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:

Хорошо управляемые луга могут компенсировать выбросы от скота 15.02.2026

Животноводство, особенно разведение крупного рогатого скота, часто обвиняют в значительном вкладе в глобальное потепление из-за мощного парникового газа - метана, который выделяется при пищеварении у жвачных животных. Это вызывает острые политические споры и призывы к сокращению потребления мяса. Однако ученые напоминают, что полная картина климатического воздействия отрасли не ограничивается только выбросами от животных: огромную роль играет окружающая экосистема - пастбища, почва и растительность, которые способны активно поглощать углекислый газ из атмосферы. Исследователи из Университета Небраски-Линкольна решили глубже изучить этот баланс. Группа под руководством профессора Галена Эриксона сосредоточилась на том, как правильно организованные пастбища накапливают углерод в растениях и грунте благодаря естественным процессам, стимулируемым выпасом скота. Ученые подчеркивают, что при достаточном уровне осадков и грамотном управлении такие луга превращаются в мощные природные погло ...>>

NASA тестирует инновационную технологию крыла 15.02.2026

Коммерческая авиация ежегодно расходует колоссальные объемы керосина, что сказывается не только на бюджете авиакомпаний, но и на состоянии окружающей среды. В 2024 году глобальные затраты на авиационное топливо достигли 291 миллиарда долларов, и эта сумма продолжает расти. Чтобы справиться с этими вызовами, NASA активно работает над технологиями, способными заметно повысить аэродинамическую эффективность самолетов. Одним из самых перспективных направлений стало создание специальной конструкции крыла, которая максимизирует естественный ламинарный поток воздуха и минимизирует сопротивление. В январе 2026 года специалисты NASA Armstrong Flight Research Center успешно провели важный этап наземных испытаний концепции Crossflow Attenuated Natural Laminar Flow (CATNLF). Для эксперимента под фюзеляж исследовательского самолета F-15B закрепили вертикально ориентированную масштабную модель высотой около 0,9 м (3 фута), напоминающую узкий киль. Такая компоновка позволила подвергнуть прототип р ...>>

Забота о внуках очень полезна для здоровья мозга 14.02.2026

Общение между поколениями приносит радость всей семье, но мало кто задумывается, насколько активно бабушки и дедушки, заботящиеся о внуках, поддерживают свою умственную форму. Регулярное взаимодействие с детьми стимулирует мозг пожилых людей, помогая сохранять память, скорость мышления и общую когнитивную активность. Новые научные данные подтверждают, что такая добровольная помощь не только важна для общества, но и может замедлять возрастные изменения в мозге. Исследователи из Тилбургского университета в Нидерландах провели анализ, чтобы понять, приносит ли уход за внуками реальную пользу здоровью пожилых людей. Ведущий автор работы Флавия Черечес отметила, что многие бабушки и дедушки регулярно присматривают за детьми, и оставался открытым вопрос, насколько это положительно сказывается на их собственном благополучии, особенно в плане когнитивных функций. Ученые поставили цель выяснить, способен ли регулярный уход за внуками замедлить снижение памяти и других умственных способ ...>>

Случайная новость из Архива Чистая энергетика обошла угольную 14.06.2020 Впервые за 130 лет потребление энергии в США из возобновляемых источников превысило потребление энергии, полученной от переработки угля. Несмотря на то, что главной причиной лидерства стала нынешняя пандемия, эксперты говорят, что такая тенденция продолжается на протяжении последних шести лет. Угольная энергетика потеряла 15% и достигла минимальных показателей за последние 42 года, в то время как возобновляемые источники прибавили 1%. Управление энергетической информацией США (EIA) прогнозирует, что в течение нынешнего года "чистая" энергетика обгонит "угольную". А как отмечает Деннис Уамстед, аналитик из Института экономики, энергетики и финансового анализа, даже после полного восстановления экономики, когда пандемии закончится, в угольном секторе значительного роста не предвидится.

Другие интересные новости:

▪ Взгляд на больного делает нас здоровее

▪ Реставрация церковных росписей с помощью бактерий

▪ Прототип анода для натрий-ионных батарей

▪ Что коту здорово, то комару смерть

▪ Самый быстрый некластерный суперкомпьютер в мире

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Заземление и зануление. Подборка статей

▪ статья Александр Гумбольдт. Знаменитые афоризмы

▪ статья После показа какого мультфильма в больницы попало около 700 детей? Подробный ответ

▪ статья Кунгурская пещера. Чудо природы

▪ статья Намотанные электроизоляционные изделия. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Импульсный источник питания на 40 ватт. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026