Для регулирования и контроля уровня жидкости либо твердого вещества (песка или гравия) на производстве, в быту используют специальный прибор. Он получил название датчик уровня воды (или другого интересующего вещества). Существует несколько разновидностей подобных устройств, значительно отличающихся друг от друга принципом действия. Как работает датчик, преимущества, недостатки его разновидностей, на какие тонкости при выборе устройства стоит обратить внимание и как сделать упрощенную модель с реле своими руками, читайте в этой статье.

Датчик уровня воды используется для следующих целей:

Возможные методы определения загруженности резервуара

Существует несколько методов измерения уровня жидкости:

1. Бесконтактный – зачастую приборы такого типа используются для контроля уровня вязких, токсичных, жидких либо твердых, сыпучих веществ. Это емкостные (дискретные) приборы, ультразвуковые модели;
2. Контактный – устройство располагается непосредственно в резервуаре, на его стенке, на определенном уровне. По достижению водой этого показателя датчик срабатывает. Это поплавковые, гидростатические модели.

По принципу действия различают следующие виды датчиков:

• Поплавкового типа;
• Гидростатические;
• Емкостные;
• Радарные;
• Ультразвуковые.

Кратко о каждом виде приборов

Поплавковые модели бывают дискретные и магнитострикционные. Первый вариант — дешевый, надежный, а второй – дорогой, сложной конструкции, но гарантирует точное показание уровня. Однако общий недостаток поплавковых приборов – это необходимость погружения в жидкость.

Поплавковый датчик определения уровня жидкости в баке

1. Гидростатические устройства – в них все внимание обращено на гидростатическое давление столба жидкости в резервуаре. Чувствительный элемент прибора воспринимает давление над собой, отображает его по схеме для определения высоты столба воды.

Главные преимущества таких агрегатов – компактность, непрерывность действия и доступность по ценовой категории. Но использовать их в агрессивных условиях нельзя, потому как без контакта с жидкостью не обойтись.

Гидростатический датчик уровня жидкости

1. Емкостные приборы – для контроля уровня воды в баке предусмотрены пластины. По изменению показателей емкости можно судить о количестве жидкости. Отсутствие подвижных конструкций и элементов, простая схема устройства гарантируют долговечность, надежность работы прибора. Но нельзя не отметить недостатки — это обязательность погружения в жидкость, требовательность к температурному режиму.
2. Радарные устройства – определяют степень повышения воды путем сравнения частотного сдвига, задержки между излучением и достижением отраженного сигнала. Таким образом, датчик действует как излучатель и улавливатель отражения.

Подобные модели считаются лучшими, точными, надежными устройствами. Они обладают рядом достоинств:

К недостаткам модели можно отнести только их высокую стоимость.

Радарный датчик уровня жидкости в резервуаре

1. Ультразвуковые датчики – принцип функционирования, схема устройства аналогичны радарным приборам, только используется ультразвук. Генератор создает ультразвуковое излучение, которое по достижению поверхности жидкости отражается и попадает через некоторое время на приемник датчика. После небольших математических вычислений, зная временную задержку и скорость движения ультразвука, определяют расстояние до поверхности воды.

Плюсы радарного датчика присущи и ультразвуковому варианту. Единственное, менее точные показатели, более простая схема работы.

Тонкости выбора подобных устройств

При покупке агрегата обратите внимание на функциональность прибора, некоторые его показатели. Крайне важные вопросы при покупке прибора – это:

Варианты датчиков определения уровня воды или твердых сыпучих веществ

Датчик уровня жидкости своими руками

Можно сделать элементарный датчик для определения и контроля уровня воды в скважине или баке своими руками. Для выполнения упрощенного варианта необходимо:

Выполненное своими руками устройство можно использовать для регулирования воды в бачке, скважине или насосе.

Многие дачники используют в своем хозяйстве различные системы водоснабжения, использующие промежуточные емкости. Они помогают вода очиститься, нагреться, в них оседает песок и окислы железа, вода насыщается кислородом. Часто такие емкости, бочки и баки устанавливают в подвалах и использую подкачивающие насосы. Или наоборот, ставят их на чердаке и втором этаже и тогда вода идет самотеком. Но и в том и в другом случае, желательно знать – сколько осталось воды в баке. Особенно если он не оборудован автоматической системой поддержания уровня воды. Для этого приходится периодически спускаться в подвал или залезать на чердак, что неудобно. А удобно иметь дистанционный указатель уровня воды с индикацией в месте ее основного потребления или в месте, где установлено управление насосом, наполняющим эту емкость. Рассмотрим некоторые варианты устройства, которые можно сделать на даче и дистанционно контролировать уровень воды. Надо сразу сказать, что человека вряд ли интересует точное значение количества воды в баке. Нет разницы, 153 или 162 литра там находится. Здесь – так же как и в автомобиле, важно знать с точностью до 10-15% — «почти полный бак», «половина», «меньше четверти» и т.п.

Механические индикаторы. Самые простые в исполнении, но довольно громоздкие. Как правило, представляют собой довольно большой и тяжелый поплавок, к которому привязан шнур. Шнур переброшен через блок (шкив) и к его другому концу прикреплен груз, по весу примерно равный поплавку, находящемуся в воде. При изменении уровня воды, груз перемещается вверх – вниз и может сам служить индикатором наполнения емкости, если виден. Правда с «перевернутой» шкалой – чем больше воды, тем ниже груз-индикатор.

Но если бак визуально не виден, то необходимо протягивать шнур в место размещения индикатора. Для этого прочный шнур натирают мылом (для лучшего скольжения), пропускают в тонкую трубку и на другом его конце устраивают шкалу. Разумеется, совершенно не требуется шкала размером с высоту возможного уровня воды (а это может быть и целый метр). Поэтому на одну ось с основным шкивом насаживают (и крепят к основному шкиву) шкив со значительно меньшим диаметром. На него наматывают немного шнура и уже он будет двигать стрелку индикатора. Длина индикаторной шкалы теперь будет меньше хода поплавка в столько раз, в сколько раз диаметр малого шкива меньше диаметра большого. А так же будет нормальной — максимум уровня вверху.

Такой же индикатор можно сделать и в случае поплавка на рычаге. Такая система больше подойдет для емкостей небольшой глубины, но с большой площадью поверхности воды. Такие используются обычно для того, что бы избавиться от растворенного в воде железа. В этом варианте необходимый коэффициент мультипликации можно получить просто подобрав точку крепления шнура к рычагу.

Явный недостаток таких индикаторов — обилие движущихся частей, а следовательно – необходимость содержания их в чистоте, смазке. Сложность прокладки коммуникации (трубки) на большое расстояние и через перекрытия.

Пневматические индикаторы. Устроены такие индикаторы следующим образом. В емкость для воды опущена труба, которая имеет заглушку вверху. В трубе образуется воздушный колокол. В заглушку трубы врезан штуцер, от которого тянется тонкая герметичная трубка. На другом ее конце располагается U-образная трубка – индикатор. К одному ее концу подсоединена трубка из емкости, другая — свободна. В индикаторе находится водяная пробка (из подкрашенной воды). Таким образом, в трубке оказывается запертой некоторая порция воздуха.

Когда уровень воды в баке меняется, то соответственно эта порция воздуха двигается вверх –вниз. А вместе с ним – двигается и «цветная» пробка, которая и служит индикатором. В отличие от механических систем, тут нет движущихся частей, требующих ухода. Но системе присущи другие недостатки. В частности — высокие требования к герметичности трубки и зависимость показаний от температуры и атмосферного давления. Погрешность незначительная, но она есть.

Электрические индикаторы. Являются самыми технологичными и могут быть исполнены в самых разнообразных вариантах. Начиная от простейших стрелочных индикаторов, кончая светодиодными шкалами и дисплеями. Но в основе любого электрического индикатора обязательно лежит какой то датчик уровня жидкости. Проще всего его изготовить из переменного резистора, движок которого занимает соответствующее положение в зависимости от уровня воды в баке.

Схема подключения достаточно проста. В качестве индикатора служит любая стрелочная головка микроамперметра. При максимальном уровне воды (движок переменного резистора вверху по схеме) подбором резистора R1 стрелка микроамперметра устанавливается крайнее правое положение — «полный бак». На этом наладка закончена. При минимальном уровне воды (движок резистора внизу по схеме) микроамперметр будет показывать «ноль» — «пустой бак».

Такой переменный резистор можно насадить, например, на ось шкива (см механические индикаторы). А можно сделать его самому. Для этого надо взять проволоку из металла в высоким удельным сопротивлением (нихром, константан, фехраль и др.) и насадить на нее поплавок с упругими скользящими контактами. Например из луженой жести. Проволока вывешивается в баке, внизу прикрепляется груз. К концам проволоки и скользящим контактам припаиваются провода. При изменении уровня воды поплавок будет перемещаться по проволоке от максимального до минимального уровня.

Что бы дистанционный индикатор не потреблял электрический ток попусту, лучше подключить его через кнопку. Тогда одного комплекта батареек хватит на несколько лет. Использование микроаперметрической головки не является единственным способом индикации. Можно сделать простейший компаратор напряжения и использовать его со светодиодной шкалой, оснастить звуковыми индикаторами и т.п. Схемы таких светодиодных шкал можно найти в интернет и соответствующей радиолюбительской литературе.

Основное удобство электрических индикаторов — их точность, отсутствие трансмиссии, легкость проводки, надежность, зрелищность индикации. Недостаток — необходимость электропитания.

Многие дачники мечтают соорудить летний душ у себя на участке, но постоянно откладывают эту работу, считая ее слишком сложной и трудоемкой. На самом деле все очень просто, и для того чтобы соорудить простейшую конструкцию, уйдет не так много времени. Например, чтобы сделать душ из бочки своими руками, понадобится минимум затрат и материалов, поэтому именно этот вариант мы и рассмотрим в данной статье.

Основные виды бочек, которые используются чаще всего

Для того чтобы система была удобной и практичной, важно подобрать оптимальную емкость, мы рекомендуем рассмотреть следующие варианты:

Важно! Если вы приспосабливаете под какую-либо бочку, то обязательно убедитесь в том, что она не использовалась для хранения химических веществ и других компонентов, которые могут негативно повлиять на здоровье человека.

Преимущество пластика — огромный выбор форм и размеров

Как провести работы

Мы разберемся, как сделать бочку для душа своими руками и как собрать конструкцию. Все довольно просто, но знать основные правила и рекомендации все равно нужно.

Подготовка емкости

Перед тем, как из бочки сделать душ, убедитесь, что она чистая изнутри. Идеальный вариант – емкости, которые использовались для хранения пищевых продуктов, это гарантирует их безопасность.

• В первую очередь необходимо запастись всем требуемым, в первую очередь лейкой и краном. Проще всего использовать конструкцию из пластика, в которой есть и кран, и лейка, но можно собрать систему и самостоятельно, все нужные элементы вы сможете приобрести в любом специализированном сантехническом магазине, важно, чтобы узлы подходили друг к другу.

• Если у вас бочка из металла, то понадобится дрель и сверло по диаметру трубки на кране для того, чтобы просверлить отверстие. В случае с пластиковыми вариантами все намного проще: достаточно ножа и карандаша для разметки отверстия, главное, делать все аккуратно, чтобы не испортить бочку.

• После того, как отверстие сделано, можно прикреплять трубу, делается это просто, с наружной стороны ставится гайка и резиновое уплотнительное кольцо, такие же элементы устанавливаются и изнутри. Система аккуратно зажимается, чтобы резиновые кольца не потрескались и не были раздавлены.

Важно! Можно прикрепить дождик и через шланг, тогда вы сможете использовать лейку как в обычном душе.

