О недостатках сигнализаторов
Схемы промышленных недорогих сигнализаторов уровня обладают рядом «неудобств», недоделок и промахов.
Во-первых, они «глупые»: канал или даже три канала сигнализации уровня «отрабатывают» наличие воды на «своём» электроде, и.… нужна дополнительная внешняя схема, чтобы можно было управлять процессом накачивания/откачивания жидкости (а не просто сигнализировать о её наличии или нехватке).
Характерной чертой работы таких схем являются частые «ненужные» переключения выходных реле отдельных каналов, что снижает ресурс реле. Приходится как следует чистить контакты «старинных» сигнализаторов (ЭРСУ-2 и других).
Получается анекдотическая ситуация: сигнализатор ЭРСУ-ЗМ имеет 5-амперные контакты выходного реле (две группы контактов на канал!), используется как «моргающий» повторитель сигнала наличия воды, а схема «подхвата» собирается монтажниками на дополнительных реле, как правило, с менее надёжными контактами!
Здесь налицо факт «промаха» системы: студентов не научили с умом использовать такие реле. Когда же я предлагал задействовать одну группу контактов для «подхвата» (один канал сигнализатора мог бы управлять работой насоса), мне указывали, что канал имеет два входа различной чувствительности.
Значит, требуется изменение схемы сигнализатора. Почему разработчик не завёл два входа внутрь схемы и внутри канала не осуществил коррекцию чувствительности этих равноправных входов?
И почему чувствительность переключается добавкой резистора последовательно во входную цепь (с «расчётом» вычесть из сопротивления воды несколько кОм)?! Но при «сухих» электродах наводка, без вычитания, воздействует на вход схемы!
Многие сигнализаторы уровня жидкости чувствительны к импульсным помехам (почти все схемы, в которых через воду проходит переменный ток), например ЭРСУ-ЗМ, РОС-301, «емкостной» РОС-101.
Нередко схемы сигнализаторов имеют избыток элементов, обладают большой чувствительностью и при работе с грязной водой сильно «загрубляются». Это тоже снижает надёжность работы схемы.
Нередко принципы работы каскадов «заложены» в работу сигнализатора ненаучно. Так, ЭРСУ-ЗМ имеет в составе каждого канала триггерный каскад (прекрасно?!), но использован этот каскад не по постоянному току, чтобы правильно руководить работой исполнительных устройств, а по переменному току: «триггерно» проверяется уровень сигнала в каждой волне синусоиды.
Результаты проверки уровней отдельных периодов переменного сигнала накапливаются в конденсаторе. Конструкторы «заставили» эту малонадёжную деталь работать «по-лошадиному» (с большими токами заряд/разряд), поэтому конденсатор каждого канала нередко «высыхает» и требует замены. И, конечно же, импульсные сигналы помехи запросто переключают выход сигнализатора «куда не надо».
Нередко в сигнализаторах промышленного изготовления даже расположение клемм не продумано. В ЭРСУ-ЗМ и РОС-301 общая точка электродов расположена на клеммнике возле клемм с высоким потенциалом сети.
Идея усовершенствованного сигнализатора
Рассмотрим устройство и работу усовершенствованного сигнализатора уровня жидкостей (рис. 1), обладающего следующими положительными характеристиками:
1. Сигнал от электродов верхнего и нижнего уровня (ВУ и НУ) подводится к схеме одним проводом (значит, его легко монтировать и тяжело перепутать).
2. Вход схемы защищена от больших напряжений: подача 230 В на вход приводит к перегоранию установленного для этой цели маленького резистора R3.
3. В килоомной входной цепи установлен конденсатор большой ёмкости С1 для подавления сигналов наводок и для устранения частых переключений выхода. Такие временные задержки выбрали, исходя из конкретной обстановки (наличие сильнейших импульсных помех).
4. Триггерный каскад переключается сигналом постоянного напряжения на входе схемы, при этом включение и выключение входного транзистора происходит при различных напряжениях на базе.
5. В схему органично включён светодиод HL1, указывающий на включённое состояние схемы (его наличие «добавляет» рабочее напряжение коллектора VT1, что повышает коэффициент передачи).
Работа схемы
Схема состоит из четырёх основных узлов: входная цепь R1…R8 вместе с C1, VD1; триггер Шмитта; выходное реле К1; блок питания.
Важнейшими элементами входной цепи являются резисторы делителя напряжения. Верхнее плечо R4, R5 задаёт порог срабатывания - сопротивление воды, при котором замачивание электрода ВУ приведёт к включению схемы.
После включения триггера для его удержания во включённом состоянии требуется меньший входной ток от электродов (вследствие повышения потенциала эмиттера VT1 падением напряжения на R10).
Между электродами установлены R1, R2 такого сопротивления, при котором обеспечивается надёжное удержание триггера во включённом состоянии при замоченном электроде НУ и невозможен запуск триггера от такого сигнала.
Делитель напряжения R7R8 необходим для расширения интервала входных напряжений и уменьшения зависимости параметров схемы от усиления VT1.
Конденсатор С1 сглаживает входное напряжение, чтобы триггер не переключался быстро, - этим обеспечивается и хорошая защита от импульсных помех. Для устранения воздействий от наводок при сварочных работах корпус схемы нужно соединять с «землёй» в одной точке, и этот общий провод идёт в одном кабеле или жгуте с входным проводом к металлоконструкциям дренажного приямка.
Триггер Шмитта имеет особенность: вместо делителя напряжения между коллектором VT1 и базой VT2 установлен светодиод HL1 - индикатор включённого состояния триггера.
Светодиод является неплохим стабилизатором напряжения, поэтому улучшает работу триггера эффективней, чем делитель напряжения. Сопротивление эмиттерного резистора R10 задаёт интервал напряжений переключения триггера.
Выходное реле К1 должно надёжно срабатывать, даже в момент подачи питания, когда первый импульс тока ослаблен. При установке резистора R10 большого номинала возможно невключение реле в момент подачи сетевого напряжения на сигнализатор, в то время как в установившемся режиме схема безотказно работает.
Для работы сигнализатора с чистой водой (большое удельное сопротивление) необходимо (рис. 2):
1. Заменить первый транзистор триггера Шмитта VT1 полевым транзистором с изолированным затвором, например, КП305;
2. Выполнить элементы входного делителя высокоомными, как R4R5 - включение, так и R1R2 - отключение;
3. Не использовать С1 электролитический, установить конденсатор 1 мкФ с хорошей изоляцией;
4. Удалить R7 и установить высокоомные резисторы R6, R8.
Исток и сток полевого транзистора подключить вместо «родственных» эмиттера и коллектора биполярного транзистора.
Ещё одна особенность: биполярный транзистор для открывания (даже при нулевом напряжении на эмиттере) требует «ступеньку» напряжения в 0,6 В, поэтому VT1 легко закрывается нулевым потенциалом входа. А ведь вода имеет некоторое сопротивление, поэтому некоторый перепад потенциала может возникнуть и в системе электродов (корпус-железо, электрод- нержавейка...).
Чтобы усилить воздействие низкого потенциала на вход схемы и надёжно включать мотор, можно ввести в цепь R10 кремниевый диод КД105. Возникнет «ступенька» в 0,6 В, которая «трансформируется» делителем R6-R8 в 1...3 В в точке входа.
При необходимости откачивать стоки, обладающие высокой проводимостью, при отсутствии электропомех можно воспользоваться простой схемой (рис. 3).
Подъем воды до ВУ создаёт ток в цепи базы и приводит к срабатыванию реле K1.
Для уменьшения зависимости работы схемы от параметров транзистора и для возможности регулировки чувствительности необходим «загрубляющий» резистор R3, номинал которого подбирается «по воде» до уверенного срабатывания К1 (и устранения срабатывания от влаги или токов утечки).
Срабатывание К1 разрывает шунтирование R3 - чувствительность схемы повышается. Номиналом этого резистора регулируется «дифференциал» - разность уровней включения- выключения триггера. Осталось так подобрать номинал R1, чтобы замачивание электрода НУ могло удерживать схему во включённом состоянии, но электрод НУ не мог включить триггер.
Диод VD1 защищает транзистор от «выбросов» напряжения при обесточивании катушки реле. Можно также защитить вход стабилитроном (подобно рис. 1) или переход Э-Б - обратно включёнными диодом.
Настройку схем удобно производить по схеме рис. 4. Кроме наблюдения за светодиодом, обязательно следует контролировать срабатывание реле при помощи омметра. Сначала необходимо «грубо» установить сопротивления срабатывания и возврата схемы.
После этого, соединив последовательно постоянный резистор Rb и переменный резистор Ra, точнее измерить порог включения/выключения. Учитывая наличие задержек времени, при измерении порогов следует медленно регулировать величину сопротивления.
Испытание сигнализатора уровня следует производить как при плавном изменении сопротивления на входе, так и при резких его изменениях (с оценкой времени задержки реагирования схемы).
