Сигнализаторы  уровня  жидкости   

     Сигнализаторы уровня являются наиболее распространёнными устройствами автоматики. Принцип действия этих устройств весьма разнообразен и определяется как физическими свойствами среды, так и поставленными задачами. В промышленности для измерения  и сигнализации уровня различных жидкостей в ёмкостях  используют различные  способы.  Измерители и сигнализаторы уровня могут быть радарного типа, когда от прибора к поверхности жидкости посылается ультразвуковой сигнал или электромагнитная волна  микроволнового диапазона и по времени задержки отражённой волны вычисляется дистанция. Часто применяются поплавковые датчики - при всплытии поплавка срабатывает контактный или бесконтактный сигнализатор.  Иногда уровень жидкости в ёмкости  определяют по давлению на входе датчика, вваренного в её  нижнюю часть.  Очень распространены вибрационные датчики, которые представляют собой генератор  и  резонаторы камертонного типа, которые погружаются в измеряемую среду. При резком изменении добротности резонансной системы прибор выдаёт соответствующий сигнал.  Имеются  системы, основанные на измерении затухания ультразвуковой волны, распространяющейся по стенке ёмкости от излучателя, располагаемого на уровне уставки сигнализации до приёмника, расположенного по горизонтали на некотором расстоянии. Бывают даже радиоизотопные приборы, просвечивающие стенку ёмкости, на противоположной стороне которой располагается счётчик Гейгера.   Достаточно распространены ёмкостные сигнализаторы, представляющие собой контрольные электроды, покрытые изолирующим слоем, например, фторопластом.  Когда жидкость покрывает электроды, подключенные к генератору,  увеличивается электрическая ёмкость электрода относительно стенок резервуара  или рядом расположенного вспомогательного электрода, изменение которой измеряет вторичный  прибор.   Для сигнализации уровня электропроводных неагрессивных жидкостей  чаще всего применяют контрольные электроды, представляющие собой прут из нержавеющей стали или иного материала, не подверженного окислению,  закреплённый  на  специальном изоляторе - зонде, который  имеет  крепёжные  элементы.  Если в измеряемой ёмкости отсутствуют механические устройства для перемешивания  и измеряемая жидкость находится в спокойном состоянии - контрольные электроды устанавливают сверху.  Для сигнализации нормативных уровней  электроды выполняют разной длины, с расчётом, чтобы по достижению  заданного уровня  жидкость коснулась нижней части электрода.  Для исключения эффекта поляризации - процесса электролиза на поверхности электродов,  приводящего к образованию плохо проводящей корки -  на контрольные электроды должен подаваться переменный ток с  высокой степенью симметрии, необязательно синусоидальный.  Простейшие сигнализаторы, использующие принцип измерения сопротивления постоянному току  между контрольным электродом и вспомогательным,  схемы которых часто публикуются в радиолюбительской литературе, практически неработоспособны из -за  быстрого увеличения сопротивления  в цепи электродов  по причине поляризации,  что приводит к отказу  сигнализатора.  

       Обычно уровень переменного напряжения на контрольных электродах составляет около 6 В, а электронная схема срабатывает при сопротивлении в цепи контрольного электрода ниже 3 кОм . Схема сигнализатора должна   иметь  симметричный вход для обоих полуволн контрольного напряжения . Напряжение, выделенное на измерительном резисторе, выпрямляется и поступает на вход порогового элемента, имеющего гистерезисную характеристику, на выходе которого подключается  реле или бесконтактный коммутационный элемент.   

       Сигнализаторы уровня чаще всего применяются  как составная часть системы автоматики, контролирующей ёмкость.  Выходы сигнализаторов подключают к управляющей  схеме  или к устройствам  дистанционной световой  и звуковой сигнализации. 

     Так как в быту чаще всего приходится контролировать уровень воды, а схемы с использованием контрольных электродов наиболее просты и доступны для самостоятельного повторения - в данном разделе будут рассмотрены только такие системы. Автор сайта разработал несколько десятков подобных схем, в основном для применения на промышленных предприятиях, но многие конструкции прекрасно подходят для сигнализации уровня в накопительных баках, скважинах, бассейнах, дренажных приямках и т.д.  Первая простейшая конструкция не содержит активных элементов.  В схеме используются чувствительные реле постоянного тока, имеющие гистерезис характеристики  тока срабатывания и отпускания, что предотвращает  хаотичное срабатывание в момент касания водой контрольного  электрода.  Диодные мосты позволяют подавать на электроды переменный ток.  Электролитические конденсаторы предотвращают ложное срабатывание реле при волнении поверхности воды, обеспечивая небольшую задержку на включение и отключение реле.  Выходы реле подключают к дистанционным световым и звуковым  оповещателям  или к устройствам  автоматического  наполнения ёмкости.  Схемы таких устройств автоматики заполнения ёмкости с помощью насосов,  расположенных в скважинах или колодцах, а также от водопроводной сети с помощью  электромагнитных клапанов описаны в разделе" Электронная  автоматика  водоснабжения".  Промышленные  схемы  сигнализаторов уровня обычно содержат три независимых канала контроля, которые чаще всего используются  для  управления  насосами по двум рабочим уровням - верхнему и нижнему, а третий канал используется для контроля аварийного уровня - нижнего или верхнего в зависимости от назначения ёмкости  и алгоритма работы управляющего устройства.  Ниже приведены схемы  сигнализаторов уровня в порядке "от простого к сложному"  с  кратким описанием принципа действия, достоинств и недостатков:

1 .  Простейшие сигнализаторы уровня на тиристорах и симисторах.

2.  Транзисторные сигнализаторы уровня.

3.  Сигнализаторы с применением логических микросхем.

4.  Сигнализатор на компараторах.

5.  Сигнализатор уровня на интегральных таймерах.