Принцип роботи поплавкових вимикачів рівня води, конструкції саморобних датчиків управління насосом

Коли виникає необхідність контролю рівня рідини, багато виконують цю роботу вручну, а адже це вкрай неефективно, забирає багато часу і сил, а наслідки недогляду можуть обійтися дуже дорого: наприклад, затоплена квартира або згорілий насос. Цього можна легко уникнути, використовуючи поплавкові датчики рівня води. Це прості за конструкцією і принципом дії пристрої, доступні за ціною.

У домашніх умовах датчики цього типу дозволяють автоматизувати такі процеси, як:

  • контроль рівня рідини в видатковому баку;
  • відкачка грунтових вод з погреба;
  • відключення насоса, коли рівень в колодязі падає нижче допустимого, і деякі інші.

Принцип дії поплавкового датчика

У рідину поміщається предмет, який в ній не тоне. Це може бути шматок дерева або пінопласту, порожниста герметична сфера з пластмаси або металу і багато іншого. При зміні рівня рідини цей предмет буде підніматися або опускатися разом з нею. Якщо поплавок з’єднати з виконавчим механізмом, то він буде виконувати функції датчика рівня води в ємності.

Пропонуємо Вашій увазі пізнавальну статтю про типи різців по металу для токарних верстатів.

Класифікація обладнання

Поплавкові датчики можуть самостійно здійснювати контроль над рівнем рідини або подавати сигнал в схему контролю. За цим принципом їх можна розділити на дві великі групи: механічні і електричні.

механічні пристрої

До механічних відносяться найрізноманітніші поплавкові клапани рівня води в баку. Принцип їх дії полягає в тому, що поплавок з’єднаний з важелем, при зміні рівня рідини поплавок переміщує вгору або вниз цей важіль, а він, у свою чергу, впливає на клапан, який і перекриває (відкриває) подачу води. Такі клапани можна побачити в зливних бачках унітазів. Їх дуже зручно використовувати там, де потрібно постійно додавати воду з центральної системи водопостачання.

Механічні датчики мають ряд переваг:

  • простота конструкції;
  • компактність;
  • безпеку;
  • автономність – не вимагають ніяких джерел електроенергії;
  • надійність;
  • дешевизна;
  • легкість установки і настройки.

Але у цих датчиків є один істотний недолік: вони можуть контролювати тільки один (верхній) рівень, який залежить від місця монтажу, і регулювати його, якщо і можна, то в дуже невеликих межах. У продажу такої клапан може називатися «кран поплавковий для ємностей».

електричні датчики

Електричний датчик рівня рідини (поплавковий), відрізняється від механічного тим, що сам він воду не перекриває. Поплавок, переміщаючись при зміні кількості рідини, впливає на електричні контакти, які включені в схему управління. На підставі цих сигналів автоматична система контролю приймає рішення про необхідність тих чи інших дій. У найпростішому випадку такий датчик має поплавок. Цей поплавок впливає на контакт, через який відбувається включення насоса.

Як контактів найчастіше застосовують геркони. Геркон – це скляна герметична колба з контактами всередині. Перемикання цих контактів відбувається під дією магнітного поля. Геркони мають мініатюрні розміри і легко розміщуються всередині тонкої трубки з магнітною (пластик, алюміній). За трубці під дією рідини вільно переміщається поплавець з магнітом, при наближенні якого контакти спрацьовують. Вся ця система встановлюється вертикально в резервуар. Змінюючи положення геркона всередині трубки, можна регулювати момент спрацьовування автоматики.

Якщо потрібно стежити за верхнім рівнем в резервуарі, то датчик встановлюють вгорі. Як тільки рівень опуститься нижче встановленого, контакт замкнеться, насос включиться. Вода почне збільшуватись, і коли рівень води дійде до верхньої межі, поплавок повернеться в початковий стан, і насос відключиться. Однак на практиці таку схему застосовувати не можна. Справа в тому, що датчик спрацьовує при щонайменшій зміні рівня, слідом за цим включається насос, рівень піднімається, і насос відключається. Якщо витрата води з ємності менше, ніж подача, виникає ситуація, коли насос постійно включається і відключається, при цьому він швидко перегрівається і виходить з ладу.

Тому датчики рівня води для управління насосом працюють інакше. У ємності мають у своєму розпорядженні мінімум два контакти. Один відповідає за верхній рівень, він відключає насос. Другий визначає положення нижнього рівня, при досягненні якого насос включається. Таким чином, значно скорочується число пусків, що забезпечує надійну роботу всієї системи. Якщо різниця рівнів невелика, то зручно використовувати трубку з двома герконами всередині і один поплавок, який їх комутує. При різниці більше метра застосовують два окремих датчика, встановлених на потрібних висотах.

Незважаючи на більш складну конструкцію і необхідність схеми управління, електричні поплавкові датчики дозволяють повністю автоматизувати процес управління рівнем рідини.

Якщо через такі датчики підключити лампочки, то їх можна використовувати для візуального контролю кількості рідини в резервуарі.

Саморобний поплавковий вимикач

Якщо у вас є час і бажання, то найпростіший поплавковий датчик рівня води можна зробити своїми руками, і витрати на нього будуть мінімальні.

механічна система

Для того щоб максимально спростити конструкцію, як замикаючого пристрою використовуватимемо кульовий клапан (кран). Добре підійдуть найменші клапани (півдюймові і менше). Такий кран має ручку, якою він закривається. Для переробки його в датчик необхідно подовжити цю ручку смужкою металу. Смужка кріпиться до ручки через просвердлені в ній отвори відповідними гвинтами. Перетин цього важеля повинно бути мінімальним, але при цьому він не повинен згинатися під дією поплавка. Довжина його близько 50 см. Поплавок кріпиться на кінці цього важеля.

