Реле-регулятор давления своими руками

Предлагаю "народный" вариант реле-регулятора давления.
После продолжительных поисков датчика давления, (возможно, ключевого элемента для осуществления режима стабилизации колонны) пришёл к конструкции, которую возможно собрать за один вечер своими руками. Датчик получился довольно чувствительным.
Для изготовления реле-регулятора потребуются две коробки из под дисков, микровыключатель, крышка с резьбой из-под 5л. пластмассовой бутыли, заклепочный инструмент и соответствующая заклёпка.Полипропиленовые прозрачные крышки "внатяг" одеваются друг на друга. В одной из них, предварительно, заклёпочником фиксируется заклёпка (процесс не надо доводить до облмывания штока заклёпки). После фиксации заклёпки, шток лучше заменить на новый, вынув его из другой заклёпки. На место стыка положить термоклей. В другую вклеивается штуцер. Выступающую часть полистироловой коробки срезать, отступив 0.5 см и, просверлив отверстие под шток, приклеить термоклеем с противоположной стороны. Туда же вклеить горловину от бутыли с микропереключателем. Штуцр через трубку соеинить с объектом для фиксации установленной границы избыточного давления.
Вращая по резьбе крыщку, меняем границу срабатывания реле-регулятора...

Прекрасное решение.
Маленькое дополнение. Главным минусом такой конструкции будет то, что пары будут попадать в трубку, конденсироваться и весом своего столба искажать информацию о давлении. В самом плохом случае пары сконденсируются внутри датчика, тогда совсем плохо. Самый правильный способ избежать этого - соединить датчик с кубом через обратный холодильник. Тогда пары, рвущиеся в сторону датчика, будут конденсироваться в холодильнике, конденсат будет попадать обратно в куб, не мешая измерениям. Функцию обратного холодильника может выполнять 40-50 сантиметровый отрезок нержавеющей трубки диаметром 10-15 мм, установленный вертикально. Должно хватить воздущного охлаждения.
Твоё устройство меня заинтересовало. Я уже на полпути к заказу промышленного датчика - реле давления завода Термобрест. http://klapan.brest.by/drd.html
В их каталоге можно подобрать регулируемые датчики от 30 до 1200 мм.в.ст., а это удовлетворит любого самогонщика-ректификатора. У этой фирмы широкая дилерская сеть. http://klapan.brest.by/dilery.html
Но теперь я наверное обожду - поиграюсь с коробочками.
Дмитрий, в каком диапазоне давлений работает твой датчик? В моей колонне рабочее давление достаточно высоко - 300-400 мм.в.ст, то есть 30-40 миллибар.
Кстати, диапазон срабатывания можно сдвинуть вверх, если на шток между прозрачной и непрозрачной крышками одеть пружинку.

Сказать по чести,эту конструкцию ещё не испытывал. Предполагаю, по косвенным измерениям, что границы регистрации избыточного давления будут находиться в пределах 150 - 500 мм.водн.ст. Надо проверять. Моя колонна на стадии пусконаладки. Пока нет времени проверить. Буду признателен за предложения и замечания. Что касается эскиза, будет время - сделаю. Но здесь все предельно просто. Вот ещё пара-тройка картинок.
А за обратный холодильник, отдельное спасибо. Действительно, есть такое не приятное явление, как конденсация пара в отводящей трубке. Надо будет учесть.

Да, Дмитрий, эскиз не нужен, всё предельно ясно. Я когда-то делал подобное устройство. У него есть нелостаток. Движется не только внутренняя мембрана со штоком, но и наружная со штуцером, что будет мешать работе. Есть смысл, если появится такая беда, сделать жестче наружную плоскость, например, приклеив к ней второе неиспользованное непрозрачное донышко, удалив центральную его часть. Можно  приклепать эти детали, а места заклёпок проклеить.
Еще одна проблема. При ректификации устройство будет долго - часами - стоять в напряженном состоянии. Внутреннее донышко - мембрана будет привыкать к изогнутому состоянию. Так это или не так, покажет эксперимент.
Я делал подобное устройство примерно такого же диаметра с резиновой мембраной и микриком в качестве чувствительного элемента. Мне нужно было срабатывание на уровне 50-70 мм.в.ст. Датчик упорно не хотел работать на таких малых давлениях, и мне пришлось применить очень тонкую мембранку от водяного блока газовой колонки.

Да, Игорь, деформироваться будут обе мембраны. Однако, думается, это не страшно. Просто нужно входной штуцер подключать через гибкую (силиконовую) трубку. Как на картинке.
Про остаточную деформацию: по грубым расчётам, к мембранам в заданном диапазоне избыточного давления будет приложена сила  от 100 до 400 гр, что и вызовет незначительную деформацию мембран. Какова будет остаточная деформация и изменится ли величина упругости - вопрос на засыпку. Для уменьшения нежелательных эффектов, возможно, следует предохранять всю конструкцию от нагрева, опять же используя на входе (по твоему совету) обратый холодильник?
 
   Для визуального наблюдения за работой датчика-рере давлений, можно вмонтировать в крышку светодиод и запитать его ререз резистор от микропереключателя. Или два диода, в противофазе. Один, например красный - "давление превышено", другой - зелёный "давление не превышено". Или наоборот.

