Датчик наполнения ванны водой

Как сделать сигнализатор-датчик уровня воды
из звуковой сигнализации двери

Любители принимать ванны сталкиваются с необходимостью постоянного контроля уровня воды при ее наполнении. Благодаря наличию сливного отверстия вода не затопит помещение, но ее бесполезный расход зафиксирует счетчик, что увеличит стоимость коммунальных услуг.

Для того, чтобы избавиться от наблюдений и сэкономить средства можно воспользоваться звуковым сигнализатором, который оповестит, когда уровень воды при наполнении ванны или любой другой емкости, достигнет необходимого.

Существуют готовые сенсорные звуковые сигнализаторы, но стоят они в несколько раз больше и питается от батареи типа «Крона», которой хватает ненадолго.

Можно было самому сделать емкостной датчик уровня воды, но гораздо проще переделать звуковой магнитный сигнализатор для двери, стоимостью в 1$, дополнив магнитиком, пружинкой, нитью и поплавком.

Изготовление звукового поплавкового датчика уровня воды

Для оповещения достижения заданного уровня воды при наполнении ванны я за пару часов переделал звуковой охранный сигнализатор для дверей под эту задачу.

Как разобрать сигнализатор

Сначала надо снять крышку батарейного отсека, сдвинув его вдоль корпуса сигнализатора. Далее нужно снять вторую часть крышки, в которой установлен звуковой излучатель.

При внешнем осмотре крепежных элементов не наблюдалось. Предположил, что крышка держится на защелках. Но попытка снять ее, освободив защелки, не увенчалась успехом. Оказалось, что крышка закреплена саморезом.

С обратной стороны сигнализатора был наклеен двухсторонний скотч. С помощью иголки было найдено место нахождения самореза, и он выкручен крестовой отверткой.

На фотоснимке показана снятая крышка с громкоговорителем пьезоэлектрического типа. Слева от него видна стойка для самореза. Выводы излучателя были отпаяны и обозначена полярность.

Звуковой сигнализатор разобран и теперь стало понятно, как его переделать под сигнализатор уровня воды. В качестве датчика использовался геркон, представляющий собой герметичную стеклянную ампулу, в которой размещены два контакта. При воздействии магнитного поля, контакты служат магнитопроводом и, притягиваясь, друг к другу, замыкают электрическую цепь. Ведут себя как включатель.

Доработка сигнализатора двери

Решено было вместо штатного магнита с большими размерами, разместить в корпусе небольшой неодимовый магнит. Но мешал геркон и резистор, которые были установлены сверху на печатной плате.

После снятия печатной платы оказалось, что под ней в корпусе имелось достаточно места, для переноса мешающих элементов на сторону с печатными проводниками.

При выпайке резистора у него отвалился один из выводов, пришлось заменить другим. Заодно выяснил, что резистор задает частоту излучения пьезоэлектрического излучателя. Геркон был установлен таким образом, чтобы, магнит замыкал его контакты, находясь в нижнем положении, то есть звука не было.

Неодимовый магнит был взят от отказавшего жесткого диска компьютера. От него с помощью зубила был отколот небольшой кусочек. Острые края закруглены на наждачной бумаге.

Для закрепления магнита на капроновом шнурке на нее был надет отрезок полихлорвиниловой трубки подходящего диаметра и в нее с усилием вставлен магнит. При желании можно трубку опустить на десяток минут в ацетон, тогда она увеличится в диаметре в два раза, а после испарения ацетона уменьшиться до исходного размера.

Пружина растяжения была закреплена в корпусе сигнализатора с помощью, вплавленной в него паяльником металлической скобки. Шнурок был привязан на узел к противоположному ее концу.

Крепление магнита с помощью трубки позволило определить оптимальное место его расположения относительно геркона и заодно ограничить свободу перемещения. После регулировки магнит был приклеен с помощью клея «Момент». На фотографии показан магнит в положении, когда уровень воды не поднял поплавок.

Проверка работы системы показала стабильную ее работу. При натяжении шнурка звук отсутствовал, а при отпускании ее раздавалась сирена большой громкости.

Поплавок был сделан из пластиковой банки подходящего размера. Для крепления нити в крышке банки было установлено ушко, сделанное из полоски нержавеющего металла. Можно использовать и отрезок алюминиевого провода для электропроводки.

Полоска с отверстием была с помощью паяльника вплавлена в крышку банки и загнута, как показано на фотографии.

Для исключения попадания воды внутрь поплавка место вхождения ушка в крышку с внутренней стороны было залито силиконом.

Для того чтобы поплавок при попадании в воду принимал вертикальное положение внутрь банки был помещен груз в виде кусков припоя. Общий вес поплавка составил 50 гр.

Для получения оптимального погружения поплавка в воду, в него добавлялся очередной кусок припоя, пока поплавок не начал плавать в воде, как показано на фотографии.

Для сигнализатора уровня воды над ванной было решено использовать проволочную полку, имевшуюся в углу стены. Поэтому в корпус сигнализатора был вплавлен крючок, сделанный из такой же полоски металла, как и ушко поплавка. Можно было закрепить на кафеле с помощью присоски, но они часто отваливаются, а датчик не герметичный. Поэтому я предпочел этот способ крепления не применять.

В сигнализатор были установлены батарейки ААА, и осталось только отрегулировать длину шнурка на требуемый уровень воды. Поэтому шнурок не был привязан к поплавку, а зафиксирован с помощью зажима.

Многократное использование звукового сигнализатора уровня воды в ванной при наполнении ее водой подтвердило эффективность самоделки. При возникновении сирены, сигнализатор выключается с помощью имеющегося штатного выключателя. С тех пор бесполезный расход воды при наборе ванны был исключен.

Источник

Управление наполнением ванны (джакузи) с Умного Дома

Одно из частых пожеланий к системе Умный Дом — управление наполнением джакузи. А в идеале — управление всеми процессами джакузи полностью.

Задача сродни управлению сауной. У сауны есть некая собственная система управления, к которой просто так не подключиться внешним управлением, разве что подавая на неё электропитание из щита. Но проблема в том, что она от этого не включается, просит ещё нажать на панели кнопку. Самый простой вариант — брать сауну без всякой системы управления и пульта, которую достаточно просто запитывать, чтобы она начала греть и убирать питание, когда температура достаточна. Ещё и экономим на системе управления сауной. Но тогда управление будет только с приложения на смартфоне или планшете, для локального управления нужно поставить сенсорную панельку.

С джакузи аналогично: хочется выкинуть все её собственные элементы управления и подключаться с контроллера Умного Дома напрямую к насосам и светильникам. Если потеря гарантии не пугает, то это наш путь. Сложность тут ещё и в том, что в инструкции к джакузи нет схемы электрических подключений всех её элементов друг к другу (там же сразу всё уже подключено), поэтому заранее всё не предусмотреть и не нарисовать, нужно получить саму джакузи и разбираться с ней, надеясь, что у неё простой доступ ко всем элементам.

Задача 1. Включить воду

Но рассмотрим отдельно процесс наполнения джакузи или ванны. Объём может быть достаточно большим, поэтому наполнение занимает длительное время (до часа, зависит от давления в водопроводе), было бы неплохо иметь возможность включить его удалённо.

Включить воду несложно — надо поставить шаровый кран с электроприводом. Причём, два крана — на горячую и на холодную воду.

Кран открывается подачей на управляющий вход 12 либо 230 вольт, а закрывается либо при убирании этого управляющего напряжения (краны Гидролок), либо при подаче напряжения на другой вход (краны Нептун). Закрывание или открывание крана занимает обычно от 7 до 15 секунд. Итак, подаём сигнал — открываем воду.

Задача 2. Контроль температуры

Мне сразу приходит в голову идея поставить трёхходовой клапан в качестве смесителя, датчик температуры воды на трубу после клапана, и контролировать температуру, управляя клапаном.

Если такая картинка вам о чём-то говорит, значит, мы учились на схожих специальностях

На деле такой алгоритм на готовой системе автоматики, имеющей ограниченные возможности программирования, не реализовать. Ни на EasyHomePLC, ни на Beckhoff с программой EasyHome, ни на Fibaro или чём-то похожем. Возможно, есть джакузи с электронной системой наполнения, где такой алгоритм реализован, но есть ли у них внешнее управление?

Могу предложить поступить проще — поставить термостатический смеситель.

На смесителе ручкой слева выставляется температура, а он её поддерживает чисто механически. Имеет смысл поставить температуру воды выше комфортной, чтобы к моменту наполнения вода чуть остыла как раз до комфортной температуры.

Для механизма наполнения, кстати, можно поставить вот такой смеситель прямо внутри ванны, тогда и кран шаровый можно поставить всего один, на выходе смесителя.

Если смеситель ставится обычный, на стене, то очень важно заранее подготовиться — выставить желаемую температуру, перекрыть краны с контроллера, а смеситель открыть полностью, чтобы при включении кранов вода сама пошла. И не забыть заткнуть пробку слива на дне ванны.

Такая схема не позволяет удалённо управлять температурой воды, она набирается такой температуры, какой мы её выставили заранее на смесителе.

Задача 3. Контроль количества воды

Когда выключить наполнение? Тут два варианта: по датчику уровня воды и по счётчикам количества воды.

В качестве датчика уровня воды можно использовать датчик типа «лягушка» либо датчик протечки, но, во-первых, это крайне некрасиво и неудобно, во-вторых, он запросто забрызгивается водой.

Можно поискать датчик покрасивее и поаккуратнее и попытаться встроить в корпус ванны. Но надо прописать в контроллере код для возможности включения и выключения функции датчика (закрывать подачу воды при срабатывании). В стенку джакузи может быть встроен собственный датчик уровня воды. Он нужен затем, чтобы не дать включиться гидромассажу, когда в джакузи нет воды (иначе сгорит насос). Мы можем подключить контроллер к этому датчику, надо только разобраться в том, какой сигнал он даёт, и какое питание ему нужно.

Другой вариант — счётчики воды с импульсным выходом. Ставим такой на наполнение и считаем импульсы. Насчитали 600 литров — выключаем наполнение водой. А если в начале наполнения ванна уже не пустая, нужна возможность указать желаемой количество литров воды.

Ещё один вариант — встраиваем счётчик воды с импульсным выходом в трубу перелива. Пошла туда вода — значит, отключаем наполнение.

Остаётся всё это напрограммировать. Всё, кроме регулировки температуры, отлично управляется с любого контроллера, какой бы способ контроля перелива и какие краны мы не выбрали.

В общем, стандартного универсального решения нет. Им было бы джакузи с системой управления, имеющей внешние контакты, но я таких пока не встречал.

19,250 просмотров всего, 24 просмотров сегодня

Источник

Выбираем датчик уровня воды в резервуаре и емкости

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.

Различные виды датчиков уровня

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.

Рисунок 4. Измерение уровня жидкости кондуктометрическими датчиками

В приведенном примере задействован трехуровневый сигнализатор, в котором два электрода контролируют заполнение емкости, а третий является аварийным, для включения режима интенсивной откачки.

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.

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.

Источник