6. Пневматические переключатели давления (реле уровня)

6. Пневматические переключатели давления (реле уровня)

Важной деталью во всех моделях СМА является пневматический переключатель. Он служит для контроля уровня воды или моющего раствора в баке СМА, поэтому его часто называют датчиком, или реле уровня, или прессостатом, но мы будем называть эту деталь датчиком давления или сокращенно ДД. С баком СМА он соединяется гибким и тонким резиновым или силиконовым шлангом, который называется шлангом давления. В свою очередь шланг давления присоединяется к нижней части бака через так называемую компрессионную камеру. В подавляющем числе моделей СМА ДД располагается в верхней части корпуса рядом с баком, обычно он закреплен на какой-либо боковой стенке корпуса, например, как на рис. 6.1, а схема соединения показана на рис. 6.2.

Рис. 6.1. Пример расположения датчика давления в корпусе СМА

Рис. 6.2. Типовая схема соединения датчика давления с баком СМА

Однако существуют модели СМА, у которых ДД расположен внизу под баком. Этот вариант представлен на рис. 6.3.

Рис. 6.3. Пример нестандартного расположения датчика давления

Такое расположение ДД достигнуто при помощи оригинальной компрессионной камеры, которая присоединена к нижней части бака через резиновую втулку. Эта камера представляет собой отштампованный из пластмассы змеевик с воздушными «мешками». Выходной штуцер камеры соединен шлангом давления с ДД.

По конструкции ДД достаточно разнообразны.

Для начала рассмотрим устройство пневматического ДД, которые широко применялись и применяются в СМА самых различных моделей — от простейших до моделей с микроконтроллерным управлением. На рис. 6.4 представлено несколько типовых конструкций ДД.

Рис. 6.4. Типовые конструкции датчиков давления

Все они сделаны в круглых корпусах, но форма корпуса, в общем, безразлична, поскольку у всех этих ДД одинаковое функциональное назначение. Например, ДД на рис. 6.5 имеет овальную форму, что, видимо, было определено конструкцией СМА.

Рис. 6.5. Разновидность датчика давления

Рассмотрим принцип работ пневматических переключателей. На рис. 6.6 показано устройство одноуровнего ДД.

Рис. 6.6. Устройство пневматического датчика давления

Прежде чем рассказать о нем, напомним: для достижения экономии воды при стирке (по крайней мере — во всех развитых странах) требуются разные уровни воды и моющего раствора. Например: при стирке тканей из хлопка используется один уровень, а при полоскании воды требуется больше, но при стирке вещей из шерсти или из синтетических тканей в программах «деликатной» стирки — воды требуется еще больше. Поэтому применяются так называемые многоуровневые ДД. Соответственно они содержат несколько контактных групп — по числу уровней переключения. Итак, как работает наш одноуровневый ДД? Такие ДД применяются в самых простейших СМА, но в некоторых моделях используют сразу два подобных ДД из конструктивных соображений.

При поступлении воды в бак СМА воздух, который находится в шланге давления и в нижней камере ДД, оказывает давление на гибкую резиновую диафрагму (мембрану). На диафрагме есть нажимная площадка с пластмассовым наконечником. Поскольку под воздействием давления воздуха диафрагма выгибается, то нажимная площадка давит наконечником на пружину контактной группы ДД. Контактные группы представляют собой быстродействующие перекидывающиеся контакты, которые показаны на рис. 6.7.

Рис. 6.7. Перекидывающиеся контакты

По достижении нужного уровня воды в баке контакты переключаются, отключается питание от клапанов подачи воды и СМА переводится в режим стирки. Обратим внимание на маленькую особенность: во входном штуцере ДД сделано входное отверстие очень малого диаметра — порядка 0,2 мм — так называемая дроссельная заслонка. Ее назначение — придать ДД некоторую инерционность, чтобы исключить ложные срабатывания при стирке. По мере впитывания поступающей в бак воды бельем, ДД снова подает питание на клапан подачи воды — машина доливает воду до необходимого уровня.

