Датчики для води: види, принцип дії

1. Конструкція і принцип дії
2. Види датчиків рівня
3. Поплавковий тип датчика переливу
4. ультразвуковий сенсор
5. Електродний принцип контролю води
6. Ємнісний тип датчика води
7. радарний вимірювач
8. Гідростатичний варіант сенсора
9. Датчик тиску води
10. Пристрій датчика тиску води
11. Підключення датчика тиску води
12. Датчик протікання води
13. Установка бездротових датчиків протікання води
14. Бездротовий датчик протікання води
15. Датчик протоку води
16. Види датчиків протоку води
17. Пристрій і принцип роботи
18. Область застосування
19. Датчик рівня води своїми руками
20. висновок

Датчик рівня води в умовах сучасної техніки виконує функцію одного з органів почуттів людини. Від того, наскільки правильно вдається керувати і контролювати стан водного потоку, залежить якість його функціонування всього механізму. Важливість надійності пристрою сенсора складно переоцінити, хоча б тому, що прилад, який контролює воду, як правило, стає тим самим «вузьким» ланкою сучасної техніки.

Конструкція і принцип дії

Незалежно від того, який принцип дії покладений в основу пристрою, працює воно тільки в режимі сигналізатора або паралельно виконує функції сторожа, автомата або керуючого механізму, конструкція приладу завжди складається з трьох основних вузлів:

• Чутливого елемента, здатного реагувати на характеристики водяного потоку. Наприклад, фактична наявність води, висота стовпа або рівень в баку, факт руху водяного потоку в трубі або магістралі;
• Баластного елемента, врівноважує сенсорну частину датчика. Без баласту чутливий сенсор спрацьовував би при найменшому поштовху або випадкової краплі води;
• Передає або виконавча частина, яка перетворює сигнал сенсора, вмонтованого в датчик води, в конкретний сигнал або дію.

Приблизно 90% всієї водної техніки, так чи інакше, пов'язане з електричними виконавчими механізмами - насосами, клапанами, нагрівачами і керуючими електронними автоматами. Зрозуміло, що такий пристрій, що працює з водяними потоками, має бути в першу чергу безпечним.

З усіх сигнальних систем датчик, який контролює стан води, вважається найбільш простим і доступним в налаштуванні і ремонті. На відміну від сенсорів і пристроїв, що працюють з вимірами температури, тиску або витрати, датчик води дуже просто контролювати за допомогою найпростіших пристроїв, або, на крайній випадок, побачити рівень або прокачаний потік своїми очима.

Види датчиків рівня

Однією з умов успішної роботи сенсора є висока чутливість датчика, чим вище, тим краще, тим точніше вдається вважати контрольований параметр води. Тому в якості величини, вимірюваної сенсором, намагаються вибирати ту, яка найсильніше змінюється за час вимірювання.

На сьогодні існує близько двох десятків різних способів і методів вимірювання механічних характеристик води, але всі вони використовуються для отримання відомостей:

• Висоти рівня водяного стовпа в ємності або баку;
• Швидкості руху потоку або витрати води;
• Факту наявності-відсутності води в закритій ємності, резервуарі, трубі або теплообміннику.

Зрозуміло, промислові сенсори можуть бути досить складними конструктивно, але використовувані в них принципи роботи такі ж, як і в побутовій, садово-городньої або автомобільної техніки.

Поплавковий тип датчика переливу

Найбільш простий спосіб вимірювати рівень води використовується в нехитрої механічної конструкції, що складається з герметичного поплавка, що хитається важеля або куліси і запірного клапана. В даному випадку датчиком є ​​поплавок, баластом вважається пружина і поплавковий утяжелитель, а виконавчим механізмом виступає сам клапан.

У всіх поплавцевих системах датчик або поплавок регулюється на певну висоту спрацьовування. Вода, що піднялася в баку до контрольного рівня, піднімає поплавок і відкриває клапан.

Поплавковая система може бути обладнана електричним виконавчим пристроєм. Наприклад, всередину поплавкового датчика встановлюють вкладиш-магніт, при підйомі води до робочого рівня магнітне поле змушує вакуумний геркон замикати контакти, і тим самим включає або вимикає електричний ланцюг.

Поплавковий датчик може також виконуватися по вільної схемою, як, наприклад, в заглибних насосах. В цьому випадку геркон замикається не під впливом магнітного поля вкладиша, а тільки за рахунок перепаду тисків всередині корпусу насоса і на рівні поплавка. На сьогодні магнітно-поплавковий датчик з електричним виконавчим реле вважається одним з найбезпечніших і надійних варіантів контролю рівня рідини.

ультразвуковий сенсор

Конструкція датчика води передбачає наявність двох пристроїв - джерела ультразвуку і приймача сигналу. Звукова хвиля прямує на поверхню води, відбивається і повертається на датчик приймач.

На перший погляд, ідея використовувати ультразвук для виготовлення датчика контролю рівня або швидкості руху води виглядає не дуже вдалою. Ультразвукова хвиля здатна відбиватися від стін бака, переломлюватися і створювати перешкоди в роботі приймального датчика, а крім того, буде потрібно складне електронне устаткування.

Насправді ультразвукової сенсор для вимірювання рівня води або будь-який інший рідини поміщається в коробку трохи більше пачки сигарет, при цьому використання ультразвуку в якості датчика дає певні переваги:

• Можливість вимірювати рівень, і навіть швидкість води при будь-якій температурі, в умовах вібрацій або руху;
• Ультразвуковий датчик може вимірювати відстань від сенсора до поверхні води навіть в умовах сильного забруднення, зі змінним рівнем рідини.

Крім того, датчик може вимірювати рівень води, розташованої на значній глибині, при цьому точність вимірювання досягається 1-2 см на кожні 10 м висоти.

Електродний принцип контролю води

Той факт, що вода має електропровідність, успішно використовується для виготовлення контактних датчиків рівня рідини. Конструктивно система являє собою кілька електродів, встановлених в ємності на різній висоті і з'єднаних в одну електричну ланцюг.

У міру заповнення ємності водою рідина послідовно замикає пару контактів, що включає ланцюг керуючого реле насоса. Як правило, у датчика води є два-три електрода, тому вимір потоку води виходить занадто диференційованим. Датчик сигналізує лише про досягнення мінімального рівня і запускає мотор насоса, або про повному заповненні ємності і відключає його, тому подібні системи використовуються для контролю резервних або поливних цистерн з водою.

Ємнісний тип датчика води

Конденсаторний або ємнісний тип сенсора використовується для вимірювання рівня води в вузьких і глибоких ємностях, це може бути колодязь або свердловина. За допомогою ємнісного датчика можна визначити висоту водяного стовпа в свердловині з точністю до десятка сантиметрів.

Конструкція сенсора складається з двох коаксіальних електродів, фактично труби і внутрішнього металевого електрода, занурених в стовбур свердловини. Вода заповнює частину внутрішнього простору системи, змінюючи тим самим його ємність. За допомогою підключеного електронної схеми і котушки коливань з кварцом можна точно визначити ємність датчика і кількість води в свердловині.

радарний вимірювач

Хвильовий, або радарний датчик використовується для роботи в найбільш складних умовах, наприклад, якщо потрібно виміряти рівень або обсяг рідини в резервуарі, відкритому водоймищі, колодязі несиметричною і неправильної форми.

Принцип дії не відрізняється від ультразвукового приладу, а використання електричного імпульсу дозволяє виконати вимір з великою точністю.

Гідростатичний варіант сенсора

Один з варіантів гідростатичного датчика наведений на схемі.

До відома! Подібний сенсор використовується в пральних машинах і бойлерах, де дуже важливо контролювати висоту водяного стовпа всередині бака.

Гідростатичний датчик являє собою коробку з еластичною подпружиненной мембраною, що ділить корпус датчика на два відділення. Одну із секцій з'єднують міцною поліетиленовою трубкою зі штуцером, впаяним в днище бака.

Тиск водяного стовпа передається по трубці на мембрану і змушує замикатися контакти пускового реле, найчастіше для запуску виконавчого механізму використовується пара - магнітний вкладиш і геркон.

Датчик тиску води

Гідростатичний тиск визначається в умовах, коли потік або певний обсяг води знаходиться в стані спокою. Найчастіше гідростатичний сенсор використовується в нагрівальних та опалювальних приладах - бойлерах, котлах опалення.

Пристрій датчика тиску води

Такі пристрої найчастіше працюють в режимі тригера:

• При високому тиску води сенсор замикає контакти реле і дозволяє роботу насоса або нагрівача;
• При низькому тиску в сенсорі блокується навіть фізична можливість включення виконавчого механізму, тобто ніякі удари або тимчасові скачки напору не змусять пристрій заробити.

При справному датчику тиску води сенсор видасть сигнал на запуск двигуна, тільки якщо навантаження на сильфон зберігається більше трьох секунд.

Типове пристрій «розумного» сенсора представлено на схемі.

Чутливим елементом системи є діафрагма, поєднана з сильфоном, центральний шток може підніматися і опускатися в залежності від величини тиску, і тим самим змінювати ємність вбудованого конденсатора.

Підключення датчика тиску води

Спрощена модель сенсора використовується в домашніх системах «гідроакумулятор - свердловинний насос». Забороняється заносити в пристрій знаходиться коробка з мембраною, з'єднаної з хитним важелем і двома балансують пружинами.

Конструкція навертається на вихідний штуцер гідроакумулятора. Зі збільшенням внутрішнього тиску мембрана піднімається і розмикає головну пару контактів, щоб система справно реагувала на тиск води, момент вмикання та вимикання необхідно відрегулювати осадкою малої і великої пружини відповідно до показань стрілочного манометра.

Датчик протікання води

Вже з назви стає зрозумілим, що мова йде про пристрій, що фіксує наявність витоку води з водопровідних комунікацій. Принцип роботи пристрою нагадує електродний систему. Всередині пластикової коробки в спеціальній кишені встановлена ​​одна або кілька пар електродів. У разі аварії скупчуються на підлозі вода затікає всередину кишені і замикає контакти. Спрацьовує електронна схема, і по сигналу сенсора в роботу вступають кульові крани з електроприводом.

Зрозуміло, що датчик, сам по собі, - річ марна, якщо використовується без системи управління і автоматичних відсікачів води, які встановлюються на вводі в будинок або на одній з гілок водопроводу.

Як приклад можна привести одну з найбільш популярних систем захисту - датчик протікання води Нептун. У систему входять три основні блоки:

• Сам датчик протікання Нептун в дротового або бездротового модифікації, зазвичай в комплект входить три окремих сенсора;
• Кульовий кран з електроприводом, виробництва італійської компанії «Бугатті», в кількості двох штук;
• Блок управління «Neptun Base».

Найцінніша частина комплекту - автоматичні крани, їх випускають для установки на півдюймової і дюймової трубної різьбі. Конструкція витримує тиск до 40 Атм., А італійське якість приводу гарантує не менше 100 тис. Циклів відкривання-закривання.

Сам датчик виглядає, як дві латунні пластини в коробці, до яких підведено низьковольтне напруга з дуже високим опором входу, при замиканні сенсора струм обмежений 50 мА. Сама конструкція виконана по протоколу IP67, тому є абсолютно безпечною для людини.

Установка бездротових датчиків протікання води

В системі «Нептун» датчик може бути віддалений від блоку управління на відстань більше 50 м. У більш досконалих бездротових системах NEPTUN PROW + замість системи проводів використовуються датчики протікання води, обладнані модулем WF.

Блок управління обладнаний захищеним від перешкод і вологи каналом, системою включення-виключення кульових кранів. Вважається, що ніякі перешкоди або випадкові краплі вологи, конденсат не впливають на роботу датчиків.

