住宅の建物 水位センサー。 水位表示回路 タンク内の水位を音で知らせます

水位センサー。 水位表示回路 タンク内の水位を音で知らせます

はんだごての持ち方を知っている人なら、ほとんど誰でも自分の手で水位センサーを作ることができます。 そして、この記事は、写真を使用して、簡単で一般的な部品から自分の手でタンクの水位インジケーターを段階的に作成するのに役立ちます。 このデバイスは非常にうまく機能し、動作の信頼性が非常に高いです。 で 正しい組み立て定格図に示されている保守可能部品の範囲内で、それ以上の調整は必要なく、12 ボルト電源が接続されるとすぐに動作します。
まず、作成する水位図を理解する必要があります。

DIYの水位図


写真に慣れた後の最初のステップ:自分の手でタンクの水位の図、部品と材料を準備することです。 ULN2004 チップが必要になります。これは、で購入できます。 ラジオ店でのチップ 1 個の価格と Aliexpress でのチップ 10 個の価格はほぼ同じなので、自分に合ったものを選択してください。唯一の不便な点は、中国からの荷物が約 1 か月以上待つ必要があることです。

部品集め


直径4~5ミリの信号用LEDを好きな色で使用できます。 LED とマイクロ回路のピン配置は図にあります。
コンデンサ C1 には、極性 100 マイクロファラッド 25 ボルト以上のパラメータ (利用可能なものは何でも) が必要です。
0.125〜0.5ワット以上の電力を持つ抵抗器(抵抗)(電力が高くなるほど、寸法が大きくなり、あまり美しくなくなります。これはコンデンサにも当てはまります)。
抵抗値が 47 kΩ の抵抗 R1 ~ R7 (多少小さいか少し大きい - 重要ではありません)。
抵抗値 R 8 ~ R14 の抵抗値は (およそ) 1 kΩ です。 どうやって さらなる抵抗、LEDの光る力が弱くなると、その逆も同様ですが、抵抗が小さすぎるとLEDの故障につながる可能性があります。
プリント基板を作る必要はありませんが、私のようなブレッドボードを使用すると、特に中国では数ペニーの費用がかかります。 ラジオ店と中国の価格比は5~10対1です。
水位センサーへのケーブルは、任意の 8 線信号ケーブルを使用できます (警報装置を販売する店舗には、任意の信号ケーブルがあります)。 レベルセンサーとして水中に置かれたケーブルの端は、絶縁体を 5 ~ 10 ミリメートルの長さまで剥がし、水の酸化作用を減らすために剥がした端を錫メッキする (はんだごてを使用して錫でコーティングする) 必要があります。金属の上で。 正極はステンレス鋼 (ティースプーンなど) で作られている必要があり、ワイヤーに接続する場所はグルーガンを使用して水から保護する必要があります。 接点が保護されていない場合は、 短時間電気化学反応により消耗してしまいます。 センサー間のピッチは、コンテナの深さに基づいて計算する必要があります。 より深い水深を測定する必要があり、より頻繁にセンサーを配置したい場合は、センサーを 1 つまたは複数作成できます。 同様のスキーム水位を調節し、順番に容器に入れます。 センサーの設計は非常に多様であり、あなたの想像力にのみ依存します。主なことは一般原則に従うことです。



端子台は何でも構いませんが、接続と使いやすさが重要です。
マイクロ回路の場合は、無はんだ配置用のコネクタを使用するのが最善です。 このソケットをはんだ付けしても、脚が過熱したり静電気の影響を受ける心配はありません。 何らかの理由でマイクロ回路に障害が発生した場合は、数秒で交換できます。 このようなパネルには1ペニーの費用がかかります。
ロシアの錫(ロジンを含むワイヤー)を使用することをお勧めします。 良質な中国製の缶を見たことがありません。
パーツを集めたら、パーツを基板に配置することを考える必要があります。 写真の通りにしましたが、お好みに合わせてアレンジしてください。 重要なことは、部品の配置が、ジャンパーやはんだ付けの数を減らすという目的と、最も重要な使いやすさの目的を満たしていることです。 回路を組み立てる際の精度は最も重要なことではありません。私のように急ぐ必要はなく、すべてが美しくなります。 それでは始めましょう。










タンクの水位インジケーターは、任意の 12 ボルトのバッテリー (少なくとも 10 ボルトを供給できる限り古いバッテリーでも) から電力を供給できます。 コンピュータユニット 無停電電源装置、そして今ではあらゆる種類の低消費電力のものがたくさん販売されています。 または、ダーチャで通常のバッテリーを使用することもできます。 直列に接続すると、1.5ボルトが8個=12ボルトになります。 十分です。 また、ボタンを介して電池を接続し、ボタンを押したときだけ回路が動作するようにすれば、この電力は何年も持続します。
残っているのはタンクの水位インジケーターをテストすることだけです。ここで重要なことは、プラスとマイナスを混同しないことです。 電源線を接続した方が良いです 異なる色。 プラスは赤、マイナスは黒で表示されるので、慣れれば迷うことはありません。

お気に入りのタイマー 555 を使用して、水、洗浄機、不凍液などのセンサーを作成できます。 このようなセンサーは、車内と屋内の両方で役立つことは注目に値します。 生活条件。 このスキームは非常にシンプルで、簡単に繰り返すことができます。 マイクロ回路が受信しました 幅広い用途まさにそのシンプルさゆえに。

水センサーには次の回路を使用します。

装置の操作は非常に簡単です。 電極が液体に浸されると、コンデンサ C1 がバイパスされます。 電極が空中にあると、シャントは消え、超小型回路が機能し始めます。

方形パルスが超小型回路から発せられます。 このようなインパルスの助けを借りて、より大きな負荷を使用して制御することが可能になります。 たとえば、トランジスタを介して信号を電球に送信できます。 このテクノロジーを使用すると、回路にアラームやインジケーターを組み込むことができます。 後者を使用すると、タンク内の水の存在を判断できます。 このようなセンサーは、タンクとラジエーターの両方に取り付けることができます。 センサーの電源は 12 ボルトです。 つまり栄養面では問題ないということになります。

通常、センサーはグラスファイバーで作られています。 しかし、ほとんどの場合、通常の銅(ワイヤー)が使用されます。 センサーには、断面 1 ミリメートルの 2 本の同一のワイヤーが適しています。 ワイヤーの金属表面に付いているワニスをすべて取り除く必要があることに注意することが重要です。 これは火や火の助けを借りて行われます。 サンドペーパー。 したがって、ワイヤーの長さは最大3.5センチメートルである必要があります。


ワイヤーをプラグ内に保持するために、ワイヤーはシリコンで強化されています。 次に、ワイヤが超小型回路自体に取り付けられます。 カバー内のワイヤは、より細い導体を使用して超小型回路に接続できます。

マイクロ回路は、取り付けボードなしで取り付けることができます。 すべての準備ができたら、結果として得られるデバイスは別の同様の蓋で閉じられます。 カバー間の接続は接着剤またはその他の手段で密閉する必要があります。

したがって、不必要なコストをかけずに、車内だけでなく日常生活にも役立つセンサーを独自に作成できます。 そのため、タンク内の水位を確認するために頻繁にシャワーを浴びる必要がなくなります。 手作りセンサー水位が問題を解決します。 デバイスが適切に動作するように、すべての作業を注意深く慎重に実行することが重要です。

多くの生産プロセスを自動化するには、タンク内の水位を監視する必要があります。測定は、プロセス媒体が特定のレベルに達すると信号を発する特別なセンサーを使用して実行されます。 日常生活においてレベルメーターなしでは生きていけませんが、 輝く例これ - 遮断弁トイレの水槽または井戸ポンプをオフにする自動システム。 考えてみましょう 異なる種類レベルセンサー、その設計と動作原理。 この情報は、デバイスを選択する際に役立ちます。 特定のタスクまたはセンサーを自分で作ることもできます。

設計と動作原理

デザイン 測定器 このタイプの次のパラメータによって決定されます。

  • このデバイスに応じて、機能は通常、アラームとレベルメーターに分かれています。 前者は特定のタンク充填点 (最小または最大) を監視し、後者はレベルを継続的に監視します。
  • 動作原理は、静水圧、導電率、磁気、光学、音響などに基づいています。 実際、これは適用範囲を決定する主要なパラメータです。
  • 測定方法(接触または非接触)。

