液面検出器。スキーム、説明

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液体レベル検出器。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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レベルスイッチは最も一般的な自動化デバイスです。これらのデバイスの動作原理は非常に多様で、媒体の物理的特性と設定されたタスクの両方によって決まります。バルク固体のレベルを信号で知らせる場合、超音波レーダー、製品が入ったコンテナの質量計、警報設定のレベルにある発信機からコンテナの壁に沿って伝播する超音波の減衰を測定することに基づくシステム。水平に一定の距離を置いて設置した受信機を使用します。コンテナの壁を通して光る放射性同位元素装置もあり、その反対側にはガイガーカウンターがあります。

液体のレベルを知らせる装置は他にもたくさんあります。液体が導電性でない場合は、上記に加えて、フッ素樹脂フィルムで絶縁された一対の隣接する電極が警報レベルでタンクに衝突したときに容量センサーが使用されます。液体が電極を覆うと、その誘電率により電気容量が増加し、その変化がセンサーの電気回路によって測定されます。最も一般的に使用される浮きおよび振動警報。

フロートセンサーはその設計が最も豊富で、フロートが上昇するとリードスイッチや非接触素子が作動します。振動アラームは LC v 低周波発生器に基づいています。音叉の形をした機械共振器がインダクタンス場に配置されています。液体が共振器の花びらに触れると、機械的振動の減衰が大幅に増加し、発電が中断されます。警報回路は、必要なレベルに達すると外部信号を発します。

導電性液体のレベルの信号伝達は、上記の方法に加えて、制御電極を使用して実行されることが最も多いです。動作原理は、基準電極と共通ワイヤ間の電気抵抗を測定することです。電極が電気分解生成物の膜で覆われ、電流を流しにくい分極の影響を排除するため、制御は交流のみで行われます。ほとんどの場合、この方法は水位の測定に使用されます。通常、参照電極の電圧は約 6 V で、電子回路は参照電極回路の抵抗が 3 kΩ 未満のときに動作します。

警報回路には、制御電圧の両方の半波に対して対称的な入力があります。測定抵抗に割り当てられた電圧は整流されてしきい値要素の入力に供給され、その出力にはリレーまたは非接触要素が接続されます。

日常生活ではほとんどの場合、水位を知らせる必要があり、制御電極を使用した回路が最も単純で自己反復に最もアクセスしやすいため、このセクションではそのようなシステムのみを検討します。著者は、主に産業企業での使用を目的として、そのようなスキームを数十個開発しましたが、多くの設計は、貯蔵タンク、井戸、プール、排水ピットなどのレベルを知らせるのに最適です。

このセクションでは、簡単にするために、複雑さが異なり、要素ベースが異なる XNUMX チャネルの信号デバイスのみを考慮しますが、チャネルの数は任意に増やすことができます。たとえば、業界では XNUMX チャネルの信号デバイスが製造されていますが、家庭では XNUMX チャネル以上のデバイスが必要になる場合があります。信号装置の回路は必ず制御電極に交流を出力し、その交流がヒステリシス特性を持つ閾値素子に供給されます。しきい値デバイスの出力には、電磁リレーまたは非接触要素が接続されます。素子ベースの多様性により、そのような回路は多種多様になる可能性がありますが、簡単にするために、以下ではリレー出力回路のみを考慮します。

液面スイッチ
図。 1

最も単純な信号装置は電磁リレー上に構築できます (図 1)。 ACリレーには実質的にヒステリシスがなく、電極が水面に触れた瞬間に信号装置がトリガーされ、大きな跳ね返りを伴うため、回路ではDCリレーのみが使用されます。この回路の欠点は、低電力リレーの使用が必須であることと感度が低いことです。

液面スイッチ
図。 2

トランジスタ回路の特性ははるかに優れています（図2）。回路のしきい値特性が不十分なため、電極が水面に接触した瞬間のリレーのチャタリングを排除するために、トランジスタのベース回路に電解コンデンサが取り付けられています。産業用デバイスと同様に、シュミットトリガをしきい値要素として使用することもできますが、回路が大幅に複雑になります。

液面スイッチ
図。 3

液面スイッチ
図。 4

サイリスタとトライアックは良好なしきい値特性を持っています。サイリスタ回路はシンプルで信頼性がありますが (図 3)、出力リレーの電圧に問題があります。 BT4 ... BT134 シリーズの輸入トライアックを使用すると、よりシンプルで信頼性の高い回路 (図 138) が得られます。信号灯やベルなど、回路内で任意のリレーやその他の負荷を使用できます。

液面スイッチ
図。 5

~ 220V の電圧に対応するリレーまたはその他の要素が使用される場合、図 5 の回路が最適であり、しきい値要素は超小型回路上に構築するのが最適です。 K561TL2 チップ (シュミットトリガー) を使用することもできますが、希少性があるため、それを使用する回路はここでは考慮されていません。

液面スイッチ
図。 6

液面スイッチ
図。 7

ほとんどすべての論理要素には良好なしきい値特性がありますが、簡単にするために K561PU4 のみを考慮します (図 6)。場合によっては、水がないときに出力リレーが作動し、電極が水面に触れると解放される信号装置が必要になることがあります。このようなスキームは、信号装置の状態を遠隔監視するのに便利です。電源をオフにしてNCをオフにするだけで十分です。リレー接点が閉じます (図 7)。

液面スイッチ
図。 8

液面スイッチ
図。 9

8 つの出力巻線を備えた適切なトランスが入手できない場合は、XNUMX つの二次巻線を備えた回路を使用できます (図 XNUMX)。この巻線の電圧に応じて、出力リレーが選択されます。この回路は良好な特性を持ち、出力リレーの状態の逆特性も備えています。水しぶきや波が水面上に常に存在するタンク内の水位を制御したい場合は、レベル信号を減衰させる回路を使用するのが最善です。回路は、電極からの信号が安定して現れた後にのみ動作する必要があり、短期間のレベル損失中に出力信号をオフにしてはなりません。クワッドコンパレータ回路は非常に優れた特性を持っています。この回路では、XNUMX 次巻線が XNUMX つあるトランスを使用します。回路内で強力な出力リレーを使用する必要がある場合は、追加のトランジスタアンプが必要になります。

米。 10（クリックで拡大）

業界では多くのレベルスイッチが製造されていますが、そのスキームのすべてが成功しているとは言えません。著者は何度もシリアル製品を「頭に浮かべる」必要がありました（図10）。なぜなら産業用デバイスの回路は、不当に複雑でアクセスできないことが多く、将来的には考慮されなくなるでしょう。ここでは、良好な特性を持つ最も単純な信号回路のみを考慮します。それらに基づいて、著者がここでは公開していない他の多くのスキームを作成でき、読者が自分で行うことを提案します。

著者: Kravtsov V.、kravitnik.narod.ru

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