В помощь домашнему мастеруВ помощь домашнему мастеру

ЧТО ЗНАЕТЕ ХОРОШЕГО, ТОГО НЕ ЗАБЫВАЙТЕ, ЧЕГО НЕ ЗНАЕТЕ, ТОМУ УЧИТЕСЬ...

Поиск
Текст поиска*
Введите текст для поиска

Емкостный датчик уровня

В автоматических системах поддержания уровня воды в резервуаре чаще всего используют поплавковые и электродные датчики. Поплавковым свойственны многие недостатки — наличие подвижных частей, обмерзание в зимний период и др. Электродные — не имеют подвижных элементов, но зимой и они покрываются льдом и часто отказывают. Это заставляет в системах управления, выпускаемых промышленностью, предусматривать электрообогрев датчиков, что затрудняет эксплуатацию и повышает расход электроэнергии.

В описанном ниже автоматическом устройстве использован емкостный датчик уровня воды. Такие датчики надежно работают в самых неблагоприятных условиях, не содержат подвижных

частей, просты в обслуживании. Обкладками датчика служат металлические стенки резервуара и зонд. Результирующая емкость такого датчика зависит от уровня заполнения резервуара водой.

Датчик с емкостью Сд входит в состав измерительного моста переменного тока CдR7R8R9 (см. схему рис. 1). Переменное напряжение вырабатывает генератор, выполненный на элементах DD1.1, DD1.2. Формирователем выходных сигналов генератора служит включенный на его выходе RS -триггер на элементах DD2.1, DD2.2 и согласующий инвертор DDI.3. На транзисторах VT1, VT2 собраны выходные усилители тока.

С измерительного моста сигнал поступает на вход.синхронного детектора, состоящего из двух коммутаторов D А1.1, D А1.2 и дифференциального усилителя на ОУ DA2. Детектор преобразует изменение амплитуды сигнала переменного тока в постоянный ток, значение которого пропорционально емкости Сд датчика. Подстроечным резистором R14 регулируют коэффициент ослабления синфазной составляющей сигнала. Усилитель постоянного тока на ОУ DA3, DA4 усиливает напряжение сигнала до необходимого уровня. RC фильтр R20C3 подавляет переменную составляющую   в  усиленном   сигнале постоянного тока. Резистор R21 служит для балансирования усилителя постоянного тока.

Усиленный сигнал поступает на вход двух компараторов — верхнего на ОУ DA5 и нижнего DA6 уровней воды в резервуаре. Резисторами R22 и R24 устанавливают пороги переключения соответствующих компараторов. Когда уровень сигнала на неинвертирующем входе компаратора DA5 меньше порогового напряжения на инвертирующем входе, то на выходе ОУ будет низкий уровень. Если уровень сигнала на инвертирующем входе компаратора DA6 меньше порогового, то на его выходе будет высокий уровень сигнала, если же сигнал на этом входе больше порогового, выходное напряжение уменьшается до низкого уровня.

 

Емкостный датчик уровня. Принципиальная схема

Рис. 1. Емкостный датчик уровня. Принципиальная схема


Выходное напряжение компараторов верхнего и нижнего уровней ограничивают диоды VD1 и VD2. Эти выходные сигналы непосредственно поданы на входы К и J триггера DD3, который вместе с транзистором  VT3 и оптроном U1 образует узел управления тринистором VS1. Нагрузкой тринистора служит исполнительное реле К1; контакты реле (они на схеме не показаны) коммутируют электродвигатель водяного насоса.

Если в резервуаре воды нет, выходной сигнал измерительного моста равен нулю, при этом на выходе компаратора DA6 нижнего уровня действует высокий уровень, а на выходе компаратора DA5 низкий. Такой комбинации входных сигналов триггера DD3 соответствует уровень 1 на его выходе. Поэтому транзистор VT3, а вслед за этим и тринистор VS1 открываются. Насос начинает заполнять водой резервуар. Когда уровень воды поднимется до нижней отметки, емкость датчика изменится так, что на выходе компаратора DA6 появится низкий уровень. Однако состояние триггера DD3 не изменится и поэтому насос продолжает работать. Как только вода достигнет верхней отметки, на входе К триггера появится уровень 1, триггер переключится в состояние 0 и насос выключится.

Когда в процессе расходования воды ее уровень понизится, на входе К триггера вновь появится сигнал 0, но состояние триггера не изменится до тех пор, пока уровень воды, понижаясь, не перейдет нижнюю отметку. Появление в этот момент сигнала 1 на входе J триггера приведет к его переключению и новому включению насоса. В регуляторе применены постоянные резисторы МЛТ, подстроечные — СП-3-276; конденсаторы КМ и К50-6. ОУ К140УД6 можно заменить на К140УД7 или К153УД2, К154УД2 с соответствующими цепями коррекции. Для питания регулятора необходим стабилизированный двуполярный источник напряжения 2X15 В. Потребляемый ток  не  превышает  2Х100  мА.

Емкостный датчик уровня представляет собой изолированный от воды провод или стержень, опущенный в резервуар вертикально. Длина датчика зависит от глубины резервуара. Местоположение датчика относительно оси резервуара некритично. Необходимо фиксировать положение провода, чтобы емкость не изменялась в процессе эксплуатации. Если резервуар бетонный, то необходимо опустить в него два вертикальных провода, отстоящих один от другого на некоторое расстояние. Один из них подключают к общему проводу регулятора, а другой — к верхнему по схеме выводу резистора R8. От размеров резервуара зависит емкость датчика, а следовательно, напряжение, поступающее на вход компараторов нижнего и верхнего уровней. Поэтому в каждом конкретном случае требуется подобрать соответствующие пороги срабатывания компараторов.

При налаживании устройства сначала замыкают между собой выходы коммутаторов DA.1.1 и DA1.2 и подстроечным резистором R14 добиваются минимального напряжения на конденсаторе СЗ. Затем подстроечным резистором R21 балансируют усилитель постоянного тока таким образом, чтобы напряжение на конденсаторе СЗ равнялось нулю. После этого размыкают выходы коммутаторов. Датчик монтируют в пустом резервуаре и подключают его к устройству. Подстроечным резистором R9 балансируют измерительный мост так, чтобы напряжение на конденсаторе СЗ было минимальным, при этом убеждаются, что на выходе компаратора нижнего уровня присутствует сигнал 1, а на выходе компаратора верхнего уровня — сигнал 0.

Затем заполняют резервуар водой до нижней отметки и движок подстроечного резистора R24 устанавливают в такое положение, чтобы на выходе компаратора DA6 появился сигнал 0. Заполнив резервуар водой до верхней отметки, резистором R22 добиваются сигнала 1 на выходе компаратора DA5. В заключение проверяют работу узла управления включением реле К1 и насоса при изменении уровня воды в резервуаре.

 

Читайте ещё:

  1. Эквивалент нагрузки
  2. Лабораторный блок питания
  3. Электронный комнатный термометр
  4. Блок питания паяльника
  5. Устройство записи телефонных разговоров

<<<Назад