さらに、設計の特徴は技術環境の性質によって決まります。 身長を測ることは一つのことです 水を飲んでいるタンク内の検査、もう 1 つは産業排水用のタンクの充填状況を検査することです。 後者の場合、適切な保護が必要です。

レベルセンサーの種類

動作原理に応じて、アラームは通常次のタイプに分類されます。

  • フロート型。
  • 超音波を使用する。
  • 容量性レベル検出原理を備えたデバイス。
  • 電極;
  • レーダーの種類。
  • 静水圧原理に基づいて動作します。

これらのタイプが最も一般的であるため、それぞれを個別に見てみましょう。

浮く

これは最も単純ですが、それでも効果的であり、 信頼できる方法タンクまたは他の容器内の液体を測定します。 実装例を図 2 に示します。


米。 2. フロートセンサーポンプ制御用

この設計は、磁石を備えたフロートと、制御ポイントに取り付けられた 2 つのリード スイッチで構成されます。 動作原理を簡単に説明します。

  • コンテナが臨界最小値まで空になると (図 2 の A)、フロートがリード スイッチ 2 があるレベルまで下がると、井戸から水を汲み上げるポンプに電力を供給するリレーがオンになります。
  • 水位が最大水位に達すると、フロートがリードスイッチ1の位置まで上昇し、リードスイッチ1が作動してリレーがオフになり、ポンプモーターが停止します。

このようなリードスイッチを自分で作るのは非常に簡単で、その設定はオン/オフレベルを設定することになります。

フロートに適切な素材を選択すると、タンク内に泡の層があっても水位センサーが機能することに注意してください。

超音波

このタイプのメーターは液体媒体と乾燥媒体の両方に使用でき、アナログまたはディスクリート出力を備えています。 つまり、センサーは特定の点に達したときに充填を制限したり、継続的に監視したりできます。 このデバイスには、超音波エミッター、レシーバー、信号処理コントローラーが含まれています。 警報器の動作原理を図 3 に示します。


米。 3. 超音波レベルセンサーの動作原理

システムは次のように動作します。

  • 超音波パルスが放射されます。
  • 反射信号が受信されます。
  • 信号減衰の持続時間が分析されます。 タンクが満タンの場合は短くなり(A図3)、空になると増え始めます(B図3)。

超音波警報器は非接触かつワイヤレスであるため、攻撃的で爆発性の環境でも使用できます。 このようなセンサーは、初期セットアップ後は特別なメンテナンスを必要とせず、可動部品がないため耐用年数が大幅に延長されます。

電極

電極 (導電率) アラームを使用すると、導電性媒体の 1 つ以上のレベルを監視できます (つまり、電極 (導電率) アラームは、タンクの蒸留水の充填量の測定には適していません)。 このデバイスの使用例を図 4 に示します。


図 4. 導電率センサーによる液体レベルの測定

この例では、3 レベルのアラームが使用されており、2 つの電極が容器の充填を制御し、3 番目の電極は集中ポンピング モードをオンにする緊急アラームです。

容量性

これらのアラームを使用すると、容器の最大充填量を決定することができ、混合組成物の液体とバルク固体の両方がプロセス媒体として機能できます (図 5 を参照)。


米。 5. 静電容量センサーレベル

アラームの動作原理はコンデンサの動作原理と同じです。静電容量は感知素子のプレート間で測定されます。 しきい値に達すると、コントローラーに信号が送信されます。 場合によっては、「ドライコンタクト」設計が使用されます。つまり、レベルゲージはプロセス媒体から隔離されてタンク壁を通して動作します。

これらのデバイスは広い温度範囲で動作でき、次のような影響を受けません。 電磁場、遠距離での操作も可能です。 このような特性により、過酷な使用条件まで適用範囲が大幅に広がります。

