Zbuduj sam — Autolejek

1

Wymiary i oznaczenia

Nie bez powodu pierwszą sekcją jest opis wymiarów. Bez poznania zasad unifikacji trudno dobrać odpowiednie materiały.

Chodzi nie tylko o zakup właściwego elementu, ale również o uniknięcie nietrafionej oferty. Niejasny opis aukcji może oznaczać, że sprzedający nie do końca wie, co sprzedaje.

ISO 228-1 — jak oznaczenie gwintu G ma się do rzeczywistych wymiarów?

ISO 228-1 opisuje rurowe gwinty walcowe oznaczane literą G. Liczba przy oznaczeniu, na przykład G1, nie oznacza średnicy gwintu równej 1 calowi (25,4 mm).

Skąd bierze się ta różnica?

Oznaczenia gwintów rurowych mają charakter historyczny. Rozmiar calowy odnosił się pierwotnie w przybliżeniu do nominalnej średnicy wewnętrznej rury, natomiast gwint wykonywano na jej zewnętrznej powierzchni.

G1 ≠ Ø25,4 mmRzeczywista średnica zewnętrzna gwintu G1 wynosi około Ø33,25 mm.

Popularne rozmiary gwintów według ISO 228-1
Gwint ISO 228-1	Rozmiar nominalny	Średnica zewnętrzna gwintu
G1/8	1/8"	≈ 9,73 mm
G1/4	1/4"	≈ 13,16 mm
G3/8	3/8"	≈ 16,66 mm
G1/2	1/2"	≈ 20,96 mm
G3/4	3/4"	≈ 26,44 mm
G1	1"	≈ 33,25 mm
G1 1/4	1 1/4"	≈ 41,91 mm
G1 1/2	1 1/2"	≈ 47,80 mm
G2	2"	≈ 59,61 mm

Przykład — G1

Gwint G1 według ISO 228-1 ma następujące parametry:

średnica zewnętrzna: ≈ 33,25 mm
liczba zwojów na cal: 11 TPI
skok: ≈ 2,309 mm
kąt gwintu: 55°
rodzaj: gwint walcowy

Mierząc suwmiarką zewnętrzną średnicę męskiego gwintu G1, otrzymamy więc około 33 mm, a nie 25,4 mm.

Co oznacza DN?

DN jest określonym w ISO 6708 oznaczeniem nominalnego rozmiaru elementów instalacji rurowej. Składa się z liter DN i bezwymiarowej liczby całkowitej, która jest tylko pośrednio związana z rzeczywistym wymiarem w milimetrach.

DN można traktować jako klasę rozmiaru przewodu i współpracujących z nim elementów, takich jak zawory, wodomierze, przepływomierze, filtry czy pompy.

Dwie rury oznaczone jako DN25 mogą mieć różne rzeczywiste średnice wewnętrzne, a mimo to należeć do tej samej nominalnej klasy rozmiaru instalacji.

Jeżeli dokumentacja wiąże wartość nominalną konkretnie ze średnicą wewnętrzną, może używać oznaczenia DN/ID (Inside Diameter). Dla powiązania ze średnicą zewnętrzną stosuje się DN/OD (Outside Diameter). Samo DN nie mówi, który rzeczywisty wymiar należy zmierzyć.

DN a NPS

NPS (Nominal Pipe Size) jest północnoamerykańskim systemem nominalnych rozmiarów rur, natomiast DN jest międzynarodowym systemem nominalnych rozmiarów elementów instalacji rurowych. W praktyce stosuje się między nimi typowe odpowiedniki, na przykład DN25 ↔ NPS 1 oraz DN32 ↔ NPS 1 1/4. Nie jest to jednak przeliczenie cali na milimetry ani definicja rzeczywistej średnicy rury.

DN i oznaczenie gwintu opisują różne cechy elementu. Nie należy wyprowadzać rozmiaru przyłącza wyłącznie z wartości DN — oba oznaczenia trzeba odczytać z dokumentacji konkretnego urządzenia.

Praktyczny przykład — DN20 i gwint G1 w wodomierzu GSD8-R

Poniżej znajduje się fragment dokumentacji wodomierza BMETERS GSD8-R. W tabeli „Wymiary i waga” dla wariantu DN20 producent podaje w wierszu „D Gwint” rozmiar 1″.

Tabela wymiarów wodomierza BMETERS GSD8-R dla DN15 i DN20 — Fragment karty produktowej BMETERS GSD8-R — wymiary i waga. Otwórz dokumentację →

DN20 określa nominalny rozmiar wodomierza, natomiast „D Gwint = 1″” oznacza przyłącze z gwintem G1 wykonanym według EN ISO 228-1. Litera D jest tutaj nazwą wymiaru na rysunku technicznym, a nie informacją, że średnica gwintu wynosi 1 cal.

DN20 / G1 / Ø≈33,25 mmPomiar suwmiarką zewnętrznej średnicy gwintu tego wodomierza daje około 33,25 mm. Wynik zgadza się z wymiarem gwintu G1 i ponownie pokazuje, że oznaczenia DN20 oraz 1″ nie są wymiarami, które należy odczytać bezpośrednio jako 20 mm lub 25,4 mm.

Jak czytać oznaczenia bez zgadywania?

DN20 · G1 · Ø≈33,25 mmTo trzy różne informacje: DN20 określa nominalny rozmiar wodomierza, G1 określa gwint przyłączeniowy, a około 33,25 mm jest rzeczywistą zewnętrzną średnicą tego gwintu. Żadnej z tych wartości nie należy traktować jako prostego przeliczenia pozostałych.

Identyfikując nieznany gwint, nie opieraj się wyłącznie na pomiarze średnicy. Sprawdź również skok, kąt profilu, walcowość lub stożkowość oraz przewidziany sposób uszczelnienia, a następnie porównaj wyniki z tabelą odpowiedniego standardu. Gwinty G i R mogą mieć zbliżoną średnicę oraz ten sam skok, lecz nie są tym samym rodzajem gwintu. Nie przeliczaj oznaczenia calowego bezpośrednio według zależności 1" = 25,4 mm.

2

Wodomierz / przepływomierz

Istnieje wiele urządzeń służących do pomiaru przepływu i objętości cieczy. Różnią się budową, zasadą działania oraz sposobem przekazywania wyniku.