Установка конструкции

Правильное крепление бочки для душа так же важно, как и качественная сборка, работы проводятся следующим образом:

• В первую очередь следует подготовить конструкцию, на которой будет располагаться емкость, каркас должен быть таким, чтобы без проблем выдерживать вес полной бочки, это очень важно для безопасной эксплуатации. Можно использовать либо дерево, либо металл, все зависит от того, что есть под рукой или что проще приобрести.
• При сборке каркаса важно учитывать конфигурацию емкости, чтобы она устанавливалась максимально надежно, так для круглых вариантов можно сделать овальные вырезы в опорах, а если емкость ставится вертикально, то по месту ее расположения крепятся дополнительные брусья или металлические элементы.
• Установка бочки для душа начинается с ее пробного расположения, важно убедиться, что конструкция располагается устойчиво и никакие элементы не создают помех.
• Рассмотрим, как укрепить бочку для душа, это может быть проведено двумя способами: либо с использованием плоских широких ремней из синтетических материалов, которые очень долговечны и прочны, либо применяя перфорированную ленту из оцинкованной стали – она гибкая, очень прочная и может повторить форму емкости, обеспечивая максимально надежный прижим.

Для удобства пользования на бочку можно установить измеритель уровня воды в ней или сантехнический клапан, который будет перекрывать подачу воды, когда бочка наполнится, a также электронный термометр c выносным датчиком.

На рисунке выше представлено простейшее приспособление для измерения уровня воды в накопителе, действие которого основано на эффекте сообщающихся сосудов. Как известно в таких сосудах жидкость находится на одинаковом уровне. Если присоединить к расходной трубе тройник и к одному его концу привинтить тонкую прозрачную трубку, то уровень воды в этой трубке будет таким же, как и в баке. Таким образом, при наполнении бака и расходовании воды можно будет отслеживать ее уровень. Недостаток этого способа заключается в том, что смотровая трубка должна быть поднята на уровень самого бака и при этом хорошо видна. Если же емкость для воды окружена теплицей, пользоваться указанным приспособлением будет весьма проблематично.

Можно встроить в бак дистанционный механический измеритель уровня воды, который состоит из тяжелого, но плавучего поплавка, небольшого блока, установленного на краю бака, тонкого и крепкого шнура и грузика. Один конец шнура пропускают через блок и привязывают к поплавку, котоpый можно сделать из небольшого деревянного бруска c приклеенным к нему куском пенопласта. Поплавок получится достаточно тяжелым, но за счет пенопласта будет плавать. Второй конец шнура пропускают через направляющие, например, колечки или короткие обрезки шланга, и подвешивают к нему небольшой грузик.

Принцип действия механического измерителя состоит в следующем. При снижении уровня воды в баке поплавок опускается и тянет за собой шнурок, a тот поднимает грузик. Если расположить вдоль траектории движения грузика шкалу и разметить ee, можно c достаточной точностью определить, сколько в данный момент налито воды в баке. Длина шнурка может быть достаточно большой – до 10 и даже 20 м. Главное, чтобы он свободно перемещался. Для этого можно натереть его мылом или стеариновой свечкой.

Существует и более совершенный способ измерения уровня воды с помощью герконов – особых герметичных выключателей. Это стеклянные колбочки с двумя-тремя контактами внутри, которые замыкаются при попадании геркона в действие магнитного поля. Если спаять 2 геркона (можно больше) в простейшую электрическую схему и разместить их внутри пластиковой или алюминиевой трубки с помощью поплавка c магнитом, то получится дистанционный измеритель уровня воды.

Поплавок изготавливают в виде кольца из дерева или пенопласта и надевают его нa трубку. К кольцу крепят магнит, желательно также кольцевой (например, из вышедшего из строя динамика). Один геркон помещают внутрь трубки, a второй располагают вверху. Если возле геркона находится магнит, выключатель замыкает свои контакты, вследствие чего загорается соответствующая сигнальная лампочка или светодиод.

Чтобы определять промежyточные уровни воды в баке, добавляют в схему соответствующее количество герконов и сигнальных лампочек. Крайние герконы могут служить для управления насосом, который будет вовремя пополнять бак водой из колодца или водопроводной системы.

