Датчики уровня предназначены для непрерывного измерения уровня жидких сред. Они применяются в различных промышленных отраслях, при управлении и регулировании технологических процессов.
Приборы для измерения уровня можно разделить по конструкции на датчики с индикацией и без нее. Кроме того, по принципу измерения приборы различаются:
- Поплавковые, у которых чувствительным элементом является плавающий в измеряемой жидкости поплавок;
- Мембранные, у которых чувствительным элементом является мембрана и давление столба измеряемой жидкости уравновешивается упругой деформацией мембраны;
- Ёмкостные, у которых используется изменение электрической емкости датчика при изменении уровня измеряемой среды;
Рассмотрев разные типы датчиков уровня, и учитывая первый признак классификации. Рассмотрим датчик уровня поплавковый с индикацией. Данный датчик предназначен для использования в составе систем автоматизации. Может использоваться совместно с системами блокировки подачи воды путем прямого подключения к перекрывающим клапанам, в системах речевого оповещения, блоками охранно-пожарной сигнализации, системами контроля уровня воды в емкости и прочее.
Датчик состоит из первичного и вторичного преобразователей, которые можно располагать в любых местах. Датчик осуществляет непрерывный, автоматический контроль уровня измеряемой среды. Изменение этого уровня приводит к перемещению поплавка вдоль штока с чувствительными элементами (герконами), что приводит к включение светодиода состояния уровня и исполнительной релейной цепи. Так же в датчике имеется аварийная блокировка, которая отключает все релейные цепи при обрыве провода идущего от первичного преобразователя или его коротком замыкании. Датчик имеет полную гальваническую развязку релейного выхода и цепей питания.
Пришло время рассмотреть схемотехнику датчика уровня «КИПАРИС-ПГ» на 4 уставки. Датчик выполнен на 3-х платах (1-плата первичного преобразователя, 2,3-платы вторичного преобразователя).
Плата первичного преобразователя представляет собой задатчик тока с несколькими значениями тока 6мА, 10мА, 14мА, 18мА, которые устанавливаются с помощью подстроечных резисторов (R2-R5), а с помощью резистора (R1) устанавливается ток инициализации около 3мА.
Платы вторичного преобразователя представляют собой силовую и управляющую части.
Силовая часть состоит из трансформаторного блока питания, разъемов и исполнительных реле. Трансформаторный блок питания обеспечивает напряжения постоянного тока +24В, +12В, +5В. Установленный трансформатор блока питания имеет две обмотки с напряжением 20В и 6В переменного тока. Исполнительные реле рассчитаны на напряжение 24В и имеют как NO так NC контакты.
Управляющая часть состоит из микроконтроллера, устройства индикации, драйвера управляющего исполнительными реле.
На микроконтроллере реализован алгоритм работы датчика КИПАРИС-ПГ и он обеспечивает отрабатывание сигнализации:
- аварийно низкий уровень (ток 4-8мА),
- низкий уровень (ток 8-12мА),
- высокий уровень (ток 12-16мА),
- аварийный уровень (ток 16-20мА),
- авария первичного преобразователя (ток меньше 2,5мА и больше 22мА).
Устройства индикации предназначено для визуального отображения:
- наличие питания (СЕТЬ),
- уставки уровня (АВАРИЙНО НИЗКИЙ, НИЗКИЙ, ВЫСОКИЙ, АВАРИЙНЫЙ),
- сигнала об аварии первичного преобразователя (АВАРИЯ).
Драйвер выполняет роль согласующего устройства между микроконтроллером и исполнительными реле по току и напряжению.
Наладка датчика уровня начинается с первичного преобразователя, а именно с установки тока инициализации (не меньше 2,5мА с помощью R1) и токов уставок (6мА, 10мА, 14мА, 18мА с помощью R2-R5). Для этого первичный преобразователь подключают к вторичному преобразователю соблюдая полярность. Затем запитывают датчик уровня от сети 220В и производят установку токов с помощью милиамперметра. Наладка вторичного преобразователя заключается в установки напряжения подаваемого на микроконтроллер с помощью подстроечного резистора (R7), при этом при срабатывании уставок 6мА, 10мА, 14мА, 18мА напряжение на 3 ножке микроконтроллера должно быть соответственно около 1,248В, 2,08В, 2,912В, 3,744В.
Фото устройства:
Прошивка микроконтроллера разработана в (CVAVR), печатная плата разработана в (EAGLE), модель создана в (PROTEUS) и находятся в архиве.
Список радиоэлементов
| Обозначение | Тип | Номинал | Количество | Примечание | Магазин | Мой блокнот | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Задатчик тока первичного преобразователя | |||||||
| IC1 | Линейный регулятор | LM317 | 1 | ||||
| R1 | Резистор | 430 Ом | 1 | ||||
| R2 | Подстроечный резистор | 330 Ом | 1 | ||||
| R3 | Подстроечный резистор | 200 Ом | 1 | ||||
| R4 | Подстроечный резистор | 150 Ом | 1 | ||||
| R5 | Подстроечный резистор | 100 Ом | 1 | ||||
| Силова часть | |||||||
| Т1 | Трансформатор | 220В/20В/6В | 1 | ||||
| IC1 | Линейный регулятор | LM7812 | 1 | R1 необходим в случае если установлен другой линейный регулятор напряжения | |||
| VD1-VD4 | Выпрямительный диод | 1N4004 | 4 | Диодный мост | |||
| С1 | Конденсатор | 1000 мкФ | 1 | 35в | |||
| С2 | Конденсатор | 470 мкФ | 1 | 25в | |||
| К1-К4 | Реле | SMI-S-212L | 1 | 24в | |||
| Исполнительная часть | |||||||
| VD1-VD4 | Выпрямительный диод | 1N4004 | 4 | Диодный мост | |||
| IC1 | Операционный усилитель | LM324 | 1 | ||||
| IC2 | Линейный регулятор | LM7805 | 1 | ||||
| IC3 | МК AVR 8-бит | ATtiny13 | 1 | ||||
| IC4 | Драйвер | UNL2003L | 1 | ||||
| С1,С2 | Конденсатор | 0.1 мкФ | 2 | ||||
| С3 | Конденсатор | 470 мкФ | 1 | 10в | |||
| R1 | Резистор | 470 Ом | 1 | ||||
| R2, R4, R10 | Резистор | 1 кОм | 3 | ||||
| R3 | Резистор | 5.1 кОм | 1 | ||||
| R5 | Резистор | 130 Ом | 2 | ||||
| R6 | Резистор | 1.2 кОм | 1 | ||||
| R7 | Подстроечный резистор | 3.3 кОм | 1 | ||||
| R8, R9 | Резистор | 200 Ом | 2 | ||||
| R11-R14 | Резистор | 2.7 кОм | 4 | ||||
| LED1 | Светодиод | АЛ336В | 1 | ||||
| LED2-LED5 | Светодиод | АЛ336А | 4 | ||||