Wynik może być dostępny na mechanicznym liczydle, jako impulsy elektryczne, przez przewodową magistralę M-Bus, bezprzewodowo przez wM-Bus albo za pomocą innych interfejsów. Autolejek korzysta z prostego i popularnego rozwiązania: zlicza impulsy elektryczne.

Celem tego rozdziału nie jest opisanie każdego typu wodomierza i przepływomierza. Chodzi o poznanie najważniejszych cech, które pozwolą wybrać urządzenie pasujące do konkretnej instalacji.

Wodomierz czy przepływomierz?

Wodomierz to przyrząd przeznaczony do pomiaru objętości przepływającej wody. Najczęściej ma liczydło pokazujące łączną objętość, a wersja impulsowa dodatkowo przekazuje informację do sterownika. Przepływomierz jest pojęciem szerszym: może mierzyć chwilowy strumień objętości, objętość całkowitą, strumień masy albo kilka tych wielkości. Wodomierz nie jest więc przeciwieństwem przepływomierza — jest wyspecjalizowanym przyrządem do wody, który może wykorzystywać różne zasady pomiaru.

Najczęstsze rodzaje przepływomierzy

Urządzenia najlepiej rozróżniać według zasady pomiaru. Poniższy przegląd nie wyczerpuje wszystkich konstrukcji, ale obejmuje typy najczęściej spotykane przy pomiarze cieczy.

Wirnikowe i turbinowePrzepływ cieczy obraca wirnik, a jego prędkość jest przeliczana na przepływ. Czujnik Halla lub inny przetwornik może generować impulsy odpowiadające kolejnym obrotom. Tak działa SEA YF-G1. To rozwiązanie jest proste i niedrogie, ale wynik może zależeć od lepkości, zabrudzeń, profilu przepływu i zużycia części ruchomych.
Wyporowe, czyli objętościoweMechanizm wielokrotnie oddziela porcje cieczy o znanej objętości i zlicza ich przejście. Stosuje się między innymi tłoki, tarcze nutacyjne, łopatki oraz owalne koła zębate. Przepływomierze z owalnymi kołami dobrze nadają się do cieczy lepkich, takich jak olej, lecz mają części ruchome i powodują spadek ciśnienia.
ElektromagnetyczneMierzą napięcie powstające podczas przepływu cieczy przewodzącej przez pole magnetyczne. Nie mają wirnika ani innych elementów poruszanych przez ciecz, ale wymagają zasilania i odpowiednio przewodzącego medium. Nie są uniwersalnym wyborem do oleju ani bardzo słabo przewodzących cieczy.
UltradźwiękoweWyznaczają przepływ na podstawie czasu przejścia fali ultradźwiękowej albo efektu Dopplera. Mogą nie mieć części ruchomych, a wersje clamp-on montuje się na zewnętrznej stronie rury. Dokładność zależy jednak od właściwego montażu, materiału i wymiarów rury oraz warunków panujących w cieczy.
Masowe CoriolisaObserwują zmianę drgań jednej lub kilku rurek, przez które przepływa medium, i bezpośrednio wyznaczają strumień masy. Często mierzą również gęstość i temperaturę. Są bardzo wszechstronne, ale zwykle droższe i bardziej rozbudowane niż rozwiązania potrzebne do prostego systemu dozowania.

Przeczytaj więcej o przepływomierzach wyporowych w Wikipedii →

Dla Autolejka sama zasada pomiaru nie przesądza o zgodności. Urządzenie musi być przeznaczone do danej cieczy i zakresu przepływu oraz udostępniać odpowiednie wyjście impulsowe. M-Bus, wM-Bus, wyjście analogowe 4–20 mA lub sam wyświetlacz nie zastępują zgodnego sygnału impulsowego.

Urządzenie musi pasować do cieczy

Najpierw określ, co będzie mierzone: zimna lub ciepła woda, woda pitna, olej, paliwo, nawóz płynny czy inna ciecz. Sprawdź dopuszczalną lepkość i temperaturę, odporność chemiczną korpusu, uszczelnień i elementów pomiarowych, wymagany poziom czystości oraz maksymalne ciśnienie. Urządzenie przeznaczone do wody może mierzyć olej niedokładnie, zablokować się albo ulec uszkodzeniu, nawet jeśli pasuje gwint i zakres przepływu.

Woda zimna i ciepła

Wodomierze występują w wersjach przeznaczonych do wody zimnej i ciepłej. Różnią się dopuszczalną temperaturą pracy oraz materiałami elementów wewnętrznych i uszczelnień. Nie wybieraj urządzenia wyłącznie na podstawie koloru obudowy — sprawdź klasę temperaturową i maksymalną temperaturę medium w karcie katalogowej.

Jeżeli urządzenie ma pracować z wodą przeznaczoną do spożycia lub celów użytkowych, sprawdź również wymagane atesty i dopuszczenia materiałów do kontaktu z taką wodą.

Wyjście impulsowe — podstawowy warunek

Autolejek wymaga wodomierza lub przepływomierza, który generuje co najmniej 1 impuls na każdy 1 litr zmierzonej cieczy.

≥ 1 imp./lUrządzenie o stałej 1 impuls na 10 litrów ma rozdzielczość 10 litrów i nie nadaje się do dokładnego odmierzania przez Autolejka — taką ofertę należy odrzucić.

5 VWodomierz lub przepływomierz podłączany bezpośrednio do Autolejka musi współpracować z napięciem 5 V. Jego wyjście impulsowe musi być zgodne z wejściem logicznym 5 V, a napięcie sygnału nie może przekraczać 5 V. W przypadku pasywnego styku, na przykład kontaktronu, należy sprawdzić, czy może pracować w obwodzie 5 V.

Liczba impulsów określa rozdzielczość odczytu, ale sama nie gwarantuje dokładności pomiaru. Dokładność, powtarzalność i zakres przepływu trzeba sprawdzić osobno w dokumentacji producenta.

Drgania styków mechanicznych

Mechaniczne czujniki impulsów, na przykład kontaktrony, mogą wykazywać tak zwane drgania styków. Podczas zwierania lub rozwierania sprężyste styki nie zawsze przechodzą natychmiast i jednoznacznie do nowego położenia. Przez bardzo krótki czas odbijają się od siebie, powodując serię szybkich zmian pomiędzy stanem otwartym i zamkniętym.

