Поплавковые выключатели с контролем уровня воды

Для полива приусадебных участков или организации водопровода на даче в основном используются аккумулирующие резервуары, наполнение которых нуждается в посильной автоматизации. Это упрощает использование систем полива и водоснабжения и избавляет от необходимости визуального контроля заполнения и опорожнения гидроаккумулятора. Если учитывать, что ёмкость, как правило, находится достаточно высоко, приглядывать за состоянием жидкости в баке очень неудобно. С этой задачей отлично справятся специальные датчики контроля заполнения ёмкости.

Типы изделий контроля уровня заполнения

Приборы контроля уровня жидкости подразделяются на два основных вида: контактные и бесконтактные.

Бесконтактные датчики: описание

Используются преимущественно в промышленных процессах и делятся на ультразвуковые устройства, ёмкостные, электродные, работающие по гидростатическому принципу и так далее. Такие устройства применяются не только в воде, но и в других средах, в том числе и агрессивных. В схему входит, помимо самого датчика, погружаемого или устанавливаемого на стенки ёмкости, контроллер управления, который устанавливается в отдельном блоке управления вне резервуара. Такие системы являются сложными и дорогими, а, следовательно, нерентабельными для использования в бытовых условиях.

Для контроля уровня наполнения бака водой, необходимой для полива или водопровода, целесообразнее применять устройства боле простые и дешёвые.

Характеристика контактных приборов

Самые распространённым в этом виде приборов контроля заполнения резервуаров являются контактные датчики поплавкового типа, собранные на основе герконов. Устройства просты, надёжны и дёшевы. Разделяются по месту расположения в ёмкости с жидкостью:

1. Вертикальное расположение. Шток с поплавком и магнитом двигается вдоль вертикальной трубки, на которой расположены герконы включения и отключения насоса.
2. Горизонтальное размещение. Устанавливается в верхней или нижней части стенки ёмкости. По мере наполнения резервуара поплавок с закреплённым на нём магнитом поднимается на поперечной штанге к геркону, который коммутирует отключения питания насоса.

Поплавковые датчики контроля наполнения с различными конструктивными особенностями можно приобрести в магазинах. Выбор зависит от конкретного места установки прибора и условий эксплуатации.

Рекомендации по правильному выбору

Подбор датчика контроля заполнения ёмкости зависит от большого количества факторов:

• Состав жидкости. Важно знать количество посторонних примесей в воде. Примеси могут менять плотность и электропроводность жидкости, что приведёт к неточности показаний обычного датчика.
• Ёмкость и материал изготовления резервуара.
• Функциональное предназначение сосуда для генерации жидкости.
• Вид контроля. Важно отслеживать максимальный и минимальный уровень заполнения ёмкости.
• Возможность подключения прибора в автоматизированную систему общего управления типа «Умный дом».
• Коммутационные характеристики прибора.

Существует ещё множество критериев для подбора этого датчика. Но для бытового использования они, скорее всего, не пригодятся. Параметры отбора можно существенно сократить, остановившись на следующих параметрах:

1. Ёмкость резервуара.
2. Способ срабатывания.
3. Схема управления.

Существенное уменьшение критериев отбора позволяет подобрать датчик в магазине по достаточно невысокой цене. А также делает возможным изготовить прибор своими руками без потерь в качестве срабатывания и безопасности использования.

Самостоятельное изготовление датчика

Предположим, стоит задача автоматизировать использование насоса типа «Малыш» для обеспечения водой дачи или загородного дома. Как правило, вода нагнетается в аккумулирующий резервуар, и нужно обеспечить своевременное, автоматическое отключение насоса при достаточном заполнении ёмкости. Для этого нет необходимости устанавливать сложные и дорогие датчики. Изготовление устройства на основе геркона, которое отлично выполнит поставленную задачу, можно осуществить своими руками. Назовём это устройство: электрический поплавковый клапан уровня воды в баке на базе герконового выключателя.

Герконовый выключатель

Геркон — это выключатель, который является главной исполняющей деталью в устройстве герконового датчика уровня воды для управления насосом. Он выглядит как маленькая герметичная стеклянная ёмкость с вакуумом внутри или инертным газом. Внутри находится замкнутая или разомкнутая контактная группа, проще говоря, два замкнутых или разомкнутых контакта из ферромагнитного материала с золотым или серебряным верхним покрытием. При попадании в магнитное поле контакты детали намагничиваются и отталкиваются друг от друга, размыкая цепь, в которую они включена, останавливая её работу, или, наоборот, замыкаются и включают цепь. Герконы разделяются на два вида:

• Геркон с нормально замкнутыми контактами.
• Геркон с нормально разомкнутыми контактами.

Среда внутри стеклянной колбы препятствует окислению контактов и образованию искр при замыкании.

Устройство датчика на основе геркона

Для изготовления устройства понадобится магнитный катушечный пускатель на 220 вольт и пара герконов, один из которых замкнут в нормальном состоянии, а второй — разомкнут. И также понадобится поплавок для бака с водой, который изготавливается из пенопласта, шток, трубки и трех проводов небольшого сечения и толщины.

Схема работы устройства проста и, главное, безопасна. Принцип работы следующий:

• В процессе набора жидкости поплавок с магнитом, достигнув геркона максимального уровня, находящегося в замкнутом состоянии, размыкается под действием магнитного поля, коммутируя силовую, пускающую катушку на отключение, которая выключает насос.
• По мере убывания воды из резервуара поплавок опускается и при достижении нижнего геркона, срабатывающего на замыкание под воздействием магнитного поля, пускающая катушка коммутируется на запуск насоса.
• Датчик, изготовленный по такому принципу, способен работать много лет без нареканий в отличие от электронных систем управления контролем заполнения ёмкостей. Изготовить поплавковый датчик уровня воды своими руками несложно, и это не требует особых специальных знаний в области электротехники.

Схема контроля откачки воды дренажным насосом

По принципу вертикальной работы поплавкового механизма можно предложить схему подключения датчика для коммутации реле запуска дренажного насоса с дополнительным питанием 12 вольт.

Стоит отметить, что герконовые переключатели не способны работать с большими токами и не могут включать или отключать насос напрямую. Поэтому они используются в низковольтных схемах для коммутации мощных реле для запуска или отключения насоса. При высоком уровне начинается откачка жидкости до достижения минимального установленного уровня. Принцип работы следующий:

• При подъёме жидкости в ёмкости до верхнего уровня поплавок с магнитом замыкает верхний геркон SV 1, и на катушку реле P1 начинает поступать ток. Происходит замыкание контактов параллельно с подключённым герконом, что приводит реле в состояние самозахвата. Такая функция не позволяет отключиться напряжению питания катушки при размыкании геркона SV 1. Это достигается подключением нагрузки реле и его катушки в одну цепь.
• Происходит включение силовой катушки реле P2 в цепи питания электронасоса и начинается откачка жидкости.
• При уменьшении уровня жидкости поплавок с магнитом достигает нижнего геркона SV 2, замыкая его контакты. Положительный потенциал напряжения начинает подаваться на катушку реле P1 также и с другой стороны. Это приводит к снятию функции самозахвата и отключению реле, что коммутирует отключение силовой катушки P2, обеспечивающей питание электронасоса.
• Поменяв герконы SV 1 и SV 2 местами, датчик будет отключать насос при наполнении ёмкости до установленного уровня и включать при падении уровня жидкости.

Недорогие приборы промышленного производства

Существуют также недорогие модели датчиков контроля уровня жидкости, которые возможно приобрести в магазинах по цене около 2 тыс. рублей

Различные модификации АРС

Такие поплавковые датчики применяются, как правило, в водоёмах. Измерительная головка в приборах этого типа небольшая, что делает прибор компактным. Нагрузочная возможность применения, согласно инструкции по эксплуатации, может достигать 1 ампера. Ввод провода в устройства герметичный. Корпус сделан из пластика. Рабочий дифференциал срабатывания равен 45 градусам. Максимальное давление для корректной работы приборов — 3 бара. Стоимость около 2 тыс. рублей в зависимости от модификации.