В некоторых конструкциях дроссельная заслонка установлена прямо в шланг давления в виде пластмассовой втулки с отверстием.

Теперь посмотрим, как устроен многоуровневый ДД.

Начнем с трехуровневого ДД. На рис. 6.8 он показан в разобранном виде.

Рис. 6.8. Трехуровневый датчик давления

Он содержит три группы перекидывающихся контактов. Все они расположены в верхней части корпуса ДД — над мембраной (диафрагмой). Для соблюдения очередности переключения в ДД используется разноплечее коромысло, а контактные пружины имеют разную толщину.

Если требуется проверить работоспособность ДД, то отсоединяют шланг давления и вместо него присоединяют отрезок подходящего резинового или силиконового шланга. Затем в него нужно подуть. При переключениях контактных пружин будут слышны отчетливые щелчки. Полная достоверность переключений контролируется омметром или прозвонкой. Если есть необходимость в подобной проверке, СМА обязательно нужно выключить, иначе возможно перегорание ТЭНа и другие серьезные повреждения. На корпусе ДД обычно печатают инфюрмацию о том, на какие уровни давления настроен прибор. Уровни срабатывания и отпускания (рис. 6.9) обозначены либо в миллиметрах водного столба (мм Н₂0 — мм вод. ст. равен = 1 кгс/м²) либо в миллибарах.

Рис. 6.9. Обозначение величин давления на датчике

Все ДД имеют на верхней части корпуса регулировочные винты, законтренные краской — так их фиксируют после настройки на заводе-изготовителе. А теперь посмотрим, как работает малогабаритный ДД, который присутствует на рис. 6.4 в правом верхнем углу. На рис. 6.10 этот прибор также показан в разобранном виде.

Рис. 6.10. Устройство малогабаритного одноуровневого датчика давления

Внутри также, как и у других ДД, есть и резиновая диафрагма (мембрана), и пластмассовая площадка с нажимным наконечником, но нет коромысла, так как в этом ДД только одна контактная пара. Но прибор имеет на верхней части корпуса четыре контакта вместо трех. Зачем четвертый?

Дело в том, что в многоуровневых ДД есть ограничитель хода у нажимного наконечника, а в этом приборе после срабатывания контактов у нажимного наконечника (и у диафрагмы) еще есть запас хода, и при дальнейшем повышении уровня воды в баке (допустим, открылся и не закрывается клапан подачи воды), включается дополнительный четвертый контакт. Он в свою очередь подает напряжение питания на сливной насос-помпу, и начинается откачка воды или моющего раствора из бака.

Пожалуй, стоит обратить внимание еще на одну конструкцию. Этот ДД также показан на рис. 6.4 в левом верхнем углу. Особенность его в том, что корпус этого прибора состоит из двух «половинок», соединенных вместе, то есть это двухуровневый ДД. В каждой «половинке» — в нижней части корпуса — есть резиновая диафрагма со своим нажимным наконечником и своей контактной парой. Воздух через штуцер поступает в обе «половинки» корпуса под диафрагмы. Очередность срабатывания контактов в таком ДД достигнута за счет разной высоты нажимных наконечников. Первой срабатывает та «половинка», у которой длиннее нажимной наконечник. Устройство нижней части корпуса этого ДД показано на рис. 6.11.

Рис. 6.11. Устройство нижней части 2-уровневого датчика давления

Функционально все ДД, которые мы рассмотрели, равноценны. Основная разница заключена лишь в настройке на определенные уровни давления, а это определяется типом и конструкцией СМА.

Довольно часто в СМА из конструктивных соображений устанавливают сразу два ДД. Это могут быть два малогабаритных одноуровневых ДД (при недостатке места в корпусе СМА) или два двухуровневых ДД. Подобное сочетание применяется для расширения функций ДД: одна из секций максимального уровня будет включать сливной насос в аварийных ситуациях.

Основные неисправности пневматических систем контроля уровня и, как следствие, неработоспособность СМА возникают из-за нарушения герметичности нижней части корпуса, в которой находится диафрагма. Нарушение герметичности соединений: бак — компрессионная камера — шланг давления — ДД.

Верхняя часть корпуса ДД герметичностью не обладает, поскольку имеет маленькие отверстия для выхода воздуха, иначе резиновая мембрана не сможет переключать контакты из-за упругости воздуха в верхней части корпуса. Есть еще варианты конструкций пневматических ДД, которые применяются в СМА с микроконтроллерным управлением. По всей видимости, это так называемые переходные модели. В них еще сохранена резиновая диафрагма. Разница — в конструкции верхней части корпуса. Например, есть вариант, где к контактным выводам на верхней части корпуса припаяна печатная плата с цепочкой резисторов, включенных последовательно. На плату с резисторами подается отдельное напряжение питания 5 В. При переключениях контактных пар ДД поочередно коммутируются резисторы и на контактном выходном разъеме платы формируются опорные напряжения, соответствующие каждому из уровней. Далее эти сигналы проходят на вход микроконтроллера, где сравниваются с запрограммированными значениями напряжений для каждого уровня. В другой конструкции ДД, например, как на рис. 6.12, какие-либо переключающие контакты вообще отсутствуют, т. к. в них нет необходимости.

Рис. 6.12. Датчики давления с колебательным контуром

Вместо них применен колебательный контур, показанный на рис. 6.13. Контур подключен к специальной схеме генератора колебаний. Это одна из первых конструкций подобных ДД.

Рис. 6.13. Схема индуктивного датчика с колебательным контуром и генератором колебаний

Элементы колебательного контура; катушка, ферритовый сердечник и два конденсатора находятся в верхней части корпуса. В более современных ДД и колебательный контур, и схема генератора интегрированы в верхней части ДД. Объединяет эти конструкции принцип действия: при увеличении уровня воды в баке резиновая мембрана перемещает ферритовый сердечник (см. рис. 6.14) колебательного контура, и в результате этого изменяется частота колебаний на выходе генератора.

Рис. 6.14. Принцип работы индуктивного датчика давления

Значение частоты, соответствующее каждому из уровней, также сравнивается с запрограммированными значениями в памяти микроконтроллера. В верхней части ДД есть регулируемый винт, позволяющий изменять высоту положения сердечника.

Все регулировки сделаны на заводе-изготовителе. Два последних варианта ДД имеют существенное отличие. Это отличие в разнице выходных сигналов на выводах ДД. Например, в первом варианте на рис. 6.15,а приведена схема генератора.

Рис. 6.15. а) Одна из типовых современных схем генератора колебаний датчика давления,

На схему приходит напряжение питания +5.0 В. Зависимость частоты колебаний от уровня воды в баке показана на рис. 6.15,б.

Рис. 6.15. б) График зависимости частоты колебаний генератора от уровня воды в баке

Во втором варианте у ДД также есть схема генератора, встроенная прямо в корпус. На выводы 1 и 3 (см. рис. 6.16) подается напряжение питания +5,5 В. А на выводе 2 изменяется величина входного напряжения генератора от 0,5 до 3,5 В в зависимости or уровня воды в баке.

Показанный на рис. 6.16,а ДД также имеет свою особенность.

Рис. 6.16. а) Датчик с интегрированной схемой

Рис. 6.16. б) Измерение напряжений на выводах датчика

В нем есть и резиновая диафрагма, и встроенный генератор с катушкой индуктивности, однако элементом, изменяющим частоту генератора, является тензорный резистор. Тензорный резистор — это полупроводниковый элемент, изготовленный методом напыления, как и другие детали схемы генератора. Под воздействием диафрагмы происходит изгиб печатной платы генератора, на которой напылен и тензорный резистор. Под воздействием деформации изменяется величина сопротивления резистора и, соответственно, частота генерации.

При этом изменяется и величина выходного напряжения ДД.

В заключение этого раздела приведем фрагменты обозначений пневматических переключателей на электросхемах СМА (рис. 6.17).

Рис. 6.17. Примеры обозначений датчиков давления на электросхемах СМА

Данный текст является ознакомительным фрагментом.