Wasserstandsmesser. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Messtechnik

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Im Wasserversorgungssystem eines Landhauses dient ein auf dem Dachboden installiertes 160-Liter-Polyethylenfass als Speicherelement [1]. Eine sehr nützliche Ergänzung des Systems ist der in diesem Artikel beschriebene Wasserstands-(Volumen-)messer im Fass.

Der Sensor des vorgeschlagenen Messgeräts ist ein Kondensator, der aus zwei Platten aus Folienstreifen besteht, die vertikal von gegenüberliegenden Seiten an der Außenfläche des Kunststoffzylinders befestigt sind. Die Kapazität eines solchen Sensors hängt nahezu linear vom Wasserstand ab: von 7 pF für ein leeres Fass bis zu 270 pF für ein fast volles Fass. Der Indikator kann ein Multimeter oder ein Zeiger-Mikroamperemeter sein.

Um ein zur Kapazität proportionales elektrisches Signal zu erhalten, wird ein bekanntes Prinzip verwendet: Rechteckimpulse werden durch die gemessene Kapazität des Sensors und einen nach dem Spannungsverdopplungsschema aufgebauten Diodengleichrichter geleitet. Wenn der Lastwiderstand des Gleichrichters klein ist und der Spannungsabfall an ihm deutlich kleiner ist als die Amplitude der Impulse, ist der mittlere gleichgerichtete Strom in erster Näherung proportional zur Kapazität: I = U f C_д, wobei U die Amplitude der Impulse abzüglich des Spannungsabfalls an den Gleichrichterdioden ist; f ist die Pulswiederholungsrate; MIT_д - Sensorkapazität.

Dieser Strom kann an ein Mikroamperemeter angelegt und die Impulsfrequenz so gewählt werden, dass seine Messwerte direkt proportional zum Wasservolumen in Litern oder als Prozentsatz (des Maximalvolumens) sind. Wenn Sie am Gleichrichterausgang einen Widerstand installieren und daran ein digitales Voltmeter (Multimeter im Spannungsmessmodus) anschließen, erhalten Sie dieselben Informationen in digitaler Form.

Reis. 1. Zählerschema (zum Vergrößern anklicken)

Das Schema eines solchen Messgeräts ist in Abb. dargestellt. 1. Es besteht aus einem Rechteckimpulsgenerator, der auf drei Logikelementen DD1.1 - DD1.3 aufgebaut ist, einer Pufferstufe auf dem DD1.4-Element und einem Gleichrichter auf den Dioden VD1 und VD2 mit einem Glättungskondensator C4. Der Generator arbeitet mit einer Frequenz von etwa 100 kHz. Bei einer Versorgungsspannung von 9 V, einem Spannungsabfall an zwei Dioden von etwa 1,2 V und einer Sensorkapazität von 270 pF beträgt der nach obiger Formel berechnete Ausgangsstrom I = (9-1,2)x100x10³x270x10^-12 = 210х10^-6 = 210 µA. Daher beträgt der berechnete Spannungsabfall am Widerstand R5 U_R5 = 210х10^-6x820 = 170 mV. Die tatsächlich gemessene Spannung bei fast vollem Lauf ist geringer – etwa 150 mV.

Das Messgerät ist für die Zusammenarbeit mit den weit verbreiteten Digitalmultimetern der M83xx-Serie konzipiert, rechts in Abb. 1 zeigt die Verbindungspunkte dazu. Wenn Sie im Multimeter die Messgrenze von 200 mV einstellen, beträgt die Auflösung des Messgeräts (das Gewicht der niedrigstwertigen Ziffer) 0,1 l. Natürlich ist der Fehler bei der Messung der Wassermenge größer, vor allem aufgrund der nicht zylindrischen Form des Fasses. Wenn Sie die Messgrenze des Multimeters auf 2 V einstellen, erfolgen die Messwerte in Litern.

Es ist von Interesse, den Ausgang des Gleichrichters des Messgeräts mit den Eingängen des Multimeters zu verbinden, wenn es von derselben Quelle gespeist wird. Bei einem Multimeter ist keiner der Eingänge direkt mit der Stromversorgung verbunden, der Gleichstromausgang des Gleichrichters muss jedoch auch nicht mit der Stromversorgung verbunden sein. Dadurch war es möglich, den Gleichrichterausgang direkt mit den Eingängen „COM“ und „VΩmA“ des Multimeters zu verbinden, und um den Wechselstromausgang des Gleichrichters mit der Stromversorgung zu verbinden, musste der Kondensator C3 installiert werden.

Alle Teile des Messgeräts sind auf einer einseitigen Leiterplatte aus 1,5 mm dicker Glasfaserfolie montiert, deren Zeichnung in Abb. dargestellt ist. 2. Es werden Festwiderstände verwendet - MLT, Tuning - importiertes CA9V oder inländisches SP3-19a, Kondensator C2 - K10-17, KM-5. Die KD510A-Dioden können durch beliebige Silizium-Impulsdioden mit geringer Leistung ersetzt werden.