Устройства контроля заполнения ёмкости «Кристалл»

Эти датчики поплавкового типа можно применять в агрессивных средах. Очень компактны. Измерительная головка 2.3 сантиметра в диаметре. Максимальное давление корректной работы достигает 3.3 бара. Проводной вход выполнен в виде пластикового уплотнителя. Приборы оснащены барьером искрозащиты. Могут работать в горячей среде. Цена чуть выше 2 тыс. рублей, в зависимости от модификации.

Приборы Burkle

Эти устройства предназначены для загрязнённых сред, но также могут быть использованы и в чистых водоёмах, и резервуарах с чистой водой. Максимальное давление корректной работы составляет 4.1 бара. Максимально возможная нагрузка равна 1А. Возможна работа в средах, нагретых до 170 градусов, в жидкостях плотностью до 3 кг на кв. см. Средняя цена прибора составляет 2200 рублей и зависит от незначительных модификаций, вносимых производителем.

Датчики Fine Tek и Wilo

Эти устройства поплавкового типа можно использовать в агрессивных средах. Применяются для дренажных целей, также могут быть установлены в колодцах. Датчики выдерживают нагрузку до 2 ампер. Измерительные головки компактны и составляют 2.5 см. Проводные входы выполнены в специализированном уплотнителе. Корпуса сделаны из термостойкого пластика. Устройства оснащены топливными зондами, что позволяет их использование в горючих средах. Цена колеблется от 2 тыс. до 2500 рублей и также зависит от модификации.

Приборы Wilo поплавкового типа наиболее дёшевы, но функционально не предназначены для агрессивных сред применения и могут быть использованы только в чистой воде. Датчики обладают небольшими измерительными головками и имеют компактный вид. Максимальная температура использования равна 140 градусам. Рабочий дифференциал равен всего 30 градусам. Максимальное рабочее давление не превышает 2 бара. Цена таких датчиков колеблется в районе 1900 рублей.

Поплавковый выключатель для контроля уровня воды

Для обеспечения удобного контроля работы насосов существует большое количество различных устройств, среди которых широкое распространение получил поплавок. Среди особенностей этого приспособления следует выделить то, что он может выполнять одновременно функцию датчика уровня воды и в то же время исполнительного элемента управления насосом. Местом их размещения выступают накопительные емкости, резервуары, баки, а также колодцы и пр.

Пространства одного такого резервуара оказывается достаточно для размещения нескольких поплавков, причем они могут решать различные задачи:

• Осуществлять контроль работы основного насоса;
• Обеспечивать эффективную работу вспомогательного насоса;
• Выполнять роль аварийного датчика уровня;
• Использоваться в качестве датчика перелива.

При помощи подобных устройств для контроля уровня воды, которые применяются в этих системах, можно защитить насосный аппарат от перехода в режим «сухого хода». Также в случае наполнения разных резервуаров этот элемент позволяет защитить их от перелива.

Можно выделить несколько видов поплавков для насосов:

Первые получили распространение в системах водоснабжения и водоотведения. Вторые же в большинстве своем применяют в составе дренажных, фекальных и дождевых стоков. В магазинах эти приспособления предлагаются с длиной кабеля 2, 3, 5 и 10 метров.

Устройство и конструкция

Такой элемент, как поплавочный выключатель для контроля уровня воды имеет плавающий пластиковый корпус. В него заключён электрический переключатель и рычаг, позволяющий переводить контакты переключателя. Также в составе представлен стальной шарик, который в случае смены положения поплавка корректирует позицию и самого рычага. К переключателю подведен кабель, состоящий из трех проводов: первый является общим, а остальные подсоединены к нормально закрытому и нормально открытому контакту переключателя.

