Для бесперебойной работы независимого водопровода необходимы устройства автоматики. Одним из них считается реле давления воды для насоса. Этот прибор относится к предохранительному оборудованию и управляет работой водяной помпы. При снижении давления в трубопроводе коммутационный элемент включает подкачивающий агрегат, а при повышении — отключает. Пороговые значения напора жидкости можно регулировать.
Назначение
Реле давления воды предназначено для контроля количества жидкости в системе. Для этого используется система с насосом и гидроаккумулятором, которая может дополняться датчиком наличия воды.
Рис. 1. Назначение реле давления воды
Насос в системе водоснабжения может непрерывно подавать напор воды в основную магистраль, наполняя расширительный бак. Чем больше жидкости накопится в емкости, тем выше величина давления. В виду того, что количество накопленной воды в расширительном баке периодически расходуется по мере бытовых нужд, необходимость повторного включения компрессорной установки привязывается к давлению в системе. Поэтому основным назначением реле давления воды является подача и отключение питания насоса, в зависимости от достижения граничных значений измеряемого параметра.
Процесс измерения будет отличаться в зависимости от конструктивных особенностей конкретного типа реле. Для понимания принципа действия рассмотрим более детально устройство наиболее распространенного вида логического элемента для бытовых насосов.
Представленные на рынке модели
Датчики Arduino, относящиеся к давлению, делятся согласно средам применения и конструктивным особенностям, непосредственно связанным с получением конечного результата. Есть модели, защищенные от влаги и предназначенные для применения в жидкостях, другие работают только в качестве анероидов атмосферы, иные устанавливаются в разрыв движения потока, четвертые в качестве определителей внутреннего давления наполняющего емкость газа. Их всех объединяет наличие общих интерфейсов подключения к микроконтроллеру и низкое, не более нескольких милливатт (реже Ватт), потребление энергии.
| Наименование | Питание (V) | Точность | Разрешение (hPa) | Диапазон (hPa) | Рабочая температура (°C) | Интерфейсы | Примечание | ||
| SPI | I2C | UEXT | |||||||
| Атмосферные | |||||||||
| MOD-BMP085 | 1.8–3.6 | 0.03 hPa | 0.01 | 300–1100 (от 500 м ниже уровня моря до 9 км. высоты | –40..+85 | + | + | Измерение температуры | |
| GY-BMP280 | 3.3 | 0.12 hPa | 0.0016 | 300–1100 | –40..+85 | + | + | Измерение температуры до +65, с точностью 0.01 | |
| MD-PS002 | 5V | ±0.2% | –100–+150 | –40..+125 | + | Только не агрессивные среды | |||
| Жидкостные | |||||||||
| MS5803-02BA | 1.8–3.6 | 20 см жидкости | 30–1100 (10–2000) | –40..+85 | + | + | |||
| MS5803-07BA | 1.8–3.6 | 0–7 мбар (70 м погружения) | –20..+85 | + | + | ||||
| Open-Smart 5V G1/4 0-1.2 MPa Hydraulic Pressure Sensor for Non-Corrosive Water | 5 | 1.5 % | 1–2.4 мбар (max 3) | 0..+85 | Собственный коннектор, соединяемый к I2C через резистор, датчик оснащен термометром | ||||
Конечно, в приведенном списке числятся далеко не все существующие модели. В нем указаны только те, которые обладают определенной популярностью и затребованы пользователями.
Устройство
Конструктивно реле давления воды может иметь электронное или механическое исполнение. Первый вариант более компактный и все процессы в нем осуществляются за счет электронной схемы. Второй тип оборудования имеет более широкое распространение в быту за счет простоты и доступности. Как правило, механические модели мало чем уступают электронным при установке в домашнюю систему водоснабжения, поэтому в качестве примера мы рассмотрим именно такой вариант.
Все устройство состоит из трех составных блоков – гидравлического, механического и электронного, как показано на рисунке ниже:
Рис. 2. Устройство реле давления воды
Все блоки сообщаются в единую систему, где изменения параметров измеряемой среды отображается на каждом из них. Однако рассмотрение конструкции удобнее произвести отдельно для каждого блока.
Гидравлический блок представлен подвижным чувствительным элементом, закрепляемым в фланце и сильфоне. В соответствии с п.4.1. ГОСТ Р 55023-2012 в качестве такого элемента может выступать мембрана, поршень или другое подвижное устройство.
Рис. 3. Составляющие электрического и механического блока реле давления воды
Электронный и механический блок представлены такими составляющими:
- Клеммы для подключения жил питающих проводов – в данном случае имеется две группы клемм, одна из которых позволяет закрепить фазный, нейтральный и защитный проводник от распределительной сети. Вторая группа клемм используется для отходящей линии электроснабжения насоса.
- Муфты – используются для ввода кабеля в реле давления. Одна из муфт предназначена для ввода кабеля от распределительной сети, а вторая для подачи питания на насос.
- Контактная группа – приводится в движение за счет механического усилия рычагов и пружинного механизма. Включается и отключается в зависимости от состояния чувствительного элемента.
- Пружинный привод – реагирует на физическую деформацию чувствительного элемента. В результате достижения порогового значения он перемещает шток, который и производит переключение контактов.
- Регуляторы – в большинстве моделей позволяют отрегулировать максимальный и минимальный предел отключения. Предназначены для корректировки параметров давления воды в контуре.
- Основание – служит базой для закрепления всех элементов реле. В зависимости от модели изготавливается из металла или полимера. Обеспечивает прочность и надежность конструкции.
Вся конструкция помещается в защитный корпус, который предотвращает попадание внутрь устройства мусора, влаги. В зависимости от климатического исполнения, имеет различное исполнение и состав компонентов.
Что измеряет сенсор
Давление — некая физическая величина численно равная перпендикулярно направленной силе действующей на единицу площади поверхности. Сам датчик можно представить своеобразными очень чувствительными весами. Последнее замечание сделано по причине того, что и вода, и газы тоже имеют свою массу, которая влияет на поверхность под ними. На практике, за счет указанного фактора, можно определить глубину погружения (чем ниже, тем больше вес слоя воды) или высоту подъема в атмосферу (чем выше — тем меньше плотность, а значит и слабее воздействие). Кроме того, в отношении давления воздуха не стоит забывать о погодных колебаниях. Резкое падение названой характеристики атмосферы — к дождю или буре.
Опять же, насчет газов и частично жидкостей. Их можно сжимать. Но, уплотненные вещества будут стремиться вернуться в первоначальное состояние. И чем сильнее компрессия, тем мощнее будет конечное давление газа или жидкости внутри сосуда их содержащего.
Собственно, детектор Ардуино о котором идет речь, и измеряет силу воздействия на единицу площади сенсорного элемента прибора. Правда, в большинстве выпускаемых моделей, описанное — не все их функциональные возможности. Бонусом, у многих идет замер температуры окружающей среды, а у некоторых еще и влажности или ускорения.
Принцип работы
Чтобы рассмотреть работу реле давления воды для насоса, определимся к схеме, в которой он выполняет свои непосредственные функции. Если рассматривать действующий водопровод в частном доме, то его устройство будет выглядеть следующим образом:
Рис. 4. Принцип действия реле давления воды
Как видите на рисунке выше, погружной насос через обратный клапан и водопровод наполняет гидроаккумулятор и подает воду в систему водоснабжения. Электроснабжение самого насоса осуществляется через реле давления, подключаемого в разрыв цепи. Чувствительный элемент реле выводится в трубопровод через тройник (в некоторых ситуациях вместо тройника может применяться пятивыводной штуцер). Логика работы организованна следующим образом:
- При включении насоса в сеть давление в рубах находится на нулевой отметке. Мембрана реле находится в минимальной отметке, поэтому его контакты замкнуты. Через контактную группу напряжение подается на обмотки насоса, и вода поступает в трубопровод.
- По мере наполнения системы водоснабжения и расширительного бака давление воды пропорционально увеличивается. Мембрана в тройнике постепенно будет воспринимать все большее давление жидкости.
- При наполнении гидроаккумулятора и достижении максимального предела давления в системе чувствительный элемент реле деформируется под воздействием воды. За счет чего шток переместится посредством пружинно-рычажного механизма и сместит контактную группу в противоположенное положение. Питание насоса прекратится, в системе установится максимальный уровень давления.
- Как только в доме откроют кран или душ вода начнет вытекать из системы и гидроаккумулятора, в результате чего давление начнет линейно снижаться. Как только уровень воды достигнет минимальной отметки, при которой давление снизится менее установленного предела, мембрана снова деформируется. В результате деформации чувствительного элемента шток переведет контактную группу в противоположное положение. Контакты снова замкнут цепь питания насоса, который начнет подкачку воды в систему.
Цикл переключения контактов реле давления воды повторяется по мере достижения установленных границ давления для транспортируемого ресурса. Однако следует отметить, что в случае отсутствия воды в колодце или при обрыве трубы реле давления не отреагирует на повреждение, и питание будет непрерывно подаваться на насос. Такая ситуация может стать аварийной, поэтому для предупреждения преждевременного изнашивания элементов и выхода насоса со строя дополнительно устанавливается реле сухого хода.
Переход на новое реле давления v2.0 – MicroPython на базе ESP8266
И чего мне не спалось то….
Все бы хорошо… Шел бы тандыр коптить, да плов жарить, но нет, душа рвется в бой, да ещё с ESP8266, да MicroPython «намазывая». И в доме все на них, управляется, да через телефон. Приятно ж то, как