Dla układu elektronicznego każda taka zmiana może wyglądać jak osobny impuls. W efekcie jedno rzeczywiste przełączenie czujnika może zostać policzone kilka razy, a wskazana objętość będzie większa od rzeczywistej.

Przykładowy przebieg napięcia na wyjściu czujnika mechanicznego. Linie przerywane wyznaczają okres, w którym mogą występować drgania styków; po jego zakończeniu sygnał stabilizuje się.

Problem ogranicza się za pomocą eliminacji drgań styków, nazywanej również filtrowaniem lub debouncingiem. Układ może po wykryciu impulsu ignorować kolejne zmiany wejścia przez określony czas albo wymagać, aby sygnał utrzymywał się nieprzerwanie przez ustalony minimalny czas. Dopiero wtedy impuls zostaje uznany za prawidłowy.

Autolejek stosuje drugie podejście. Po włączeniu filtracji w ustawieniach użytkownik określa, jak długo sygnał musi trwać, aby został zliczony. Wartość podaje się w mikrosekundach (µs). Sygnały krótsze od ustawionego czasu są odrzucane jako potencjalne zakłócenia lub drgania styków. Próg należy dobrać ostrożnie: zbyt krótki może przepuścić drgania, a zbyt długi może odrzucać prawidłowe impulsy.

Omówienie wodomierzy na przykładzie BMETERS GSD8-R

Jeżeli wiemy już, jaki rodzaj cieczy będziemy odmierzać, kolejnym krokiem jest określenie wymaganego przepływu. Na przykładzie wodomierza BMETERS GSD8-R zobaczymy, jak odczytać najważniejsze oznaczenia i jak pozycja montażu wpływa na minimalny przepływ pomiarowy.

Wodomierz BMETERS GSD8-R z nadajnikiem impulsów. Informacje producenta →

Co oznaczają Q1, Q2, Q3 i Q4?

Literą Q oznacza się strumień objętości, czyli ilość wody przepływającą przez wodomierz w określonym czasie.

Q4: Przepływ przeciążeniowyNajwyższy przepływ, przy którym wodomierz może działać prawidłowo przez krótki czas. Nie jest przeznaczony do ciągłej pracy w tym punkcie.
Q3: Przepływ ciągłyNajwyższy przepływ, przy którym wodomierz może pracować w sposób ciągły w znamionowych warunkach użytkowania.
Q2: Przepływ pośredniGranica między dolnym i górnym zakresem pomiarowym, dla których obowiązują różne dopuszczalne błędy pomiaru.
Q1: Przepływ minimalnyNajniższy przepływ, przy którym wodomierz ma jeszcze mierzyć w granicach dopuszczalnego błędu. Jego wartość zależy między innymi od klasy R i pozycji montażu.

Oznaczenie Q3 4,0 na tarczy wodomierza BMETERS GSD8-R — Oznaczenie Q3 4,0 na tarczy wodomierza.

Oznaczenie Q3 4,0 oznacza przepływ ciągły 4,0 m³/h, czyli 4000 l/h. Przy takim przepływie wodomierz może pracować ciągle w znamionowych warunkach. Dla tego wariantu GSD8-R karta katalogowa podaje Q4 = 5 m³/h.

Nie każdy producent używa na pierwszym planie oznaczeń Q1–Q4. Przykładowo SEA YF-G1 ma podany wprost zakres do 100 l/min. Niezależnie od sposobu prezentacji zawsze sprawdź kartę katalogową konkretnego wariantu urządzenia albo poproś sprzedawcę o jej udostępnienie.

Kolejny krok — pozycja montażu

Tak, montaż — a precyzyjniej orientacja wodomierza — należy sprawdzić przed obliczeniem przepływu minimalnego. Ten sam wodomierz może mieć inną klasę R (o niej za moment), a więc inne Q1, zależnie od położenia korpusu i tarczy.

Cztery przykładowe pozycje montażowe wodomierza według instrukcji BMETERS — Przykładowe pozycje montażowe z instrukcji BMETERS. Instrukcja montażu →

Duża strzałka pokazuje kierunek przepływu wody. Mniejsza strzałka opisuje położenie tarczy wodomierza względem pionu. H oznacza montaż w orientacji poziomej (horizontal), a V — w orientacji pionowej (vertical).

H↑orientacja pozioma, tarcza wodomierza skierowana ku górze,
H→orientacja pozioma, tarcza obrócona na bok o 90°,
H↓orientacja pozioma, tarcza skierowana ku dołowi,
V↑orientacja pionowa, strumień wody skierowany ku górze.

W instalacji Autolejka dla pozycji V przyjmujemy tylko przepływ ku górze. Nie montujemy wodomierza tak, aby woda płynąca grawitacyjnie w dół obracała turbinę lub wirnik. Przepływ powinien być wymuszany przez ciśnienie — do tego zagadnienia wrócimy w kolejnych rozdziałach.

Oznaczenia R100-H ze strzałką w górę oraz R50-VH ze strzałką w prawo — Oznaczenia pozycji i klas R na tarczy badanego GSD8-R.

Na pokazanym egzemplarzu widnieją dwa warianty dokładności montażowej: R100 dla H↑ oraz R50 dla V↑ i H→. Ogólna instrukcja pokazuje również pozycję H↓, ale tarcza tego konkretnego wodomierza jej nie wymienia.

Spostrzegawczy czytelnicy zauważyli zapewne, że na tarczy widnieją również oznaczenia U0 oraz D0 — do nich wrócimy później.

Przepływ minimalny — obliczamy Q1

Współczynnik R jest stosunkiem przepływu ciągłego Q3 do przepływu minimalnego Q1. Dlatego:

R = Q3 / Q1czyliQ1 = Q3 / R

Q1 dla GSD8-R z Q3 = 4,0 m³/h
Pozycja	R	Obliczenie	Q1
H↑	100	4,0 / 100	0,04 m³/h = 40 l/h
V↑ / H→	50	4,0 / 50	0,08 m³/h = 80 l/h

Zmiana pozycji z H↑ na V↑ lub H→ podwaja minimalny przepływ Q1 z 40 do 80 l/h. Wodomierz nadal może mierzyć poniżej Q1, ale producent nie gwarantuje wtedy zachowania dopuszczalnego błędu.

Błąd pomiarowy

Przykładowa krzywa błędu wodomierza między Q1 i Q4 — Przykładowa krzywa błędu wodomierza dla wody zimnej. Zobacz opracowanie BMETERS →

Krzywa pokazuje, że błąd nie jest jednakowy w całym zakresie. Między Q1 a Q2 obowiązuje szerszy przedział dopuszczalnego błędu, a od Q2 do Q4 — węższy. Poniżej Q1 błąd może gwałtownie rosnąć, dlatego właściwa pozycja montażu i znajomość rzeczywistego minimalnego przepływu są tak istotne.

Przykład — przepływomierz SEA YF-G1

SEA YF-G1 jest turbinowym czujnikiem przepływu wody. Ma przyłącza z gwintem G1 i nominalny rozmiar DN25.

Przepływomierz SEA YF-G1 z przewodem i trzyżyłowym złączem — SEA YF-G1 — aktywny, trzyprzewodowy czujnik przepływu wody.

Najważniejsze parametry SEA YF-G1 z karty katalogowej
Zasilanie	DC 5–24 V
Maksymalny prąd pracy	15 mA (DC 5 V)
Zakres przepływu i deklarowana dokładność	1–100 l/min, ±5%
Maksymalna temperatura cieczy	80°C
Maksymalne ciśnienie	1,75 MPa
Wypełnienie sygnału	50% ±10%
Charakterystyka impulsowa	`f [Hz] = 1 × Q [l/min] ±3%`
Nominalna liczba impulsów	≈ 60 imp./l

Ze wzoru wynika, że przy przepływie 30 l/min częstotliwość nominalna wynosi 30 Hz. W ciągu minuty czujnik wygeneruje 1800 impulsów dla 30 litrów, czyli nominalnie 60 impulsów na litr. YF-G1 spełnia więc wymaganie Autolejka wynoszące co najmniej 1 impuls na litr.

Karta katalogowa YF-G1 →

Dlaczego ustawienie kalibracji może być problematyczne?

Nominalne 60 impulsów na litr jest tylko wartością początkową. Dokumentacja deklaruje dokładność pomiaru ±5%, a przy charakterystyce impulsowej dodatkowo podaje tolerancję ±3%. Nie jest przy tym jasne, czy są to niezależne błędy, dlatego nie należy ich mechanicznie sumować. Oznacza to jednak, że wpisanie jednego współczynnika z karty katalogowej nie zapewni dokładnego wyniku dla każdego egzemplarza i całego zakresu przepływu.

Pod nazwą YF-G1 można znaleźć oferty podające różne charakterystyki, między innymi około 60 lub 64,8 impulsu na litr. Nie kopiuj współczynnika z przypadkowej aukcji — sprawdź dokumentację konkretnego wariantu i skalibruj posiadany egzemplarz.

Kalibrację wykonaj w docelowej instalacji:

przepuść dokładnie odmierzoną objętość wody i zapisz liczbę impulsów,
oblicz współczynnik: liczba impulsów ÷ liczba litrów,
powtórz pomiar kilka razy przy małym, typowym i dużym przepływie,
porównaj wyniki — jeżeli współczynnik wyraźnie zmienia się z przepływem, jedna stała kalibracyjna nie zapewni wysokiej dokładności.

WniosekSEA YF-G1 zapewnia dobrą rozdzielczość impulsową, ale przy podanych tolerancjach jego precyzyjna kalibracja będzie problematyczna. Nadaje się do zastosowań, w których akceptowalny jest błąd rzędu kilku procent; przed użyciem do dokładnego odmierzania trzeba sprawdzić konkretny egzemplarz w rzeczywistych warunkach pracy.

To pomoże Ci wybrać odpowiedni przepływomierz

Jaka ciecz będzie mierzona?Sprawdź lepkość, temperaturę, czystość i zgodność materiałową.
Jaki będzie przepływ?Ustal przepływ minimalny, typowy i maksymalny. Wszystkie powinny mieścić się w zakresie pracy urządzenia.
Czy będzie to woda zimna czy ciepła?Dobierz odpowiednią klasę temperaturową wodomierza.
Ile impulsów przypada na litr?Autolejek wymaga co najmniej 1 impulsu na litr; większa liczba daje lepszą rozdzielczość odmierzania.
Jak długo mogą trwać drgania styków?Przy wyjściu mechanicznym sprawdź maksymalny czas drgań styków. Jest potrzebny do poprawnego ustawienia filtra w Autolejku. Jeżeli nie ma go w dokumentacji, sprzedawca lub producent powinien odpowiedzieć na to pytanie.
Czy urządzenie pasuje do instalacji?Sprawdź gwint, średnicę nominalną, ciśnienie, kierunek przepływu, pozycję montażu i wymagany odcinek prosty.

Najpierw dobierz urządzenie do cieczy i przepływu, następnie sprawdź wyjście impulsowe, a na końcu wymiary przyłącza. Sam pasujący gwint nie oznacza, że przepływomierz nadaje się do danej instalacji.

Wniosek z praktykiZ moich obserwacji wynika, że do odmierzania wody wodomierze takie jak BMETERS GSD8-R są znacznie przyjaźniejsze dla użytkownika niż przepływomierze o dużej deklarowanej niedokładności. Jasno określona charakterystyka metrologiczna i impulsowanie 1 l/imp sprawiają, że nie trzeba męczyć się z indywidualną kalibracją. Wystarczy poprawnie ustawić parametr impulsowania i zamontować urządzenie zgodnie z dokumentacją. Różnica w cenie nie jest przy tym duża: YF-G1 kosztuje orientacyjnie około 70 zł, a GSD8-R około 180 zł.

Uwaga na zakłóceniaZliczanie impulsów mimo braku przepływu wymaga diagnostyki. Sprawdź zasilanie, połączenia, prowadzenie przewodów i zabezpieczenia cewek. Prowadź przewód impulsowy z dala od silników i przewodów mocy. Typ, długość, ekranowanie i trasę dobierz do konkretnej instalacji — 2 m nie jest uniwersalną granicą odporności na zakłócenia. Filtr nie zastępuje poprawnego montażu; zbyt długi czas może odrzucać prawidłowe impulsy.

3

Przekaźniki

Przekaźnik jest sterowanym elektrycznie przełącznikiem. Mały prąd płynący przez jego cewkę powoduje przełączenie styków, które mogą włączać lub wyłączać osobny obwód, na przykład pompę, elektrozawór albo przewód gaszenia silnika spalinowego.

Dzięki temu sterownik nie musi bezpośrednio zasilać sterowanego urządzenia. Wydaje jedynie polecenie przełączenia, a styki przekaźnika zwierają lub rozwierają odpowiedni obwód.

Z czego składa się przekaźnik?

W klasycznym przekaźniku elektromagnetycznym współpracują trzy podstawowe elementy:

cewka, która po zasileniu wytwarza pole magnetyczne,
ruchoma kotwica przyciągana przez pole magnetyczne,
styki elektryczne przełączane przez ruch kotwicy.

Co oznaczają COM, NC i NO?

COM: styk wspólnyRuchomy styk, który łączy się naprzemiennie z NC albo NO.
NC: normally closed — normalnie zamkniętyJest połączony z COM, gdy cewka nie jest zasilana.
NO: normally open — normalnie otwartyŁączy się z COM dopiero po zasileniu cewki.

Obwód DC steruje cewką, a odseparowane styki przełączają obwód AC. Bez zasilania cewki COM łączy się z NC i świeci lampa NC. Po zasileniu cewki COM przechodzi na NO: lampa NC gaśnie, a lampa NO się zapala.

Co dzieje się podczas przełączania?

Gdy cewka nie jest zasilana, sprężyna utrzymuje kotwicę w położeniu spoczynkowym. Wtedy COM jest połączony z NC, a obwód COM–NO pozostaje rozwarty.

Po podaniu właściwego napięcia na cewkę powstaje pole magnetyczne. Przyciąga ono kotwicę, rozłącza COM z NC i łączy COM z NO. Po odłączeniu zasilania pole zanika, a sprężyna przywraca położenie spoczynkowe.

Styki COM, NC i NO tworzą elektryczny przełącznik. Napięcie pojawia się na nich dopiero po podłączeniu zewnętrznego obwodu, który przekaźnik ma przełączać.

Co sprawdzić przed użyciem przekaźnika?

Napięcie i rodzaj cewkiNapięcie znamionowe oraz AC lub DC muszą odpowiadać obwodowi sterującemu.
Układ stykówSprawdź, czy potrzebujesz NO, NC czy styku przełącznego z COM.
Obciążalność stykówNapięcie, prąd, moc i rodzaj obciążenia nie mogą przekraczać wartości podanych przez producenta.
Ochrona przed przepięciemCewki i inne obciążenia indukcyjne wymagają zabezpieczenia dobranego do DC albo AC.

Oznaczenia NC i NO zawsze odnoszą się do cewki bez zasilania. Przed podłączeniem odłącz wszystkie źródła zasilania, sprawdź schemat i w razie potrzeby potwierdź połączenia miernikiem w trybie ciągłości.

4

Elektrozawór

Kiedy użyć elektrozaworu?

Elektrozawór jest naturalnym wyborem, gdy zamierzasz nalewać wodę z instalacji znajdującej się pod ciśnieniem, na przykład z kranu. Pozwala Autolejkowi rozpocząć i zatrzymać przepływ bez uruchamiania pompy.

Na co zwrócić uwagę?

Przed zakupem sprawdź nie tylko rozmiar przyłącza i dopuszczalne ciśnienie, lecz także parametry elektryczne cewki:

napięcie znamionowe,
pobór prądu lub moc cewki,
rodzaj zasilania i sterowania: AC albo DC,
stan spoczynkowy zaworu: normalnie zamknięty (NC) albo normalnie otwarty (NO),
dopuszczalny cykl pracy, w tym możliwość pracy ciągłej.

Często pomijanym parametrem jest czas pracy ciągłej. Nie każda cewka może pozostawać pod napięciem bez przerwy — nieodpowiedni elektrozawór będzie się przegrzewał i może ulec uszkodzeniu. Szukaj w dokumentacji informacji „100% ED”, „continuous duty” albo jednoznacznego dopuszczenia do pracy ciągłej.

Zawory impulsowe i bistabilne

Można spotkać elektrozawory, które nie wymagają ciągłego poboru prądu do podtrzymania stanu. Krótki impuls elektryczny przełącza taki zawór, a jego położenie podtrzymuje mechanizm bistabilny, magnes trwały lub — w niektórych konstrukcjach pilotowych — również różnica ciśnień cieczy. Sposób zamykania może wymagać drugiego impulsu, często o odwróconej polaryzacji.

Nie zakładaj jednak, że zwykły zawór pozostanie otwarty dzięki samemu przepływowi wody. Tryb impulsowy lub bistabilny musi być wyraźnie podany w jego dokumentacji, a sposób sterowania musi być zgodny z wyjściem Autolejka.

Zasilanie elektrozaworu z Autolejka

6–32 V DCAutolejek należy zasilać napięciem stałym nie mniejszym niż 6 V i nie większym niż 32 V. Przekroczenie 32 V DC może uszkodzić sterownik.

Przekaźnik nr 1 podaje na elektrozawór napięcie równe napięciu wejściowemu Autolejka. Jeżeli wybierzesz cewkę 12 V DC, zastosuj zasilacz 12 V DC; dla cewki 24 V DC — zasilacz 24 V DC. Nietypowe napięcie również jest możliwe, jeżeli mieści się w zakresie 6–32 V DC i jest zgodne ze wszystkimi elementami systemu.

Przekaźnik nr 2 działa jak sterowany włącznik w niezależnym obwodzie. Elektrozawór podłączony do tego przekaźnika wymaga osobnego, odpowiednio dobranego źródła zasilania. Do przekaźnika nr 2 nie zaleca się podłączania napięcia przemiennego wyższego niż 24 V AC.

Dobór obciążenia i bezpiecznika

Sprawdź napięcie, prąd, moc i rodzaj obciążenia według instrukcji sterownika oraz dokumentacji cewki. Aktualna instrukcja podaje maksymalną moc czynną 42 W przy prądzie przemiennym i nie zaleca napięcia powyżej 24 V AC na P2.

Zasady doboru czterech bezpieczników opisuje rozdział 2.3 instrukcji. Dla P1 i P2 uwzględnij moc oraz napięcie obciążenia, a dla obwodów 5 V i 3,3 V — prąd wejściowy regulatora. Nie traktuj prądu znamionowego bezpiecznika jako dopuszczalnego prądu każdego elementu układu.

Dobór bezpieczników i połączenia — rozdział 2 instrukcji

Cewka, pole magnetyczne i przepięcie

Cewka elektrozaworu jest elementem indukcyjnym. Gdy płynie przez nią prąd, wokół cewki powstaje pole magnetyczne, które przesuwa rdzeń i przełącza zawór. W polu tym zostaje zgromadzona energia. W chwili odłączenia zasilania pole gwałtownie zanika, a cewka — zgodnie z zasadą samoindukcji — próbuje podtrzymać dotychczasowy przepływ prądu.

Im szybciej prąd jest przerywany, tym większe napięcie może się wyindukować. Jego wartość opisuje zależność |u| = L · |di/dt|. Powstały krótki impuls może mieć napięcie wielokrotnie wyższe od napięcia zasilania, powodować iskrzenie na stykach przekaźnika, zakłócenia elektromagnetyczne, fałszywe impulsy w przewodach sygnałowych, a nawet uszkodzenie elektroniki.

Niektóre elektrozawory mają już wbudowaną diodę zwrotną lub inny element tłumiący. Należy to sprawdzić w dokumentacji. Cewka z wbudowaną diodą ma określoną polaryzację — zamiana przewodów może spowodować zwarcie. Jeżeli odpowiednie zabezpieczenie jest już zamontowane przy cewce, dokładanie drugiej równoległej diody zwykle nie jest potrzebne.

Zwykłej diody zwrotnej nie wolno podłączać równolegle do cewki AC, ponieważ przewodziłaby podczas jednej połówki przebiegu i spowodowała zwarcie. Dla zaworów AC stosuje się zabezpieczenia przeznaczone do napięcia przemiennego, na przykład układ RC albo właściwie dobrany warystor. Element zabezpieczający zawsze dobieraj do rodzaju cewki i zaleceń producenta.

5

Pompa elektryczna

Sterowanie pompą elektryczną za pomocą Autolejka wymaga dodatkowego przekaźnika mocy lub stycznika dobranego do silnika pompy. Przekaźnik Autolejka steruje jego cewką, a zewnętrzny przekaźnik lub stycznik załącza zasilanie pompy.

W zależności od zastosowania pompa może być jednofazowa lub trójfazowa. Dostosowanie Autolejka jest proste: wystarczy dobrać przekaźnik lub stycznik odpowiedni do zasilania pompy, obciążenia silnika i prądu rozruchowego, z cewką zgodną z obwodem sterowania.

6

Pompa spalinowa

Autolejek może automatycznie zatrzymać pompę spalinową, wykorzystując fabryczny wyłącznik silnika, nazywany również kill switchem. Przekaźnik Autolejka zastępuje elektryczne działanie przełącznika: w odpowiednim momencie zwiera albo rozwiera jego obwód.

Sterowanie za pomocą przekaźnika

Sposób podłączenia zależy od konstrukcji pompy. W części silników zwarcie obwodu kill switcha powoduje zatrzymanie, a w innych ten sam efekt daje jego rozwarcie. Przekaźnik ze stykami COM, NC i NO pozwala obsłużyć oba rozwiązania.

Złącze RELAY2 ze stykami COM, NC i NO na płytce sterownika Autolejek — Złącze przekaźnika RELAY2 w Autolejku. Do dyspozycji są styki COM, NC i NO.

Nie wybieraj styków na podstawie przypuszczeń. Sprawdź schemat pompy lub zmierz kill switch multimetrem. Niewłaściwe podłączenie może uniemożliwić automatyczne zgaszenie silnika albo zatrzymać go w nieoczekiwanym momencie.

Przykład uruchomienia pompy

Uruchomienie przełącznikiem pompyUstaw fabryczny przełącznik w pozycji ON i uruchom silnik. Następnie włącz Autolejek. Gdy jego przekaźnik zostanie załączony, przestaw przełącznik pompy do pozycji OFF. Silnik nadal będzie pracował, ponieważ przekaźnik utrzymuje obwód rozłączony. Zatrzymanie Autolejka zamknie obwód i zgasi silnik.
Uruchomienie z czasem na rozruchMożesz najpierw włączyć Autolejek, pozostawiając przełącznik pompy w pozycji OFF. Załączony przekaźnik rozłączy obwód kill switcha, dzięki czemu uruchomienie silnika będzie możliwe. Ustaw w Autolejku odpowiedni czas na rozruch, aby kontrola minimalnego przepływu rozpoczęła się dopiero po uruchomieniu silnika i ustabilizowaniu przepływu.

Inne sposoby zatrzymywania silnika

Opisane sterowanie dotyczy prostego obwodu kill switcha. W zależności od konstrukcji silnik może być zatrzymywany także przez:

elektrozawór odcinający dopływ paliwa,
elektroniczne wejście STOP sterownika silnika,
wyłącznik zatrzymujący silnik przez rozwarcie, a nie zwarcie obwodu.

Przykład

Poniższy pomiar pokazuje, jak ustalić zasadę działania kill switcha — czy silnik jest wyłączany przez zwarcie, czy przez rozwarcie obwodu. Przy wyłączonym i zabezpieczonym przed przypadkowym uruchomieniem silniku ustaw multimetr w trybie testu ciągłości (symbol diody lub brzęczyka), a następnie wykonaj pomiar w pozycjach ON i OFF.

Przełącznik pompy w pozycji ON podczas pomiaru ciągłości; sondy przyłożone w punktach zaznaczonych na niebiesko, a multimetr wskazuje OL — Pozycja ON: multimetr wskazuje OL, czyli brak przewodzenia. Obwód kill switcha jest rozłączony i silnik może pracować.

Przełącznik pompy w pozycji OFF podczas pomiaru ciągłości; sondy przyłożone w punktach zaznaczonych na niebiesko, a multimetr wskazuje około 0,22 oma — Pozycja OFF: multimetr wskazuje około 0,22 Ω, czyli ciągłość obwodu. Kill switch zwiera przewód do masy i zatrzymuje silnik.

W tej pompie silnik jest zatrzymywany przez zwarcie przewodu kill switcha do masy. Inne modele mogą działać odwrotnie, dlatego przed podłączeniem Autolejka zawsze sprawdź oba położenia przełącznika.

7

Detektor poziomu cieczy

Jedną z funkcji Autolejka jest obsługa detektora poziomu cieczy. Sygnał z czujnika może przerwać cały proces, chroniąc instalację przed pracą w niebezpiecznych warunkach.

Ochrona pompy przed pracą na sucho

Załóżmy, że pompa znajduje się w zbiorniku z wodą. Czujnik zamontowany w dolnej części zbiornika pozwala Autolejkowi wyłączyć pompę, gdy poziom wody spadnie zbyt nisko. Dzięki temu pompa nie pracuje na sucho i jest chroniona przed uszkodzeniem.

Czujnik poziomu cieczy zamontowany w dolnej części zbiornika z wodą, chroniący pompę przed pracą na sucho — Czujnik w dolnej części zbiornika sygnalizuje zbyt niski poziom wody, dzięki czemu Autolejek może zatrzymać pompę.

Ochrona przed przelaniem

Czujnik można również zamontować w górnej części zbiornika. Po osiągnięciu maksymalnego poziomu Autolejek przerwie proces, zapobiegając przelaniu się wody.

Zasilanie i logika sygnału

5 VCzujnik powinien być zasilany napięciem 5 V i przekazywać do Autolejka cyfrowy stan wysoki albo niski. W konfiguracji użytkownik wybiera, który stan sygnału ma wyłączać system. Ustawienie należy dopasować do sposobu działania i podłączenia konkretnego czujnika.

Rodzaje czujników

Poziom cieczy można wykrywać na kilka sposobów. Czujniki różnią się zasadą działania, sposobem montażu i rodzajem sygnału. Wybór zależy między innymi od cieczy, materiału zbiornika, dostępnego miejsca i wymaganej dokładności.

Czujniki pływakowe

Czujnik pływakowy jest montowany wewnątrz zbiornika na wybranej wysokości. Zmiana poziomu cieczy przesuwa pływak z magnesem, który zwiera albo rozwiera kontaktron. Taki czujnik jest prosty i nie wymaga osobnego zasilania, ale ma bezpośredni kontakt z cieczą. Jego materiały, uszczelnienia, temperatura pracy i sposób montażu muszą być odpowiednie dla konkretnej instalacji.

Pasywny pływakowy czujnik poziomu cieczy z dwoma przewodami — Przykładowy pasywny czujnik pływakowy poziomu cieczy.

Czujniki bezkontaktowe

Czujniki bezkontaktowe wykrywają poziom bez zanurzania elementu pomiarowego w cieczy. Pokazany przykład jest czujnikiem pojemnościowym montowanym na zewnętrznej stronie zbiornika. Wykrywa zmianę właściwości elektrycznych po pojawieniu się cieczy za ścianką. Skuteczność zależy od rodzaju cieczy oraz materiału i grubości zbiornika; taki czujnik zwykle nie działa przez metalową ściankę. Inną grupę stanowią czujniki ultradźwiękowe, najczęściej montowane nad powierzchnią cieczy i mierzące odległość na podstawie odbitego sygnału.

Bezkontaktowy czujnik poziomu cieczy zamontowany na zewnętrznej stronie zbiornika — Przykład bezkontaktowego monitorowania poziomu cieczy przez ściankę zbiornika.

Przed zakupem sprawdź napięcie zasilania, rodzaj wyjścia, logikę stanu aktywnego oraz zgodność czujnika z cieczą i zbiornikiem.

Dowiedz się, jak podłączyć detektor

8

Jak złożyć instalację

Ten rozdział łączy wcześniej dobrane elementy w jedną instalację. Zacznij od drogi wody: zaznacz źródło, pompę lub zawór sterujący, wodomierz i odbiornik. Następnie sprawdź, co dzieje się z wodą i powietrzem podczas napełniania, dozowania i zatrzymania.

Zaplanuj kolejność elementów

Dla układu z pompą i zaworem dozującym punktem wyjścia jest: źródło → pompa → odcinek dopływowy → wodomierz → odcinek odpływowy → zawór dozujący → odbiornik. Przy zasilaniu z kranu pomijasz pompę, a przy sterowaniu samą pompą zawór dozujący może nie być potrzebny. To układ poglądowy; filtr, zawór zwrotny i armaturę serwisową dobierz do wybranych urządzeń.

Długości i wymiary odcinków rur zawsze dobieraj na podstawie dokumentacji wodomierza, elektrozaworów oraz pozostałych urządzeń w układzie. Sprawdź wymagane proste odcinki przed i za każdym urządzeniem oraz dopuszczalne pozycje montażowe. Uwzględnij te wymagania także przy kolanach, filtrach i zaworach. Ilustracje poniżej są poglądowe — nie wyznaczają odległości montażowych.

Oznaczenia U i D — odcinki przed i za wodomierzem

U oznacza upstream, czyli stronę dopływową przed wodomierzem. D oznacza downstream, czyli stronę odpływową za wodomierzem. Kierunki ustala się według przepływu wody i strzałki na korpusie, a nie według położenia urządzenia na zdjęciu.

Liczby po literach określają wymagane długości prostych odcinków rur jako wielokrotność średnicy nominalnej DN. Przykładowo U5-D3 oznacza co najmniej 5 × DN przed wodomierzem i 3 × DN za nim. Dla DN20 daje to odpowiednio 100 mm i 60 mm. To przykład obliczenia, a nie oznaczenie pokazanego wodomierza.

Zbliżenie tarczy wodomierza B METERS GSD8-R z oznaczeniem U0-D0 zaznaczonym czerwonym okręgiem. — Na pokazanym wodomierzu B METERS GSD8-R zaznaczono oznaczenie U0-D0.

U0-D0 oznacza, że z tej klasy wodomierza nie wynika wymóg dodatkowego prostego odcinka przed ani za nim. Nadal obowiązują pozostałe wymagania montażowe oraz odległości określone dla pompy, elektrozaworu i innych urządzeń. Zawsze sprawdzaj oznaczenia swojego egzemplarza i dokumentację całego układu.

B METERS — instrukcja montażu wodomierzy (PDF)

Przepływomierz za pompą

W opisywanym układzie przepływomierz montuj za pompą, po stronie tłocznej, a nie przed nią, po stronie ssawnej. Pompa podaje wtedy ciecz pod ciśnieniem do odcinka pomiarowego. Po stronie ssawnej może występować podciśnienie, które sprzyja powiększaniu pęcherzy powietrza. Powietrze i niepełne wypełnienie przepływomierza mogą powodować błędne lub niestabilne wskazania.

Sam montaż za pompą nie gwarantuje pełnego wypełnienia: zadbaj również o odpowiedni przebieg rur i odpowietrzenie. Zachowaj wymagane odcinki proste oraz dopuszczalne ciśnienie zgodnie z dokumentacją pompy i przepływomierza. Instrukcja B METERS MAG dodatkowo ostrzega, że podciśnienie może uszkodzić wykładzinę przepływomierza elektromagnetycznego i przemieścić elektrody.

Rura całkowicie wypełniona wodą

Podczas pomiaru wodomierz i odcinek rury, w którym jest zamontowany, powinny być całkowicie wypełnione wodą. Ułóż instalację tak, aby w miejscu pomiaru nie pozostawała poduszka powietrzna.

Montaż pionowy — przepływ od dołu do góry

Jeżeli dokumentacja wybranego wodomierza dopuszcza montaż pionowy, w instalacji Autolejka prowadź wodę od dołu do góry, zgodnie ze strzałką na korpusie. Taki kierunek sprzyja utrzymaniu pełnego wypełnienia odcinka pomiarowego i przemieszczaniu powietrza ku górze, zamiast gromadzenia go przy mierniku. Zapewnij możliwość odpowietrzenia układu.

Pionowy niebieski przepływomierz kołnierzowy pomiędzy dwoma odcinkami rury; niebieskie strzałki wskazują przepływ od dołu do góry. — Pionowy przepływomierz z przepływem ku górze: dopływ od dołu, odpływ od góry. Niebieskie fragmenty pokazują kierunek przepływu; podczas pomiaru cały przekrój przewodu pomiarowego musi być wypełniony wodą.

W tym położeniu strona U (upstream) znajduje się pod wodomierzem, a strona D (downstream) nad nim. Zachowaj wymagane odcinki proste, dopuszczalne ciśnienie oraz parametry pomiarowe dla pozycji pionowej — mogą różnić się od parametrów dla montażu poziomego. Unikaj montażu na opadającym odcinku ze swobodnym wylotem, który może pozostawiać miernik częściowo pusty.

Gdzie umieścić wodomierz?

Poprawnie: obniżony odcinek pomiarowy

Wodomierz na dole rurociągu w kształcie U; woda płynie w dół z lewej, przez miernik i w górę z prawej. — Wodomierz w dolnej części układu U. Rura za nim ponownie wznosi się, co pomaga utrzymać wypełnienie wodą. Rysunek pokazuje zasadę; długości prostych odcinków dobierz osobno.

Niepoprawnie: najwyższy punkt rurociągu

Wodomierz na szczycie odwróconego U; nad wodą w poziomej rurze widać przestrzeń powietrzną. — W górnym odcinku może zbierać się powietrze. Sam przepływ wody nie oznacza, że cały przekrój wodomierza jest zalany.

Niepoprawnie: opadająca rura ze swobodnym wylotem

Częściowo wypełniona rura z wodomierzem przechodzi w kolano skierowane w dół i otwarty wylot. — Otwarty wylot poniżej miernika sprzyja opróżnianiu odcinka pomiarowego. W tym układzie przepływ nie zapewnia pełnego wypełnienia rury.

Elektrozawór za przepływomierzem

Elektrozawór zazwyczaj montuje się za przepływomierzem, patrząc w kierunku przepływu wody. Zachowaj przy tym odległości i pozycje montażowe wymagane w dokumentacji obu urządzeń.

Rurociąg w kształcie U z przepływomierzem na dole i elektrozaworem na odcinku odpływowym po prawej; strzałki pokazują przepływ od miernika do zaworu. — Przykładowy układ: przepływomierz w obniżonym odcinku rury, a elektrozawór za nim, zgodnie z kierunkiem przepływu. Długości odcinków należy dobrać według dokumentacji urządzeń.

Prosta regulacja zbyt dużego przepływu

Jeśli przepływ jest zbyt duży, możesz dodać ręczny zawór i zmniejszyć jego otwarcie, aby ograniczyć ilość wody przepływającej w jednostce czasu. To niedrogi i praktyczny sposób dopasowania przepływu do potrzeb instalacji. W pokazanym układzie zawór ręczny znajduje się za przepływomierzem i elektrozaworem: ręcznie ustawiasz przepływ, a elektrozawór nadal automatycznie rozpoczyna i kończy dozowanie.

Przepływomierz w dolnej części rury U, a za nim elektrozawór i ręczny zawór z czerwoną dźwignią. Strzałki pokazują kierunek przepływu. — Przykładowa kolejność: przepływomierz → elektrozawór → ręczny zawór do ograniczania przepływu. Ilustracja pokazuje rozmieszczenie elementów, a nie wymagane odległości ani ustawienie regulacyjne dźwigni.

Wybierz zawór dopuszczony przez producenta do regulacji przepływu przy częściowym otwarciu. Reguluj go stopniowo, kontrolując przepływ i zachowując zakres pracy pompy, przepływomierza oraz elektrozaworu. Wymagane odległości między elementami sprawdź w ich dokumentacji.

Montaż i pierwsze uruchomienie

Przed skręceniem sprawdź strzałki przepływu na elementach, zgodność przyłączy i dostęp do rozłączania oraz czyszczenia. Rozmieść elementy tak, aby można było wyjąć wodomierz bez demontażu całej instalacji.
Podeprzyj rury i dopasuj przyłącza bez naprężeń. Wodomierz nie powinien przenosić ciężaru rurociągu; nie dociągaj niedopasowanych rur śrubami kołnierzy.
Przed pierwszą dawką napełnij instalację i usuń powietrze. Sprawdź szczelność połączeń oraz czy po zatrzymaniu pompy lub zamknięciu zaworu woda rzeczywiście przestaje płynąć do odbiornika.
Podłącz wyjście impulsowe zgodnie z instrukcją wybranego miernika i ustaw przelicznik impulsów w Autolejku. Wykonaj próbę z odmierzoną objętością oraz sprawdź zachowanie układu po ponownym uruchomieniu.

Przejdź do konfiguracji Autolejka →

Instrukcja B METERS MAG zaleca montaż za pompą oraz umieszczenie zaworów za miernikiem. Dotyczy przepływomierzy elektromagnetycznych: szczegóły uziemienia, przyłączy, odcinków prostych i wyjść elektrycznych zawsze sprawdzaj dla własnego modelu. B METERS MAG — instrukcja, rozdziały 4–6 (PDF, EN)