Проблема оценки уровня воды в баке, установленном на летнем душе или на чердаке дачного домика, не всегда решается просто. В сам бак, размещенный зачастую высоко над головой, так просто не заглянешь, однако количество находящейся в нем воды знать иногда просто необходимо, иначе можно попасть в ситуацию того героя Ильфа и Петрова, у которого вода перестала идти, как раз когда он только-только намылился. Самое простое решение - водомерное стекло - привязано к месту расположения бака, то есть тоже будет находиться далеко не на виду. Потому хочется применить какие-то решения, позволяющие дистанционно оценить количество оставшейся в баке воды, не прикладывая к этому больших усилий.
Уровнемер при этом должен быть максимально простым и надежным, не требовать дефицитных и дорогих деталей и иметь возможность работать в уличных условиях (конечно, не на прямом дожде, а под крышей, но как минимум, 100% влажность воздуха осенней дождливой ночью он должен выдерживать). Перебрав все возможные конструкции - покупные и самодельные - автор пришел к выводу, что не устраивает ни одна. Одни весьма совершенны (как ультразвуковые), но сложны, капризны и дороги, другие дают слишком грубую оценку на уровне «полный-неполный» (как простое решение с поплавком от бачка и концевым выключателем).
Потому вашему вниманию предлагается самостоятельно придуманная автором конструкция электронно-механического уровнемера , содержащая минимум деталей, имеющая высокую надежность и информативность. Особенно удобно, что такой уровнемер позволяет его устанавливать на баке любой конфигурации - в том числе плоском, где максимальный перепад уровней незначителен. Конструкция проверена автором в течение летнего сезона на горизонтальном накопительном баке с перепадом уровней в тридцать пять сантиметров, и ни одного нарекания за весь сезон не последовало. Правда, за простоту и надежность приходится платить - точным предварительным расчетом геометрических размеров и тщательностью изготовления.
Электрическая схема уровнемера предельно проста, и приведена на рис. 1:

Г лавная деталь – переменное сопротивление, включенное по схеме потенциометра. Оно управляет перераспределением тока через плечи двухцветного светодиода. При нахождении ползунка в крайних положениях горит практически только один из светодиодов (либо красный, либо зеленый), в промежуточном состоянии цвет свечения меняется от красного к зеленому через оттенки желтого и розового.
Д вухцветный красно-зеленый светодиод VD1 трехвыводной, любого типа (автор использовал большой 10-миллиметровый, купленный в «Чипе-Дипе»). Общим выводом он присоединен к источнику питания, двумя остальными - к крайним выводам потенциометра R2. Ползунок потенциометра соединяется с другим выводом источника питания через резистор R1, ограничивающий ток при нахождении ползунка в крайних положениях. Резистор Rд, показанный на схеме пунктиром, необязательный и служит для выравнивания яркостей, если одно из плечей (обычно - красное) горит сильнее другого, и изменение цвета при вращении ползунка происходит неравномерно. Номинал резистора R1 и переменного R2 должны находиться примерно в соотношении R1/R2 = 1/4 - 1/5. При этом яркость в крайних положениях ползунка максимальна, а к середине диапазона, когда светятся оба светодиода примерно одинаково, падает, но зрительно это почти незаметно – меняется лишь оттенок свечения.
П олярность подключения источника питания такая, как на рисунке, годится для светодиода с общим анодом (положительным выводом), для светодиода с общим катодом она, соответственно, будет противоположной. Сам источник питания может быть любым низковольтным (вплоть до батареек), напряжением от 5 до 18 вольт. От напряжения источника зависит подбор номиналов резисторов – такие номиналы, как на схеме, годятся для питающего напряжения 5 В, для 12 вольт их надо увеличить примерно втрое-вчетверо. Автор использовал стабилизированный источник, встроенный в вилку, разобрав его и поместив в общий с постоянными резисторами и светодиодом корпус. Можно, разумеется, применить и простейший нестабилизованный (они продаются на рынках и стоят не более сотни-другой рублей), только учтите, что указанное номинальное напряжение на нем может быть много ниже реального. При использовании батареек можно обойтись тремя штуками типоразмера АА (не меняя номиналов, указанных на схеме), только тогда целесообразно встроить в схему выключатель или кнопку – при непрерывном горении щелочных АА-батареек хватит всего примерно на неделю.
В ся электрическая часть, исключая потенциометр, смонтирована в герметичном пластиковом корпусе, в котором делается отверстие, куда должен изнутри плотно входить светодиод (для надежности все стыки стоит проклеить «алюминиевым» скотчем, а место стыка светодиода с крышкой и отверстия для вывода проводов промазать герметиком). Потенциометр, который устанавливается на баке, может соединяться со схемой трехжильным гибким проводом в двойной изоляции (тем, на который обычно вешают подвесные светильники). Для надежности не стоит распаивать такой толстый провод непосредственно к потенциометру – стоит сделать промежуточную колодку с винтовыми соединениями.

