Измеритель уровня воды. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Измерительная техника

 Комментарии к статье

В системе водоснабжения дачного дома накопительным элементом служит полиэтиленовая бочка объемом 160 л, установленная на чердаке [1 ]. Весьма полезным дополнением к системе является описываемый в этой статье измеритель уровня (объема) воды в бочке.

Датчиком предлагаемого измерителя является конденсатор, образованный двумя обкладками из полос фольги, укрепленными на наружной поверхности пластмассовой бочки вертикально с противоположных сторон. Ёмкость такого датчика практически линейно зависит от уровня воды: от 7 пФ - для пустой бочки, до 270 пФ - для почти полной. Индикатором может быть мультиметр или стрелочный микроамперметр.

Для получения электрического сигнала, пропорционального емкости, использован хорошо известный принцип - импульсы прямоугольной формы пропускают через измеряемую емкость датчика и диодный выпрямитель, собранный по схеме удвоения напряжения. Если сопротивление нагрузки выпрямителя мало и падение напряжения на ней существенно меньше амплитуды импульсов, средний выпрямленный ток в первом приближении пропорционален емкости: I = U·f·C_д, где U - амплитуда импульсов за вычетом падения напряжения на выпрямительных диодах; f - частота следования импульсов; С_д - емкость датчика.

Этот ток можно подать на микроамперметр и подобрать частоту импульсов так, чтобы его показания были прямопропорциональны объему воды в литрах или в процентах (от максимального объема). Если на выход выпрямителя установить резистор и подключить к нему цифровой вольтметр (мультиметр в режиме измерения напряжения), получить ту же информацию можно в цифровом виде.

Рис. 1. Схема измерителя (нажмите для увеличения)

Схема такого измерителя показана на рис. 1. Он состоит из генератора прямоугольных импульсов, собранного на трех логических элементах DD1.1 - DD1.3, буферного каскада на элементе DD1.4 и выпрямителя на диодах VD1 и VD2 со сглаживающим конденсатором С4. Генератор работает на частоте около 100 кГц. При напряжении питания 9 В, падении напряжения на двух диодах около 1,2 В и емкости датчика 270 пФ выходной ток, рассчитанный по приведенной выше формуле, составит I = (9-1,2)х100х10³х270х10^-12 = 210х10^-6 = 210 мкА. Поэтому расчетное падение напряжения на резисторе R5 составит U_R5 = 210х10^-6х820 = 170 мВ. Реально измеренное напряжение при почти полной бочке меньше - около 150 мВ.

Измеритель рассчитан на совместную работу с широко распространенными цифровыми мультиметрами серии М83хх, справа на рис. 1 показаны точки подключения к нему. Если в мультиметре установить предел измерения 200 мВ, разрешающая способность измерителя (вес младшего разряда) будет 0,1 л. Конечно, погрешность измерения количества воды будет больше, прежде всего, из-за нецилиндрической формы бочки. Если же установить предел измерения мультиметра 2 В, показания будут в литрах.

Представляет интерес подключение выхода выпрямителя измерителя к входам мультиметра при питании их от одного источника. В мультиметре ни один из входов непосредственно не соединен с источником питания, но и выход выпрямителя по постоянному току также не обязательно должен быть связан с источником питания. Это позволило подключить выход выпрямителя непосредственно ко входам мультиметра "COM" и "VΩmA", а для соединения выхода выпрямителя по переменному току с источником питания пришлось установить конденсатор С3.

Все детали измерителя установлены на односторонней печатной плате из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм, чертеж которой показан на рис. 2. Применены постоянные резисторы - МЛТ, подстроечный - импортный СA9V или отечественный СП3-19а, конденсатор С2 - К10-17, КМ-5. Диоды КД510А можно заменить любыми маломощными импульсными кремниевыми.

Рис. 2. Чертеж платы

Для подключения к источнику питания, цепям мультиметра и к датчику в плату впаяны штырьки диаметром 1 мм от разъема серии РП, а для подключения к разъему питания мультиметра к двум штырькам подпаяна колодка от использованной девятивольтовой батареи. Вариант установки платы измерителя в отсек батареи питания мультиметра М83х показан на рис. 3. В качестве источника питания использован блок питания (адаптер) от телевизионного антенного усилителя. В нем микросхемный стабилизатор на напряжение 12 В заменен на девятивольтовый (78L09).

