Датчики давления Arduino bmp280, bmp180, bme280

Как подключить датчик давления к водопроводу и электропитанию

Приспособление (РД, РМ) вкручивается в переходник при помощи накидной гайки (резьбовое соединение типа американка) – это позволяет при подсоединении оставлять корпус в неподвижном положении, не вращая его вокруг своей оси. В таком приборе резиновая прокладка под накидной гайкой обеспечивает герметичность соединения, но бывают и другие разновидности приборов с неподвижным штуцером, имеющем наружную или внутреннюю резьбу без прокладок. В этом случае для герметизации используют льняное волокно или специальную нить для гидроизоляции фитингов сантехнической арматуры, вариант установки уплотнителя из популярной ФУМ ленты не слишком эффективен – она часто прорезается острой резьбой.

Подключение прибора к электрическому напряжению переменного тока в 220 вольт не вызывает особых трудностей – два конца одного из проводов питания электронасоса подключаются к клеммам М1 и М2 и фиксируются винтами, если в электропитании присутствует заземляющая жила, она присоединяется к колодке, расположенный в нижней части корпуса, с помощью прижимной пластины и винта.

Рис. 8 Реле в автоматике погружного насоса – схема подключения через пятивходовой фитинг

Датчики на основе МЭМС

Датчики давления бывают трех типов, позволяющих измерять абсолютное, дифференциальное и манометрическое давление .

Абсолютное давление, например, барометрическое, измеряется датчиком абсолютного давления. Давление измеряется относительно вакуума.

Дифференциальное давление, например, перепад давления в дифференциальных расходомерах, измеряется дифференциальным датчиком давления (рис. 1).

Рис. 1. Схема дифференциального датчика давления .

Манометрическое давление измеряется относительно некоторого эталонного значения. Примером может служить, измерение кровяного давления, которое проводится относительно атмосферного давления. Манометрическое давление по своей сути является разновидностью дифференциального давления. Измеряют давление, избыточное по отношению к атмосферному, манометром .

В датчиках давления используются также вторичные преобразователи емкостного типа. В таких устройствах вся поверхность мембраны действует как обкладка конденсатора. В качестве одной обкладки конденсатора используется неподвижное металлическое основание, другая обкладка — гибкая мембрана круглой формы, закрепленная по окружности. Мембрана прогибается под действием давления. При деформации мембраны среднее расстояние между обкладками конденсатора уменьшается, что приводит к увеличению емкости .

Применение МЭМС технологии позволяет получать микромеханические и оптические узлы меньших размеров, чем это возможно по традиционным технологиям. Преимуществом МЭМС является электронная часть, и электрические соединения с датчиками и механизмами, выполненные по интегральной технологии и имеющие малые размеры. Высокая повторяемость чувствительных элементов, и их интегральное изготовление вместе с обрабатывающей схемой позволяет значительно повысить точность измерений. Благодаря интегральной технологии надежность МЭМС выше, чем надежность аналогичной системы, которая собрана из дискретных компонентов. Также большей надежностью и долговечностью обладают оптические системы, поскольку они располагаются в герметичном корпусе и защищены от воздействий внешней среды. Применение МЭМС уменьшает стоимость как механической, так и электронной частей устройства, поскольку обрабатывающая электроника и МЭМС интегрированы в единой подложке, что позволяет избежать дополнительных соединений и, в некоторых случаях, применения согласующих схем.

Область применения датчиков уровня воды

Рис. 1 Принцип действия поплавкового датчика уровня (ПДУ)

• Большой накопительный бак для воды может потребоваться и для водоснабжения дома, если дебит водозаборной емкости очень мал или производительность самого насоса не может обеспечить потребление воды, соответствующее необходимому уровню. В этом случае устройства контроля уровня жидкости для автоматической работы системы водоснабжения также необходимы.
• Систему контроля за уровнем жидкости можно использовать и при работе с устройствами, в которых отсутствует защита от сухого хода скважинного насоса, датчик давления воды или поплавковый выключатель при откачивании грунтовых вод из подвалов и помещений с уровнем ниже поверхности земли.

Устройство и конструктивные особенности

Датчик давления устанавливается как отдельный прибор в большинстве систем автоматического регулирования, также он входит в состав блоков управления насосным оборудованием 2 и 3 поколений, в которых в одном корпусе размещается вся автоматика.

Простой недорогой механический прибор содержит следующие элементы:

1. Корпус с расположенным в основании штуцером стандартным диаметром 1/4 дюйма или 8 мм. для подсоединения к водопроводу, и съемной крышкой, предохраняющей его механические детали, электрические клеммы и подстроечные винты от повреждений и проникновения влаги.
2. Диафрагму с внутренними пластинами и пружинящими контактами, коммутирующими электрическую цепь.
3. Регулировочные большой и малый винты с пружинами, определяющими верхнюю границу напора, размыкающего контакты, и разницу (дельту) между порогами включения и отключения прибора.
4. Клеммные колодки для подсоединения контактов насоса (обозначаются M1, M2), электрических (L1 и L2) и заземляющих проводов с винтовыми фиксаторами.

Рис. 5 Схема реле на примере модели РД 2

Возможные неисправности датчиков и их признаки

Главным признаком неисправности датчика является отсутствие информации об уровне давления в колесе на мониторе. Причинами могут быть использованный лимит батарейки, слабый сигнал информации, механическая поломка при монтаже. Как правило, требуется заменять неисправный датчик на новый. При слабом сигнале информации с антенны датчика рекомендуется поворотом определить наиболее эффективное место расположения. Замена батареек зачастую технически сложная операция, требует шиномонтаж при внутреннем расположении датчика и может не дать ожидаемый результат.

Основными неисправностями датчиков являются:

• возможное подтравливание всех внешних и внутренних латунно-резиновых датчиков;
• прикипание внешнего алюминиевого датчика с латунным вентилем;
• ложное срабатывание системы ABS при длительном повороте.

В некоторых системах тпмс неудобствами являются:

• низкая яркость и мелкие цифры дисплея;
• вывод на экран показатели только одной автошины с необходимостью нажатием кнопки вызывать на экран данные других колес;
• помехи от магнитолы, рации при подаче информации на экран;
• необходимость шиномонтажа для замены батареек внутренних датчиков;
• опасность кражи внешних датчиков;
• отсутствие настроек параметров давления;
• невозможность отключения звукового сигнала;
• несоответствие размеров штекера устройства и автомобильного прикуривателя;
• требование дополнительной балансировки при установке внешних датчиков.

Проведенные тесты показали высокое качество следующих нештатных систем контроля давления в шинах,

с внутренними датчиками:

• CRX-1006 (высокое качество, надежная работа);
• TPMS CRX-1001 (информация в режиме реального времени, крупные цифры, высокая емкость батареек);
• TPMS-201 (легкая настройка);
• Parkmaster 4-03 (установка модуля-монитора в прикуривателе, яркость дисплея);

с внешними датчиками:

• CRX-1041 (быстрая установка, широкий диапазон параметров давления);
• CRX-1002 (защита от коррозии и кражи).

Системы контроля давления в шинах становятся необходимы условием повышения безопасности и длительности эксплуатации автомобилей. В настоящее время в ряде стран законодательно определено производство машин с установкой данной опции. На рынке автолюбители могут самостоятельно выбирать и устанавливать датчики давления в автошинах tpms в соответствии с их бюджетными возможностями, уровнями качества исполнения и контроля необходимых параметров.

Конструктивные особенности

Как уже говорилось выше, существуют как механические, так и электронные реле давления воды. У тех и у других основным рабочим органом является мембрана, выступающая в роли одной из стенок их внутренней емкости, в которую поступает вода. Отклоняясь под напором воды, мембрана воздействует на остальные элементы датчика, в итоге и происходит срабатывание устройства.

Устройство мембранного датчика давления

Элементами, на которые воздействует отклоняющаяся мембрана, в механических датчиках являются контакты, которые при смыкании или размыкании включают и отключают насосное оборудование. Электронный датчик давления работает по несколько иному принципу. Деформация мембраны в таком устройстве преобразуется в управляющий электрический аналоговый сигнал, который затем усиливается, подвергается оцифровке и поступает в блок автоматической регулировки работы трубопровода.

Механические датчики давления, которые также называют контактными, используются чаще, чем электронные. Объясняется это как простотой конструкции такого устройства, так и его более доступной стоимостью. В частности, регулярно осуществляют установку механических датчиков давления воды в системах отопления и водоснабжения бытового типа.

Устройство бытового реле давления воды

Конструкцию механического датчика составляют:

• патрубок, при помощи которого осуществляется подсоединение устройства к элементам трубопровода;
• мембрана;
• контактная группа;
• две пружины разного диаметра, посредством которых выставляется уровень наибольшего и минимального давления, при котором устройство должно срабатывать.

Датчик давления в разобранном виде

Пружина большего диаметра, устанавливаемая в датчики механического типа, определяет уровень давления воды в трубопроводе, при котором устройство сработает и отключит подающий насос. Вторая пружина отвечает за нижний предел срабатывания датчика, а если выразиться точнее, то диапазон значений, при выходе за который датчик сработает на включение и запустит насос, подающий воду в трубопровод.

Конструкция механических датчиков предусматривает возможность регулировать степень сжатия обеих пружин. При сжатии пружины большего диаметра увеличивается значение давления воды, при котором устройство будет срабатывать. Если сильнее сжать пружину меньшего диаметра, то увеличится разность давлений между уровнями срабатывания.

Принцип регулировки механического датчика давления

Установка и настройка

Штатные системы контроля давления, устанавливаемые на заводах, дополнительных действий не требуют. Необходимо только периодически проверять исправность узлов системы.

Дополнительную систему в виде датчиков с цветовым информированием уровня давления устанавливают на ниппеля вместо защитных колпачков.

Внештатная система в виде внешних датчиков с передачей информации требует установки приемника в консоли и подключения к одному из салонных устройств с экраном.

Система с внутренними датчиками требует установку датчиков внутри шин вместо вентилей, предварительную настройку блока на минимальный и максимальный уровень давления, настройку сигнализации.

“Прописка”, активация, электронных датчиков производится по кругу – вначале переднее левое колесо, затем переднее правое, заднее правое и заднее левое колесо.

Штатные и самостоятельно устанавливаемые системы обеспечивают качественный контроль за давлением в соответствии с техническим уровнем изделия.

Проверка датчика давления в шинах

Показания датчиков проверяются контрольными измерениями давления обычными манометрами. Их точность составляет 0,1 бар, что вполне достаточно. Более глубокая проверка датчиков и всей системы осуществляется специальными приборами. Если сигнал о низком давлении продолжает гореть, то рекомендуется выполнить следующие действия:

• визуально внимательно оглядеть колесо на предмет наличия дефектов;
• в шиномонтажной мастерской накачать до требуемых параметров;
• проехать какое-то время со скоростью не более 80 км/час.

Сигнал ошибки должен прекратиться и система заработает в штатном режиме.

Сброс датчика давления в шинах

При продолжении наличия ошибки на мониторе рекомендуется полностью спустить колесо и заново накачать, а также произвести перезагрузку программного устройства системы контроля за давлением (бортового компьютера, специального блока монитора и т.д.).

Отключение датчика давления в шинах

В случае неисправности одного из датчиков, до произведения его замены, разрешается отключить его. Отключение датчика давления производится в соответствии с инструкцией системы. В этом случае система продолжает контролировать остальные 3 колеса. При отсутствии кнопки отключения звукового сигнала разрешается отсоединить неисправный датчик от блока.

