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:

Чувства кота, ожидаюшего возвращения хозяина 16.07.2026

Многие владельцы кошек уверены, что их питомцы совершенно равнодушны к уходу человека из дома. Считается, что кошки - независимые существа, которые спокойно переносят одиночество и даже радуются, оставаясь одни. Однако испанские специалисты по поведению животных считают, что реальность гораздо сложнее. Реакция кошки на отсутствие хозяина зависит от ее индивидуального характера, степени привязанности к человеку и привычного распорядка дня. Кошки хорошо запоминают ежедневные ритуалы своих владельцев. Они способны связывать определенные звуки - звон ключей, шаги у двери или звук закрывающегося замка - с предстоящим уходом человека. Для одних животных эти сигналы означают возможность спокойно лечь спать, а для других становятся причиной беспокойства и длительного ожидания возвращения хозяина. Таким образом, кошка не просто "не замечает" уход, а активно реагирует на связанные с ним изменения в окружающей обстановке. Исследования поведения кошек показывают, что некоторые из них действи ...>>

Целесообразность приема пробиотиков после курса антибиотиков 16.07.2026

Антибиотики остаются одним из самых мощных инструментов современной медицины в борьбе с бактериальными инфекциями. Однако их действие не ограничивается уничтожением только вредных микроорганизмов. Эти препараты способны существенно влиять на состав кишечной микрофлоры, что часто вызывает вопросы у пациентов: насколько серьезны эти изменения, как долго они сохраняются и нужно ли после курса антибиотиков принимать пробиотики для восстановления. На эти вопросы попытались ответить исследователи, проанализировав имеющиеся научные данные. Во время приема антибиотиков многие люди сталкиваются с неприятными симптомами со стороны пищеварительной системы: тошнотой, болями или спазмами в животе, а также диареей. Такие реакции возникают потому, что препараты воздействуют не только на возбудителей инфекции, но и на полезные бактерии, которые населяют кишечник и участвуют в пищеварении, синтезе витаминов и поддержании иммунитета. Некоторые антибиотики, например азитромицин, могут напрямую влия ...>>

Резкое похудение и возврат веса могут навредить сердцу 15.07.2026

Многие люди, желая быстро избавиться от лишних килограммов, прибегают к строгим диетам с резким ограничением калорий. Достигнув желаемого результата, они часто постепенно или быстро возвращаются к прежнему рациону и прежнему весу. На первый взгляд это кажется лишь вопросом внешнего вида, однако ученые предупреждают: постоянные колебания массы тела могут оказывать негативное влияние на сердечно-сосудистую систему и обмен веществ. Так называемый эффект йо-йо, когда периоды активного похудения сменяются повторным набором веса, становится все более распространенным явлением. Новые исследования указывают на возможную связь между такими циклами и ухудшением работы сердца. Организм способен адаптироваться к изменениям питания, но постоянное повторение резких переходов между ограничением калорий и перееданием создает дополнительную нагрузку на различные системы. В одном из экспериментов на лабораторных животных исследователи моделировали эффект йо-йо, периодически снижая калорийность рац ...>>

Случайная новость из Архива Однокристальная система Dimensity 9000 24.11.2021 Компания MediaTek представила однокристальную систему Dimensity 9000 - флагманскую платформу для смартфонов 2022 года. В одном новинка выгодно отличается от платформ Qualcomm и Apple - это первая в мире SoC, производимая по техпроцессу 4 нм. Теоретически это дает ей преимущество в плане более низкого энергопотребления. Впрочем, разница c 5-нанометровыми SoC Qualcomm и Apple невелика. Производство Dimensity 9000 доверено TSMC, готовые устройства на базе новой платформы обещаны уже в первом квартале 2022 года, то есть флагманы на Snapdragon 898 и Dimensity 9000 появятся практически одновременно. Предварительные данные о конфигурации SoC полностью подтвердились официальными. CPU платформы трехкластерный, с одним ядром Arm Cortex-X2 частотой 3,05 ГГц, тремя ядрами Arm Cortex-A710 частотой 2,85 ГГц и четырьмя Cortex-A510 частотой 1,8 ГГц. В роли GPU выступил 10-ядерный ускоритель Arm Mali-G710. Также в конфигурации однокристальной системы шестиядерный модуль APU пятого поколения для ускорения задач ИИ и совершенно новый 18-разрядный цифровой сигнальный процессор с поддержкой камер разрешением до 320 Мп (!) и поддержкой одновременной записи трех потоков видео 4К HDR (или одновременного захвата трех 32-мегапиксельных фото). Платформа поддерживает память LPDDR5X и экраны Full HD+ с кадровой частотой 180 Гц (или WQHD+ с кадровой частотой 144 Гц). Есть встроенный модем 5G, модули Wi-Fi 6E и Bluetooth 5.3. Платформа уже позитивно отметилась в тестах: смартфон Vivo на ее базе впервые для Android-сегмента набрал более миллиона баллов в AnTuTu. Вероятно, дебютирующая примерно через две недели SoC Qualcomm Snapdragon 898 будет не менее мощной, однако для MediaTek это прецедент: впервые платформа тайваньской компании будет на равных конкурировать с американским конкурентом. Глава Redmi Лу Вейбинг (Lu Weibing) сразу после анонса Dimensity 9000 поинтересовался у пользователей социальной сети Weibo о том, как они восприняли новинку. Очевидно, Redmi уже готовит флагман на этой SoC. По предварительным данным, он войдет в состав серии смартфонов Redmi K50.

Другие интересные новости:

▪ Новый катализатор для энергетической конверсии

▪ Шимпанзе-изобретатели

▪ Монитор Iiyama P2252HS-1 с ударопрочным стеклом

▪ Синтезатор частоты Texas Instruments LMX2594

▪ Консоль Microsoft Xbox 360 Star Wars

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Применение микросхем. Подборка статей

▪ статья Общая электроника и электротехника. Шпаргалка

▪ статья Какой музыкальный инструмент был первым? Подробный ответ

▪ статья Начальник производственно-технического отдела. Должностная инструкция

▪ статья Универсальный блок регуляторов на микросхеме LM1040. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Регулируемый блок питания, 0-20 вольт 2 ампера. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026