Рис. 3. Вариант установки платы

Если для индикации использовать не мультиметр, а микроамперметр, в качестве источника питания можно использовать зарядное устройство 5 В от сотового телефона. При этом следует увеличить частоту генерации за счет подбора конденсатора С2, а резистор R5 исключить. Следует, однако, иметь в виду, что часто стабильность напряжения зарядных устройств невысока, а само выходное напряжение незначительно превышает 5 В. Поэтому необходимо предварительно проверить, что напряжение практически не меняется при подключении к выходу зарядного устройства резистора сопротивлением 100...200 Ом и при изменении напряжения сети. Если это не так, на его выход следует установить интегральный стабилизатор с малым падением напряжения, так называемый Low drop на напряжение 5 В, например, LM2931Z-5.0 или КР1158ЕН5 с любым буквенным индексом.

Датчик изготовлен из двух полос алюминиевой фольги для кулинарной выпечки шириной 120 мм и длиной, соответствующей высоте бочки. Для подключения использованы узкие полоски медной фольги, которые завернуты в концы полос фольги, а к этим полоскам припаяны провода, идущие к плате. Полосы закреплены на поверхности бочки с помощью липкой упаковочной пленки. Если расстояние между бочкой и платой преобразователя больше полуметра, для устранения влияния емкостной связи между проводниками подключение датчика к выходу элемента DD1.4 следует произвести экранированным проводом, экран которого нужно подключить к плюсу или минусу источника питания, а сопротивление резистора R4 уменьшить вдвое. При расстоянии между бочкой и индикатором более трех метров лучше разнести плату и индикатор, установив плату не далее полуметра от бочки.

Налаживать устройство не сложно. Если в качестве индикатора применен стрелочный микроамперметр, следует, не впаивая резистор R5, подборкой конденсатора С2 и резистором R3 добиться показаний (при почти полной бочке), соответствующих 150 л, или 100%. При использовании мультиметра этого добиваются подборкой конденсатора С2 и резистора R5, а также плавно резистором R3. Конструкцию датчика иллюстрирует рис. 4. Для индикации автор использовал изготовленный много лет назад мультиметр со светодиодными индикаторами [2].

Рис. 4. Конструкция датчика

Устройство можно дополнить вторым датчиком в виде двух горизонтальных полуколец, закрепленных на верхней части бочки, и изготовить автомат, выключающий насос при наполнении бочки. Одно полукольцо соединяют с выходом генератора, другое - со входом выпрямителя. Конденсатор С3 не устанавливают, нижний по схеме выход выпрямителя соединяют с минусом источника, а другой выход - с пороговым устройством, выключающим насос. Шланг с обратным клапаном [1] для исключения последствий аварийного перелива надо установить обязательно!

Литература

1. Бирюков С. Водоснабжение на даче.- САМ, 2015, № 6, с. 12-14.
2. Бирюков С. Портативный цифровой мультиметр. - Сборник "В помощь радиолюбителю", вып. 100. - М.: ДОСААФ, 1988.

Автор: С. Бирюков

Смотрите другие статьи раздела Измерительная техника.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Биопластик из отходов хлеба и авокадо 28.01.2026

Проблемы пищевых отходов и загрязнения окружающей среды пластиком все чаще рассматриваются как взаимосвязанные вызовы современности. Ученые по всему миру ищут решения, которые позволили бы одновременно сократить объем выбрасываемых продуктов и заменить традиционные полимеры экологически безопасными материалами. В этом контексте особенно интересны разработки, использующие то, что раньше считалось бесполезным мусором. Исследовательская группа из Австралии предложила технологию превращения пищевых отходов в биопластиковые пленки, применяя кожуру авокадо, черствый хлеб и крахмал саговой пальмы. Работа была выполнена учеными Университета Дикина, а ее результаты опубликованы в журнале Matter, о чем сообщил Anthropocene Magazine. По словам авторов, метод изначально разрабатывался как масштабируемый и экономически оправданный, чтобы его можно было внедрять в промышленность без существенных затрат. Австралийские исследователи подчеркивают, что полученные материалы потенциально пригодны не ...>>

