Rilevatori di livello liquidi. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica

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Gli interruttori di livello sono i dispositivi di automazione più comuni. I principi di funzionamento di questi dispositivi sono molto diversi e sono determinati sia dalle proprietà fisiche dell'ambiente che dai compiti assegnati. Quando si segnala il livello di sostanze secche sfuse, radar a ultrasuoni, misuratori di massa di un contenitore con un prodotto, sistemi basati sulla misurazione dell'attenuazione di un'onda ultrasonica che si propaga lungo la parete del contenitore da un emettitore situato a livello dell'impostazione dell'allarme a vengono utilizzati un ricevitore posizionato orizzontalmente ad una certa distanza. Esistono addirittura dispositivi a radioisotopi che illuminano la parete del container, sul lato opposto del quale si trova un contatore Geiger.

Sono disponibili molti altri dispositivi per la segnalazione del livello dei liquidi. Se il liquido non è elettricamente conduttivo, oltre a quelli sopra indicati, vengono utilizzati sensori capacitivi - quando una coppia di elettrodi adiacenti, isolati con pellicola fluoroplastica, viene inserita nel serbatoio al livello di allarme. Quando il liquido copre gli elettrodi, la sua costante dielettrica aumenta la capacità elettrica, la cui variazione viene misurata dal circuito elettrico del sensore. Quelli più comunemente utilizzati sono gli allarmi a galleggiante e a vibrazione.

Nei sensori a galleggiante, di cui esiste una grande varietà di modelli, quando il galleggiante galleggia verso l'alto, viene attivato un interruttore reed o un elemento senza contatto. La base dell'allarme a vibrazione è un generatore a bassa frequenza LC v. Nel campo dell'induttanza si trova un risonatore meccanico a forma di diapason. Quando il liquido tocca i petali del risonatore, l'attenuazione delle vibrazioni meccaniche aumenta notevolmente e la generazione viene interrotta. Il circuito di segnalazione produce un segnale esterno quando viene raggiunto il livello richiesto.

Oltre ai metodi sopra indicati, la segnalazione del livello di liquidi elettricamente conduttivi viene spesso eseguita utilizzando elettrodi di monitoraggio. Il principio di funzionamento è misurare la resistenza elettrica tra l'elettrodo di controllo e il filo comune. Per eliminare l'effetto della polarizzazione degli elettrodi, in cui l'elettrodo è ricoperto da una pellicola di prodotti dell'elettrolisi che conduce male la corrente elettrica, i test vengono eseguiti esclusivamente su corrente alternata. Molto spesso, il livello dell'acqua viene misurato in questo modo. Tipicamente, la tensione attraverso gli elettrodi di controllo è di circa 6 V e il circuito elettronico viene attivato quando la resistenza nel circuito degli elettrodi di controllo è inferiore a 3 kOhm.

Il circuito del segnalatore ha un ingresso simmetrico per entrambe le semionde della tensione di comando. La tensione generata dal resistore di misurazione viene raddrizzata e fornita all'ingresso dell'elemento soglia, all'uscita del quale è collegato un relè o un elemento senza contatto.

Poiché nella vita di tutti i giorni è molto spesso necessario segnalare il livello dell'acqua e i circuiti che utilizzano elettrodi di controllo sono i più semplici e accessibili per la ripetizione indipendente, in questa sezione verranno considerati solo tali sistemi. L'autore ha sviluppato diverse dozzine di circuiti simili, principalmente per l'uso in imprese industriali, ma molti progetti sono perfetti per la segnalazione di livello in serbatoi di stoccaggio, pozzi, piscine, pozzi di drenaggio, ecc.

In questa sezione, per semplicità, vengono considerati solo dispositivi di segnalazione a due canali di varia complessità e su diverse basi di elementi, ma il numero di canali può essere realizzato a qualsiasi dimensione. Ad esempio, l’industria produce allarmi a tre canali, ma le famiglie potrebbero aver bisogno di dispositivi a cinque o più canali. Il circuito di un qualsiasi dispositivo di allarme fornisce necessariamente una corrente alternata all'elettrodo di controllo, che viene poi alimentata ad un elemento di soglia avente una caratteristica di isteresi. All'uscita del dispositivo di soglia sono collegati un relè elettromagnetico o elementi senza contatto. A causa della diversità dell'elemento base, può esserci un'enorme varietà di tali circuiti, ma per semplicità di seguito verranno considerati solo i circuiti con uscita a relè.

Fig. 1

Il dispositivo di segnalazione più semplice può essere realizzato utilizzando relè elettromagnetici (Fig. 1). Il circuito utilizza solo relè a corrente continua, poiché un relè a corrente alternata non ha praticamente isteresi e l'attivazione dell'allarme nel momento in cui l'elettrodo tocca la superficie dell'acqua sarà accompagnata da un forte tintinnio. Lo svantaggio del circuito è l'uso obbligatorio di relè a bassa potenza e bassa sensibilità.

Fig. 2

Il circuito a transistor ha caratteristiche significativamente migliori (Fig. 2). Per evitare che il relè rimbalzi quando l'elettrodo tocca la superficie dell'acqua, a causa delle proprietà di soglia insufficienti del circuito, nel circuito di base del transistor sono installati condensatori elettrolitici. Un trigger Schmitt può essere utilizzato come elemento di soglia, come avviene nei dispositivi industriali, ma ciò complica notevolmente il circuito.

Fig. 3

Fig. 4

Tiristori e triac hanno buone proprietà di soglia. Il circuito a tiristori è semplice e affidabile (Fig. 3), ma ci sono problemi con la tensione sui relè di uscita. Un circuito più semplice e affidabile (Fig. 4) si ottiene utilizzando triac importati della serie BT134 ... BT138. Il circuito può utilizzare qualsiasi relè o altri carichi, ad esempio lampade di segnalazione o un campanello.

Fig. 5

Se vengono utilizzati relè o altri elementi con una tensione di ~ 220 V, il circuito più adatto è quello mostrato nella Figura 5. Gli elementi di soglia sono meglio costruiti su microcircuiti. È possibile utilizzare il microcircuito K561TL2, un trigger Schmitt, ma a causa della sua scarsità, i circuiti che lo utilizzano non sono considerati qui.

Fig. 6

Fig. 7

Quasi tutti gli elementi logici hanno buone proprietà di soglia, ma per semplicità considereremo solo K561PU4 (Fig. 6). A volte sono necessari dispositivi di segnalazione i cui relè di uscita vengono attivati ​​in assenza di acqua e rilasciati quando l'elettrodo tocca la superficie dell'acqua. Questo circuito è utile per il monitoraggio remoto della funzionalità del dispositivo di segnalazione: basta spegnere l'alimentazione e NC. i contatti del relè si chiuderanno (Fig. 7).

Fig. 8

Fig. 9

Se non è disponibile un trasformatore adatto con due avvolgimenti di uscita, è possibile utilizzare un circuito con un avvolgimento secondario (Fig. 8). A seconda della tensione di questo avvolgimento, vengono selezionati i relè di uscita. Il circuito ha buone caratteristiche e una caratteristica inversa dello stato dei relè di uscita. Se è necessario controllare il livello dell'acqua in un contenitore, dove spruzzi e onde sono sempre presenti sopra la superficie, è meglio utilizzare un circuito con smorzamento del segnale di livello. Il circuito dovrebbe funzionare solo dopo che dagli elettrodi appare un segnale stabile e non disattivare il segnale di uscita in caso di perdita di livello a breve termine. Il circuito quad comparatore ha caratteristiche molto buone. Il circuito utilizza un trasformatore con un avvolgimento secondario. Se è necessario utilizzare potenti relè di uscita nel circuito, saranno necessari amplificatori a transistor aggiuntivi.

Riso. 10 (clicca per ingrandire)

L'industria produce numerosi interruttori di livello, ma non tutti i loro progetti possono essere definiti di successo. L'autore ha dovuto più volte portare alla perfezione i prodotti seriali (Fig. 10). Perché i circuiti dei dispositivi industriali sono spesso irragionevolmente complicati e inaccessibili; non verranno considerati ulteriormente. Qui consideriamo solo i circuiti di segnalazione più semplici che hanno buone caratteristiche. Sulla base di essi si possono creare tanti altri schemi, che l'autore non pubblica qui e invita i lettori a farlo da soli.

Autore: Kravcov V., kravitnik.narod.ru

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