Электронный датчик уровня канализации своими руками. Поплавковый выключатель уровня воды для управления насосом. Принцип действия и измерения

Устройство, сделанное своими руками на одном транзисторе, может изготовить практически любой, кто этого захочет и приложит небольшие усилия для закупки очень недорогих и не многочисленных комплектующих и спаяет их в схему. Применяется она для автоматического пополнения воды в расходных ёмкостях дома, на даче и везде, где присутствует вода, без ограничений. А таких мест очень много. Для начала рассмотрим схему этого устройства. Проще просто не бывает.

Контроль уровня воды в автоматическом режиме с помощью простейшего электронного Схема контроля уровня воды.
Вся схема управления уровнем воды состоит из нескольких простых деталей и если без ошибок собрана из хороших деталей, то не нуждается в настройке и сразу заработает, как запланировано. У меня подобная схема без сбоев работает уже почти три года, и я ей очень доволен.

Схема автоматического управления уровнем воды

Список деталей

• Транзистор можно применить любой из этих: КТ815А или Б. TIP29A. TIP61A. BD139. BD167. BD815.
• ГК1 – геркон нижнего уровня.
• ГК2 – геркон верхнего уровня.
• ГК3 – геркон аварийного уровня.
• D1 – любой красный светодиод.
• R1 – резистор 3Ком 0.25 ватт.
• R2 – резистор 300 Ом 0.125 ватт.
• К1 – любое реле на 12 вольт с двумя парами нормально разомкнутыми контактами.
• К2 – любое реле на 12 вольт с одной парой нормально разомкнутых контактов.
• В качестве источников сигнала для пополнения воды в ёмкость, я применил поплавковые герконовые контакты. На схеме обозначаются ГК1, ГК2 и ГК3. Китайского производства, но очень приличного качества. Ни одного плохого слова сказать не могу. В ёмкости, где они стоят, у меня происходит обработка воды озоном и за годы работы на них ни малейшего повреждения. Озон является крайне агрессивным химическим элементом и многие пластики он растворяет совершенно без остатка.

Размещаем детали на плату.

Для контроля работы механизмов и систем автомобиля требуются специальные устройства. Одним из основных подобных приборов является датчик уровня жидкости.

Разновидности

Герконовый датчик уровня охлаждающей жидкости – это устройство, которое необходимо для измерения охлаждающей жидкости в расширительном бачке или другой емкости (ПМП-066, ДРУ-1ПМ и прочие). Принципиально контактный датчик представляет собой геркон с сопротивлением до 3300 Ом. Конструкция прибора представляет собой корпус, пластмассовый поплавок и магнитное кольцо. Его еще называют датчик-реле уровня жидкости (RSF).

Также устройство имеет два контакта, которые в зависимости от уровня жидкости замыкаются и размыкаются. Контакты подключены к монитору, выведенному на приборную панель. При нарушении работу системы, сразу же подается сигнал на этот дисплей. В зависимости от типа Вашего автомобиля, это может быть механический циферблат (ВАЗ-2101, МАЗ) или электронный монитор (Форд Фокус, Kia, Opel Passat, Audi, Mercedes, БМВ, Мазда, Вольво).

Помимо этого, бывает еще и бесконтактный оптический датчик, это устройство не используется для измерения уровня тормозной жидкости. В основном его применяют для определения уровня жидкости в емкости на производстве, скажем, кислоты, нефти и т. д. Он устанавливается на боковую часть резервуара и определяет уровень при помощи лазера или ультразвукового сигнала. Лазерные приборы можно видеть на водонапорной станции, нефтяных предприятиях, химических заводах и т. д.

В быту часто используются электродные датчики уровня жидкости в котле ДУЖЭ, ДУЖ, ДУ-200. Они необходимы для контроля работы котельного оборудования и его настройки. В промышленности необходимы различные индуктивные датчики, которые измеряют уровень электропроводящих жидкостей. Схема их подключения выглядит следующим образом:

Любые датчики омывателя, топлива, охлаждающей жидкости делятся на пороговые и линейные:

1. Охлаждающий сигнализатор в автомобиле – это зачастую дискретный магнитный двухпозиционный датчик типа KSL-35 или LFL (BMW, Ford, Rio, Опель Астра и Пассат, Приора, Ауди, Киа, Мерседес);
2. Ультразвуковой датчик уровня предельного давления жидкости в резервуаре – это в большинстве случаев, линейный измеритель (сигнализатор аварийного уровня Siemens и т. д.).

Менее распространены вибрационный и гидростатический датчики. Они в основном нужны для измерения уровня давления жидкости.

Принцип действия и измерения

В основном в автомобиле используются поплавковые датчики уровня жидкости. В момент, когда охлаждающая жидкость находится на нормальном уровне, магнитное кольцо воздействует на геркон (это магнитный переключатель, оснащенный контактами). В этот момент контакты датчика размыкаются, сопротивление находится в пределах 3300 Ом. Когда уровень омывающей жидкости падает, то поплавок вместе с магнитом опускается до уровня геркона, и тот замыкается контакты датчика. В этот момент раздается сигнал на приборной панели, контакты которой замыкаются на массе.

При этом кондуктометрические датчики и прочие измерительные устройства охлаждающей жидкости опрашиваются блоком управления каждую секунду. В случае неисправности измерителя или во время недостаточного сопротивления, для определения уровня не хватает данных.

Диагностика и ремонт

Проверить работоспособность датчика довольно просто. В большинстве случаев, система при его неисправности сразу же оповещает при помощи светового сигнала на приборной панели. Типичные признаки неисправности датчика температуры и уровня охлаждающей жидкости:

1. Атипичное положение механического указателя или определенные коды при автоматическом контроле автомобиля;
2. Перебои в работы двигателе на холостом ходу;
3. Невозможность завести мотор;
4. При работе горит радиатор;
5. Громкие, необычные звуки двигателя при работе.

Емкостные датчики уровня жидкости расположены перед выходом на баке с топливом, иногда он стоит на его входе. Если вовремя не заметить неполадок в его работе, то машина начнет потреблять больше топлива, перегреваться, перестанет работать.

Проверить датчик можно еще при помощи омметра, цена такой диагностики даже на профессиональном СТО до 300 рублей. Его провода присоединяют к контактам измерителя, после заводят двигатель. Следите за тем, чтобы в пределах измерения не было движущихся частей авто. Если сопротивление имеет нестандартную величину, то необходим ремонт или замена датчиков.

Чтобы починить датчик уровня жидкости, нужно его снять:

1. Отключите провод от аккумулятора;
2. Пробка из датчика в бачке откручивается против часовой стрелки;
3. После его нужно аккуратно вынуть из отверстия;
4. Протрите место снятия и сигнализатор для дальнейшей работы.

Ремонт датчиков уровня жидкости у многих машин (ВАЗ-2114 и ВАЗ-2110, МАЗ, и прочих) не всегда требует полной замены. Часто проблема заключается в расширении пластмассовых частей, из которых состоит корпус сигнализатора. Во время их нагрева на пластмассе образуются микротрещины, которые пропускают топливо и, соответственно, поплавок датчика всегда опущен. Чтобы это исправить, Вам нужно снять датчик, разобрать его. После места соединения смазать герметиком и прижать для лучшего укрепления. При желании немного обжечь участок вокруг паяльником и ставить на место.

Если проблема заключается в том, что геркон стал пропускать топливо — нужно заменить его. Для этого Вы можете купить специальную деталь для датчика уровня жидкости (продается в ОВЕН-Авто или прочих магазинах) либо поменять эту пластину на пластмассовую. С таким аналоговым устройством работа автомобиля станет более тихой и надежной.

Видео: устройство датчиков

Как сделать датчик самому

Сделать простой датчик уровня жидкости своими руками довольно просто, при этом установка может производиться практически в любой емкости. Конечно, самодельный прибор будет несколько уступать фирменным в точности, но зато он обойдется Вам в копейки.

После датчики такого типа соединяются со схемой и подключаются к индикатору. Для этого можно использовать стрелочный циферблат или специальный монитор. Такой прибор подойдет для контроля уровня воды насоса или бачка. Можно в емкости установить два и более устройства.

В вашем домашнем хозяйстве может возникнуть необходимость в различного рода датчиках уровня воды или другой жидкости, каковые можно без особых сложностей сделать своими умелыми руками. Поискал в сети и предлагаю вам для использования несколько вариантов схем для разного рода нужд, связанных с уровнем жидкости, их отслеживанием, контролем, регулированием и прочим.

Варианты схем таковы: светодиодная индикация шести уровней жидкости, автоматическое управление насосом и пару простых схем просто звуковой индикации при наполнении емкости водой.

Для решения необходимости регулировать автоматически уровень воды с помощью откачки либо, наоборот, наполнения насосом, а также просто контроля, будь то визуальный по световой индикации, либо с помощью звуковых сигналов, подобраны схемы на не очень продвинутого пользователя, как и прочие на этом сайте. Постарался подобрать варианты как на интегральных микросхемах, так и на транзисторах.

