Реле уровня: разновидности и основные модели

Какие бывают датчики?

В зависимости от сферы применения, РКУ могут быть оснащены различными типами датчиков:

Электродный. Данный тип считается самым надежным и работает в результате касания жидкости, находящейся в емкости, с электродами. В емкости самый короткий электрод играет роль своеобразного уровня, соприкасаясь с которым, жидкость прекращает поступать в резервуар. Электродный датчик уровня воды, который имеет большую длину, отвечает за начало подачи жидкости в резервуар или другую емкость.

Поплавковый. Данный тип датчика работает по следующему принципу: между двумя опорами на тросе имеется специальное коромысло, которое вращается в условиях возникновения предельных уровней. Такой контроллер уровня жидкости способен включать и выключать насос, однако применяют его в условиях взаимодействия с неагрессивными жидкостями.

Емкостной датчик или, как его еще принято называть, измеритель уровня воды парометрического типа. Такие датчики способны трансформировать измеряемую величину в изменение емкостного сопротивления.

В зависимости от того, какой датчик будет установлен в применяемом регуляторе уровня воды, будет зависеть и схема самого реле.

Параметры автомата контроля уровня Евроавтоматика F&F PZ-818

Рассмотрим технические характеристики реле уровня, приведенные в инструкции по эксплуатации.

Инструкция будет приведена в конце статьи.

Технические характеристики

Напряжение питания, В – 50 – 264 АС/DС. Довольно широкий диапазон напряжения, это может быть полезным при питании в промышленных цепях управления напряжением 110 В.

Макс. коммутируемый ток, А – 8 АС1. Это ток для идеальной (активной) нагрузки, типа ТЭНа. Если подключать контактор или более мощное реле, выходной ток должен быть в 3-5 раз меньше, для сохранения коммутационной износостойкости (иначе – для сохранения ресурса работы).

Контакт: Тип – 1Р (1 переключающий). Выходное реле, используемое внутри нашего прибора, имеет один переключающий контакт, выводы которого подключены на три выходные клеммы.

Количество контролируемых уровней – 2. Это означает, что переключение (смена состояния внутреннего реле) может происходить на двух уровнях, в зависимости от положения двух соответствующих датчиков.

Напряжение питания датчика, не более, В – 6. Это говорит о безопасности

Важно, что датчики гальванически полностью развязаны от питающей сети. И можно спокойно их касаться и настраивать, когда устройство подключено к сети.

Ток потребления датчика, не более, мА – 2

Понятно, что ток датчика маленький. Не понятно, зачем этот параметр здесь? Ведь не для выбора сечения провода?

Регулировка времени задержки вкл/откл, с – 0,5 -10. Это важный параметр, который влияет на время реакции автомата уровня, а значит на частоту запуска насоса. От него зависит такой важный параметр, как гистерезис. Например, при почти нулевом гистерезисе, высокой производительности насоса и скорости подачи воды насос может включаться/выключаться по нескольку раз в минуту. Это нехорошо и вредно и для гидравлической системы, и для насоса, и для питающей сети. Если же увеличить параметр времени задержки, гистерезис по уровню может достигать нескольких десятков сантиметров, что может быть вполне приемлемым для некоторых применений.

Чувствительность по нижнему и верхнему уровням, регулируемая, кОм – 5-150. А этот параметр влияет на широту спектра применений данного автомата контроля уровня. Недаром в инструкции сказано – «Автоматы не используются для контроля дистиллированной воды, бензина, масла, керосина, этиленгликоля, сжиженного газа». Дело в том, что сопротивление этих жидкостей очень высоко (некоторые с натяжкой можно назвать изоляторами). И чувствительности нашего PZ-818 не хватит, чтобы применить, например, на котельной, где используется химически очищенная вода. Её сопротивление может достигать 500 кОм. Практически сопротивление очень зависит от того, какая часть электрода (датчика) погружена в жидкость. Бесспорно, что датчики, опущенные в воду на 1 мм и на 10 см, будут давать значительно различающиеся показания сопротивления.

Диапазон рабочих температур, °С – – 25 – +50. При отрицательной температуре я бы не рекомендовал использовать никакое оборудование.

Степень защиты IР20. Открыто устанавливать наш регулятор уровня нельзя, нужна установка только в электрощит.

