Датчик уровня воды стиральной машины

Важной деталью во всех моделях СМА является пневматический переключатель. Он служит для контроля уровня воды или моющего раствора в баке стиральной машины, поэтому его часто называют датчиком, или реле уровня, или прессостат, но мы будем называть эту деталь датчиком давления.

С баком стиральной 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 стиральных машин датчик давления располагается в верхней части корпуса рядом с баком, обычно он закреплен на какой-либо боковой стенке корпуса, например, как на рис. 1, а схема соединения показана на рис. 2.

Рис. 1. Пример расположения датчика давления в корпусе стиральной машины

 

Рис. 2 Типовая схема соединения датчика давления с баком стиральной машины

 

Однако существуют модели стиральных машин, у которых датчик давления расположен внизу под баком.

Этот вариант представлен на рис. 3.

Рис. 3 Пример нестандартного расположения датчика давления

 

Такое расположение датчика давления 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 датчиком давления.

По конструкции датчики давления достаточно разнообразны.

Для начала рассмотрим устройство пневматического датчика давления, которые широко применялись и применяются в стиральных машинах самых различных моделей — от простейших до моделей с микроконтроллерным управлением.

На рис. 4 представлено несколько типовых конструкций датчика давления.

Рис. 4 Типовые конструкции датчиков давления

 

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

Рис. 5 Разновидность датчика давления

Рассмотрим принцип работ пневматических переключателей. На рис. 6 показано устройство одноуровнего датчика давления.

Рис. 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 датчики давления. Соответственно они содержат несколько контактных групп — по числу уровней переключения.

Итак, как работает наш одноуровневый датчик давления? Такие датчики применяются в самых простейших СМА, но в некоторых моделях используют сразу два подобных датчика давления из конструктивных соображений.

При поступлении воды в бак стиральной машины воздух, который находится в шланге давления и в нижней камере датчика давления, 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 датчика давления. Контактные группы представляют собой быстродействующие перекидывающиеся контакты, которые показаны на рис. 7.

Рис. 7. Перекидывающиеся контакты

 

По достижении нужного уровня воды в баке контакты переключаются, отключается питание от клапанов подачи воды и стиральная машина переводится в режим стирки. Обратим внимание на маленькую особенность: во входном штуцере датчика давления сделано входное отверстие очень малого диаметра — порядка 0,2 мм — так называемая дроссельная заслонка. Ее назначение — придать датчика давления некоторую инерционность, чтобы исключить ложные срабатывания при стирке.

По мере впитывания поступающей в бак воды бельем, датчик давления 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 датчик давления.

Начнем с трехуровневого датчика давления. На рис. 8 он показан в разобранном виде.

Рис. 8. Трехуровневый датчик давления

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

Если требуется проверить работоспособность датчика давления, 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 датчика давления обычно печатают информацию о том, на какие уровни давления настроен прибор. Уровни срабатывания и отпускания (рис. 9) обозначены либо в миллиметрах водного столба (мм Н₂О — мм вод. ст. равен = 1 кгс/м²) либо в миллибарах.

Рис. 9. Обозначение величин давления на датчике

 

Все датчики давления имеют на верхней части корпуса регулировочные винты, зафиксированные краской — так их фиксируют после настройки на заводе-изготовителе. А теперь посмотрим, как работает малогабаритный датчик давления, который присутствует на рис. 4 в правом верхнем углу.

На рис. 10 этот прибор также показан в разобранном виде.

Рис. 10. Устройство малогабаритного одноуровневого датчика давления

 

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

Дело в том, что в многоуровневых датчиках давления 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 датчик давления также показан на рис. 4 в левом верхнем углу. Особенность его в том, что корпус этого прибора состоит из двух «половинок», соединенных вместе, то есть это двухуровневый датчик давления. 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 датчике давления достигнута за счет разной высоты нажимных наконечников. Первой срабатывает та «половинка», у которой длиннее нажимной наконечник.

Устройство нижней части корпуса этого датчика давления показано на рис. 11.

Рис. 11. Устройство нижней части 2-уровневого датчика давления

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

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

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

Верхняя часть корпуса датчика давления 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 датчиков давления, которые применяются в стиральных машинах 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 датчиков давления 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 датчика давления, например, как на рис. 12, какие-либо переключающие контакты вообще отсутствуют, т. к. в них нет необходимости.

а)

 

б)

 

в)

Рис. 12 Датчики давления с колебательным контуром

 

Вместо них применен колебательный контур, показанный на рис. 13.

Рис. 13 Схема индуктивного датчика с колебательным контуром и генератором колебаний.

 

Контур подключен к специальной схеме генератора колебаний. Это одна из первых конструкций подобных датчиков давления. Элементы колебательного контура: катушка, ферритовый сердечник и два конденсатора находятся в верхней части корпуса.

В более современных датчиках давления и колебательный контур, и схема генератора интегрированы вверхней части датчика давления. Объединяет эти конструкции принцип действия: при увеличении уровня воды в баке резиновая мембрана перемещает ферритовый сердечник (см. рис. 14) колебательного контура, и в результате этого изменяется частота колебаний на выходе генератора.

Рис. 14. Принцип работы индуктивного датчика давления

 

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

Все регулировки сделаны на заводе-изготовителе. Два последних варианта датчика давления имеют существенное отличие. Это отличие в разнице выходных сигналов на выводах датчика давления. Например, в первом варианте на рис. 15, а приведена схема генератора.

Рис. 15
а) Одна из типовых современных схем генератора колебаний датчика давления,
б) График зависимости частоты колебаний генератора от уровня воды в баке

На схему приходит напряжение питания +5,0 В. Зависимость частоты колебаний от уровня воды в баке показана на рис. 15, б.

Во втором варианте у датчика давления также есть схема генератора, встроенная прямо в корпус. На выводы 1 и 3 (см. рис. 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 от уровня воды в баке.

а)

б)

Рис. 16
а) Датчик с интегрированной схемой;
б) Измерение напряжений на выводах датчика

 

Показанный на рис. 16, а датчик давления также имеет свою особенность. 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 датчика давления.

В заключение этого раздела приведем фрагменты обозначений пневматических переключателей на электросхемах СМА (рис. 17).

 

Рис. 17 Примеры обозначения датчиков давления на электрических схемах стиральных машин