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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Elektronischer Füllstandsmesser. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Anfänger Funkamateur [Bei der Verarbeitung dieser Anweisung ist ein Fehler aufgetreten.] In der Praxis von Funkamateuren ist es manchmal notwendig, den Flüssigkeitsstand in geschlossenen Tanks zu kontrollieren. Eine solche analoge oder digitale Steuerung mit minimaler Diskretion ermöglicht Ultraschall- und kapazitive Füllstandsensoren. Diese recht komplexen und teuren Geräte werden jedoch nur in der Industrie eingesetzt. Die im Artikel beschriebenen elektronischen Füllstandsmessgeräte sind diskret und dienen der Kontrolle des Flüssigkeitsstands in verschiedenen Behältern. Mit den vorgeschlagenen elektronischen Füllstandsmessgeräten können Sie das Volumen von Wasser oder wässrigen Lösungen, einschließlich enthärtetem Wasser, das in Heizsystemen verwendet wird, kontrollieren. Das Funktionsprinzip von Füllstandsmessgeräten basiert auf einer deutlichen Verringerung des Widerstands zwischen den Sensorkontakten beim Eintauchen in eine Flüssigkeit. Das Schema der ersten Version des Füllstandsmessgeräts ist in Abb. dargestellt. 1. Der Spannungsteiler, der aus einem der Widerstände R1 - R6 und dem Widerstand des an einem der Eingänge 1 - 6 und der gemeinsamen Leitung 7 angeschlossenen Sensors besteht, stellt den logischen Spannungspegel am Eingang des Wechselrichters ein. Letzteres fungiert gleichzeitig als Pufferelement. Die Ausgänge der Wechselrichter sind mit LEDs verbunden, auf deren Grundlage die Pegelskala aufgebaut ist. Zum Schutz vor möglichen Störungen und Impulsrauschen ist am Eingang jedes Wechselrichters eine Integrierschaltung R7C3 - R12C8 installiert.
Die eingeschaltete LED entspricht dem geöffneten Zustand des Sensors. Dank dieser Lösung überschreitet der Stromverbrauch beim Eintauchen aller Sensoren in Wasser oder Lösung, also bei vollständig gefülltem Behälter, 2 mA nicht. Der Füllstandsmesser kann von jeder stabilisierten Quelle mit einer Spannung von 4 ... 15 V gespeist werden. Bei Betrieb mit niedriger Spannung (4 V) müssen die Widerstände R13 - R18 ausgewählt werden, um die gewünschte Helligkeit der LEDs und Widerstände sicherzustellen R1 - R6 nach dem Kriterium des zuverlässigen Betriebs der Wechselrichter der DD1-Mikroschaltung. Der Gesamtstrom, der von der Füllstandsanzeige verbraucht wird, wenn alle Anzeigen ausgelöst werden, d. h. Bei leerem Tank kann aus der Berechnung von 4 mA für jedes Volt der Versorgungsspannung IW abgeschätzt werden. Bei einer Versorgungsspannung Upit = 4 V beträgt die Stromaufnahme also 16 mA und bei 15 V - 60 mA. Eine Skizze der Leiterplatte dieses Füllstandsanzeigers ist in Abb. 2 dargestellt. XNUMX.
Füllstandssensoren werden auf einem zylindrischen Rohr aus dielektrischem Material angebracht. Jeder Sensor besteht aus zwei 10 mm breiten Streifen Kupferfolie, die im Abstand von 10...20 mm voneinander entfernt sind. Einer der Streifen ist mit einem gemeinsamen Kabel verbunden, der andere mit dem Eingang des Füllstandsmessgeräts. Am Rohr befinden sich sechs Sensoren. Die Leitungen der Sender werden im Rohrinneren geführt und über einen siebenpoligen Stecker mit dem Kabel verbunden. Dank dieser Bauweise kann eine Anzeigeeinheit mit verschiedenen Sensoren verwendet werden. Jeder Sensor ist auf sein eigenes Flüssigkeitsvolumen kalibriert und über ein Kabel aus sieben PEV-2-Drähten mit einem Durchmesser von 0,3...0,5 mm mit der Anzeigeeinheit verbunden. In der Version des Autors beträgt die Kabellänge 50 m. Da das Anzeigegerät mit einer konstanten Spannung an den Logikeingängen arbeitet und eine große Eingangsimpedanz aufweist, gibt es keine grundsätzlichen Einschränkungen hinsichtlich der Kabellänge. Bei der Wiederholung des Designs können Sie beliebige CMOS-Mikroschaltungen verwenden, deren Elemente als Wechselrichter enthalten sind, zum Beispiel K561LA7. Es ist lediglich erforderlich, die Verdrahtung der Leiterplattenleiter und die Anzahl der gesteuerten Ebenen entsprechend zu ändern Anzahl der Wechselrichter im Mikroschaltkreis. Es ist zulässig, mehrere Mikroschaltungen zu verwenden, um die Anzahl der gesteuerten Ebenen zu erhöhen. Das vorgeschlagene Füllstandsmessgerät funktioniert nicht mit Mikroschaltungen der TTL-Serie, beispielsweise K155 oder K555, da diese Mikroschaltungen einen erheblichen Eingangsstrom benötigen. Die Werte der Widerstände am Eingang der Wechselrichter können in einem weiten Bereich geändert werden: R1 – R6 – von 5 bis 100 kOhm; R7 - R12 - von 100 bis 750 kOhm. Die Kapazität der Kondensatoren C3 – C8 sollte ausreichen, um Impulsrauschen und Netzstörungen zu dämpfen. Es kann 1 uF erreichen. Die Widerstände R13 – R18 stellen die gewünschte Helligkeit der HL1 – HL6 LEDs ein, wobei es sich um beliebige LEDs handeln kann, die Licht im sichtbaren Bereich des Spektrums emittieren und bei einem Stromverbrauch von nicht mehr als 10 mA für ausreichende Helligkeit sorgen. Die Anzeigeeinheit kann durch den Einbau eines Decoders und einer Sieben-Segment-Anzeige ergänzt und verbessert werden. Da es keine Standard-Decoder zur Anzeige des Status von Sensoren entsprechend dem obigen Diagramm gibt, wurde beschlossen, den K155REZ RPZU-Chip als Decoder zu verwenden. Gleichzeitig wurde die Anzahl der gesteuerten Sensoren auf 5 reduziert (entsprechend der Breite des Adressbusses der Mikroschaltung). Das Schema der zweiten Version des Füllstandsmessgeräts ist in Abb. dargestellt. 3.
Das System aus Sensoren und Eingangspufferelementen, die die Wechselrichter des DD1-Chips sind, ähnelt dem in der ersten Version des Füllstandsmessgeräts verwendeten. Am Eingang des Decoders, der auf einem DD2-Chip montiert ist, kommen Daten von den Ausgängen von DD1. Entsprechend der in der Tabelle dargestellten Firmware zeigt die Sieben-Segment-Anzeige HL1 Informationen über den maximalen Wasserstand im Tank an.
Da der in diesem Design verwendete RPZU K155REZ-Chip für die Versorgungsspannung von entscheidender Bedeutung ist, ist das in Abb. 3, sollte von einer stabilen Spannungsquelle von 5 ± 0,25 V gespeist werden. Im Anzeigemodus erreicht der Stromverbrauch 100 mA, daher ist es nicht ratsam, eine autonome Stromquelle zu verwenden. Zur Stromversorgung der Anzeige wird ein Netzgleichrichter empfohlen. Auf der nach dem zweiten Schema (Abb. 4) hergestellten Platine des Füllstandsmessers befindet sich Platz für die Installation eines integrierten Stabilisators K142EN5, mit dessen Verwendung Sie die Anzeigeeinheit an einen Gleichrichter mit Ausgangsspannung anschließen können von bis zu 15 V.
Über Konstruktionsdetails. Als Indikator können Sie jeden Sieben-Segment-Indikator mit gemeinsamer Kathode verwenden. An den Ausgang des Decoders kann auch ein Anzeiger mit gemeinsamer Anode angeschlossen werden. Im letzteren Fall ist es notwendig, die Daten in der Programmiertabelle RPZU K155REZ zu invertieren und an jedem RPZU-Ausgang Strombegrenzungswiderstände einzuschalten. Die Anzeigeanode ist mit dem positiven Stromkabel verbunden. Der Decoder kann auch auf EPROMs anderer Typen und Kapazitäten sowie auf den einfachsten FPGAs, beispielsweise PAL16L8 und ähnlichen, ohne Trigger in den Ausgangskreisen ausgeführt werden. Autor: I. Tsaplin, Krasnodar
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