Замыкание цепи обеспечивают черный и синий провода в тот момент, когда плавок располагается в нижнем положении. В случае его перевода в верхнюю позицию в качестве замыкающих контактов уже будут выступать черный и коричневый провода. Обязательным здесь условием является изоляция того провода, который не обеспечивает подключение устройства. Важно позаботиться о том, чтобы подводящий кабель имел влагозащитные свойства, при этом конструкция пластиковой коробки должна отличаться герметичностью. Для герметизации кабельного вывода используется механическое уплотнение, также у него имеется специальное устройство, позволяющее убирать в кабеле механические напряжения.

Внутри изолированной полости кабельного ввода находится полимерная смола, которая защищает от попадания внутрь воды. Именно с химическими свойствами и термостойкостью корпуса и оболочки кабеля, которые изготовлены с применением термопластичной резины, связана способность поплавкового выключателя прекрасно переносить взаимодействие со спиртами, мочевой кислотой, фекальными водами, бензином и прочими агрессивными веществами.

Из-за отсутствия на поверхности пластиковых корпусов пор на ней не появляются загрязнения. В то же время эта особенность обеспечивает соскальзывание песка, бумаги и иных твердых веществ, на фоне чего поплавковый выключатель сохраняет свои плавучие свойства.

Характеристики датчика для контроля уровня воды:

• Напряжение сети, В — 220 ± 10%;
• Максимальный коммутируемый ток, А:
• 8А – для реактивной нагрузки (насосы, вентиляторы, компрессоры и т. п.);
• 10А – для активной нагрузки (пускатели, выключатели, тэны, лампы и т. п.);
• Диапазон рабочих температур: 0-60°C;
• Защита: IP 68.

Преимущества

Среди всех преимуществ, которыми обладает поплавковый выключатель для контроля уровня воды, в первую очередь следует выделить то, что он способен выполнять функцию обычного датчика для определения уровня воды в резервуарах. Причем эту задачу он успешно выполняет, даже невзирая на то, что для каких целей используется емкость и какой она имеет объем. Вместе с тем это устройство для контроля уровня воды в состоянии помочь сделать более удобной эксплуатацию насосного оборудования. При помощи такого устройства упрощается контроль функций промышленных, бытовых систем водоснабжения.

В некоторых случаях с его помощью можно успешно отводить жидкость. Также поплавковый выключатель для контроля уровня воды может входить в состав оборудования при сооружении канализационных коммуникаций. Простота работы и высокая эффективность его применения и обеспечили поплавочному выключателю широкое распространение в самых разнообразных системах, где возникает задача по контролю воды.

Стоит заметить, что способность обеспечить надежную защиту для насосных систем при сухоходном режиме работы является не единственным положительным качествам таких устройств. Вместе с тем с их помощью можно избегать ситуации, когда в емкостях происходит перелив воды.

Монтаж

Для установки поплавковых выключателей можно использовать один из нескольких методов. Еще до монтажа этого устройства следует удостовериться, что номинал тока, используемого для работы насоса, меньше максимально допустимого значения тока, которое приведено в технических характеристиках на этот тип поплавка. Среди известных методов монтажа поплавкового выключателя для контроля уровня воды наиболее простым в реализации является его размещение в резервуаре, предусматривающем применение поплавка с кабелем и специального грузила, которое прилагается к этому устройству.

При таком варианте установки грузило необходимо зафиксировать на кабеле, а затем опытным путем рассчитать длину плеча свободного хода поплавка. Используя защелку, нужно грузило закрепить на кабеле. После этого уже непосредственно кабель необходимо прочно зафиксировать с внешней стороны резервуара. Далее уже переходят к подключению поплавкового выключателя к насосу. После этого устройство может быть использовано по своему назначению.

Вариант установки поплавка для насосов, предусматривающий использование подводящего кабеля, может применяться лишь в ситуации, когда отсутствует риск зацепки или зависания основного устройства в самом резервуаре и когда в нем размещается лишь один поплавок.

В некоторых ситуациях может быть принято решение об установке сразу нескольких поплавков для контроля уровня воды. В этом случае их монтаж осуществляется на специальную штангу. В качестве последней чаще всего используются фрагменты пластиковой трубы, которую необходимо прочно зафиксировать в резервуаре. После этого на трубу устанавливают поплавки, причем их нужно правильно выставить, настроить и разнести по длине штанги с тем расчетом, чтобы они не создавали трудностей друг другу для нормальной работы.

