также функции охлаждения и, как следствие, сохраняет его работоспособность.

Управление включением или отключением насоса по достижению заданного уровня воды реализует функцию автоматизации откачки или наполнения.

При выборе датчика воды для насоса следует определить тип насоса и назначение датчика уровня

Возможные варианты насосного оборудования:

• Погружной насос для скважины (например ЭЦВ)
• Дренажный насос для приямка
• Нагнетающий насос для наполнения резервуара.

Назначение датчика уровня жидкости:

• Защита насоса от «сухого хода»
• Своевременное включение насоса для откачки
• Управление насосом для автоматизации наполнения

• Защита погружного дренажного насоса в приямке от «сухого хода»

   

  Датчик уровня воды для приямка должен соответствовать требованиям:

  • Датчик должен функционировать без источников питания;
  • Не должен требовать регулярного обслуживания;
  • Сохранять работоспособность в грязной воде, содержащей как различные твердые частицы, так и различный плавающий мусор;
  • Быть компактным для установки в труднодоступных местах;
  • Обладать гистерезисом переключения для предотвращения ложных срабатываний при незначительных уровнях затопления;
  • Не срабатывать на случайные воздействия (например, от грызунов).

  
  Для этих целей мы рекомендуем поплавковые датчики уровня воды:

  • Поплавковые кабельные датчики уровня, например, Nivofloat NL 100 для чистой воды или Nivofloat NW 100 для сточных вод и КНС;
  • Специализированные поплавковые датчики FDMR.

• Защита погружного скважинного насоса от «сухого хода»

   

  Применение датчика уровня воды непосредственно в скважине имеет ряд особенностей:

  1. Датчик уровня жидкости должен быть абсолютно герметичным, как со стороны чувствительного элемента, так и со стороны кабеля;
  2. Иметь малые габариты, так как пространство между обсадной трубой и напорной ограничено;
  3. Не допускается наличие подвижных частей и соединений, так в них попадут твердые частицы, присутствующие в скважине.

  Защитив скважинный насос от сухого хода, что предотвратит его перегрев и замыкание обмотки двигателя электронасоса, вы экономите хорошие деньги!

  Кроме того, применение датчика уровня воды для скважинного насоса позволит Вам организовать контроль за дебетом скважины, рациональное недропользование и доступ к информации о состоянии скважины из любой точки мира, где есть интернет. Подробнее об этом в коротком видео.

  
  В качестве реле уровня для защиты скважинного насоса рекомендуется использовать погружные гидростатические уровнемеры с аналоговым выходом, применяемые совместно со вторичными приборами*.

  Мы рекомендуем выбирать:

  * — для подбора вторичных приборов обращайтесь к нашим инженерам-консультантам. В комплект поставки входит схема соединений датчика с прибором и инструкция по быстрому пуску.

• Включение дренажного насоса для откачки воды из приямка

   

  Данная задача схожа по своему техническому наполнению с предыдущей задачей защиты дренажного насоса от сухого хода, датчик уровня воды также устанавливается в приямок, отличие в том, что управление насосом происходит не по нижнему, а по верхнему уровню.

  Т.е. при заполнении приямка водой на определенный уровень включается насос. С учетом особенностей применения (см. выше), рекомендуем применять поплавковые кабельные датчики уровня.

  Например, Nivofloat NL 100 для чистой воды или Nivofloat NW 100 для сточных вод и КНС.

  В этом случае Вы получите двойную выгоду:

  • Автоматизируете управление включением насоса при заполнении приямка
  • Защитите дренажный насос от «сухого хода»

• Управление насосом для автоматизации наполнения или опустошения

   

  Для реализации данного функционала датчик уровня для насоса, независимо от его типа, необходимо устанавливать непосредственно в емкость или резервуар.

  Вариантов решения огромное множество, но если вы решили купить датчик уровня воды для насоса с целью автоматизации наполнения/опустошения, необходимо учесть как минимум следующие вопросы:

  • температуру воды
  • наличие избыточного давления
  • возможность сделать отверстия в боковой стенке или крышке
  • температуру окружающей среды
  • мощность насоса
  • наличие или отсутствие резервного насоса

  Если Вы решите самостоятельно выбирать из нескольких сотен вариантов, перейдите в раздел Датчики уровня воды и жидкости.

  
  Если Вам требуется помощь наших специалистов воспользуйтесь кнопкой ниже:

Если Вы не нашли на данной странице конкретного решения вашей задачи или проблемы, значит она нестандартная. И прежде чем датчик уровня воды для управления насосом выбрать и купить, надо погрузиться в проблематику, а это невозможно без диалога с нашими инженерами. Мы всегда готовы помочь Вам!