Пример работы частотника на демонстрационном стенде

Во всем мире частотными преобразователями пользуются для управления насосами достаточно давно. К сожалению, в России такая техника пока не прижилась. Расскажем, в чем прелесть этих маленьких незамысловатых коробочек, и какой огромный плюс они дают потребителю при их использовании в системе частного водоснабжения.

Что такое частотный преобразователь? Как правило, владельцы домов и коттеджей используют в своих системах водоснабжения погружные скважинные насосы. Управление этими насосами осуществляется при помощи реле давления и гидроаккумуляторов различной емкости.

Реле давления имеет два порога: верхний и нижний. При таком устройстве системы водоснабжения в момент, когда насос включается, давление падает очень сильно и потребителю это некомфортно. Он испытывает дискомфорт, потому что давление меняется. Особенно это чувствуется при приеме душа. Владельцы коттеджей это прекрасно понимают, так как они уже сталкивались с этой проблемой. Те, кому только предстоит обустроить свою систему водоснабжения, эта информация окажет помощь в представлении ожидаемого эффекта.

Как улучшить комфорт, чтобы давление в системе было постоянным? Есть решение этой проблемы. Это применение частотного преобразователя. Многие компании осуществляют поставку частотников фирмы Italtecnica. Этот концерн выпускает частотные преобразователи с монофазными насосами серии SIRIO ENTRY. Эти частотные преобразователи могут управлять монофазными насосами мощностью до 1,5 киловатт.

Какие модели датчиков бывают

Различают механические и электронные модификации датчиков, для бытового водоснабжения c использованием погружных электронасосов и насосных станций бюджетной и средней ценовой категории в основном применяют механические модели этого прибора. Они отличаются высокой надежностью, простотой конструктивного исполнения, удобством монтажа и регулировки.

Использование дорогих электронных датчиков давления в обычных водозаборных системах только для размыкания контактов не имеет смысла, электроника рассчитана для плавного регулирования режимов работы насосного оборудования.

Рис. 6 Приборы автоматического управления со встроенными датчиками

Электронные датчики воды

Электронные датчики гидравлического давления применяется в автоматике управления насосным оборудованием 3-го поколения с частотным преобразователем, они входят в состав электронных контроллеров, состоящих из одного малогабаритного блока.

Электронное устройство заменяет все дискретные элементы системы автоматики – реле сухого хода и давления, манометр, гидроаккумулятор большого объема, обеспечивает плавный запуск электродвигателя и электронную регулировку скорости вращения вала насосного электродвигателя. В данном устройстве с электронного датчика снимается аналоговый сигнал, величина напряжения которого зависит от напора, далее он преобразуется в электронной управляющей схеме в широтно-импульсное модулированное напряжение, подаваемое на обмотку электродвигателя насоса.

В быту широко известны и используются специальные блоки частотного управления SU 301 от Grundfos, работающие в паре с погружными электронасосами серии SQ, другие известные модели и производители – Active Driver (DAB), Sirio Entry (Italtecnica).

Рис. 7 Подключение датчика к водопроводу и электрической сети

Принцип работы

Рассмотрим датчик напора РМ, установленный в индивидуальный водопровод, он функционирует следующим образом:

Создаваемое насосом колодца или скважины давление способствует наполнению магистрали водой, которая давит на резиновую мембрану, расположенную за штуцером реле давления.

Внутри устройства на эластичной мембране размещена тарелка с заостренными конусными выступами по краям, при перемещении мембраны под давлением вглубь прибора происходит одновременный сдвиг тарелки и ее наконечники давят на пластину, размыкающую электрические контакты внутри корпуса.

Так как к контактам подключен один или два провода кабеля питания электронасоса, происходит размыкание цепи, и подача питания на электродвигатель прекращается, прибор останавливает свою работу.

При бытовом использовании воды давление в трубопроводе падает, мембрана реле возвращается в исходное положение, ослабляя нажим на пластину, и контакты внутри прибора замыкаются – электронасос начинает функционировать и закачивать воду в магистраль.

Рис. 4 Датчик давления воды РМ в разобранном виде

Установка

Учитывая то, что большинство датчиков протока воды конструктивно входят в состав приборов, установка их требуется только в случае замены при выходе из строя. Однако, встречаются ситуации, когда датчик протока воды необходимо устанавливать отдельно, например, когда возникает необходимость увеличить напор подачи воды.

Ведь нередко случаются ситуации, когда в системе центрального водопровода недостаточное давление, и для включения газового котла в режим горячего водоснабжения необходимо создать хороший напор. В таком случае устанавливается дополнительный циркуляционный насос, оборудованный датчиком протока воды.

В данном случае датчик устанавливается после насоса, таким образом, при начале движения воды датчик включает насос, и давление воды повышается.

Регулировка и настройка

В бытовом использовании потребитель часто отдает предпочтение недорогим и надежным моделям отечественного производства – датчикам серии РД-5, РМ-5, и их различным модификациям, чтобы выбранный прибор работал корректно, необходима его правильная настройка к параметрам линии. Заводские установки значений включения-отключения реле и соответственно порогов срабатывания насоса указанных устройств составляют 1,4 – 2,8 бар.

Рис. 9 Технические характеристики популярных видов реле

Если внутренняя магистраль имеет большую протяженность или трубопровод расположен в здании высокой этажности, нужно настроить заново верхнюю и нижнюю границы срабатывания реле. При необходимости проведения регулировочных операций контрольно-измерительным прибором служит встроенный манометр, по которому фиксируют показания, операции по настройке проводят в следующей последовательности:

• Отключают электронасос от электрической сети, снимают верхнюю крышку прибора для получения доступа к двум регулировочным подпружиненным винтам, наибольшая пружина отвечает за верхний порог срабатывания, а маленькой можно отрегулировать разницу между пределами. Вращением гайки над большой пружиной добиваются изменения верхнего порога давления – поворотом по часовой стрелке повышают верхний предел срабатывания, вращением в обратном направлении при ослаблении пружины снижают предел.
• При регулировке с помощью большой пружины делают несколько оборотов гайки на большом винте в нужную сторону, после чего включают электронасос и фиксируют на манометре момент его отключения.
• Если показания не соответствуют требуемым, спускают воду из внутреннего водопровода и дожидаются повторного включения электронасоса – он при достижении минимального напорного порога запускается реле.
• Операцию периодически повторяют, пока давление отключения электронасоса не примет нужное значение по показаниям стрелки манометра.
• После настройки верхнего порога приступают к регулированию минимально допустимого нижнего предела, при этом следует иметь ввиду, что разница между пограничными уровнями срабатывания должна составлять не менее 1,5 бар.
• Вращением гайки на малом винте в ту или иную сторону можно установить дельту, после подстройки из наполненной магистрали сливают воду и по показаниям манометра фиксируют момент, когда реле включит насос. Если требуемая нижняя граница не достигнута, подстройку и слив воды повторяют несколько раз, пока не будет достигнута искомая разница не менее, чем 1,5 бар.

Следует отметить, что чем больше разница между порогами, тем реже происходит включение насоса, а когда насос работает в таком режиме, срок его эксплуатации и другого автоматического оборудования возрастает.

Рис. 10 Настройка и регулировка датчика давления воды

Варианты датчиков

В целях безопасности принято решение об обязательном установлении штатных систем в США и странах ЕС, а также вызвало производство систем для самостоятельной установки.

Датчики бывают механические и электронные, с внутренней и с внешней установкой, прямого или косвенного контроля.

Штатный датчик давления в шинах

Штатные датчики устанавливаются на заводе при производстве машин и подключены к компьютерному блоку. Информация о конкретном уровне давления выводится или на дисплей, или зеркало обратного вида. В случае выхода из строя датчика замена возможна только на аналогичную модель. Используются высокоточные датчики внутренней установки.

Также на автозаводах широко практикуется использование датчиков тормозной системы ABS для обнаружения снижения давления с помощью программ за счет изменения частоты вращения приспущенного колеса. Это существенно дешевле, но определяется только сам факт недостаточного давления, без фиксирования фактического уровня.

Внешние датчики давления в шинах

В мире налажен выпуск систем с использованием внешних и внутренних датчиков для установки в машинах.

Самыми простыми являются системы с датчиками, насаживаемыми на ниппеля. Уровень давления может сообщаться водителю разными способами:

• соответствующим цветом колпачков датчиков (зеленый при давлении более 2 бар, желтый – от 1 до 2 бар и красный – мене 1 бара);
• через систему Bluetooth на салонное или ваше мобильное устройство Андроид или iOs;
• на поставляемый в комплекте монитор.

Основным недостатком является невозможность получения информации о давлении при движении.

TPMS с внутренними датчиками

Внутренние датчики, дополнительно покупаемые для установления системы контроля аналогичны датчикам штатных систем. Они размещаются внутри колеса вместо вентилей. Отсутствие программного обеспечения требует или приобретение дополнительного монитора или использование Bluetoth-канала для передачи информации на салонное или ваше мобильное устройство. Система обеспечивает высокую точность данных и позволяет дополнительно настраивать информационные сигналы. Установка датчиков и их обслуживание требует шиномонтажных операций.

Рекомендации по установке

При размещении датчика давления в магистрали необходимо соблюдать следующие рекомендации:

• Чтобы прибор работал правильно, диапазон температур, в котором он эксплуатируется, не должен превышать -4 – +40 С.
• Автоматику размещают не только в помещении дома, но и кессоном колодце, после насоса в линию следует установить фильтры тонкой и глубокой очистки воды – это предотвратит забивание грязью штуцера с мембраной, которое может привести к некорректной работе прибора.
• Многие устройства рассчитаны на работу только с холодной водой, при эксплуатации ее температура не должна превышать допустимые пределы, к примеру, не более +55 С. для моделей РД.
• Мощность подключаемого через прибор электронасоса не должна превышать значений, указанных в паспортных данных – нарушение этого правила может привести к залипанию контактов и выходу реле из строя.

Рис. 11 Пример размещения гидрореле с глубинным электронасосом

Датчик или реле давления является основным прибором для обеспечения автоматической работы водозаборного оборудования, он входит в состав любой электронасосной станции или системы водоснабжения с глубинным электронасосом. Его установка и подстройка не представляет особых трудностей даже для неподготовленного домовладельца, а соблюдение основных правил размещения и монтажа обеспечит бесперебойную работу прибора в течение десятка лет.

Виды

Сегодня наибольшее применение нашли датчики протока воды двух видов ― датчик Холла и реле герконовое.

Датчик проточной воды, основанный, на принципе работы датчика Холла (его называют еще расходомер) представляет собой небольшую турбину, на которую насажен магнит. При вращении турбины, магнит создаёт магнитное поле и как турбина на гидроэлектростанции генерирует небольшие электрические импульсы, которые поступают на плату управления котла. Скорость вращения турбины зависит от скорости подачи воды, чем больше поток, тем четче импульсы. Таким образом, благодаря датчику Холла возможно не только сигнализировать о протоке воды, но и о скорости подачи воды.

Герконовый датчик протока воды представляет собой датчик, основанный на использовании принципов магнита. Принципиально этот датчик выглядит так – внутри камеры из композитного материала находится магнитный поплавок, при увеличении давления воды, поплавок перемещается по камере и воздействует на геркон.

Геркон, а это не что иное, как две магнитные пластины в камере без воздуха, под действием магнитного поля поплавка размыкается, и плата управления переводит работу котла в режим горячего водоснабжения.

Герконовый датчик уровня воды:

Расходомер воды: