Flüssigkeitsstanddetektoren. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Haus, Haushalt, Hobby

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Niveauschalter sind die gebräuchlichsten Automatisierungsgeräte. Das Funktionsprinzip dieser Geräte ist sehr vielfältig und wird sowohl von den physikalischen Eigenschaften des Mediums als auch von den gestellten Aufgaben bestimmt. Bei der Signalisierung des Füllstands von Schüttgütern werden Ultraschallradare, Massenmesser eines Behälters mit einem Produkt sowie Systeme verwendet, die auf der Messung der Dämpfung einer Ultraschallwelle basieren, die sich entlang der Wand eines Behälters von einem Sender auf der Höhe der Alarmeinstellung zu einem horizontal in einem bestimmten Abstand angeordneten Empfänger ausbreitet. Es gibt sogar Radioisotopengeräte, die durch die Wand des Behälters strahlen, auf deren gegenüberliegender Seite sich ein Geigerzähler befindet.

Es gibt viele weitere Geräte zur Signalisierung des Füllstands von Flüssigkeiten. Wenn die Flüssigkeit nicht elektrisch leitend ist, werden zusätzlich zu den oben genannten kapazitiven Sensoren verwendet, wenn ein Paar benachbarter Elektroden, isoliert mit einer Fluorkunststofffolie, bei Alarmniveau in den Tank stürzt. Wenn die Flüssigkeit die Elektroden bedeckt, erhöht sich aufgrund ihrer Dielektrizitätskonstante die elektrische Kapazität, deren Änderung vom Stromkreis des Sensors gemessen wird. Die am häufigsten verwendeten Schwimm- und Vibrationsalarme.

Bei Schwimmersensoren, deren Ausführungen am vielfältigsten sind, wird beim Anheben des Schwimmers ein Reed-Schalter oder ein berührungsloses Element aktiviert. Der Vibrationsalarm basiert auf einem LC-V-Niederfrequenzgenerator. Im Induktivitätsfeld befindet sich ein mechanischer Resonator in Form einer Stimmgabel. Wenn die Flüssigkeit die Blütenblätter des Resonators berührt, nimmt die Dämpfung mechanischer Schwingungen stark zu und die Erzeugung wird gestört. Der Alarmkreis gibt ein externes Signal, wenn der erforderliche Füllstand erreicht ist.

Die Signalisierung des Füllstands elektrisch leitender Flüssigkeiten erfolgt zusätzlich zu den oben genannten Methoden meist über Steuerelektroden. Das Funktionsprinzip besteht darin, den elektrischen Widerstand zwischen der Referenzelektrode und dem gemeinsamen Draht zu messen. Um den Effekt der Polarisation der Elektroden zu beseitigen, bei der die Elektrode mit einem Film aus Elektrolyseprodukten bedeckt ist, der den elektrischen Strom schlecht leitet, erfolgt die Steuerung ausschließlich mit Wechselstrom. Am häufigsten wird diese Methode zur Messung des Wasserstands verwendet. Typischerweise beträgt die Spannung an den Referenzelektroden etwa 6 V und die elektronische Schaltung arbeitet, wenn der Widerstand im Referenzelektrodenkreis unter 3 kΩ liegt.

Der Alarmkreis verfügt über einen symmetrischen Eingang für beide Halbwellen der Steuerspannung. Die dem Messwiderstand zugeordnete Spannung wird gleichgerichtet und dem Eingang des Schwellwertelements zugeführt, an dessen Ausgang ein Relais oder ein kontaktloses Element angeschlossen ist.

Da es im Alltag am häufigsten erforderlich ist, den Wasserstand zu signalisieren, und Schaltkreise mit Steuerelektroden am einfachsten und für die Selbstwiederholung am zugänglichsten sind, werden in diesem Abschnitt nur solche Systeme betrachtet. Der Autor hat mehrere Dutzend solcher Systeme entwickelt, hauptsächlich für den Einsatz in Industrieunternehmen, aber viele Designs eignen sich perfekt für die Signalisierung des Füllstands in Lagertanks, Brunnen, Becken, Entwässerungsgruben usw.

In diesem Abschnitt werden der Einfachheit halber nur zweikanalige Signalgeräte unterschiedlicher Komplexität und auf einer anderen Elementbasis betrachtet, die Anzahl der Kanäle kann jedoch beliebig gewählt werden. Beispielsweise stellt die Industrie Signalgeräte mit drei Kanälen her, und im Haushalt werden möglicherweise Geräte mit fünf oder mehr Kanälen benötigt. Der Stromkreis eines jeden Signalgeräts gibt zwangsläufig einen Wechselstrom an die Steuerelektrode aus, der dann dem Schwellenwertelement zugeführt wird, das eine Hysteresecharakteristik aufweist. Am Ausgang des Schwellwertgerätes sind ein elektromagnetisches Relais oder berührungslose Elemente angeschlossen. Aufgrund der Vielfalt der Elementbasis kann es eine große Vielfalt solcher Schaltungen geben, der Einfachheit halber werden im Folgenden jedoch nur Relaisausgangsschaltungen betrachtet.

Fig. 1

Das einfachste Signalgerät kann auf elektromagnetischen Relais aufgebaut werden (Abb. 1). In der Schaltung werden ausschließlich DC-Relais verwendet, da das AC-Relais praktisch keine Hysterese aufweist und das Auslösen des Signalgeräts in dem Moment erfolgt, in dem die Elektrode die Wasseroberfläche berührt, was mit einem großen Sprung einhergeht. Der Nachteil der Schaltung ist die zwingende Verwendung von Relais mit geringer Leistung und geringer Empfindlichkeit.

Fig. 2

Die Transistorschaltung hat deutlich bessere Eigenschaften (Abb. 2). Um das Rattern des Relais in dem Moment zu vermeiden, in dem die Elektrode die Wasseroberfläche berührt, werden aufgrund unzureichender Schwelleneigenschaften des Stromkreises Elektrolytkondensatoren in den Basisstromkreis des Transistors eingebaut. Als Schwellwertelement kann wie bei Industriegeräten ein Schmitt-Trigger verwendet werden, was die Schaltung jedoch stark verkompliziert.

Fig. 3

Fig. 4

Thyristoren und Triacs haben gute Schwelleneigenschaften. Die Thyristorschaltung ist einfach und zuverlässig (Abb. 3), allerdings gibt es Probleme mit der Spannung an den Ausgangsrelais. Eine einfachere und zuverlässigere Schaltung (Abb. 4) wird mit importierten Triacs der Serie BT134 ... BT138 erhalten. Sie können beliebige Relais oder andere Verbraucher im Stromkreis verwenden, beispielsweise Signallampen oder eine Klingel.

Fig. 5

Wenn Relais oder andere Elemente für eine Spannung von ~ 220 V verwendet werden, eignet sich am besten die Schaltung in Abbildung 5. Schwellenelemente werden am besten auf Mikroschaltungen aufgebaut. Sie können den K561TL2-Chip – einen Schmitt-Trigger – verwenden, aber aufgrund seiner Seltenheit werden Schaltkreise, die ihn verwenden, hier nicht berücksichtigt.

Fig. 6

Fig. 7

Fast alle logischen Elemente haben gute Schwellenwerteigenschaften, der Einfachheit halber betrachten wir jedoch nur K561PU4 (Abb. 6). Manchmal sind Signalgeräte erforderlich, bei denen die Ausgangsrelais bei Abwesenheit von Wasser aktiviert und bei Berührung der Elektrode mit der Wasseroberfläche freigegeben werden. Ein solches Schema ist praktisch für die Fernüberwachung des Zustands des Signalgeräts – es reicht aus, den Strom auszuschalten und die Stromversorgung zu trennen. die Relaiskontakte schließen (Abb. 7).

Fig. 8

Fig. 9

Steht kein geeigneter Transformator mit zwei Ausgangswicklungen zur Verfügung, kann eine Schaltung mit einer Sekundärwicklung verwendet werden (Abb. 8). Abhängig von der Spannung dieser Wicklung werden Ausgangsrelais ausgewählt. Die Schaltung hat gute Eigenschaften und die umgekehrte Charakteristik des Zustands der Ausgangsrelais. Wenn Sie den Wasserstand in einem Becken kontrollieren möchten, in dem ständig Spritzer und Wellen über der Oberfläche vorhanden sind, verwenden Sie am besten eine Schaltung mit Pegelsignaldämpfung. Der Schaltkreis sollte erst nach einem stetigen Auftreten eines Signals von den Elektroden arbeiten und das Ausgangssignal bei einem kurzzeitigen Pegelverlust nicht abschalten. Die Schaltung auf einem Quad-Komparator weist sehr gute Eigenschaften auf. Die Schaltung verwendet einen Transformator mit einer Sekundärwicklung. Wenn in der Schaltung leistungsstarke Ausgangsrelais eingesetzt werden müssen, sind zusätzliche Transistorverstärker erforderlich.

Reis. 10 (zum Vergrößern anklicken)

Die Industrie stellt viele Niveauschalter her, aber nicht alle ihrer Systeme können als erfolgreich bezeichnet werden. Der Autor musste sich oft an Serienprodukte erinnern (Abb. 10). Weil Schaltkreise von Industriegeräten sind oft unverhältnismäßig kompliziert und unzugänglich und werden in Zukunft nicht mehr berücksichtigt. Hier werden nur die einfachsten Signalschaltungen mit guten Eigenschaften betrachtet. Darauf aufbauend lassen sich viele weitere Schemata erstellen, die der Autor hier nicht veröffentlicht und den Lesern vorschlägt, es selbst zu tun.

Autor: Kravtsov V., kravitnik.narod.ru

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