Смартфон NexPhone на трех операционных системах 28.01.2026

Идея объединить смартфон и персональный компьютер в одном устройстве давно волнует инженеров и пользователей, однако до сих пор такие проекты оставались нишевыми или компромиссными. Компания Nex Computer решила подойти к этой задаче радикально и представила NexPhone - смартфон, который позиционируется как полноценная альтернатива ПК. Его ключевая особенность заключается в одновременной поддержке сразу трех операционных систем, каждая из которых рассчитана на свой сценарий использования. В NexPhone реализована система мультизагрузки, позволяющая работать с Android 16, Linux на базе Debian и Windows 11. Android 16 выступает основной мобильной платформой и предназначен для повседневных задач, таких как общение, мультимедиа и приложения. Linux запускается как отдельная рабочая среда, ориентированная на разработчиков и пользователей, привыкших к классическим настольным инструментам. Windows 11 устанавливается во второй раздел накопителя и требует перезагрузки устройства, но именно она до ...>>

Солнечный свет помогает мозгу работать быстрее 27.01.2026

Влияние света на самочувствие человека давно интересует ученых, однако лишь в последние годы стало возможным изучать этот эффект вне строгих лабораторных условий. Современные носимые датчики и мобильные приложения позволяют наблюдать, как освещение в повседневной жизни отражается на внимании, памяти и уровне бодрствования. Именно таким путем пошли исследователи из Манчестерского университета, решив выяснить, какую роль играет дневной свет в поддержании когнитивной активности. В ходе исследования 58 добровольцев на протяжении недели носили специальные сенсоры, фиксирующие интенсивность окружающего освещения. Параллельно участники выполняли задания в приложении Brightertime, которое оценивало их внимание, скорость реакции, рабочую память и субъективную сонливость. Для этого использовались шкала сонливости Каролинского университета, тест на бдительность, трехзадачный тест памяти и задания на визуальный поиск, что позволяло отслеживать изменения когнитивной производительности практическ ...>>

Случайная новость из Архива Пчелы прочно держат пыльцу 08.12.2017 Ученые из Технологического института Джорджии исследовали, как именно пчелы переносят пыльцу в свои ульи. Выяснилось, что надежно удерживать добычу помогали удерживать длинные волосы на ногах пчел. Известно, что пчелы не просто переносят пыльцу между растениями, они также приносят ее обратно в улей для еды. Эти "пыльцевые гранулы", которые также включают нектар и могут составлять до 30% от веса пчелы, свисают с задних ног, как переполненные седельные сумки. Теперь ученые изучили, насколько надежно пчелы несут свой драгоценный груз. Для этого группа поймала примерно два десятка насекомых, возвращающихся к своим ульям, и осмотрела их ноги и пыльцу, используя изображения с высоким разрешением и технику, аналогичную рентгеновскому снимку. Оказалось, удерживать гранулы пыльцы на месте помогали длинные волосы на ногах насекомых. Затем исследователи попытались оторвать некоторые из пыльцевых гранул с помощью эластичной нити. Они обнаружили, что гранулы, хотя и казались непрочно держащимися, на деле были надежно прикреплены: сила, необходимая для отрывания гранул, была примерно в 20 раз больше, чем сила, воздействие которой обычно испытывает пчела во время полета. По мнению группы, эти результаты могут помочь ученым разработать искусственные опылители в будущем.

Другие интересные новости:

▪ Самолет, способный ездить по дорогам

▪ Заморозка нервов может помочь в борьбе с ожирением

▪ Звуковые волны являются носителем массы

▪ Смартфон Sony с дисплеем Retina

▪ Пить или не пить

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Инструменты и механизмы для сельского хозяйства. Подборка статей

▪ статья Горе луковое. Крылатое выражение

▪ статья Сколько глаз у безглазого большеглазого паука? Подробный ответ

▪ статья Продавец промтоварного отдела (секции). Типовая инструкция по охране труда

▪ статья Ограничитель броска тока при включении лампы накаливания. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Парадокс шахматной доски. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026