Теперь о конструкции механической части, которая схематически приведена на рис.2:

П олзунок переменного резистора жестко закреплен на одном валу с вращающимся шкивом, через который перекинута капроновая нитка с поплавком на одной стороне и грузом-противовесом на другой. Поплавок тоже подгружен дополнительным грузом так, чтобы сила натяжения нити на воздухе была достаточно большой и нить не пыталась размотаться со шкива (в реальности эти грузы могут быть в районе нескольких сотен грамм). Поплавок делается из пенопласта и разность между его весом в воздухе (вместе с весом груза) и весом груза-противовеса должна быть меньше плавучести поплавка (последняя по закону Архимеда равна в граммах объему вытесненной поплавком воды, выраженной в кубических сантиметрах). Грузы могут быть изготовлены из свинца, латуни, бронзы и даже алюминия – в общем, из любого материала, не подверженного воздействию воды.
У гол поворота подвижной системы φ у разных типов переменных резисторов несколько различается, и обычно находится в пределах 240-260° (если не найдете данных по справочнику, придется измерить). Длина окружности шкива должна быть такой, чтобы обеспечить полный поворот ползунка на эту величину, и одновременно движение поплавка от самого дна до поверхности. То есть диаметр шкива рассчитывается по формуле: (360/φ×H)/π, где φ - максимальный угол поворота подвижной системы потенциометра, H – максимальный перепад уровней. Диаметр шкива, измеренный по месту прилегания нити, должен быть подогнан под эту величину максимально точно.
Н ить несколько раз оборачивается вокруг шкива, чтобы она не скользила по нему. Самое сложное в этой конструкции – смонтировать систему так, чтобы длина нити точно соответствовала перепаду уровней и одновременно при нахождении поплавка в верхнем положении, движок потенциометра находился также в крайнем положении (соответствующем зеленому свечению светодиода). Автор делал это «насухую», разместив всю конструкцию со шкивом и поплавком на возвышении, точно соответствующем по высоте перепаду уровней воды в баке, и установив для удобства подгонки в одном из грузов винтовой зажим для нитки. Затем отлаженную и проверенную конструкцию аккуратно переносят, закрепляют на баке и проверяют с водой. Если над баком нет крыши, то всю конструкцию стоит накрыть отдельным колпаком для защиты от дождя и любопытных птиц.
П ару слов о подборе переменного резистора, от которого в значительной степени зависит надежность конструкции. Для наших целей категорически не подходят современные резисторы для аудиоаппаратуры, особенно с открытым резистивным слоем. Идеально для этой цели подходят старинные отечественные герметичные резисторы типа СПО-1, но сегодня их можно разыскать только случайно на развалах или разобрав какой-нибудь старый прибор военной приемки. Если вы их не найдете, попробуйте разыскать отечественные герметизированные СП3-9а или аналогичные – они меньше по размерам, но тоже очень надежные. Для глубоких емкостей заманчиво попробовать приспособить многооборотные потенциометры, но автор так и не смог найти типа, достаточно надежного для работы в этой конструкции. Разумеется, характеристика резистора предпочтительно должна быть линейной (то есть типа А), нелинейные (Б или В) дадут неравномерную зависимость цвета свечения от уровня. Если все указанные операции выполнить аккуратно, то уровнемер подстройки больше не потребует и будет надежно служить годами, не требуя никакого обслуживания.