Подведение кабелей, которые идут от поплавковых выключателей, к штанге осуществляется с использованием хомутов. При выборе числа поплавковых выключателей следует обращать внимание на количество насосов или тип и число защитных приспособлений и используемых пультов управления. В некоторых ситуациях проблема обеспечения надежной работы поплавковых выключателей может быть решена за счет применения нескольких штанг.

При определении схемы установки поплавковых выключателей, их количества и места их размещения необходимо каждый раз учитывать особенности места их монтажа либо ориентироваться на проект.

Принцип работы поплавка для насосов

Такие приспособления, как поплавковые выключатели могут предусматривать различные схемы их использования, причем это оказывает влияние и на их принцип работы.

Система водоснабжения, наполнение и опорожнение емкости бака резервуара

При такой схеме работы в момент всплытия поплавок обесточивает насос, который подает воду в резервуар. Сигнал на включение поступит лишь в момент достижения им дна. Такая ситуация возникает лишь при пустой емкости.

Поплавок подает сигнал на включение автоматической станции водоснабжения в момент его нахождения на поверхности. Отключение же станции может произойти лишь при погружении поплавка на дно при пустой емкости.

Со стороны поплавка поступил сигнал о закрытии клапана или задвижки с сервоприводом в момент его поднятия на поверхность. Открытие же клапана или задвижки случится лишь момент его погружения на дно при пустой емкости.

Работа поплавка может заключаться лишь в оповещении диспетчерского пункта или оператора в момент его поднятия на поверхность, что будет соответствовать наполнению емкости. Информация же о недостатке воды поступит в тот момент, когда поплавок достигнет дна.

Система канализации

Включение поплавком фекального насосного оборудования произойдет лишь в момент поднятия основного регулирующего устройства вверх. Включение насосной установки происходит при погружении регулирующего устройства на дно.

Один поплавок может одновременно обслуживать два насосных агрегата: первый аппарат может подавать в емкость воду при условии, что поплавок находится в нижней позиции. В этот момент другой насос бездействует. Когда поплавок располагается в верхнем положении, включается второй насос, задача которого заключается в выкачивании воды из резервуара. В это время насос, который подает в резервуар воду, находится в неактивном состоянии. Несмотря на свою простоту, приведенная схема применения поплавкового выключателя не является достаточно эффективной, поскольку это не исключает трудностей с регулярной доставкой воды в те моменты, когда происходит наполнение емкости.

Эксплуатация, обслуживание и ремонт

Обеспечить длительную эксплуатацию поплавков для насосов можно лишь в том случае, если не будут нарушаться правила их использования. В ситуации, когда поплавковый выключатель входит в состав системы водоснабжения и водоотведения, можно не тратить время и силы на его техническое обслуживание. Если же это устройство контролирует работу фекальных или канализационных ям, то рекомендуется, по крайней мере, раз в месяц выполнять очистку поплавка и насоса от загрязнений, используя струю воды, подаваемую под давлением.

Такая процедура позволит избежать залипания или прилипания поплавка к насосу или напорной трубе. Поплавковый выключатель, который ввиду определенных обстоятельств не в состоянии выполнять свою основную задачу, является неремонтопригодным, поэтому в таких ситуациях производится его замена. Выполнять эту работу должны специалисты сервисных центров.

Заключение

В ситуациях, когда возникает необходимость в обеспечении подачи питьевой воды в дом или вывода загрязненных стоков, приходится использовать в сочетании с насосным оборудованием и специальные приспособления. Среди них довольно эффективным является поплавочный выключатель. Польза от его применения заключается в том, что он контролирует количество жидкости в резервуаре, и, ориентируясь на это, определяет режим работы насосной установки.

Такое устройство позволяет избежать перехода работы насоса в режим «сухого хода», что положительным образом сказывается на его сроке службы. Вдобавок к этому экономится немалое количество электроэнергии, поскольку поплавковый выключатель позволяет задействовать насос лишь в случае необходимости.