レーダー

このタイプの警報装置は、攻撃性や爆発性の環境を含むあらゆるプロセス環境で動作し、圧力や温度が測定値に影響を与えないため、まさに万能と言えます。 デバイスの動作例を次の図に示します。


この装置は狭い範囲 (数ギガヘルツ) で電波を放射し、受信機が反射信号をキャッチし、その遅延時間に基づいてコンテナがどの程度満たされているかを判断します。 測定センサーは、圧力、温度、プロセス流体の性質の影響を受けません。 ほこりも測定値に影響しませんが、レーザー警報器には当てはまりません。 また注意すべきこと 高い正確性このタイプのデバイスでは、誤差は 1 ミリメートル以下です。

静水圧

これらのアラームは、タンクの最大充填量と現在の充填量の両方を測定できます。 その動作原理を図 7 に示します。


図 7. ジャイロスタティック センサーによる充填測定

この装置は、液体の柱によって生成される圧力レベルを測定する原理に基づいて構築されています。 許容範囲内の精度と低コストにより、このタイプは非常に人気があります。

この記事の範囲内では、粒状物質を識別するために回転フラグ式アラームなど、すべての種類のアラームを検証することはできません (最初にピットを引き抜いた後、ファン ブレードが粒状媒体に詰まったときに信号が送信されます)。 。 また、放射性同位体メーターの動作原理を考慮することも無意味であり、ましてや飲料水のレベルをチェックするために放射性同位体メーターを推奨することは無意味です。

選び方は?

タンクの水位センサーの選択は、多くの要因によって決まりますが、主な要因は次のとおりです。

  • 液体組成物。 水中の異物の含有量によっては、溶液の密度や電気伝導度が変化し、測定値に影響を与える可能性があります。
  • タンクの容量とタンクの材質。
  • コンテナの機能的な目的は、液体を蓄積することです。
  • 最小レベルと最大レベルを制御する必要があるか、または現在の状態を監視する必要があります。
  • 自動制御システムへの統合の許容性。
  • デバイスのスイッチング機能。

これは遠いです 完全なリスト選択用 計測器このタイプのもの。 当然のことながら、 家庭用選択基準は、タンク容量、作動の種類、制御回路に限定することで大幅に減らすことができます。 要件の大幅な削減により可能になります セルフプロデュース同様のデバイス。

タンクの水位センサーを自分の手で作る

作業を自動化するタスクがあるとします。 水中ポンプダーチャへの給水用。 原則として、水は貯蔵タンクに流入するため、水が満たされるとポンプが自動的に停止することを確認する必要があります。 この目的のためにレーザーまたはレーダーレベルインジケーターを購入する必要はまったくありません。 単純なタスクに必要なのは、 簡単な解決策、それを図 8 に示します。


この問題を解決するには、220 ボルトのコイルと 2 つのリード スイッチを備えた磁気スターターが必要になります。 最低レベル– 閉じる場合、最大 – 開く場合。 ポンプの接続図はシンプルであり、重要なことに安全です。 動作原理は上で説明しましたが、もう一度繰り返します。

  • 水が溜まると磁石付きフロートが徐々に上昇し、リードスイッチの最大水位に達します。
  • 磁界によりリードスイッチが開き、スターターコイルがオフになり、エンジンの通電が停止されます。
  • 水が流れると、フロートが下部リードスイッチの反対側の最小マークに達するまで下がり、接点が閉じてスターターコイルに電圧が供給され、スターターコイルがポンプに電圧を供給します。 タンク内のこのような水位センサーは、他のものとは異なり、数十年間機能します。 電子システム管理。
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私はロシアのお風呂の大ファンです。 去年の夏、入浴手続き中に私は何もせずに放置されました。 冷水。 なぜこのようなことが起こったのでしょうか? 実は、銭湯の屋根裏に冷水タンクが設置されているのです。
ポンプで水をタンクに送り込み、重力によってパイプを通って排水されます。 タンクは浴場の屋根の下に隠されているため、水を入れるときも使用するときも水の量を制御するのは簡単ではありません。 水の流れからどのくらいの水が残っているかを判断することも困難です - 私は判断していません。
水位を制御するにはレベルゲージという装置が必要です!

