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:

Оптимальная продолжительность сна 12.11.2025

Сон играет ключевую роль в поддержании здоровья, когнитивных функций и общего самочувствия. Несмотря на широко распространенный стереотип о восьмичасовом сне, последние исследования показывают, что оптимальная продолжительность сна для большинства здоровых взрослых ближе к семи часам. Эволюционный биолог из Гарварда, Дэниел Э. Либерман, утверждает, что традиционная норма восьми часов сна - это скорее культурное наследие индустриальной эпохи, чем биологическая необходимость. По его словам, полевые исследования, проведенные в сообществах, не использующих электричество, показывают, что средняя продолжительность сна составляет 6-7 часов, что значительно отличается от общепринятого стандарта. Современные эпидемиологические данные подтверждают этот взгляд. Исследования выявили так называемую "U-образную кривую" зависимости между продолжительностью сна и рисками для здоровья. Минимальные показатели заболеваемости и смертности наблюдаются именно у людей, спящих около семи часов в сутки. ...>>

Дефицит кислорода усиливает выброс закиси азота 12.11.2025

Парниковые газы играют ключевую роль в изменении климата, а закись азота (N2O) - один из наиболее опасных среди них. Этот газ не только втрое сильнее углекислого газа в удержании тепла, но и разрушает озоновый слой. Недавнее исследование американских ученых показало, что микробы в зонах с низким содержанием кислорода активно производят N2O, усиливая глобальные климатические риски. Команда из Университета Пенсильвании изучала прибрежные воды у Сан-Диего и провела наблюдения на глубинах от 40 до 120 метров в Восточной тропической северной части Тихого океана - одной из крупнейших зон дефицита кислорода. Исследователи сосредоточились на том, как морские микроорганизмы превращают нитраты в закись азота. В ходе работы выяснилось, что существует два пути образования N2O. Один путь начинается с нитрата, другой - с нитрита. На первый взгляд более короткий путь должен быть эффективнее, однако микробы, использующие нитрат, продуцируют больше газа, поскольку этот "сырьевой" источник более д ...>>

Омега-3 помогают молодым кораллам выживать 11.11.2025

Сохранение коралловых рифов становится все более актуальной задачей в условиях глобального изменения климата. Молодые кораллы особенно уязвимы на ранних стадиях развития, когда стрессовые условия и нехватка питательных веществ могут привести к высокой смертности. Недавнее исследование ученых из Технологического университета Сиднея показывает, что специальные пищевые добавки способны существенно повысить выживаемость личинок кораллов. В ходе работы исследователи разработали особый состав "детского питания" для коралловых личинок. В него вошли масла, богатые омега-3 жирными кислотами, а также важные стерины, необходимые для формирования клеточных мембран. Личинки, получавшие эти добавки, развивались быстрее, становились крепче и демонстрировали более высокую устойчивость к стрессовым факторам. Особое внимание ученые уделили липидам. Анализ показал, что личинки активно усваивают эти вещества, что напрямую влияет на их жизнеспособность. Стерины, содержащиеся в корме, повышают устойчи ...>>

Случайная новость из Архива Искусственные мускулы из натуральных белков 15.02.2022 Группе исследователей из Фрайбургского университета удалось разработать искусственные мышцы, которые используют естественные процессы в организме. Ученые продемонстрировали автономную сгибающуюся мышцу, которая движется, потребляя химическое топливо, подобно аналогам у людей или у животных. Наша искусственная мышца все еще является прототипом. Однако высокая биосовместимость материала и возможность корректировки его состава для соответствия конкретным тканям и технологическим применениям могут проложить путь для будущих применений в реконструктивной медицине, протезировании, фармацевтике или мягкой робототехнике, - рассказывает Стивен Шиллер. В прошлом ученые применяли натуральные белки для создания искусственных мышечных систем, встраивая их в крошечные молекулярные машины или полимеры. Однако им не удавалось разработать полностью биологические синтетические мышцы. Натуральный белок, используемый командой из Фрайбурга, основан на природном волокнистом белке, называемом эластином. Исследователи разработали два синтетических эластиноподобных белка, один из которых реагирует на колебания кислотности среды, а другой - на изменения температуры. Ученые объединили два белка с помощью фотохимического перекрестного связывания, чтобы сформировать слоистый материал, которому можно легко придать форму, чтобы задать направление его движения. Затем им удалось вызвать ритмичные сокращения с помощью химического источника топлива, сульфита натрия. В колебательной химической реакции, в которой кислотность меняется циклами из-за особой связи нескольких реакций, добавленная энергия превращалась в механическую энергию. Таким образом, исследователи заставили материал циклически сокращаться автономно. Они также могли включать и выключать сокращения с помощью изменения температуры. При этом можно было запрограммировать определенные состояния материала, и снова сбросить их с помощью другого стимула. Таким образом, ученые создали простую систему реализации "заучивания и забывания" на материальном уровне. Поскольку он получен из встречающегося в природе белка эластина и производится с помощью биотехнологических средств, наш материал отличается высокой устойчивостью, которая также актуальна для технических применений, - поясняет Шиллер. В будущем материал может быть доработан для реагирования на другие раздражители, такие как электричество, концентрация соли в окружающей среде, и для потребления других источников энергии, например, полученной из биомассы. Мы находимся в состоянии, когда мы можем разрабатывать концепции белкового материала, имитирующие сложные биологические функции, даже в отношении памяти и обучения, - подвел итог Шиллер. В будущем специалисты предполагают создавать белковые материалы, которые используют АТФ, "валюту", которой обмениваются клетки, чтобы использовать новые подходы в биомедицинских приложениях, таких как регенерация тканей и новое поколение нанотехнологических роботов для доставки лекарств в человеческие органы.

Другие интересные новости:

▪ Идеальная температура в спальнях пенсионеров

▪ Компактный Canon imageFormula DR C240

▪ Хронический недостаток сна может разрушать память

▪ Нейронный спидометр нашего мозга

▪ GPS-пуля

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Сборка кубика Рубика. Подборка статей

▪ статья На земле, в небесах и на море. Крылатое выражение

▪ статья Как кофе воздействует на людей? Подробный ответ

▪ статья Санитарка-мойщица аптечной посуды. Типовая инструкция по охране труда

▪ статья Доработка сварочного аппарата. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Фазовый преселектор. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025