Як поплавка можна використовувати дволітрову пластикову пляшку від газованої води. Пляшка наполовину заповнюється водою.

Перевірити роботу системи можна, не встановлюючи її в резервуар. Для цього встановіть кран вертикально, а важіль з поплавцем поставте в горизонтальне положення. Якщо все зроблено правильно, то під дією маси води в пляшки, важіль почне рухатися вниз і займе вертикальне положення, разом з ним провернётся і ручка клапана. Тепер занурте пристрій в воду. Пляшка повинна спливти і повернути ручку клапана.

Так як клапани розрізняються розмірами і зусиллям, яке потрібно прикласти для їх перемикання, можливо, потрібно буде провести настройку системи. У разі якщо поплавок не може провернути клапан, можна збільшити довжину важеля або взяти пляшку більшого обсягу.

Монтуємо датчик в ємності на необхідному рівні в горизонтальному положенні, при цьому в вертикальному положенні поплавця клапан повинен бути відкритий, а в горизонтальному – закритий.

Датчик електричного типу

Для самостійного виготовлення датчика цього типу, крім звичайного інструмента, знадобиться:

  • Напівдюймова пластикова труба для пайки водопроводу. Довжина труби довільна і залежить від розміру вашого бака.
  • Трижильний мідний дріт перетином проведення 0,5 мм 2. Довжина проводу дорівнює довжині трубки плюс відстань до блоку управління, до якого буде підключатися датчик.
  • Брусок пінопласту 5 * 5 * 8 см.
  • Магніт. Добре, якщо він буде кільцевої, наприклад, від старого динаміка. Його внутрішній діаметр повинен бути на 4? 6 мм більше зовнішнього діаметра трубки.
  • Два геркона. Один – з нормально замкнутим контактом, інший – з нормально розімкненим.
  • Паяльник, припой і каніфоль.

Послідовність виготовлення наступна:

  1. З пінопласту робимо поплавок. Для цього скругляются кути, щоб вийшов циліндр. По довжині просвердлюємо отвір на 3 мм більше зовнішнього діаметра труби. До одного з торців циліндра кріпимо магніт. Прикріпити його можна на епоксидний клей або притягнути нитками. Переконайтеся, що магніт не опалює поплавок.
  2. Беремо трубку. Нагріваємо один з кінців і мне його так, щоб утворилося потовщення. Це запобігатиме потраплянню води всередину труби і одночасно буде служити обмежувачем нижнього положення поплавка.
  3. Надягаємо поплавок на трубу магнітом вгору і зрушуємо його в нижнє положення. Поплавок з магнітом повинен вільно переміщатися по трубі.
  4. Беремо дріт. Поєднуємо його кінець з нижнім кінцем трубки. Ставимо першу мітку в місці, де розташований магніт. Тут буде розташований геркон нижнього рівня. Друга мітка має відповідати верхній. Цю ж мітку нанесіть на трубу. Це спростить монтаж та налагодження роботи системи.
  5. Беремо геркон з нормально розімкненим контактом і припаюємо його до проводу в місці нижнього рівня. Для цього зачищаємо ізоляцію на центральній жилі та на одній з бічних.
  6. Геркон з нормально замкнутим контактом встановлюємо на верхньому рівні. Його припаюємо до центральної жили (вона загальна для обох герконів) і до залишилася вільною.
  7. У нижньому кінці дроту жили повинні бути ізольовані один від одного. З іншого боку промаркируйте, яка жила до чого підключена.
  8. Провід з герконами вводимо в трубу до упору, а його верхній кінець фіксуємо герметиком.
  9. Готовий датчик кріпимо всередині ємності вертикально, враховуючи мітку верхнього положення поплавка. Трубка має деяку плавучість. Для того щоб вона не спливала і не деформувалася, довантажити її нижній кінець.

При зміні рівня рідини разом з нею переміщується і поплавок, який діє на електричний контакт для контролю рівня води в баку. Схема управління з таким датчиком може мати вигляд, представлений на малюнку. Точки 1, 2, 3 – це точки підключення проводу, який йде від нашого датчика. Точка 2 – це загальна точка.

Розглянемо принцип дії саморобного пристрою. Припустимо, в момент включення резервуар порожній, поплавок знаходиться в положенні нижнього рівня (НУ), цей контакт замикається і подає харчування на реле (Р).

Реле спрацьовує і замикає контакти Р1 і Р2. Р1 – це контакт самоблокировки. Він потрібен для того, щоб реле не відключилася (насос продовжував працювати), коли вода почне прибувати, і контакт НУ розімкнеться. Контакт Р2 підключає насос (Н) до джерела живлення.

Коли рівень підніметься до верхнього значення, спрацює геркон і розімкне свій контакт ВУ. Реле буде знеструмлено, воно розімкне свої контакти Р1 і Р2, і насос відключиться.

Зі зменшенням кількості води в резервуарі поплавок почне опускатися, але поки він не займе нижнє положення і не замкне контакт НУ, насос не увімкнеться. Коли це станеться, цикл роботи повториться заново.

Ось так працює поплавковий вимикач контролю рівня води.

В процесі експлуатації необхідно періодично очищати трубу і поплавок від забруднень. Геркони витримують величезну кількість перемикань, тому такий датчик прослужить довгі роки.