Коммутационная износостойкость – >105 циклов. Как я писал выше, этот параметр сильно зависит от тока через контакты реле. Однако, даже если ток будет в 10 раз меньше максимального, при неправильной настройке задержки данный ресурс может закончиться через год!

Потребляемая мощность, Вт – 1. Пренебрежимо мало, по сравнению с потреблением всей системы контроля уровня. Подключение – винтовые зажимы 2,5 мм2. Больше и не надо. Оптимально – от 0,75 до 1,5 мм2

Габариты (ШхВхГ), мм – 18 х 90 х 65. Тип корпуса – 1S. Реле контроля уровня PZ-818 занимает место одного однополюсного автомата, что очень удобно при монтаже.

Зачем нужен контроль уровня?

Никакая теория не обходится без терминологии, поэтому начнем с названий и определений.

Автомат контроля уровня,
Реле контроля уровня,
Реле уровня жидкости,
Контроллер уровня воды
Регулятор уровня жидкости

Даже производитель путается (видимо, недоработка маркетологов) – на сайте написано одно название, в инструкции – другое, на упаковке – третье.

Но главное – не название, а те функции, которое наше устройство выполняет. Если коротко, у него две основные функции – контроль наполнения и контроль опорожнения емкости с жидкостью. Всё остальное – лишь варианты. Иначе говоря, реле уровня срабатывает либо при пересечении некоего верхнего уровня, либо нижнего.

Эти два режима могут называться по разному. Контроль наполнения могут называть контролем верхнего уровня, а контроль опорожнения – режимом откачивания или дренажа.

Как работает контроль уровня?

Как я уже говорил, при пересечении установленного уровня (верхнего либо нижнего, зависит от режима работы) включается реле внутри устройства. То есть, фактически устройство контроля уровня является дискретным датчиком, сигнализирующем о том, что жидкостью был пересечён определенный уровень.

Определение реального уровня жидкости основано на кондуктометрическом принципе работы (на измерении проводимости). То есть, фактически используются операционные усилители, на один вход который подается опорное напряжение, на второй – напряжение, зависящее от сопротивления датчиков. Эти напряжения непрерывно сравниваются, и операционный усилитель, включенный по схеме компаратора, формирует на своем выходе дискретный сигнал (включено / выключено). Это очень упрощенно, в реле уровня ФиФ PZ-818 используется микроконтроллер, поэтому там не всё так просто.

Реле включает, как правило, насос, который работает на подачу воды (заполнение) либо на откачку (дренаж). Обычно для включения насоса применяется контактор, устройство плавного пуска или более сложная схема на основе преобразователя частоты.

Само собой, имеются множество тонкостей работы и настроек, о которых я буду говорить по ходу повествования.

Ёмкостные уровнемеры для жидкости

Это уровнемеры, проводящие измерения электрической емкости конденсаторного преобразователя (образуется пластинами или стержнями, что вводится в жидкость), и преобразующие эти измерения в уровень жидкости.

Существуют разные конструкции емкостных уровнемеров, позволяющие измерять емкость электропроводных и неэлектропроводных жидкостей (к электропроводным относятся те, у которых удельное сопротивление меньше 106 Ом*м). В случае работы с электропроводными жидкостями один из пластинчатых или стержневых электродов изолируется, а для неэлектропроводных оба остаются без изоляции.

Реле уровня с электродным датчиком

Данные реле используются только в системах с электропроводными жидкостями. Причем принцип работы их датчиков заключается в контроле сопротивления жидкости. Той, которая находится между погруженными в нее однополюсными электродами. Подчеркнем, что напряжение, применяемое для работы, как правило, является переменным.

Особенно сложной конструкцию датчика не назовешь. Так, в его состав входят:

маленький электрод, то есть контакт, определяющий верхний уровень воды;
два длинных установленных в корпусе электрода. Которые фиксируют нижний уровень.

Все коммутации выполнены с помощью проводов. В частности, они используются для соединения с реле, а также со схемой, управляющей двигателями насосов.

Впрочем, и работа этого устройства происходит довольно просто. В частности, если вода касается маленького электрода, то пускатель насоса отключается. Если срез воды опускается до уровня длинных электродов, то насос включается.

Наиболее востребованные марки реле уровня и их краткая характеристика

К наиболее надежным и эффективным пользователи, как правило, относят следующие модели:

РКУ-1М

Данное устройство является эффективным средством контроля уровня жидкостей. Оно может применяться, в частности, как для автоматизации наполнения (слива) различных емкостей, так и в составе различных схем защиты.

Реле уровня РКУ-1М

К его основным характеристикам, пожалуй, стоит отнести следующие:

напряжение питания – 220 В;
мощность – 3,5 Вт;
количество используемых датчиков – 3;
число переключающих контактов – 1;
расстояние между датчиком и самим реле – не более 100 м.

РОС-301

РОС-301 – это реле уровня, способное контролировать сразу по трем уровневым отметкам. Причем работает оно с электропроводными жидкостями. Для контроля используются три независимых канала, относящихся к одной или нескольким емкостям.

Реле уровня РОС-301

PZ-828

Реле PZ-828 относится к одноуровневым. Его чувствительность можно регулировать. В составе устройства имеется переключающий контакт. При напряжении питания 230 В ток в его выходных цепях может достигать 16 А.

Реле уровня PZ-828

PZ-829

Реле PZ-829 является двухуровневым, то есть оно способно контролировать жидкость на двух уровнях. Данный автомат обладает регулируемой чувствительностью.

PZ-830

Данное автоматическое реле относится к трехуровневым. Но его третий уровень аварийный. Причем работает устройство только с токопроводящими жидкостями.

Реле PZ-830

PZ-832

Реле PZ-832 является четырехуровневым. Его можно с успехом использовать в различных емкостях с токопроводящими жидкостями. Как, например, водонапорные башни, бассейны и им подобные резервуары.

EBR-1

В принципе, данное реле уровня отличается от предыдущих. Во-первых, оно является модульным. А во-вторых, в нем имеется целых три датчика. Причем датчики могут быть удалены от реле на расстояние до 100 м. Это устройство, как правило, применяют в общественных водоемах. Причем оно способно управлять как наполнением, так и сливом воды.

Среди основных характеристик устройства следует упомянуть, в частности, следующие:

напряжение питания – 230 В;
уровень мощности – 3,5 Вт;
чувствительность порядка 50 кОм;
диапазон рабочих температур – -100°С÷+450°С.

EBR-2

Модульное реле уровня EBR-2 особенно подходит для использования в колодцах и резервуарах. Оно имеет в комплекте целых 6 датчиков. Более того, в нем имеется множество настроек. Причем устройство способно формировать специальные уведомления в те моменты, когда уровень воды находится на максимуме и на минимуме. Однако его высокочувствительные датчики могут работать только в электропроводных жидкостях. Особенно приятно, что данное устройство отличается очень доступной ценой.

Временные диаграммы работы в режимах наполнения и откачивания

В зависимости от выбранного режима работы, возможны две диаграммы.

Диаграмма при работе на наполнение емкости:

Диаграмма работы реле уровня в режиме наполнения

Кривая на диаграмме – уровень жидкости, Мах и Min – уровни, на которых установлены датчики. На графике К показана работа выходного реле (фактически, работа насоса). Графики R и К почти совпадают, за исключением индикации времени задержки. График L показывает достижение и потеря нужного уровня, и если не учитывать индикацию задержки, является инверсией графика R.

В режиме откачивания график будет таким:

Диаграмма работы в режиме дренажа (откачки)

Присмотревшись к обоим графикам, можно заметить, что они во многом схожи. И если бы не времена задержки (а без них никак!), можно было бы использовать один режим для всех применений, просто перекидывая клемму реле с нормально открытой на нормально закрытую. В автомате контроля уровня переход с режима на режим реализован по другому, об этом чуть ниже.

По времени задержки Тз у меня сомнение – во всех случаях оно должно быть одинаковым, хотя на графиках это не так. Что ж, при установке и исследовании на практике данного регулятора уровня уточним этот момент.

Способы изготовления датчика уровня воды своими руками

Датчик замера уровня воды при необходимости можно сделать своими руками. Самодельный прибор проигрывает в плане точности современным выпускаемым устройствам, но обходится намного дешевле. Сборка:

Берутся выпрямительные диоды, с них аккуратно спиливается верхняя колба и получается трубчатое соединение.
Сверлом 1,5 мм в корпусе соединения проделывается отверстие.
Берут проволоку и продевают ее во фторопластовую трубку (ее толщина должна равняться диаметру отверстия — 1,5 мм).
Один вывод шнура запаивается, а второй заклеивается клеем. Образуется «петля».

Внутренний проводник можно увеличить в размерах. Готовое устройство соединяют со схемой и подключают к индикатору. Им может выступить стрелочный циферблат или компактный монитор.

Есть еще один способ сделать датчик уровня воды, например, для управления насосом. Так как в скважине, колодце или любом другом резервуаре вода накапливается, насос следует автоматизировать — сделать так, чтобы он сам выключался после заполнения. Собирается уровнемер из магнитного пускателя с катушкой на 220 В и двух герконов: минимальный идет на замыкание, максимальный — размыкание. Как это работает:

Набирается вода, в это время поднимается поплавок с магнитом.
Жидкость доходит до геркона, выставленного на максимальном уровне. Под воздействием магнитного поля он размыкается, отключается катушка пускателя и как итог — обесточивается двигатель насоса.
Действует это и в обратном порядке. В резервуаре кончается вода, в это время опускается поплавок и, когда он доходит до минимального уровня, контакты геркона замыкаются. Подается напряжение на катушку — включается насос.

Такой простой датчик может служить годами. Необходимые детали можно отыскать практически в любом городе, не говоря о Москве.

Принцип работы реле контроля уровня жидкости

Регулятор уровня воды работает по следующему принципу:

Жидкость содержит в себе электроды с одинаковыми полюсами, которые по отношению к имеющемуся составу выстраивают определенный уровень сопротивления. Именно он и находится под контролем прибора, например, в скважине. Появляющийся или имеющийся уровень сопротивления и является основным фактором для того, чтобы индикатор уровня жидкости сработал. При этом процессе принято использовать переменное напряжение.

Основные виды реле контроля жидкости

В современных промышленных процессах широкое применение получат следующие виды реле:

Одноуровневый сигнализатор уровня воды и других жидкостей.
Двухуровневое реле уровня воды.
Четырехуровневое реле уровня жидкости.

Первые две разновидности РКУ используют, в большинстве случаев, там, где необходимо поддерживать один и тот же уровень жидкости в резервуаре. В результате работы таких приборов получается эффективно справится с холостым ходом насосов в процессе их работы, что, в свою очередь, увеличивает срок их эксплуатации.

Последний, четырехуровневый датчик используют, как в промышленных, так и в бытовых целях и его основная задача заключается в том, чтобы вовремя подать сигнал в результате создания аварийной ситуации.

Как выбрать измеритель

Разнообразные датчики применяются для отслеживания уровня воды и водных растворов, нефтепродуктов и смазочных материалов, пищевых напитков и соков. Если корпус устройства достаточно защищен или применяется бесконтактный замер, то можно отслеживать уровни щелочи, кислоты, вязкой или агрессивной среды. Один тип датчика может быть применен в разных условиях.

Для замера уровня воды и любых невязких жидкостей лучше пользоваться ультразвуковыми, поплавковыми, вибрационными, оптическими, емкостными и гидростатическими сигнализаторами и уровнемерами. Для кислотных растворов подойдут емкостные, вибрационные и герконовые устройства. Пенные и липкие среды удобно контролировать емкостными радиочастотными приборами. Если рабочая среда с высокой вязкостью, пользуются вибрационными или ультразвуковыми бесконтактными разновидностями.

Что и в какой последовательности нужно учитывать, чтобы выбрать конкретное устройство:

Состав и физико-химические свойства рабочей среды.
Особенности резервуара для хранения (объем, форма, из чего сделаны стенки). Есть датчики, подразумевающие врезку в стенки, но не каждая емкость подойдет для таких целей.
Требуется постоянный мониторинг или хватит сигнализации при достижении заданного уровня.
Будет ли интегрироваться прибор в общую систему контроля.

С бытовыми задачами успешно справляются энергонезависимые устройства, неприхотливые, надежные и долго служащие. Если цель — отследить уровень воды насоса, колодца, декоративного водоема или бассейна, подойдет поплавковый датчик. При необходимости постоянно замерять уровень воды в скважине, устанавливают уровнемеры гидростатического типа.