Reis. 2. Brettzeichnung

Zum Anschluss an die Stromversorgung, Multimeterschaltungen und an den Sensor werden Stifte mit einem Durchmesser von 1 mm vom Stecker der RP-Serie an die Platine angelötet, und ein Block einer gebrauchten Neun-Volt-Batterie wird an zwei Stifte zum Anschluss angelötet den Stromanschluss des Multimeters. Die Möglichkeit, die Zählerplatine im Batteriefach des M83x-Multimeters zu installieren, ist in Abb. dargestellt. 3. Als Stromquelle wurde ein Netzteil (Adapter) eines Fernsehantennenverstärkers verwendet. Darin wird der Mikroschaltungsstabilisator für eine Spannung von 12 V durch einen Neun-Volt-Stabilisator (78L09) ersetzt.

Reis. 3. Board-Installationsoption

Wenn Sie zur Anzeige ein Mikroamperemeter anstelle eines Multimeters verwenden, können Sie als Stromquelle ein 5-V-Ladegerät eines Mobiltelefons verwenden. In diesem Fall sollte die Erzeugungsfrequenz durch Auswahl des Kondensators C2 erhöht und der Widerstand R5 weggelassen werden. Es ist jedoch zu bedenken, dass die Spannungsstabilität von Ladegeräten oft gering ist und die Ausgangsspannung selbst leicht über 5 V liegt. Daher muss zunächst überprüft werden, dass sich die Spannung praktisch nicht ändert, wenn ein Widerstand mit einem Widerstand von 100 ... 200 Ohm wird an den Ausgang des Ladegeräts angeschlossen und wenn sich die Netzspannung ändert. Ist dies nicht der Fall, sollte an seinem Ausgang ein integrierter Regler mit geringem Spannungsabfall, dem sogenannten Low Drop für eine Spannung von 5 V, verbaut werden, zum Beispiel LM2931Z-5.0 oder KR1158EN5 mit beliebigem Buchstabenindex.

Der Sensor besteht aus zwei Streifen Backaluminiumfolie mit einer Breite von 120 mm und einer Länge, die der Höhe des Fasses entspricht. Zur Verbindung werden schmale Kupferfolienstreifen verwendet, die an den Enden der Folienstreifen umwickelt werden, und an diese Streifen werden zur Platine führende Drähte angelötet. Die Streifen werden mit einer klebrigen Verpackungsfolie an der Oberfläche des Fasses befestigt. Wenn der Abstand zwischen dem Zylinder und der Konverterplatine mehr als einen halben Meter beträgt, sollte der Sensor mit einem abgeschirmten Kabel, dem Schirm, an den Ausgang des DD1.4-Elements angeschlossen werden, um den Effekt der kapazitiven Kopplung zwischen den Leitern zu beseitigen der an Plus oder Minus der Stromquelle angeschlossen werden muss, und der Widerstandswert des Widerstands R4 sollte halbiert werden. Wenn der Abstand zwischen Lauf und Anzeige mehr als drei Meter beträgt, ist es besser, die Platine und die Anzeige zu trennen und die Platine nicht weiter als einen halben Meter vom Lauf entfernt zu installieren.

Das Einrichten des Geräts ist nicht schwierig. Bei Verwendung eines Zeiger-Mikroamperemeters als Anzeige ist es erforderlich, ohne Lötwiderstand R5 durch Auswahl des Kondensators C2 und des Widerstands R3 Messwerte (bei fast vollem Zylinder) zu erreichen, die 150 l bzw. 100 % entsprechen. Bei Verwendung eines Multimeters wird dies durch die Auswahl des Kondensators C2 und des Widerstands R5 sowie reibungslos durch den Widerstand R3 erreicht. Der Aufbau des Sensors ist in Abb. dargestellt. 4. Zur Anzeige verwendete der Autor ein vor vielen Jahren hergestelltes Multimeter mit LED-Anzeigen [2].

Reis. 4. Sensordesign

Das Gerät kann durch einen zweiten Sensor in Form von zwei horizontalen Halbringen ergänzt werden, die oben am Fass befestigt werden, und es kann eine automatische Maschine hergestellt werden, die die Pumpe abschaltet, wenn das Fass gefüllt ist. Ein Halbring ist mit dem Ausgang des Generators verbunden, der andere mit dem Eingang des Gleichrichters. Der Kondensator C3 ist nicht installiert, der untere Ausgang des Gleichrichters gemäß der Schaltung ist mit dem Minus der Quelle verbunden und der andere Ausgang ist mit einem Schwellenwertgerät verbunden, das die Pumpe abschaltet. Um die Folgen eines Notüberlaufs zu vermeiden, muss ein Schlauch mit Rückschlagventil [1] installiert werden!

Literatur

1. Biryukov S. Wasserversorgung des Landes - CAM, 2015, Nr. 6, p. 12-14.
2. Biryukov S. Tragbares Digitalmultimeter. - Sammlung „Um dem Funkamateur zu helfen“, Bd. 100. - M.: DOSAAF, 1988.

Autor: S. Biryukov

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