注意!
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測定方法

多種多様なレベルゲージが販売されています。 しかしどういうわけか、スポーティではなく、「私たちのもの」ではない、既製のものを探すことさえ思いつきませんでした。 そこで、装置を自分で作ることにしました。 さらに、上部と下部を知るだけでは十分ではありませんでした。 下位レベル, タンクに何リットル入っているのか正確に知りたかったのです。 もちろん、タンク内の水位を監視するというこの目的では、この情報は冗長ですが、より信頼性があります。 現在の仕事は超音波探傷に関するものなので、測定方法の選択は難しくありませんでした。 セール品も多数あります 超音波センサー距離。 デジタルインターフェイスを備えた高価なものもありますが、 長距離、より短い距離向けに、よりシンプルなインターフェースを備えた安価なものがあります。 選択は最もシンプルで安価なセンサーに決まりました HC-SR04.

センサー

センサーはプリント基板です。 送信側と受信側のピエゾ素子が搭載されています。 このボードには、周波数 40 kHz のプローブ パルス列を生成する回路が含まれており、このパルス列は TTL - RS232 レベル コンバータで作られたドライバに供給されます。
はい、はい、それだけです 珍しいアプリケーション。 完全に正しいわけではありませんが、放射圧電素子をポンピングするために追加の高電圧を必要とせずに済む、安価で実行可能なソリューションです。 このボードには、受信圧電素子用のアンプと小型制御マイクロコントローラーも含まれています。 センサーには、+5 ボルト電源 (VCC)、トリガー入力 (Trig)、出力 (エコー)、およびグランド (GND) の 4 つの制御レッグがあります。

10 μS パルスを Trig 入力に適用します。Echo 出力では、センサーがエコー信号 (反射) を受信すると、音がセンサーから反射板に伝わり戻ってくる時間に比例した持続時間でパルスが生成されます。 。 この時間を 2 で割って空気中の音速を掛けます。平均値は 340 m/s で、反射体 (物体) までの距離が得られます。 以下にセンサーの動作図を示します。

スキーム

プロトタイプは、ATmega16 マイクロコントローラーと TIC3321 インジケーターを使用してブレッドボード上で組み立てられました。 追加の視覚化のために、10 個の LED が並んでいます。 プロトタイプ図は必要な方には提供しません。添付のアーカイブに Proteus 用のプロジェクトがあります。
最終バージョンでは、 LEDインジケータ TIC3321 の代わりに - 4 桁と 3 桁のサイズで体によりよくフィットし、暗闇でも見やすくなります。 マイコンは、長い間棚に眠っていたATmega32をインストールしました。
充填と排水をオンにする 2 つのボタン。 校正手順中に同じボタンが使用され、一対のトランジスタとリレーがオンになります。 ソレノイドバルブまたはポンプ。

建設的

少し前に、私の元同僚が壊れた熱計を 3 つ持ってきて、「何か役に立つことをしてください」と言いました。



便利な面から、棚に置いたままの状態で、熱計から温度センサーを切り取りました。 熱量計のデザインが気に入りました。 体は2つの半分で構成されています。 常設される下半分には、外部接続用の端子台を備えた基板が 2 枚と、ケース上部の基板に接続するためのブロックが 1 つあります。 そしてケース上部にはメーターのメイン基板があります。 私たちも同じ理念でこの建物を利用していきます。


インジケーターを試着してみる

船体上部を作りました プリント回路基板、V 下部、私は基板を作ったのではありません - すべてを回路基板上に組み立てました。



デバイスの電源は次のとおりです。 パルスブロックかつてADSLルータに電力を供給するために使用されていた電源。 その後、彼は衰弱のため引退し、修理の後、私の装置に電力を供給するために再び稼働しました。

フロントパネル

フロントパネル用のステッカーを作りました。 素敵なボーナス私の場合、透明なポリマーに印刷するとペイントが半透明になることがわかり、インジケーターフィルターを放棄して、単純に赤の長方形の塗りつぶしを作成することができました。



最小印刷フォーマットがA3だったので、ステッカーを3バージョン重複して注文しました。 私は濃い色のほうが好きでした。 または、飽きたら、いつでも新しいステッカーを注文できます。

センサーの取り付け

クリスマスツリーのガーランドの筐体にセンサーを取り付けました。


ハウジングはタンクの蓋に固定されました。

センサーを取り付けるための穴を開けます。


ケーブルと電解コンデンサーをはんだ付けし、ホットグルーですべてを満たしました。

作品の説明

回路に電力が供給されると、まず 7 セグメント インジケータと LED ストリップがテストされます。 デバイスが校正されていない場合、インジケーターには測定された距離のみが表示されます。 LED のラインが機能せず、タンクの充填と排出の制御機能も使用できません。 校正されていないデバイスの動作については、これ以上言うことはありません。
さて、校正してみましょう!

較正

キャリブレーションは 3 つの段階で構成されます。
1. ゼロ校正。 デバイスにタンクの下位レベル、つまり空のタンクを表示します。
2. 上位レベルの校正。 デバイスに最大レベルを表示します。
3. タンク容積を入力します。


両方のボタンを押したままインジケーターをテストした後、校正モードに入ります。 ボタンを放すと、インジケーターに底までの距離がミリメートル単位で表示され、LED ラインの下の LED が点灯し、ゼロ校正モードを示します。

空のタンクでパラメータを校正するには、「排水」ボタンを押して次の段階、つまり最大レベルの校正に進みます。 インジケーターには距離もミリメートル単位で表示されます。 バー上のすべての LED が点灯し、最大レベル校正モードを表します。 さらにオプションが可能です。タンクを 100% まで満たしてから、「充填」ボタンを押して上限レベルを設定します。 または、単にリフレクターを予想される最大レベルのセンサーに移動することもできます。

レベルを校正した後、タンク容積の入力に進みます。 「Fill」ボタンを使用して桁の値を変更し、「Drain」ボタンを使用して桁を変更し、以下同様に 4 桁すべてを順番に変更します。 キャリブレーションには 2 つのロックがあります。 重要ではありません - 容量が入力されていない場合、容量はそれぞれ 100 に設定され、表示はパーセントまたはタンクが 100 リットルの場合はリットルで表示されます。 2 つ目はクリティカル ブロッキングです。センサーは上部に配置されているため、上位レベルの値は下位レベルより大きくすることはできません。
この場合、デバイスはキャリブレーションを行わず、単に距離を表示します。

作品の説明と実際の動画

キャリブレーションが成功すると、デバイスは水の量をリットル単位で表示し、水位を数十パーセント単位で LED の列に表示します。 タンクの充填・排出機能も利用可能になります。 このデバイスには自動充填機能があり、電源が投入されると無効になります。 自動充填を有効にするには、「充填」ボタンを押す必要があります。その後、タンクは 90% まで充填されます。

タンクに水を入れると、携帯電話のバッテリーを充電するときと同様に、LED バーのレベルが表示されます。 レベルが 10% を下回ると、補充が自動的にオンになります。 タンクはいつでも満タンにすることができます。 充填を中止するには、充填中に「排水」ボタンを押してください。 タンクの使用を停止するためのドレン機能が備わっています。 冬期間。 たぶんあまりない 必要な機能、経験豊富なデバイスでは、一度にすべてを検討するのは困難ですが、今はそのままにしておきます。

排水を作動させるには、「排水」ボタンを押すと、排水バルブをオンにするリレーがオンになります。 パイプラインから水を排出するのに必要な遅延後にゼロレベルに達すると、リレーがオフになります。 さて、排水中、バッテリー - タンクは充電されなくなり、放電されます。 ドレンを作動させた後、自動充填モードはオフになりますが、「充填」ボタンを押すと再びオンにできます。

以上です。デモビデオをご覧ください。

プロトタイプのビデオ:

ファイル (2014 年 4 月 5 日更新):

回路図、基板、データシート: ▼ 🕗 06/04/14 ⚖️ 467.61 KB ⇣ 218 こんにちは、読者さん!私の名前はイゴール、45歳、シベリア人で熱心なアマチュア電子技術者です。 私は 2006 年以来、この素晴らしいサイトを思いつき、作成し、維持してきました。
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