Поплавковые датчики уровня (сигнализаторы уровня) ПДУ-Т

 

Предназначены для простых задач контроля предельного уровня жидкостей. Эффективны в случаях когда измерение уровня другими датчиками (кондуктометрическими, ультразвуковыми, датчиками давления, ротационными и вибрационными датчиками) невозможно технически или неоправданно дорого в силу их высокой стоимости. Поплавковые датчики уровня (сигнализаторы уровня) ПДУ-Т могут работать как совместно с приборами ОВЕН САУ-М6, САУ-М7.Е, САУ-МП, САУ-У, так и самостоятельно, управляя исполнительными механизмами, через промежуточное реле или контактор. Наличие в серии ПДУ-Т нескольких вариантов конструктивного исполнения и материалов позволит выбрать датчик уровня, который наиболее оптимально подойдет под Вашу задачу по способу монтажа, материалу погружной части, коммутационной функции выхода и т.д.

---

 

Способы установки поплавковых датчиков уровня (сигнализаторов уровня) ПДУ-Т:

 

Принцип действия и способы установки поплавковых датчиков уровня (сигнализаторов уровня) ПДУ-Т:

ПДУ-Т1хх, ПДУ-Т3хх, ПДУ-Т5хх:

В поплавок датчиков вмонтирован постоянный магнит, а в штоке датчика, по которому перемещается поплавок, встроен геркон.

Когда поплавок погружается в жидкость он начинает перемещаться по штоку, вызывая срабатывание геркона и датчик таким образом сигнализирует от достижении жидкостью предельного уровня. В зависимости от конструктива датчики ПДУ-Т устанавливаются в емкость горизонтально или вертикально (см. рис. 1).

Рис.1. Пример монтажа поплавковых датчиков уровня (сигнализаторов уровня) ПДУ-Т1хх, ПДУ-Т3хх, ПДУ-Т5хх

 

---

ПДУ-Т601-х:

В состав поплавковых датчиков ПДУ-Т601-х входят: поплавок с контактной группой (NO+NC) и шариком внутри, кабель определенной длины, зависящей от модификации датчика и груз, который одевается на кабель. Кабель через герметичный ввод соединен с поплавком. Груз расположенный на кабеле предназначен для установки точки переключения состояния контактов (установки верхнего уровня).

Датчик подвешивается за провод так, чтобы поплавок находился на высоте желаемого нижнего уровня жидкости в емкости. В таком положении шарик, расположенный в корпусе датчика нажимает на контакты, замыкая один контакт и размыкая другой относительно общего провода. Груз, расположенный на кабеле датчика, опускается на высоту желаемого верхнего уровня. При заполнении емкости жидкость поднимает поплавок вверх и при пересечении поплавком уровня, на котором расположен груз, шарик перекатывается и переключает контакты в противоположное состояние (см. рис.2).

 

Рис.2. Пример монтажа поплавковых датчиков уровня (сигнализаторов уровня) ПДУ-Т601-х

 

---

 

Таблица выбора поплавковых датчиков уровня (сигнализаторов уровня) ПДУ-Т:

Модификация	Фото	Коммут-ная функция	Коммут-ое напр-е		Коммут-ый ток		Выходной элемент	Материал	Температура среды
			DC	AC	DC	AC
ПДУ-Т101			220 V	240 V	0,7 А	0,5 А	Геркон	Нерж. сталь	-20…+125 °C
ПДУ-Т102			220 V	240 V	0,7 А	0,5 А	Геркон	Нерж. сталь	-20…+125 °C
ПДУ-Т104			220 V	240 V	0,7 А	0,5 А	Геркон	Нерж. сталь + Полипропилен	-10…+80 °C
ПДУ-Т106			220 V	240 V	0,7 А	0,5 А	Геркон	Полипропилен	-10…+80 °C
ПДУ-Т121-065-115			220 V	240 V	0,7 А	0,5 А	Геркон	Нерж. сталь	-20…+125 °C
ПДУ-Т301			220 V	240 V	0,7 А	0,5 А	Геркон	Нерж. сталь	-20…+125 °C
ПДУ-Т302			220 V	240 V	0,7 А	0,5 А	Геркон	Нерж. сталь	-20…+125 °C
ПДУ-Т321-060-110			220 V	240 V	0,7 А	0,5 А	Геркон	Нерж. сталь	-20…+125 °C
ПДУ-Т501			220 V	240 V	0,7 А	0,5 А	Геркон	Полипропилен	-10…+80 °C
ПДУ-Т502			220 V	240 V	0,7 А	0,5 А	Геркон	Полипропилен	-10…+80 °C
ПДУ-Т505			220 V	240 V	0,7 А	0,5 А	Геркон	Нерж. сталь	-20…+125 °C
ПДУ-Т601-2			220 V	220 V	10 А	10 А	Реле	Полипропилен	-10…+80 °C
ПДУ-Т601-5			220 V	220 V	10 А	10 А	Реле	Полипропилен	-10…+80 °C

 

---

 

Схемы подключения поплавковых датчиков уровня (сигнализаторов уровня) ПДУ-Т:

ВАЖНО! Состояние контактов на схемах изображено для датчиков, не погруженных в жидкость, соответственно при погружении в жидкость они изменят свое состояние на противоположное.

 

---

 

Габаритные размеры поплавковых датчиков уровня (сигнализаторов уровня) ПДУ-Т: