- Необхідні для датчика матеріали
- Схема підключення датчика
- Другий варіант схеми датчика рівня
- Простий індикатор рівня води схема
- Схема і Конструкція датчика рівня води
- Схема і Конструкція індикатора рівня води
Іноді потрібно дізнатися, скільки води або інший токопроводящей рідини залишилося в будь-якої закритої ємності. Наприклад в металевій бочці закопаною в землю або піднятою на висоту так, що неможливо визначити її вміст. Для вирішення цієї проблеми рекомендую зібрати схему простого датчик рівня води. Пристрій складається всього з декількох радиокомпонентов: резисторів, транзисторів і трьох світлодіодів.
Через мінливого тиску в опалювальній системі і нагрівання рідини розширювальний бочок роблять відкритим, тому через якийсь час частина води википає, і це призводить до зупинки циркуляції води і перегріву нагрівальних елементів. Цей пристрій покаже коли рівень води знизитися нижче датчика.
VT1 і VT2 практично будь-які малопотужні, BC547, BC337-40 або C9014. IC1- LM358 або 741. Світлодіоди будь на напругу 3-4В. Всі резистори потужністю 0.125Вт.
Транзистори VT1 і VT2 утворюють підсилювач з гальванічною зв'язком. Опір R2 задає зсув на базу другого транзистора і в той-же час будучи навантаженням першого. Резистор R3 призначений для навантаження VT2.
Якщо контакти пристрою знаходиться під водою або інший токопроводящей рідини, то плюс харчування виявиться з'єднаний з резистором R1 через воду, тому на базу транзистора VT1 надходить напругу і він відмикається, при цьому VT2 залишається закритим і не інвертується вхід операційного підсилювача буде підключений до мінуса через опір R3. На виході операційного підсилювача буде присутній логічний нуль і перший світлодіод засвітиться, кажучи про нормальний рівень води.
Якщо рівень рідини знизиться і водяний контакт розімкнеться, то напруги зсуву переходу на базі VT1 зникне і він буде закриється. Відповідно база VT2 буде з'єднана з плюсом харчування і він відмикається, пов'язані не інвертується вхід ОП з плюсом, і тому на його виході формується рівень логічної одиниці, другий світлодіод починає сигналізувати про зниження рівня рідини.
Індикатор рівня води можна також підключити і до звукової індикації. Приєднавши висновок OUT індикатора рівня до висновку блоку аудіо сигналізації ().
У ролі датчика підійдуть звичайні два дроти можна застосувати товстий двожильний провід, оголивши кінці. Датчик монтується на необхідний нам рівень контролю.
Датчик рівня води своїми руками
Зовнішній вигляд датчика рівня рідини показаний на фотографіях нижче. Як зондів застосовується дріт з нержавіючої сталі, яка припаюється до контактів роз'єму, після чого цей простір заповнюється герметиком або клеєм.
До складу конструкції входять три зонда: - загальний, - включення і - виключення. Ізолюючі втулки виготовлені з внутрішньої ізоляції коаксіального кабелю великого діаметра. Конструкція з'єднується з блоком автоматики за допомогою екранованого кабелю з двома ізольованими жилами. Екрануюча обмотка підключена до загального зонду.
Датчик рівня рідини з звуковим оповіщенням
У ролі датчика використовуються два металевих стрижня занурених в рідину. Принцип роботи перетворювача заснована на здатності Подовляющее більшості рідин проводити струм. Висока чутливість перетворювача забезпечується застосуванням логічної мікросхеми КМОП на польових транзисторах з ізольованим затвором . Вітчизняна мікрозбірка К561ЛА7 складається з чотирьох логічних елементів «І-НЕ». На DD1.1 і DD1.2 зібраний класичний генератор прямокутних імпульсів, що працює на частоті 3 Гц.
Генератор, виконаний на DD1.3 і DD1.4, працює на частоті 1 кГц. Якщо занурюваної датчик стикається з рідиною, ємність C1 починає заряжатся і запускає генератор DD1.1 - DD1.2, який, кожні 350 мілісекунд запускає генератор на DD1.3 - DD1.4. Тому на виході радіоаматорського саморобки з'являється генерується переривчастий звуковий сигнал . Чутливість можна налаштовувати підбором опору R1. Чим більше його номінал, тим вище чутливість. Ємність C1 захищає високоомний вхід мікросхеми від ймовірних перешкод.
Простіший варіант схеми:
Для складання цього датчика рівня води вам буде потрібно: польовий транзистор IRF540N або аналогічний, наприклад IRFZ44N; Будь Активний зумер (пищалка); Опір на 1 МОм; Джерело живлення 12В, наприклад акумуляторна батарея.
Принцип роботи схеми для контролю рівня рідини показаний в відео інструкції нижче:
схема:
На сторінках радіоаматорських журналів представлено безліч різних вимірників і індикаторів рівня води. Зазвичай вони зроблені у вигляді щупів з контактами, і для визначення рівня використовують властивість електропровідності води. Тут використовується такий же метод, але число діагностуємих рівнів може бути 10. Щуп представляє собою пластмасову трубку, довжина якої повинна відповідати глибині резервуара, що наповнюється водою.
Пристрій датчика:
Всередині трубки проходить по всій її довжині луджена мідний дріт товщиною близько 1 мм. До цієї дроті припаяні резистори R1 -R10, а висновки цих резисторів через отвори в трубці виведені назовні. Потім, до висновків цих резисторів, виступаючим назовні, припаиваются шматочки «нержавійки» (з нержавіючої сталі), які заздалегідь потрібно відформувати в кільця, і далі, під нагріванням паяльника приклеюються до корпусу трубки. Всередині трубки прокладений ще один провід, що йде до нижньої смужці «нержавійки», отформованной кільцем. Далі, після перевірки всіх з'єднань, внутрішність трубки заливають епоксидною смолою (або гумовим герметиком). Важливо щоб при заливці не утворилися порожнини, в які може проникати вода. Дана трубка є щупом, який; зміцнюють так, щоб він був занурений майже, до дна резервуара, а при максимальному заповненні резервуара все контактні кільця повинні бути покриті водою. Електрична схема вимірювача показана на малюнку 2.
Пристрій вимірювальної схеми:
В її основі типова схема вимірювача рівня напруги на основі мікросхеми LM3914. Рівень води відображається шкалою з 10 світлодіодів. Величини опорів R1-R10 підібрані так, що число занурених у воду контактних кілець трубки-щупа виявляється рівним числу світяться світлодіодів. Таким чином, висота стовпчика індикаторних світлодіодів точно відображає ступінь заповнення резервуара. Електрично, щуп-трубка з резисторами R1-R10 утворює змінний опір, величина якого змінюється в залежності від глибини занурення трубки. Це опір разом з резистором R11 утворює дільник напруги, що надходить на базу транзистора VT1. Відповідно до цього напрузі змінюється напруга на колекторі VT1, за величиною якого і визначається глибина занурення. Транзистор тут довелося поставити тому, що вхідний опір мікросхеми LM3914 згідно довідковим даними дорівнює 10 кОм. Це дуже мало в порівнянні з опором чистої води. І ще один момент, який потребує збільшення вхідного опору, - для того щоб наявні в воді розчини солей і іншого не впливали на свідчення рівня води, потрібно щоб вхідний опір було таким високим, що цими змінами питомого опору води на практиці можна було знехтувати. А так каскад на транзисторі VT1 збільшує вхідний опір до необхідної величини. Конденсатор С1 служить для усунення впливу наведень змінного струму, які можуть проникати через щуп-трубку або по сполучних проводів. Конденсатор С2 робить роботу трохи загальмованою, щоб не відбувалося різкої зміни показань від якихось збурень або хвилювань в воді, наприклад, що виникають від механічного дії насоса, закачувати воду в резервуар. З'єднується схема індикатора зі щупом-трубкою за допомогою екранованого кабелю, в якості якого можна використовувати практично будь-який екранований провід, наприклад, антенний телевізійний РК-75. Якщо відстань невелика можна обійтися монтажним проводом або навіть телефонної «локшиною». У будь-якому випадку, провід не повинен бути зануреним у воду, так як це неминуче призведе до його корозійного пошкодження. Для підключення використовується роз'ємна пара (XP1-XS1) типу «Азія», - як в відеотехніки. Індикаторні світлодіоди можна використовувати будь-якого типу, з напругою падіння не більше 3V. Автор використав вітчизняні червоні світлодіоди АЛ307, але краще використовувати світлодіоди підвищеної яскравості , Так індикація буде помітніше. Світлодіоди HL1 і HL10 можна замінити миготливими. Це дозволить привернути увагу до критичних станів рівня води. В типовою схемою LM3914 струмообмежувальні резисторів R19-R28 немає, але як виявилося, в такому режимі виходи LM3914 віддають нерівномірний ток і яскравість світіння світлодіодів виходить різною. Резистори її зрівнюють, розвантажуючи виходи ключів мікросхеми. Джерело живлення повинно бути стабілізованою, так як від нього залежить напруга, що надходить на базу транзистора VT1. Крім того, необхідно щоб джерело живлення не мав гальванічного зв'язку виходу з електромережею (з метою електробезпеки). Тобто, оптимальним буде варіант джерела з малопотужним силовим трансформатором, і інтегральним стабілізатором на виході, наприклад, на мікросхемі КР142ЕН8Б або 7812. За основу джерела можна взяти готовий мережевий адаптер, якщо він стабілізований, то ніяких змін в нього вносити не потрібно. Можна зробити блок живлення на основі будь-якого малопотужного силового трансформатора , Зі змінним напругою на вторинної обмотці 12-15V. Потім, стандартний мостовий випрямляч, згладжує конденсатор і інтегральний стабілізатор. Замість мікросхеми LM3914 можна використовувати інші аналогічні мікросхеми, призначені для схем аналогових індикаторів на світлодіодах, але це зажадає зміни значень опорів резисторів R1-R10, а так само і їх числа. Число цих резисторів повинна відповідати кількості порогів індикації, а співвідношення їх опорів залежить від закону індикації (лінійний, логарифмічний). Крім того, потрібно буде вибрати співвідношення резисторів R13 і R14 відповідно чутливості індикаторної мікросхеми. Резистором R15 встановлюють яскравість горіння світлодіодів. Всі деталі індикаторної схеми розташовані на макетної платі, що представляє собою решето отворів з кроком 2,54 мм, з металізованими доріжками. Такі макетні плати зараз у продажу зустрічаються частіше фольгованого склотекстоліти, і коштують не набагато більше. На мій погляд, при одиничному виготовленні електронних приладів краще користуватися такими макетної платі, так як розробка і виготовлення одиничного примірника завжди зливаються в процесі. На макетної платі простіше опрацювати схему, внести зміни. Всі конденсатори повинні бути на напругу не нижче 16V.
Радиоконструктор №6 2009р стор. 32
Для виготовлення датчика, або індикатора рівня води в баку, цистерні, басейні та іншої ємності, можна застосувати мікросхему 4093 (вітчизняна 561ТЛ1) або на мікроконтролері Ардуіно. Почнемо з першого варіанту.
Необхідні для датчика матеріали
- 2 мікросхеми 4093;
- 2 панельки для мікросхем;
- 7 по 500 му резистори;
- 7 по 2,2 Мом резистори;
- батарея 9 В;
- гніздо для батареї;
- плата для схеми 10 х 5 см;
- 8 латунних гвинтів для датчиків;
- двосторонній скотч або шурупи для кріплення коробки до стіни;
- мережевий кабель . Довжина кабелю залежить від відстані від резервуара для води до місця, де буде розташований дисплей.
Отже, основа - це CI4093, що має чотири елементи. У цьому проекті використано дві мікросхеми. Тут ми маємо порти з одним входом на високому рівні, а інші підключені через резистор, забезпечуючи високий логічний рівень. При приміщенні в цю логіку нульового вхідного сигналу, вихід інвертора буде на високому рівні і включає світлодіод. Всього використано сім з восьми елементів, через обмеження в кабельній мережі.
Збоку розміщена лінійка світлодіодів різних кольорів, яка вказує на рівень води. Червоні індикатори - води зовсім мало, жовті - бак наполовину порожній, зелені - повний. Центральна велика кнопка використовується для підключення насоса і накачування бака.
Схема працює тільки при натисканні на центральну кнопку. Решту часу вона перебуває в черговому режимі. Але навіть при спрацьовуванні ланцюга індикації, ток мінімальний і батарейки вистачить на довго.
Схема підключення датчика
Провід проходять всередині труб. Намагайтеся розташувати датчики таким чином, щоб вода, яка потрапляє в поле за допомогою поплавкового клапана, ніяк не могла пройти повз датчиків. Усередині труби з датчиками, щоб зробити потрібну вагу, був насипаний пісок.
У зібраному вигляді схема знаходиться в коробці і встановлена на стіні.
Другий варіант схеми датчика рівня
Це повністю функціональний контролер рівня води, керований МК Arduino. Схема відображає рівень води в баку і перемикає двигун, коли рівень води опускається нижче заданого рівня. Вона автоматично відключає мотор, коли бак повний. Рівень води та інші важливі дані відображаються на РК-дисплеї 16х2 точок. В авторському варіанті схема контролює рівень води в дренажному баку (резервуарі). Якщо рівень бака низький, електродвигун насоса не включиться, що забезпечує захист двигуна від холостого ходу . Додатково звуковий сигнал генерується, коли рівень в дренажному баку занадто низький.
Схема рівня води за допомогою контролера Arduino показано вище. Датчик в зборі складається з чотирьох алюмінієвих дротів довжиною в 1/4, 1/2, 3/4 і повний рівень в баку. Сухі кінці цих проводів підключені до аналогових входів A1, A2, A3 і A4 Arduino відповідно. П'ятий провід розміщений в нижній частині бака. Резистори R6 - R9 зменшують потенціал входів. Сухий кінець дроту підключений до + 5V DC. Коли вода стосується конкретного зонда, відбувається електричне з'єднання між зондом і + 5V, тому що вода володіє деякою електропровідністю. В результаті струм тече через зонд і цей струм перетвориться в пропорційне йому напругу. Arduino читає падінні напруги по кожному з вхідних резистор для зондування рівня води в баку. Транзистор Q1 включає зумер, резистор R5 обмежує струм бази Q1. Транзистор Q2 управляє реле. Резистор R3 обмежує струм бази Q2. Переменнік R2 використовується для регулювання контрастності РК-дисплея. резистор R1 обмежує струм через його LED підсвічування. Резистор R4 обмежує струм через світлодіод живлення. Повну програму для контролера на Arduino можна завантажити тут.
Це один з Найпростіший індикатор рівня води, що може дати три показаннями - Повний, Половина і низького рівня води в напірний резервуар через світлодіодні індикатори . Схема дуже проста і використовує один IC і кілька компонентів.
Основна частина схеми рівня води 7 канал Дарлінгтон масиву IC ULN 2004 року. Його три входи підключені до трьох зондам, щоб відчути рівень води і відповідні виходи підключені до трьох світлодіоди через токо-обмежують резистори R1-R3. Загальний зонд підключений до позитивного контакту світлодіодів. При цьому зонд отримує електричну безперервність через воду з зондами B, C і D відповідних світлодіодів.
положення зонда
Зонд дні резервуара
Зонд B верхнє положенні бака
Зонд C середнє положення бака
Зонд D нижнє положенні бака
Простий індикатор рівня води схема
налаштування
Зберіть схему на загальній друкованій платі і вкласти в коробочку. Це пристрій може зберігатися в місці для зручного контролю. Використовуйте латуні або хромованою контактів в якості зондів. Підключіть датчики з пристрою за допомогою трьох основних щит дроту. Датчики повинні бути підключені в баку - Зонд D в нижньому положенні, Зонд B у верхньому положенні і Зонд C в середньому положенні. Якщо бак порожній, тільки зонди і D отримаємо струм через воду так, щоб червоний світлодіод тільки вогні. Коли рівень води зростає до половини бака, датчиків C отримує безперервності і жовтий світлодіод також загоряється. Коли резервуар заповниться, Зонд B отримує безперервності і зелений світлодіод. Коротше кажучи, якщо зелений, жовтий і червоний світлодіоди, бак повний. Якщо жовтий і червоний світлодіоди, бак наполовину, а якщо світло тільки червоного світлодіода бак порожній.
Мета переді мною стояла наступна. Є двохсот-літровий бак, висотою 1 метр з невеликим, який планується зашити в імпровізований шафа, тобто візуально побачити рівень води в ньому не буде можливості. До цього баку підключена насосна станція, яка далі подає воду під нормалізованим тиском в квартиру.
Відповідно мені потрібно якимось чином бачити рівень води в баку для можливості спланувати її витрата в моменти відсутності центрального водопостачання, а також необхідна можливість відключення насосної станції в разі якщо рівень води досягне заданого мінімального значення для запобігання потрапляння повітря в систему, так як це може призвести до серйозними наслідками.
Пошукавши подібні рішення в мережі, зіткнувся з тим, що з самим індикатором, в принципі, проблем немає. Основна заковика була в датчику рівня води, який в найпростішому вигляді вдавав із себе ряд датчиків з окремим виходом. Так, якщо планується 10 кроків / поділів в датчику, то необхідно задіяти 11 -12 проводів для їх подальшого з'єднання з індикатором.
Схема і Конструкція датчика рівня води
Така кількість проводів стало для мене каменем спотикання і я вирішив зробити датчик, що складається з двох проводів, який би підключався до гнучко настроюється індикатору. Схему датчика ви можете побачити на малюнку нижче.
Рис. 1 Датчик рівня рідини
Тут все просто, ряд послідовно підключених резисторів із змінним опором за рахунок стовпа води, який виступає в ролі імпровізованих перемичок. В результаті у нас виходить резистор з опором від 75 кОм до 1-2 кОм (опір води).
Фактично, датчик був виконаний з відрізка пластикової труби, відведенням служить пластиковий трійник з переходом на метал, заглушений латунної пробкою. Технологічні варіанти з'єднання елементів ви можете побачити на фото нижче.
Рис. 2 Фото готового датчика і його конструктивних елементів
Таким чином немає потреби робити купу отворів в баку, досить одного кріпильного отвори в самому верху бака, що дає можливість легко монтувати / демонтувати датчик з метою періодичної очистки бака від нальоту і т.п.
Схема і Конструкція індикатора рівня води
Індикатор вирішено було збирати на мікросхемі LM3914, що є спеціально пристосованої для наших цілей. У неї є можливість виставити верхній і нижній поріг рівнів входять напруг, а різницю, що залишилася напруг индицировать на 10 світлодіодів, що робить настройку всієї конструкції вельми простий.
Після довгих експериментів була оформлена остаточна робоча схема, яка перегрівалася, легко налаштовувалася і чітко переключалася. Отже, схема індикатора доступна нижче.
Рис. 3 Індикатор рівня рідини
Почнемо з харчування. На схемі основне джерело харчування зазначений як Bat 1, він може бути будь-яким в межах 12 - 18 вольт, в моєму випадку використовується перероблений блок живлення ноутбука з виходом на 14 вольт. Також потрібно стабілізований джерело живлення на 8 вольт (використовується як опорна для установки верхнього рівня напруги). Це може бути як Кренке так і щось інше, у мене стоїть китайський імпульсний перетворювач, який розміром 1см х 1 см, і місця займає мало і не гріється зовсім.
Резистор R13 виставляє верхній поріг напруги індикатора (3 - 8 вольт), резистор R12 виставляє нижній поріг напруги індикатора (0 - 3 вольт), резистор R11 задає струм, що протікає через світлодіоди (близько 12 мА). Транзистор T1 управляє реле, яке в свою чергу відключає навантаження (насос) в разі низького рівня води. Діоди і транзистори можна ставити будь-які, які підходять за струмів і напруг.
Налаштування полягає в наступному. Підключаємо готовий датчик (X1, X2) і при повністю замкнутомуконтурі (Опір близько до 0 Ом) виставляємо верхній рівень напруги так, щоб горіли все світлодіоди. Після цього розмикаємо датчик і при максимальному опорі (75 кОм) виставляємо нижній поріг напруги так, щоб завжди горіла один нижній світлодіод, а при замиканні однієї пари контактів датчика спалахував другий світлодіод і спрацьовувало реле.
У цифрах це виглядає так. З датчика у мене знімалася напруга при максимальному опорі близько 2,25 вольта, при мінімальному опорі 5,6 вольта. На індикаторі верхній поріг виставлений в 5,3 вольта, нижній поріг виставлений в 1,6 вольта.
Тепер вважаємо. 5,3 - 1,6 / 10 = 0,37 вольта на крок поділу світлодіода. Тобто щоб запалити перший світлодіод, нам потрібно 1,6 + 0, 37 = 1,97 вольта. Щоб запалити другий світлодіод, необхідно 1,6 + 0,37 * 2 = 2,34 вольта.
Мій датчик дав загальний опір 82кОм, у мене там 11 кроків. Мінімальна напруга з датчика дорівнює 14 вольт * 20кОм / (20кОм + 82кОм + 20кОм) = 2,29 вольта. Наступний крок з датчика дасть 14вольт * 20кОм / (20кОм + 75кОм + 20кОм) = 2,43 вольта.
Т.ч. напруга потрапляє в коридор і при замиканні водою першого контакту на датчику у нас засвітиться другий світлодіод, реле відключиться, підключивши насосну станцію (контакти на реле нормально замкнуті) і все буде справно працювати. При розмиканні датчика ми будемо спостерігати зворотний ефект, світлодіод згасне і реле включиться, відключивши навантаження.
Реле підключено таким чином, щоб схема споживала менше потужності в своєму нормальному робочому режимі, а також, в разі аварійної ситуації, щоб воно не заважало нормальній роботі насоса, тобто вимкнувши харчування на індикатор у нас станція продовжить працювати, правда контролювати все доведеться вже вручну.
