Поплавковый датчик уровня воды - проверка гистерезиса

Привет, друзья!
Коротенький обзорчик поплавкового датчика уровня воды для бака, бочки, аквариума и т.п.
Точнее даже не обзор самого датчика, а проверка его гистерезиса при работе — важный на самом деле параметр, про который нигде не пишут…

Всё началось с того, что меня этим летом затопило. Почти как в известном стихотворении Симонова:

Ты помнишь, Алеша, дороги Смоленщины,
Как шли бесконечные, злые дожди...

Хотя у меня не Смоленщина, а Подмосковье, но дожди этим летом были весьма конкретные. Такие, что пол-участка стояло в воде. Когда-то, давным давно, вдоль всех наших участков была прорыта канава, по которой все эти ливневые стоки уходили в голубые дали, и мы забот не знали. Но когда ДСК приказали долго жить и всю землю растащили в частную собственность, все эти канавы тут же засыпали понаделав себе шикарные въезды и зеленые газончики. Никто же не думал, что летом может пойти дождь. Поэтому даже дренажными трубами не озаботились. Ну, в общем, теперь воде деваться некуда, крутись как хочешь.
Я решил выкрутиться, купив емкость для воды на 5 кубов и перекачивая в нее лишнюю воду из неглубокого дренажного колодца, выкопанного в самой низкой точке участка.

Объем определялся самым распространенным объемом автобочки, которая будет приезжать и опустошать эту емкость при полном ее заполнении. А в перерывах между дождями воду можно использовать для полива.
Вот для автоматизации процесса наполнения мне и понадобился этот поплавковый датчик. Конструкция его элементарна.

В неподвижной части установлен геркон, а в подвижной — магнитик. Уровень воды поднимается, магнитик приближается к геркону, он замыкается. Всё просто как апельсин. Замечу в скобках, что если этот поплавок перевернуть, то он может работать и наоборот — если нет воды, он замкнут, а когда уровень воды поднимается выше поплавка, геркон размыкается. Может для каких-то применений кому-то эта возможность тоже будет полезна.
У меня этот поплавок установлен в самом верху емкости и отключает насос в дренажном колодце, когда бак полностью наполнен.

Поскольку геркон штука нежная и напрямую коммутировать им насос не совсем правильно, я подаю на него 24 В (от вот такого блока питания на DIN-рейку https://aliexpress.ru/item/item/4000218099591.html) и дальше через промежуточное реле. А поскольку у промежуточного реле контакт перекидной, то при отключении насоса одновременно включается красная мигающая сигнальная лампа (вот такая https://aliexpress.ru/item/item/32817426375.html), говорящая о том, что пора вызывать откачку. Эта сигнальная лампа стоит в поле зрения камеры видеонаблюдения (вот такой https://aliexpress.ru/item/item/32848174859.html), которая выведена на телефон (вот ладно, хватит) и на этом система замыкается.

Теперь переходим к главному. Когда я это всё уже соорудил, меня посетила мысль (ну как обычно, когда всё уже сделано...). А не будут ли волны на поверхности воды от струи от наполнительного шланга приводить к дребезгу контактов этого геркона и, соответственно, к прерывистой подаче напряжения на насос, что, очевидно, для него будет совсем не хорошо.

Первым и очевидным решением, которое пришло в голову, стало соорудить интегрирующий RC-фильтр, который бы давал задержку в срабатывании реле, за время которой вода бы поднялась настолько, чтобы дребезг закончился. Но прикидка номиналов показала, что емкость конденсатора для такого фильтра должна быть где-то порядка 50000 мкФ (на 30-50 В), что само по себе уже не дешевое удовольствие. И кроме того, это надо было как-то конструктивно оформить, засунуть в щиток… Короче, я подумал, что это не наш метод.
Покопавшись на али, я обнаружил, что сумрачный китайский гений уже придумал реле с задержкой включения, причем, регулируемой, которое получается по цене раза в два дешевле одного конденсатора, да и крепится на DIN-рейку, ничего городить не надо: https://aliexpress.ru/item/item/4000660413787.html Если поставить такое реле вместо промежуточного и установить задержку срабатывания секунд на 15, как раз за это время вода наберется выше порога срабатывания поплавка и дребезг контактов заведомо прекратится.

Эврика, обрадовался я и тут же его заказал. Но… тут меня стали одолевать сомнения. А что если после наполнения бака пропадет электричество, а потом включится снова? Для дачи вполне возможная ситуация, хотя и весьма маловероятно, что это случится именно тогда. Что произойдет? Несмотря на то, что бак полный, насос включится на эти 15 с задержки и получится перелив. А что если это произойдет несколько раз? Абсолютно маловероятная ситуация — но мы же советские инженеры, должны всё предусмотреть!
Значит, надо поставить второе реле задержки! На задержку подачи напряжения на насос. Причем, оно должно срабатывать позже, чем первое. Ну то есть подается электроэнергия, первое реле ждет 15 с и размыкает цепь насоса, а ещё через 5 с второе реле подает напряжение на (разомкнутый) насос. Тогда будет всё в порядке. Но как-то уж больно сложно…

Следующая мысль — поставить второй поплавок, чуть ниже. И тогда несложной схемой всего на одном промежуточном реле с дополнительной группой контактов можно будет организовать самоблокирующуюся схему, которая будет отключать насос по верхнему поплавку и включать по нижнему. Причем, из-за самоблокировки такое решение совершенно исключает дребезг контактов!
Но когда второй поплавок приехал, я решил все-таки проверить, а есть ли у него собственный гистерезис. Потому что на мой вопрос про это продавцу, у него сделались самые большие глаза в Китае…

Ну и вот теперь переходим к сути обзора (всё, что было выше, можно было вообще не читать, хе-хе).
Для проверки был собран такой вот стенд из подручных материалов (не зря я любил смотреть «очумелые ручки» с Бахметьевым...).

Забегая вперед, поясню, что верхняя пунктирная линия соответствует уровню воды, когда она достигает ровно середины поплавка. Верхняя сплошная риска — это уровень замыкания геркона. Нижняя сплошная — уровень размыкания. Ну то есть, во первых, гистерезис действительно есть. Во вторых, замыкание поплавка происходит чуть ниже середины поплавка. В миллиметрах это выглядит примерно вот так.

Ну а теперь вашему вниманию предлагается небольшое кино.


Вывод: не было у бабки забот, купила бабка порося… Можно было вообще с этим со всем не запариваться. :)

Ну и напоследок чертежик с указанием уровней срабатывания при разном положении этого поплавкового датчика: