水位計。スキーム、説明

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水位計。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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カントリーハウスの給水システムでは、貯蔵要素は屋根裏に設置された 160 リットルのポリエチレン製バレルです [1]。システムへの非常に便利な追加機能は、この記事で説明されているバレル内の水位 (体積) メーターです。

提案されたメーターのセンサーは、プラスチック製のバレルの外面の反対側に垂直に取り付けられた 7 枚の箔ストリップのプレートによって形成されたコンデンサーです。このようなセンサーの容量は、水位にほぼ直線的に依存します。つまり、空のバレルの 270 pF から、ほぼ満杯のバレルの XNUMX pF までです。インジケーターにはマルチメーターまたはダイヤル微小電流計を使用できます。

静電容量に比例する電気信号を取得するには、よく知られた原理が使用されます。方形パルスがセンサーの測定された静電容量と、電圧倍増回路に従って組み立てられたダイオード整流器を通過します。整流器の負荷抵抗が小さく、その両端の電圧降下がパルス振幅よりも大幅に小さい場合、平均整流電流は、一次近似的に静電容量に比例します。 I = U f C_дここで、U はパルスの振幅から整流ダイオードの両端の電圧降下を引いたものです。 f - パルス繰り返し周波数。と_д - センサー静電容量。

この電流は微小電流計に印加でき、その測定値が水の体積（リットル単位）または（最大体積に対する）パーセンテージに直接比例するようにパルス周波数を選択できます。整流器の出力に抵抗を取り付け、それにデジタル電圧計（電圧測定モードのマルチメーター）を接続すると、同じ情報をデジタル形式で取得できます。

米。 1.メータースキーム（クリックして拡大）

このようなメーターの図を図に示します。 1. これは、1.1 つの論理要素 DD1.3 ～ DD1.4 上に組み立てられた方形パルス発生器、要素 DD1 上のバッファ段、および平滑コンデンサ C2 を備えたダイオード VD4 および VD100 上の整流器で構成されます。発電機は約 9 kHz の周波数で動作します。電源電圧が 1,2 V、270 つのダイオード間の電圧降下が約 9 V、センサー容量が 1,2 pF の場合、上記の式を使用して計算された出力電流は、I = (100-10)xXNUMXxXNUMX となります。³x270x10^-12 = 210x10^-6 = 210μA。したがって、抵抗 R5 の両端での計算された電圧降下は U になります。_R5 = 210x10^-6x820 = 170mV。ほぼフルバレルで実際に測定された電圧はそれより低く、約 150 mV です。

このメーターは、図の右側にある、広く使用されている M83xx シリーズのデジタルマルチメーターと連携して動作するように設計されています。 1 は、それへの接続ポイントを示しています。マルチメーターの測定限界を 200 mV に設定すると、メーターの分解能 (最下位桁の重量) は 0,1 l になります。もちろん、主にバレルの形状が円筒形ではないため、水の量の測定誤差は大きくなります。マルチメーターの測定限界を 2 V に設定すると、読み取り値はリットル単位になります。

同じ電源から電力が供給されている場合、メーター整流器の出力をマルチメーターの入力に接続することは興味深いことです。マルチメータでは、どの入力も電源に直接接続されていませんが、整流器の DC 出力も電源に接続する必要はありません。これにより、整流器の出力をマルチメータの「COM」および「VΩmA」入力に直接接続できるようになり、整流器の AC 出力を電源に接続するにはコンデンサ C3 を取り付ける必要がありました。

メーターのすべての部品は、厚さ 1,5 mm のフォイルガラス繊維ラミネートで作られた片面プリント基板に取り付けられています。その図を図に示します。 2.固定抵抗が使用されます - MLT、トリマー - 輸入CA9Vまたは国産SP3-19a、コンデンサC2 - K10-17、KM-5。 KD510A ダイオードは、低電力パルスシリコンダイオードと置き換えることができます。

水位計
米。 2.ボードの描画

電源、マルチメータ回路、およびセンサに接続するには、RP シリーズコネクタの直径 1 mm のピンをボードにはんだ付けし、マルチメータの電源コネクタに接続するには、使用済みの 83 個のブロックを使用します。ボルトのバッテリーは3つのピンにはんだ付けされています。 M12x マルチメーターのバッテリーコンパートメントにメーターボードを取り付けるためのオプションを図に示します。 78. 電源はテレビアンテナアンプからの電源（アダプター）を使用しました。その中で、09 V の超小型回路スタビライザーが XNUMX ボルトのもの (XNUMXLXNUMX) に置き換えられています。

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米。 3. ボード搭載オプション

マルチメータではなくマイクロアンペアを表示に使用する場合は、携帯電話の 5 V 充電器を電源として使用できます。この場合、コンデンサ C2 を選択して発生周波数を上げ、抵抗 R5 を削除する必要があります。ただし、充電器の電圧の安定性が低く、出力電圧自体が 5 V をわずかに超える場合が多いため、抵抗を接続するときに電圧が実質的に変化しないことを最初に確認する必要があります。充電器の出力とネットワーク電圧が変化したときの抵抗は 100 ～ 200 オームです。そうでない場合は、低電圧降下、いわゆる 5 V の電圧の低降下を備えた統合スタビライザーを出力に取り付ける必要があります (たとえば、任意の文字インデックスが付いた LM2931Z-5.0 または KR1158EN5)。

センサーは、幅 120 mm、長さはバレルの高さに相当する 1.4 枚のベーキンググレードのアルミニウムフォイルでできています。接続には、細い銅箔ストリップが使用され、銅箔ストリップの端に巻き付けられ、基板に向かうワイヤがこれらのストリップにはんだ付けされます。ストリップは、粘着性の包装フィルムを使用してバレルの表面に固定されます。バレルとコンバータボード間の距離が4メートル以上ある場合、導体間の容量結合の影響を排除するために、センサーをシールド線を使用して要素DDXNUMXの出力に接続する必要があります。を電源のプラスまたはマイナスに接続し、抵抗RXNUMXの抵抗値を半分にする必要があります。バレルとインジケーターの間の距離がXNUMXメートルを超える場合は、ボードとインジケーターを分離し、ボードをバレルからXNUMXメートル以内に設置することをお勧めします。

デバイスのセットアップは難しくありません。ダイヤル微小電流計をインジケータとして使用する場合は、抵抗 R5 をはんだ付けせずに、2 リットルまたは 3% に相当する読み取り値 (ほぼフルバレルの場合) を達成するコンデンサ C150 と抵抗 R100 を選択する必要があります。マルチメータを使用する場合、これはコンデンサ C2 と抵抗 R5 を選択し、抵抗 R3 をスムーズに使用することによって実現されます。センサーの設計を図に示します。 4. 表示のために、著者は何年も前に作られた LED インジケーター付きのマルチメーターを使用しました [2]。

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米。 4. センサー設計

この装置には、バレルの上部に取り付けられた 3 つの水平ハーフリングの形をした 1 番目のセンサーを追加することができ、バレルが満たされたときにポンプをオフにする自動装置を作成することもできます。 XNUMX つのハーフリングは発電機の出力に接続され、もう XNUMX つは整流器の入力に接続されます。コンデンサCXNUMXは取り付けられておらず、回路内の整流器の下側出力は電源のマイナスに接続され、もう一方の出力はポンプをオフにする閾値デバイスに接続されています。緊急オーバーフローの影響を排除するには、逆止弁付きホース [XNUMX] を取り付ける必要があります。

文学

Biryukov S. 国の給水. - CAM, 2015, No. 6, p. 12-14。
ビリュコフ S. ポータブルデジタルマルチメーター。 - コレクション「アマチュア無線を助けるために」、vol. 100. - M.: DOSAAF、1988 年。

著者: S. ビリュコフ

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