Коробки з сенсором протікання встановлюють на відстані від труб не більше ніж на 2 м, сенсори можна екранувати металевої сантехнікою або меблями.

Бездротовий датчик протікання води

Пристрій бездротового вимірювача складніше, ніж звичайного двоелектродного варіанту з проводовим підключенням. Усередині встановлений контролер, який безперервно порівнює струм, що протікає між електродами, з еталонним значенням, зашитим в пам'ять. При цьому еталонне значення «сухий підлогу» можна налаштовувати за власним вибором.

Дуже зручне рішення, враховуючи, що рівень вологості у ванній кімнаті може бути дуже високим, а регулярно випадає конденсат може призвести до помилкових спрацьовувань.

Як тільки контролер визначає рівень, відповідний затоплення, прилад контролю води відправляє на базовий блок сигнал про аварію. Найбільш просунуті моделі здатні дублювати команду СМС-повідомленням по GSM каналу.

Датчик протоку води

У багатьох випадках для стабільної та безаварійної роботи техніки мало датчика наявності води, потрібна інформація про те, чи рухається потік по трубопроводу, яка його швидкість і натиск. Для цих цілей використовуються датчики протоку води.

Види датчиків протоку води

У побутовій і найбільш простий промислової техніки використовують чотири основних види датчиків протоки:

• Напірний вимірювач;
• Пелюсткові тип сенсора;
• МПРБФПЮОБС схема вимірювання;
• Ультразвукова система.

Іноді використовується застаріла конструкція на основі трубки Піто, але для її надійної роботи потрібно як мінімум відсутність забруднень і ламінарний характер течії води. Перші три датчика є механічними, тому часто піддаються засмічення або водяної ерозії чутливого елемента. Останній тип сенсора, ультразвукової, здатний працювати практично в будь-яких умовах.

Принцип роботи ультразвукового датчика можна зрозуміти зі схеми. Всередині трубки розташований випромінювач хвиль і приймач. Залежно від швидкості потоку звукова хвиля може відхилятися від початкового напрямку, що і служить підставою для вимірювання характеристик потоку.

Пристрій і принцип роботи

Найпростіші пелюсткові датчики потоку працюють за принципом гребного весла. У потік занурюється пелюстка, підвішений на шарнірі. Чим вище швидкість потоку, тим сильніше відхиляється пелюстка датчика.

У більш точних лопаткових датчиках застосовується крильчатка або турбинка з поліаміду або алюмінієвого сплаву. У цьому випадку вдається вимірювати швидкість потоку по частоті обертання рухомого елемента. Єдиним недоліком є ​​підвищений опір, створюване пелюстками і лопатками в потоці води.

Напірний сенсор працює з використанням динамічного тиску потоку. Під напором води рухливий елемент з магнітним вкладишем видавлюється вгору, звільняючи тим самим простір для руху рідини. Встановлений в голівці геркон моментально реагує на магнітне поле вкладиша і замикає ланцюг.

Область застосування

Датчики водяного потоку використовуються виключно в системах нагріву і системах автоматики одноконтурних теплообмінників. Найчастіше вихід з ладу сенсора наявності потоку призводить до прогару і важким пошкодженням розпечених радіаторів і нагрівачів.

Датчик рівня води своїми руками

Найпростіший варіант пристрою, здатного сигналізувати про наповнення водою бака або будь-який інший ємності, наведено на схемі нижче.

Конструктивно визначник рівня складається з трьох металевих електродів, встановлених на текстолітової платівці. Схема, зібрана на звичайному малопотужному транзисторі, дозволяє визначати гранично допустимий верхній і нижній рівень води в ємності.

Конструкція абсолютно безпечна в користуванні і не потребує будь-яких дорогих деталей або приладів управління.

висновок

Датчики рівня води широко використовуються в побутовій техніці, тому найчастіше для допоміжних потреб гаражної або садової техніки використовують вже готові конструкції від старої техніки, перероблені і адаптовані до нових умов. При правильному підключенні такий пристрій прослужить набагато довше саморобної схеми.