Здравствуйте, форумчане!
Решил поделиться давней своей схемкой простого измерителя уровня воды. Схема надежна, абсолютно некапризна, потребляет сущие копейки и повторяется легко.
Собственно, это только часть измерителя, назовем это преобразователем уровня воды в аналоговый сигнал - далее этим сигналом можно пользоваться кому как будет угодно. Хотите - процессор с АЦП, хотите - хоть стрелочный индикатор (с соответствующим буфером, конечно).

Принцип работы предельно прост - сигнал от генератора, собранного на первых трех элементах, идет двумя равнозначными путями (с точки зрения импульсных задержек), которые сходятся на элементе "исключающее ИЛИ". Если импульсы на этот элемент придут точно синхронно, то на выходе никаких колебаний не будет. При малейшем разбалансе задержек возникают разностные импульсы, скважность которых пропорциональна этому разбалансу, т.е., в нашем случае, емкости измерительного штыря. А вот емкость штыря, конечно, будет зависеть от глубины его погружения в воду. Таким образом, получаем простой преобразователь уровня воды. Бак, естественно, должен быть подключен к общему проводу. Если бак неметаллический, то нужно хотя бы погрузить в воду кусок оголенного провода, подключенного к общему проводу схемы.

На выходе устройства стоит простейший интегратор, который полностью сглаживает все высокочастотные пульсации и мы получаем превосходный аналоговый сигнал в диапазоне от 0 до примерно 3 вольт при питании схемы +5 вольт. В зависимости от дальнейшей нагрузки возможно придется поставить высокоомный буфер - либо ОУ либо хотя бы эмиттерный повторитель. Если это будет микропроцессор, то никаких буферов не понадобится.
Настройка устройства заключается в подстройке одинаковой начальной задержки импульсов (равенству емкостей) по обоим каналам с помощью подстроечного конденсатора, который обычно равен 5..10 пФ, делать это нужно при минимальном уровне воды или ее отсутствии и следя за выходным напряжением, если нет осциллографа. Все элементы должны быть КМОП.

Желаю всем самого наилучшего!

Красиво. Только напрягает, что все это должно быть рядом с баком. Емкость соединительного провода со штырем, однако. А если бак с водой, например на чердаке, то туда и питание еще нужно гнать. В принципе решаемо, конечно, только геморройно.

vlig, а не маловато ли сопротивление резистора в цепи ПОС генератора (1,5 кОм)? Выход КМОП может быть серьезно перегружен. Обычно применяется не менее 10 кОм.

PCBWay - всего $5 за 10 печатных плат, первый заказ для новых клиентов БЕСПЛАТЕН

Сборка печатных плат от $30 + БЕСПЛАТНАЯ доставка по всему миру + трафарет

Онлайн просмотровщик Gerber-файлов от PCBWay + Услуги 3D печати

Частота генерации выбрана повыше (около 1,7 МГц), чтобы без проблем отсечь высокочастотную составляющую на интеграторе и иметь максимальное выходное напряжение, которое, в данном случае, зависит от частоты. Но, разумеется, можно выбрать и более низкую частоту - вплоть до десятков килогерц. Система ведь не нуждается в быстрой реакции на изменение. Только не забыть увеличить постоянную времени интегрирующей цепи. А если предусмотреть усилитель на операционнике, тогда можно вообще забыть о частоте. При этом потребление, кстати, заметно упадет. Я использовал инверторы с Шоттки входами, быстродействующие, да и потребление меня не заботило - питание от сетевого БП.

Кстати, на основе этой мостовой схемы легко и просто получаются сенсорные датчики - просто вместо штыря ставится металлическая изолированная пластинка. При поднесении пальца срабатывает отлично. Я их делал еще более 20 лет назад - догда занимался изготовлением и установкой охранных автомобильных систем, первых в своем роде - еще не было ни китайских ни российских систем и радиобрелков тем более; так вот пара таких датчиков, установленных за пластиковыми панелями в нужных местах, позволяли быстро и незаметно снять блокировку и заводить автомобиль. Работали даже в сильный мороз.

Организация питания на основе надежных литиевых аккумуляторов EVE и микросхем азиатского производства

Качественное и безопасное устройство, работающее от аккумулятора, должно учитывать его физические и химические свойства, профили заряда и разряда, их изменение во времени и под влиянием различных условий, таких как температура и ток нагрузки. Мы расскажем о литий-ионных аккумуляторных батареях EVE и нескольких решениях от различных китайских компаний, рекомендуемых для разработок приложений с использованием этих АКБ. Представленные в статье китайские аналоги помогут заменить продукцию западных брендов с оптимизацией цены без потери качества.

Подробнее>>

а как же растворение штыря и проводимость воды?

Новый аккумулятор EVE серии PLM для GSM-трекеров, работающих в жёстких условиях (до -40°С)

Компания EVE выпустила новый аккумулятор серии PLM, сочетающий в себе высокую безопасность, длительный срок службы, широкий температурный диапазон и высокую токоотдачу даже при отрицательной температуре. Эти аккумуляторы поддерживают заряд при температуре от -40/-20°С (сниженным значением тока), безопасны (не воспламеняются и не взрываются) при механическом повреждении (протыкание и сдавливание), устойчивы к вибрации. Они могут применяться как для автотранспорта (трекеры, маячки, сигнализация), так и для промышленных устройств мониторинга, IoT-устройств.

Подробнее>>

Чукча - не читатель?

Написано ведь русским по желто/розовому: "штырь ИЗОЛИРОВАННЫЙ"! Измерение ведется по емкости, а не по проводимости.

да я в 6 утра читал, а спать лег около часа
помнится на хабре делали чайник с wifi, так замучались с датчиком воды

ради интереса хотел бы узнать больше о
какова линейность на каких объемах бака
какова погрешность и ошибки
есть ли зависимость от проводимости воды

Проводимость по-идее не должна влиять на работу.

Схема может и хорошая, да только нетермостабильная

Ну это как посмотреть.. Боитесь, что емкости поплывут от разности температур? Но вы не забывайте, что одна из них находится в воде, вторая (подстроечная) - в нескольких сантиметрах от нее, на воздухе. Отрицательных температур там точно быть не может, потому как это все-таки бак с водой, ну а близость схемы к ней (к воде) служит своеобразным термостатом. Ничего там никуда не уплывает, работает себе уже четыре года. Главное, схему защитить от переувлажнения, и все. Если кому-то понадобится такой замер в экстремальных условиях - на морозе, например - можно придумать и термостабилизацию. Кварц, в конце концов. Но это гон, конечно

Кстати, в схеме я неправильно нарисовал - исключающее ИЛИ без инверсии должно быть

Частоты генераторов на элементах логических микросхем довольно сильно плавают при изменении температуры. Тут или термостатирование блока генератора или подбор схемотехники - например компенсацию ухода частоты в управляемом генераторе посредством терморезистора, а в опорном стабилизация кварцем. Только кварц без мер к стабилизации управляемого генератора - ухудшит ситуацию - так они хотя-б плывут подобно, а так один будет стоять, а другой плыть.

Емкость датчика (точнее диэлектрическая проницаемость жидкости - зависит от жидкости. Для воды тут не страшно.

О чем вы говорите? Какой управляемый и опорный генераторы? Генератор всего один, после - сигнал раздваивается, попадает на мост, затем фазовый разбаланс ловится фазовым детектором и результат интегрируется. Это мостовая схема.
Про термокомпенсацию генератора согласен, может уплыть. Повлияет это несильно, но для каждого конкретного случая должно быть свое решение - ведь усложнить схему недолго, вопрос лишь в надобности такой точности. Для бытовых нужд разбаланс даже в 10% не сыграет роли. Кому-то, может, понадобится термокомпенсированная схема - милости просим, решения для этого существуют и немало; кто-то захочет развить ее до универсальной и посадить в термостат - тоже не проблема. Можно решить компенсацию на выходе - пересчетом выходного уровня в зависимости от температуры. Но в бытовом варианте достаточно оставить все как есть.

Как хочется жестоко наказать автора за эту схему!!! Четыре года прятал. Самодельщики стали уже извращенцами на почве поиска преобразователя уровня воды в напряжение, а он даже сейчас не удосужился выложить в обозреваемом виде, а прикрепил файлом. Этой же схеме цены нет!!!!!!!!!!!!!!!!!! Если автору наплевать на своё творение, то я не могу позволить что бы оно было похоронено под грудой бесполезной информации с названием "измеритель уровня воды".
Пусть найдут эту схему, кому требуется:. "Самодельный & измеритель & уровня & воды в бочке". "Самодельный суперский датчик уровня воды в емкости". "Самодельный преобразователь уровня воды в бочке в напряжение". "Классный измеритель уровня жидкости своими руками". "Самодельный измеритель уровня воды в аквариуме своими руками". "Самодельный измеритель уровня фекалий". "Самодельный измеритель уровня воды в бойлере", "Самодельный измеритель уровня омывающей жидкости", "измеритель уровня воды для ардуино"


vlig, низкий поклон Вам за эту схему. Добавьте "мелочей". Например, какой использовали провод для датчика, как его изолировали в месте откусывания, на каких глубинах проверяли? Я схему сделал, но больше чем пол метра пока не измеряет, так как останавливаются показания. Думаю, что вода проникает. Сделаю - выложу фотки.

Добавлю мал-мал своих мыслей. Если генератор сделать на трех остающихся свободными элементах "Исключающее ИЛИ" из м/схемы ЛП2, сконфиругировав их инверторами (для чего на один из входов постоянно подать лог. 1)



то всю схему можно сваять всего на двух корпусах.

Ну и что)) Кто-нибудь попробовал как это работает? Надо добавить нормирующий ОУ для приведения к стандартному входу приборов КИП 0-1в. Использовать штырь изолированный погруженный в воду с минимальной степенью увлажнения изоляции.
Были рабочие приборы с использование кабеля П274.. наверное правильно- изоляция расчитана на самые "тяжелые" атмосферные
условия)) Просьба если кто что делал в этом направлении отпишитесь- тема интересная))

Я делал. Работала долго хорошо. Сейчас показывает уровень неправильно. Видимо "зарос" провод. Чистить пока некогда.

А есть ли схема этого чудо устройства, на каких компонентах оно было собрано?

А будет ли такая схема измерять не воду, а другой состав жидкости, который включает в себя различные соли, глину, крахмал, смасочные материалы и т.д.

А какая разница? Главное, что бы на жидкость похоже было. Ёмкость только изменится- придётся калибровать для каждой.
Единственное- глина и т.п. будет оседать. Появится нелинейность непредсказуемая.

можно сделать автоматическую компенсацию температуры и свойств жидкости:
1) сделать подстроечный конденсатор в виде такого же штыря, но поместить его так, чтобы он всегда находился на воздухе.
2) добавить такойже штырь, но разместить его так, чтобы он всегда был в измеряемой среде.
3) сравнивая каналы воздух-измеритель получаем сигнал, сравнивая каналы воздух-среда получаем размах сигнала (для АЦП это будет уровень AREF) и, используя, например ОУ или ещё как либо, нормализуем эти сигналы с одинаковым коэффициентом.