Преимущества емкостных уровнемеров для жидких веществ

Емкостные датчики уровня для жидких веществ отличаются от других типов измерителей уровня такими достоинствами:

Могут проводить замеры в емкостях с разными типами жидкостей, отличающихся не только по составу, но и по физическим свойствам (по температуре, плотности, степени электропроводности);
Обеспечивают быстрый отклик, отличаются высокой чувствительностью к изменениям;
Допускаются для работы с агрессивными, опасными жидкостями;
Могут работать даже в вакууме, то есть широкий диапазон давления жидкости в емкости не будет препятствием для проведения измерений;
В конструкции нет подвижных элементов, что обеспечивает надежность, безопасность и долговечность эксплуатации.

Однако поправку чувствительности придется производить под каждый новый вид продукта. Кроме того, для работы с вязкими, кристаллизующимися и взрывоопасными жидкостями такие устройства не подходят (они чувствительны к налипаниям на зонд).

Как измеряется уровень

Существует несколько методов измерения. Все зависит от того, какими свойствами обладает жидкость в резервуаре:

Контактный. В этом случае датчик уровня напрямую взаимодействует с водой, находящейся в емкости.
Бесконтактный. Без прямого контакта с жидкостью. Приборы этого типа используют для измерения уровня вязкой среды или обладающей агрессивными свойствами.

Контактные измерители устанавливают в саму емкость: на поверхности (поплавок), в глубине (манометры гидростатического образца) или крепят на стенку (пластинчатые). Бесконтактные датчики измерения уровня жидкости не должны соприкасаться с водой, поэтому их размещают таким образом, чтобы была возможность «наблюдать» за поверхностью среды.

Поплавковые измерители

Наиболее распространенные, при этом надежные и доступные измерительные приборы, выполненные в виде поплавка (более известны как ПДУ). В зависимости от конструкции бывают вертикальными и горизонтальными.

Вертикальный поплавковый датчик для измерения уровня воды называется так, потому что его шток расположен вертикально. В его корпусе находится магнит круглой формы. Шток — полая пластиковая трубка, внутри которой стоят герконы.

Поплавковые устройства размещают на поверхности измеряемой воды. Когда магнитное поле подходит к геркону, срабатывают контакты датчика — это и есть сигнал о том, что емкость заполнилась до обозначенного объема. Контактные пары можно последовательно соединить друг с другом, используя резисторы. Это даст возможность отслеживать уровень жидкости, опираясь на общее сопротивление цепи. Параметр стандартного сигнала в этом случае — 4–20 мА. Как правило, датчики уровня воды поплавкового типа применяются в резервуарах длиной до 3 м.

Даже если визуально измерители похожи, в них могут быть установлены разные электрические схемы с герконами. Датчики ставят на разных уровнях емкости, чтобы получать сигнал по мере наполнения. Встречаются линейные устройства, передающие сигнал непрерывно.

Не всегда можно реализовать поверхностную установку. В таких ситуациях применяют поплавковые датчики для измерения уровня жидкости, но горизонтального положения, которые крепят на стене. Магнит и поплавок располагаются на рычаге с шарниром, а геркон «прячут» в корпус. При повышении уровня жидкости начинает действовать магнит, подходя к контактам, что и приводит к срабатыванию датчика.

Реле уровня с поплавковым датчиком

Датчики такого типа используют, как правило, чтобы обеспечивать контроль уровня неагрессивных жидкостей.

Если речь идет об открытой емкости, то поплавок погружают прямо в нее. Причем подвешивают его с помощью гибкого троса. А для уравновешивания используют специальный груз.

Трос этой системы снабжен двумя переключающими опорами. Они служат для того, чтобы поворачивать коромысло, имеющееся в контактном устройстве. Причем это происходит в те моменты, когда поверхность воды достигает предельных уровней. В результате коромысло замыкает определенные контактные пары. Которые включают электрический двигатель насоса или же отключают его.

Если емкость является закрытой, то поплавок крепится на рычаге. Второй конец рычага находится в корпусе, содержащем контактную часть датчика. То есть тот узел, сигнал от которого идет на реле уровня.

Но особых знаний об устройстве датчика от пользователей не требуется. Потому что, как правило, каждое реле уровня продается вместе с тем датчиком, который для него лучше всего подходит. Пользователю после покупки остается только подключить комплект и настроить его. Но сделать это, кончено, надо правильно.

Как автоматизировать работу насосных установок? с помощью реле контроля уровня!