Для включения и выключения насоса, более удобно использовать при согласовании с управляющей схемой, исполнительное реле на электромагните. Все найденные схемы, используют такую коммутацию. И это логично, так как электронные ключи в случае с двигателями вещь менее надежная. Важно только подобрать реле, подходящее по параметрам к двигателю насоса, чтобы потом не пришлось искать замену при порче его контактов.

Индикатор шести уровней жидкости со световой индикацией

При кажущемся обилии проводов и элементов на приведенной схеме, на самом деле, она до смешного проста. Поскольку из активных элементов лишь одна логическая микросхема, остальные элементы все пассивны, к тому же схема абсолютно не требует никакой наладки, поскольку это «логика» в чистом виде. А все номиналы элементов каждого из шести каналов при каждом логическом элементе одинаковы, так что требуется просто подключить вход и выход каждого и повторить это шесть раз. Далее понятно: контакт 7 общий, а 1-6 это уровни, каждый их них можно расположить на нужной высоте непосредственно в емкости для световой индикации. Светодиоды можно расположить в ряд (либо на другой манер), которые и будут индицировать уровень жидкости в наполняемой емкости: светится от 1 до 2 штук одновременно. При желании можно конечно же применить светодиоды разных цветов.

Разумеется, при сегодняшнем обилии светодиодов, можете применить любые, которые вас устроят. Возможно, для подгона рабочего тока для них, потребуется подбор резистора R13.

Автоматическое управление водяным насосом

Приведенная схема тоже в общем-то не так и сложна, также основа ее логическая микросхема К561ЛЕ5 она состоит из четырех элементов логики 2ИЛИ-НЕ. Собрав и используя данную схему, можно либо наполнять, либо опустошать необходимый резервуар водой. Для передачи исполнения включения/выключения насоса добавлен лишь транзистор и реле.

В качестве датчиков используются два прута — длинный и короткий. Длинный – для минимального уровня, короткий – для максимального уровня воды. Берется за данность, что резервуар в нашем случае металлический. Если у вас не из металла, то в таком случае нужно добавить еще один прут, опустив его до самого дна.

Принцип схемы таков: при соприкосновении воды одновременно с длинным, а также с коротким датчиком, логический уровень на выводах 9 и 1,2 микросхемы DD1 изменяется с высокого на низкий, чем вызывает изменение режима насоса.

При уровне воды ниже обоих датчиков, в микросхеме DD1 на выводе 10 — логический ноль. При повышении уровня воды, даже при соприкосновении воды с длинным датчиком — на выводе 10, также логический ноль. Но при достижении уровня воды короткого датчика, на 10-м выводе появится логическая единица, тогда транзистор VT1 включает реле, а оно — управление насосом, который начинает откачивать воду из резервуара.

Уровень воды начинает уменьшаться, короткий стержень не контактирует с водой, но на выводе 10 все же остается логическая единица, поэтому насос продолжает работать. А вот по достижении уровня воды ниже длинного стержня, на выводе 10 уже появится логический ноль, вот тогда насос остановит работу.

Переключатель же S1 позволяет переключить всю логику схемы и, соответственно, работы насоса на обратную.

Данная схема также предполагает два контакта: при погружении их в воду, запускается работа звукового генератора, звук излучает динамик ВА1. При указанных на схеме номиналах, частота генерируемого звукового сигнала около 1кГц.

Интегральная микросхема К561ЛА7 состоит их четырех элементов логики «И-НЕ». Чувствительность схемы датчика очень высокая, это обеспечивается использованием в логической микросхеме К561ЛА7 униполярных (полевых) транзисторов с изолированным затвором (КМОП).

Транзистор КТ972, примененный в схеме, составной. Но его можно заменить, соединив два транзистора (КТ3102 и КТ815) как на схеме слева.

Питается схема напряжением 3-15 В. При напряжении питания выше 6-ти Вольт, можно ограничить ток динамика и транзистора, включив последовательно динамической головке резистор.

Данное устройство было разработано для септика загородного дома, в качестве индикатора, для слежения за уровнем наполнения канализации. Задача была создать надежный датчик, который должен работать в условиях влаги и в разных температурных режимах. В начале, думал применить принцип поплавка в цилиндре, взяв за основу емкость из под силикона (как видно на рисунке возможных вариантов исполнения датчика уровня жидкости). Но, сама жизнь, направляет и подсказывает нужные пути, нужно только уметь осознавать это! Исходя из того, что в моем септике уже имелся вывод канализационных труб на 110мм и на 50мм, решение пришло само по себе. Таким образом, появилась возможность закрепить устройство на 50мм-й трубе, исключив другие варианты крепления. Все материалы должны быть из пластмассы, алюминия, бронзы, нержавейки, и так далее – устойчивыми к среде, к которой вы их собирайтесь применить!

Принцип работы датчика уровня жидкости основан на магните и герконах. Перемещением магнита вдоль двух герконов, происходит срабатывание датчиков и соответственно свечение светодиодов определенным цветом, указывая о мере заполнения резервуара жидкостью. Я пытался максимально упростить схему изделия, и добился использования всего двух герконов. Также, было важно применить как можно меньше деталей для надежной, долгосрочной эксплуатации.

Схема датчика уровня жидкости

Принцип работы датчика уровня жидкости

Возможные варианты исполнения датчика уровня жидкости

По схемам видно, что в нижнем положении поплавка, когда горит зеленый светодиод HL1, задействован 2-йгеркон. То есть уровень жидкости находится ниже поплавка, который ограничен стопором и соответственно магнит замыкает контакты геркона. По мере поднятия уровня жидкости (заполнения резервуара), происходит перемещение магнита и переключение 2-го геркона, который подключает желтый светодиод HL2 и выключает HL1. При достижении критического уровня, магнит задействует 1-й геркон, загорится красный светодиод HL3, а желтый погаснет, оповещая вас о заполнении резервуара. При какой-либо неисправности с поплавком или магнитом, должен будет гореть желтый светодиод (например, опрокидывание поплавка или смешением магнита, поломки стопора, и т.д.). Добавив реле в схему, можно будет применить его в качестве исполнительного устройства для подключения более мощных нагрузок. Также, можно подключить ко 2-у геркону зуммер, для звукового оповещения или мобильный телефон и так далее.

Питание девайса от любого источника 3-12В. Например от телефонной зарядки с импульсным блоком питания на 5 вольт или двух батареек по 1,5В, также подойдет более компактная на 3В. При этом, надо будет снизить сопротивление резистора R1. Кнопка или выключатель подберите поменьше, хотя можно обойтись и без него, держа индикатор включенным постоянно. Монтаж навесной, в доме, например в электрощите. Заранее проведите проводку (она у меня была уже наготове). Таким образом, можно обойтись очень простой схемотехникой, без микроконтроллеров и т.п. Ведь чем проще – тем надежнее!

Итак, нам понадобится следующие материалы:

Муфта соединительная для канализационных труб ПП d=50mm х2шт.
- заглушка канализационная d=50mm х2шт.
- хомут пластиковый (браслет) х1шт.
- профили пластмассовые U-образные (из мебельной фурнитуры).
- термоусадочный кембрик d=30-40mm, d=3-10mm.
- пластмассовая или текстолитовая пластина =4-6mm.
- заклепки алюминиевые х10шт.
- магнит неодиновый (от жесткого диска компьютера) х1шт.
- герконы 3-хконтактные х2шт.
- кнопка или выключатель низковольтный х1шт.
- резистор 680-1,5к. х1шт.
- светодиоды х3шт.
- провода низковольтные (например для охранной сигнализации, 5-и жильный).
- штекер на 4 ножки (например от диммера для RGB LED).
- термоклей или силикон.
- питание 12В или батарейка на 3В (от компьютера).

Из инструмента:

Дрель
- фен строительный
- термопистолет
- паяльник
- также другой подручный инструмент, который найдется у любого мастера.

Изготовление

Сперва надо найти все нужные материалы и запастись терпением. У меня работа заняла дня три, включительно разработка и эксперименты. Схему устройства советую сперва испытать, а потом уже собирать. Будьте внимательны при работе с герконами, очень легко разбить стеклянный корпус при сгибании ножек. Используя пластиковый хомут, закрепите герконы термоклеем. Расстояние для них, подберите экспериментально, оно должно обеспечить срабатывание герконов при прохождении магнита. За герметизируйте соединение термоусадкой и термоклеем или силиконом. Готовый браслет одевается на муфту и позволяет регулировку наилучшего положения срабатывания. Также, его легко заменить при неисправности отсоединением штекера. Штекер найдите влагоустойчивый, на четыре или более ножек. Если штекер подвержен воздействию влаги, закройте его термоусадкой или засиликоньте. Можно обойтись и без него, припаяв провода напрямую.

