Indicatore di livello elettronico. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica

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Nella pratica dei radioamatori, a volte diventa necessario monitorare il livello del liquido nei serbatoi chiusi. I sensori di livello a ultrasuoni e capacitivi consentono tale controllo analogico o digitale con la minima discrezione. Tuttavia, questi dispositivi piuttosto complessi e costosi vengono utilizzati solo nell'industria. Gli indicatori di livello elettronici descritti nell'articolo sono discreti e sono progettati per monitorare il livello del liquido in vari contenitori.

Gli indicatori di livello elettronici proposti consentono di controllare il volume dell'acqua o delle soluzioni acquose, compresa l'acqua addolcita, che viene utilizzata negli impianti di riscaldamento. Il principio di funzionamento degli indicatori di livello si basa su una significativa diminuzione della resistenza tra i contatti del sensore quando sono immersi in un liquido.

Lo schema della prima versione dell'indicatore di livello è mostrato in Fig. 1. Il partitore di tensione, formato da uno dei resistori R1 - R6 e la resistenza del sensore collegato a uno degli ingressi 1 - 6 e al filo comune 7, imposta il livello logico di tensione all'ingresso dell'inverter. Quest'ultimo funge contemporaneamente da elemento tampone. Le uscite dell'inverter sono collegate ai LED, sulla base dei quali viene costruita la scala di livello. Per proteggerlo da possibili interferenze e disturbi impulsivi, all'ingresso di ciascun inverter è installato un circuito integratore R7C3 - R12C8.

Il LED acceso corrisponde allo stato aperto del sensore. Grazie a questa soluzione, il consumo di corrente quando tutti i sensori sono immersi in acqua o soluzione, cioè quando il contenitore è completamente pieno, non supera i 2 mA. L'indicatore di livello può essere alimentato da qualsiasi sorgente stabilizzata con una tensione di 4...15 V. Quando alimentato a bassa tensione (4 V), è necessario selezionare i resistori R13 - R18 per garantire la luminosità desiderata dei LED e dei resistori R1 - R6 secondo il criterio di funzionamento affidabile degli inverter del microcircuito DD1.

La corrente totale consumata dall'indicatore di livello quando tutti gli indicatori sono attivati, ovvero quando il serbatoio è vuoto, dal calcolo si può stimare 4 mA per ogni volt della tensione di alimentazione IW- Pertanto, con una tensione di alimentazione Upit = 4 V, il consumo di corrente sarà di 16 mA, mentre a 15 V - 60 mA.

Uno schizzo del circuito stampato di questo indicatore di livello è mostrato in fig. 2.

I sensori di livello sono posizionati su un tubo cilindrico in materiale dielettrico. Ogni sensore è costituito da due strisce di lamina di rame larghe 10 mm, distanziate l'una dall'altra ad una distanza di 10...20 mm. Una delle strisce è collegata al filo comune, l'altra all'ingresso del misuratore di livello. Ci sono sei sensori sul tubo. I fili di prelievo vengono instradati all'interno del tubo e collegati al cavo tramite un connettore a sette pin. Grazie a questo design, un indicatore può essere utilizzato con diversi sensori.

Ogni sensore è calibrato per il proprio volume di liquido e collegato all'indicatore con un cavo composto da sette fili PEV-2 con un diametro di 0,3...0,5 mm. Nella versione originale, la lunghezza del cavo raggiungeva i 50 m Poiché l'unità display funziona con una tensione costante sugli ingressi logici e ha un'elevata resistenza di ingresso, non ci sono restrizioni fondamentali sulla lunghezza del cavo.

Quando si ripete il progetto, è possibile utilizzare qualsiasi microcircuito CMOS, i cui elementi sono inclusi come inverter, ad esempio K561LA7. È solo necessario modificare il cablaggio dei conduttori del circuito stampato e il numero di livelli controllati in conformità con numero di inverter nel microcircuito. È consentito utilizzare più microcircuiti per aumentare il numero di livelli controllati.

L'indicatore di livello proposto non funzionerà con i microcircuiti della serie TTL, ad esempio K155 o K555, poiché questi microcircuiti richiedono una corrente di ingresso significativa.

I valori dei resistori all'ingresso dell'inverter possono essere modificati entro ampi limiti: R1 - R6 - da 5 a 100 kOhm; R7 - R12 - da 100 a 750 kOhm. La capacità dei condensatori C3 - C8 deve essere sufficiente ad attenuare il rumore impulsivo e il rumore di rete. Può raggiungere 1 µF. I resistori R13 - R18 impostano la luminosità desiderata dei LED HL1 - HL6, che possono essere qualsiasi LED che emettono luce nella regione visibile dello spettro e forniscono una luminosità sufficiente con un consumo di corrente non superiore a 10 mA.

L'unità display può essere integrata e migliorata installando un decoder e un indicatore a sette segmenti. Poiché non esistono decoder standard per la visualizzazione dello stato dei sensori corrispondenti al diagramma sopra, si è deciso di utilizzare il chip RPZU K155REZ come decoder. Allo stesso tempo, il numero di sensori controllati è stato ridotto a 5 (in base alla larghezza del bus indirizzi del microcircuito). Lo schema della seconda versione dell'indicatore di livello è mostrato in Fig. 3.

(clicca per ingrandire)

Il sistema di sensori ed elementi buffer di ingresso, che sono gli invertitori del chip DD1, è simile a quello utilizzato nella prima versione dell'indicatore di livello. L'ingresso del decodificatore, assemblato sul chip DD2, riceve i dati dalle uscite di DD1.

In conformità con il firmware presentato nella tabella, l'indicatore a sette segmenti HL1 visualizza informazioni sul livello massimo dell'acqua nel serbatoio.

Poiché il chip RPZU K155REZ utilizzato in questo progetto è fondamentale per la tensione di alimentazione, il dispositivo mostrato in Fig. 3, deve essere alimentato da una fonte di tensione stabile di 5 ± 0,25 V. Nella modalità di indicazione, il consumo di corrente raggiunge 100 mA, quindi non è consigliabile utilizzare una fonte di alimentazione autonoma. Si consiglia un raddrizzatore di rete per alimentare l'indicatore. Sulla scheda dell'indicatore di livello, realizzata secondo il secondo schema (Fig. 4), è presente un posto per l'installazione dello stabilizzatore integrato K142EN5, il cui utilizzo consentirà di collegare l'indicatore a un raddrizzatore con una tensione di uscita fino a 15 V.

Informazioni sui dettagli del design. Come indicatore è possibile utilizzare qualsiasi indicatore a sette segmenti con catodo comune. All'uscita del decoder è possibile collegare anche un indicatore con anodo comune. In quest'ultimo caso è necessario invertire i dati nella tabella di programmazione dell'RPZU K155REZ e attivare i resistori limitatori di corrente su ciascuna uscita dell'RPZU. L'anodo indicatore è collegato al cavo di alimentazione positivo.

Il decodificatore può essere eseguito anche su EPROM di altro tipo e capacità, nonché sugli FPGA più semplici, ad esempio PAL16L8 e simili, senza trigger nei circuiti di uscita.

Autore: I.Tsaplin, Krasnodar

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