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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Medidor de nível de água. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Tecnologia de medição No sistema de abastecimento de água de uma casa de campo, o elemento de armazenamento é um barril de polietileno de 160 litros instalado no sótão [1]. Uma adição muito útil ao sistema é o medidor de nível (volume) de água descrito neste artigo no barril. O sensor do medidor proposto é um capacitor formado por duas placas de tiras metálicas montadas verticalmente na superfície externa de um cilindro de plástico em lados opostos. A capacidade de tal sensor depende quase linearmente do nível da água: de 7 pF para um barril vazio a 270 pF para um barril quase cheio. O indicador pode ser um multímetro ou um microamperímetro com mostrador. Para obter um sinal elétrico proporcional à capacitância, é utilizado um princípio bem conhecido - pulsos retangulares passam pela capacitância medida do sensor e um retificador de diodo montado de acordo com um circuito de duplicação de tensão. Se a resistência da carga do retificador for pequena e a queda de tensão nela for significativamente menor que a amplitude do pulso, a corrente retificada média é, numa primeira aproximação, proporcional à capacitância: I = U f Cд, onde U é a amplitude dos pulsos menos a queda de tensão nos diodos retificadores; f - frequência de repetição do pulso; COMд - capacitância do sensor. Esta corrente pode ser aplicada a um microamperímetro e a frequência do pulso pode ser selecionada de forma que suas leituras sejam diretamente proporcionais ao volume de água em litros ou em porcentagem (do volume máximo). Se você instalar um resistor na saída do retificador e conectar um voltímetro digital a ele (um multímetro no modo de medição de tensão), poderá obter as mesmas informações em formato digital.
O diagrama de tal medidor é mostrado na Fig. 1. Consiste em um gerador de pulsos retangular montado em três elementos lógicos DD1.1 - DD1.3, um estágio buffer no elemento DD1.4 e um retificador nos diodos VD1 e VD2 com capacitor de suavização C4. O gerador opera a uma frequência de cerca de 100 kHz. Com uma tensão de alimentação de 9 V, uma queda de tensão entre dois diodos de cerca de 1,2 V e uma capacitância do sensor de 270 pF, a corrente de saída calculada usando a fórmula acima será I = (9-1,2)x100x103x270x10-12 = 210x10-6 = 210 µA. Portanto, a queda de tensão calculada no resistor R5 será UR5 = 210x10-6x820 = 170mV. A tensão realmente medida com o barril quase cheio é menor - cerca de 150 mV. O medidor foi projetado para funcionar em conjunto com os multímetros digitais amplamente utilizados da série M83xx, à direita na Fig. 1 mostra os pontos de conexão para ele. Se você definir o limite de medição em um multímetro para 200 mV, a resolução do medidor (o peso do dígito menos significativo) será de 0,1 l. É claro que o erro na medição da quantidade de água será maior, principalmente devido ao formato não cilíndrico do barril. Se você definir o limite de medição do multímetro para 2 V, as leituras serão em litros. É interessante conectar a saída do retificador do medidor às entradas do multímetro quando estas são alimentadas pela mesma fonte. Em um multímetro, nenhuma das entradas está diretamente conectada à fonte de alimentação, mas a saída CC do retificador também não precisa estar conectada à fonte de alimentação. Isso possibilitou conectar a saída do retificador diretamente nas entradas “COM” e “VΩmA” do multímetro, e para conectar a saída AC do retificador à fonte de alimentação foi necessário instalar um capacitor C3. Todas as partes do medidor são instaladas em uma placa de circuito impresso unilateral feita de laminado de fibra de vidro laminado de 1,5 mm de espessura, cujo desenho é mostrado na Fig. 2. São utilizados resistores fixos - MLT, trimmer - CA9V importado ou SP3-19a doméstico, capacitor C2 - K10-17, KM-5. Os diodos KD510A podem ser substituídos por quaisquer diodos de silício pulsado de baixa potência.
Para conectar à fonte de alimentação, aos circuitos do multímetro e ao sensor, pinos com diâmetro de 1 mm do conector da série RP são soldados na placa, e para conectar ao conector de alimentação do multímetro, um bloco de um nove usado - bateria de volts é soldada a dois pinos. Uma opção para instalar a placa do medidor no compartimento da bateria do multímetro M83x é mostrada na Fig. 3. A fonte de alimentação (adaptador) de um amplificador de antena de televisão foi usada como fonte de alimentação. Nele, o estabilizador do microcircuito de 12 V é substituído por um de nove volts (78L09).
Se você usar um microamperímetro em vez de um multímetro para indicação, poderá usar um carregador de 5 V de um telefone celular como fonte de energia. Neste caso, a frequência de geração deve ser aumentada selecionando o capacitor C2, e o resistor R5 deve ser eliminado. Porém, deve-se ter em mente que muitas vezes a estabilidade da tensão dos carregadores é baixa, e a própria tensão de saída ultrapassa ligeiramente 5 V. Portanto, é necessário primeiro verificar se a tensão praticamente não muda ao conectar um resistor com uma resistência de 100...200 Ohms na saída do carregador e quando a tensão da rede muda. Caso contrário, deve-se instalar em sua saída um estabilizador integrado com baixa queda de tensão, a chamada Baixa queda para tensão de 5 V, por exemplo, LM2931Z-5.0 ou KR1158EN5 com qualquer índice de letras. O sensor é feito de duas tiras de papel alumínio para panificação, com 120 mm de largura e comprimento correspondente à altura do cano. Para as conexões, são utilizadas tiras estreitas de folha de cobre, que são enroladas nas extremidades das tiras de papel alumínio, e os fios que vão para a placa são soldados a essas tiras. As tiras são fixadas à superfície do cano por meio de filme adesivo de embalagem. Se a distância entre o cano e a placa conversora for superior a meio metro, para eliminar a influência do acoplamento capacitivo entre os condutores, o sensor deve ser conectado à saída do elemento DD1.4 por meio de um fio blindado, cuja blindagem deve ser conectado ao positivo ou negativo da fonte de alimentação e a resistência do resistor R4 deve ser reduzida à metade. Se a distância entre o cano e o indicador for superior a três metros, é melhor separar a placa e o indicador, instalando a placa a não mais que meio metro do cano. Configurar o dispositivo não é difícil. Se um microamperímetro com mostrador for usado como indicador, você deve, sem soldar o resistor R5, selecionar o capacitor C2 e o resistor R3 para obter leituras (com o barril quase cheio) correspondentes a 150 l, ou 100%. Ao usar um multímetro, isso é conseguido selecionando o capacitor C2 e o resistor R5, bem como usando suavemente o resistor R3. O design do sensor é ilustrado na Fig. 4. Para indicação, o autor utilizou um multímetro feito há muitos anos com indicadores LED [2].
O dispositivo pode ser complementado com um segundo sensor na forma de dois meios-anéis horizontais fixados na parte superior do cano, e pode ser feito um dispositivo automático que desliga a bomba quando o cano está cheio. Um meio anel é conectado à saída do gerador e o outro à entrada do retificador. O capacitor C3 não está instalado, a saída inferior do retificador do circuito está conectada ao negativo da fonte e a outra saída está conectada a um dispositivo de limite que desliga a bomba. Uma mangueira com válvula de retenção [1] deve ser instalada para eliminar as consequências de um transbordamento de emergência! Literatura
Autor: S. Biryukov
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