Исходя от длины держателя поплавка, зависит ход срабатывания устройства. В моем случае, длина составляет примерно 40см. Профиль поплавка надо нагреть строительным феном и уложить на муфту (это делается быстро), в последствии склеить и соединить заклепками. Получившейся хомут, должен обеспечить легкое вращение относительно муфты с герконами. Сам поплавок, установив заглушки, просто крепится к профилю заклепками. То, что конструкция поплавка имеет определенную гибкость, предотвратит, в дальнейшем его поломку. Также крепится к конструкции неодиновый магнит, так чтобы он находился на расстоянии срабатывания герконов. Просверлив отверстия в муфте, установите стопор поплавка, он нужен для правильного положения срабатывания при работе аппарата.

Для изготовления датчика, или индикатора уровня воды в баке, цистерне, бассейне и другой ёмкости, можно применить микросхему 4093 (отечественная 561ТЛ1) либо на микроконтроллере Ардуино. Начнём с первого варианта.

Необходимые для датчика материалы

• 2 микросхемы 4093;
• 2 панельки для микросхем;
• 7 по 500 ом резисторы;
• 7 по 2,2 Мом резисторы;
• батарея 9 В;
• гнездо для батареи;
• плата для схемы 10 х 5 см;
• 8 латунных винтов для датчиков;
• двухсторонний скотч или шурупы для крепления коробки к стене;
• сетевой кабель. Длина кабеля зависит от расстояния от резервуара для воды до места, где будет расположен дисплей.

Итак, основа - это CI4093, что имеет четыре элемента. В этом проекте использовано две микросхемы. Тут мы имеем порты с одним входом на высоком уровне, а другие подключенные через резистор, обеспечивая высокий логический уровень. При помещении в эту логику нулевого входного сигнала, выход инвертора будет на высоком уровне и включает светодиод. Всего использовано семь из восьми элементов, из-за ограничений в кабельной сети.

Сбоку размещена линейка светодиодов разных цветов, указывающая на уровень воды. Красные индикаторы - воды совсем мало, жёлтые - бак наполовину пуст, зелёные - полный. Центральная большая кнопка используется для подключения насоса и накачки бака.

Схема работает только при нажатии на центральную кнопку. Остальное время она находится в дежурном режиме. Но даже при срабатывании цепи индикации, ток минимален и батарейки хватит на долго.

Схема подключения датчика

Провода проходят внутри труб. Старайтесь расположить датчики таким образом, чтоб вода, попадающая в поле с помощью поплавкового клапана, никак не могла пройти мимо датчиков. Внутри трубы с датчиками, чтобы сделать нужный вес, был насыпан песок.

В собранном виде схема находится в коробке и установлена на стене.

Второй вариант схемы датчика уровня

Это полностью функциональный контроллер уровня воды, управляемый МК Arduino. Схема отображает уровень воды в баке и переключает двигатель, когда уровень воды опускается ниже заданного уровня. Она автоматически отключает мотор, когда бак полный. Уровень воды и другие важные данные отображаются на ЖК-дисплее 16х2 точек. В авторском варианте схема контролирует уровень воды в дренажном баке (резервуаре). Если уровень бака низкий, электродвигатель насоса не включится, что обеспечивает защиту двигателя от холостого хода. Дополнительно звуковой сигнал генерируется, когда уровень в дренажном баке слишком низкий.

Схема уровня воды с помощью контроллера Arduino показано выше. Датчик в сборе состоит из четырех алюминиевых проволок длинной в 1/4, 1/2, 3/4 и полный уровень в баке. Сухие концы этих проводов подключены к аналоговым входам A1, A2, A3 и A4 Arduino соответственно. Пятый провод размещен в нижней части бака. Резисторы R6 - R9 уменьшают потенциал входов. Сухой конец провода подключен к +5V DC. Когда вода касается конкретного зонда, происходит электрическое соединение между зондом и +5V, потому что вода обладает некоторой электропроводностью. В результате ток течет через зонд и этот ток преобразуется в пропорциональное ему напряжение. Arduino читает падении напряжения по каждому из входных резистор для зондирования уровня воды в баке. Транзистор Q1 включает зуммер, резистор R5 ограничивает ток базы Q1. Транзистор Q2 управляет реле. Резистор R3 ограничивает ток базы Q2. Переменник R2 используется для регулировки контрастности ЖК-дисплея. резистор R1 ограничивает ток через его LED подсветку. Резистор R4 ограничивает ток через светодиодный индикатор питания. Полную