Как контролировать уровень воды в баке

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.

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.

Читайте также:  Какой счетчик лучше каскад или ленэлектро

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.

Читайте также:  Станок для профильной трубы своими руками чертежи

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.

Покупая пластиковые резервуары для душа или для полива мы чаще всего надеемся на прогрев воды естественным способом – с помощью солнечных лучей. При этом, вода в бак должна доливаться автоматически из общего водопровода, по мере ее расхода. Если в первом случае с баком для воды это немного проблематично учитывая его плоские формы, то те, у кого есть пластиковая бочка для полива и некоторые комплектующие, без труда смогут собрать оборудование, автоматически регулирующее уровень воды в емкости на вашем участке.

В реалии, все сводится к использованию электрических или механических средств. Все зависит от стоимости системы и вашего выбора. Простой пластиковый поплавок, который контролирует уровень воды в емкости по принципу туалетного, бачка обойдется не дорого и не требует никакого электричества. Он обеспечивает контроль уровня воды в баке, и по мере его понижения доливает необходимое количество воды. Однако производитель в паспорте изделия дает ограничения на установку его в систему с давлением до 5 бар (В данном случае подразумевается статическое давление в трубе при закрытом кране). Поэтому он подходит не для всех систем водоснабжения. На этот параметр стоит обратить внимание.

Система, которая обеспечивает контроль уровня воды в баке при давлении до 10 бар, весьма популярна и хорошо себя зарекомендовала в инженерных системах. Она состоит из электрического поплавка на гибком трехжильном проводе, сетчатого фильтра и электромагнитного клапана. В место клапана можно применять электрический шаровой вентиль. Функционал работы системы при этом не изменится. Фильтр ставится в начале системы, далее монтируется электромагнитный клапан или вентиль, после трубопровод подсоединяется к верхней части емкости с помощью отвода из бака. Электрический поплавок подсоединяется к клапану и контролирует его открытие или закрытие, по мере того как меняется уровень воды в емкости.

Такая система энергозависима и требует постоянного источника питания на 24 или 220 В. В садовых условиях это не всегда возможно, особенно когда речь идет о небольшом садовом участке или огороде в поле. Поэтому простейшая система в которой применяется калапан поплавковый весьма удобна и популярна.

К недостаткам использования механического поплавка также следует отнести его малую пропускную способность. При заборе воды по врезке в 32 мм приток воды мы получаем всего из 10 мм отверстия механического поплавка. В этом случае энергозависимая система была бы кстати и весьма уместна. Но если нет таковой возможности, то на практике рекомендуется ставить два механических поплавка на одну емкость. Таким образом, мы увеличиваем приток воды в два раза, не меняя при этом параметров его водозабора. Быстрое наполнение резервуара обеспечивает минимальные сроки прогрева воды, а значит полив теплой водой возможен не только утром, но и в вечернее время, как это и положено.

Читайте также:  Пластины для обработки металла

При доливе воды в емкость не забывайте заботиться о ее предварительной очистке и фильтрации. Вода из водоема имеет органические взвеси из водорослей и песка. Сетчатые фильтры быстро забьются, и не буду обеспечивать нужной пропускной способности. Рекомендуется использовать дисковые или песчано-гравийные фильтры с обратной промывкой ручного или автоматического типа.

Следует помнить, что уровень воды в емкости должен контролироваться автоматически и при сбое работы оборудования оставаться на прежнем месте. Перелив воды из бака в помещении может привести к затоплению, а постоянное вытекание воды из емкости на участке приведет к подтоплению почвы и гибели многих видов растений. Средства, обеспечивающие контроль уровня воды в баке должны подбираться и монтироваться специалистами, а так же подлежать сезонному сервисному обслуживанию. Замена элементов контроля уровня воды – это гарантия безопасности вашего участка и загородного дома.

Друзья, так как ночью всегда бывает вода, а днем отсутствует хочу установить самопальный бак на 4 куба.
Бак будет с верхней крышкой, для того, чтобы пару раз в год можно было бы очищать его.. Из бака вода будет выкачиваться внешним насосом.
Непонятно только одно – какую придумать систему, чтобы останавливать подачу воды в бак, когда достигнется определенный, максимальный уровень.

Есть запорная арматура, такая же как в унитазе, только больше размером и стоит где-то около 1200.
Т.е. латунный клапан с приводом от поплавка. Да и баки есть готовые пластиковые. Зачем только 4 куба? У нас на подъезд малоэтажного дома (12 кв.) стоит пластиковая емкость на 3 м3, с водой частенько перебои, но мы этого не ощущаем.

Тоже начинаю задумыватся на подобную тему, где то слышал забавную идею что кто то гдето собрал поплавок на манер как в унитазе =)

Есть два способа, первый описан. Второй, поставить электрический поплавок и электромагнитный клапан (нормальное положение закрыт). Поплавок в зависимости от положения будет давать команду открыться клапану или закрыться. Желательно сделать перелив в канализацию для безопасности. А ёмкость большая, вода будет застаиваться.

У меня самоделка:
-поплавок с магнитом. Перемещается по вертикальной трубе из нержавейки.
-геркон в нижней части трубы.
-солиноид от реле, работаюший на выключатель. Выключитель (обыкновенный автомат) отрубает водогрей и насосную станцию.
-блок питания 12 V.

  • естественно, слив от перелива.

У меня бочка 200 литров и самый простой поплавок от унитаза-купил за 30 рублей на рынке. Думал поставить два- но решил сначала с одним проверить-будет ли справляться. В результате оказалось что мне достаточно и одного- беру воды сколько надо-утром прихожу бочка полная. Удобно даже когда вода в трубе есть- что не надо ждать когда ведро из шланга наполнится-зачерпнул и пошел а вода все время доверху. Я в восторге. Хочу сделать емкость из бетона, обмазав жидким стеклом- если забор воды будет большим просто поставлю три-хоть пять поплавков в ряд и нормуль. Собирается примитивно-в верху бочки отверстие на три четверти дюйма, в него поплавок с гайкой и снаружи резиновый армированный шланг с хомутом. правда я высверлил ыв бочке второе отверстие и поставил кран- чтобы при мне можно было наполнять бочку прямотоком через кран- но так им ни разу и не пользовался- воды хватает.