Собрал. Работает. Использовал две крышки разной высоты, меньшая со штоком - вовнутрь. Лапки наружной загнал под фиксаторы чёрного донышка, так что лапки внутренней крышки плотно зажаты между наружной крышкой и донышком.
Шток (заклёпку) зажал, используя две шайбы с двух сторон пластмассы со слоем термоклея между ними. Чтобы не оторвать хвост заклепки, только слегка потянул заклёпку, а потом, вставив хвост заклёпки в трубку, молотком довёл заклёпывание до конца.
Вместо штуцера сделал отверстие и вставил в него с натягом рыжую коническую силиконовую цацку от капельницы. Чтобы отверстие внутри не пережалось, внутрь этой цацки вогнал твёрдую пластмассовую втулку от этой же капельницы. Микрик взял самый маленький с самым лёгким нажимом, он поместился в пробку простой 2-х литровой бутылки. Укорачивая шток и подпиливая резьбу горловины, вогнал датчик в подходящие мне параметры. Давление срабатывания - от 150 до 600 мм.в.ст., зона возврата - 30 мм.в.ст. во всём диапазоне.
Один важый ньюанс. Если внутренняя крышка достаточно герметично прижата к чёрному донышку,  горловина припаяна - приклеена без зазоров, а пробка плотно закручена, то воздух, запертый между внутренней крышкой и донышком, мешает работе датчика. Поэтому в чёрном донышке я просверлил отверстие для связи этой полости с атмосферой.
Про нагрузки, которые могут вызвать остаточную деформацию.
У меня рабочее давление будет 400 мм.в.ст, что составляет 0,04кг/см2. Площадь мембраны диаметром 12 см - 113 см2. Усилие, постоянно воздействующее на мембрану во время всей ректификации, будет составлять 0,04 х 113 = 4,5 кг. Надо будет поставить рядом датчик давления и манометр, чтобы в случае чего подкорректировать настройку.
Используя такой датчик, можно реализовать очень простое и очень эффективное гегулирование мощности нагрева. (продолжаю)

Теперь о регулировании мощности с использованием датчика - реле давления.
Может это всем понятно, но на всякий случай опишу свой способ.
Раньше я использовал симисторный регулятор, устанавливая мощность порядка 700-800 ватт. При колебаниях напряжения приходилось постоянно крутить потенциометр. Теперь этому пришел конец.
Порог срабатывания датчика-реле давления будет установлен на оптимальное давление в кубе (у меня это 400 мм.в.ст). У меня будет два возможных варианта мощности - 500 ватт и 1000. 1000 ватт будет получена путём последовательного соединения двух ТЭНов по 2 кВт, а 500 ватт - путем включения в ту же цепь диода.
Параллельно диоду я включу контакты реле, а его 12-вольтовая обмотка будет питаться через микрик реле-регулятора.
Порсе закипания сырца, будет установлена мощность в 1 кВт, что приведет к росту давления в кубе. Когда давление в кубе достигнет установленного значения, контакты реле разомкнутся, диод окажется включенным последовательно с нагрузкой, мощность нагрева уменьшится вдвое, испарение уменьшится, давление начнет падать. Когда оно снизится на 30 мм.в.ст, контакты реле закоротят диод, мощность составит 1000 ватт, снова начнется рост давления. При достижении установленного предела цикл повторится.

Конечно, это не единственный способ регулирования, но он - как мне кажется - самый простой.
Вообще-то, Крель рекомендует на двукратное снижение мощности, а трёхкратное.

Собрал. Работает.

  Поздравляю, Игорь, надеюсь с успешным испытанием датчика-регулятора давления.
  А раз так, то не будем пока затыкать креативный фонтан и продолжим.
В вышеописанной конструкции - две рабочих мембраны. Следовательно, напрашивается и два датчика. Если вместо штуцера сделать ещё один шток, толко в противоположную сторону, и путем несложных упражнений сделать второй (зеркальный) датчик, то получим двухуровневый девайс.
Предположим,один датчик управляет мощностью (через давление), а  другой, настроенный на более высокий уровень, объявляет "панику" (колонна вышла в режим уверенного "захлёбывания"). Штуцер может быть расположен при таком раскладе сбоку, с торца мембраны.

Есть ли смысл? Это проще сделать по логике управления. Если через ИКС секунд (минут) после замыкания контакта не произошло его размыкание, нужно полностью прекратить нагрев. А вообще-то двухуровневого нагрева должно быть достаточно для поддержания давления в очень узком коридоре, задаваемом зоной нечувствительности, гистерезисом микрика.
Боюсь, что такая конструкция датчика будет неприменима для колонн с сетчатой насадкой, у которых захлебывание происходит при давлениях порядка 100 мм.в.ст. Зона возврата в 30-40 мм.в.ст. будет слишком велика.

а не хотите ли попробовать с датчиками давления из под стиральной машины или из под посудомойки?

а не хотите ли попробовать с датчиками давления из под стиральной машины или из под посудомойки?

А какие там датчики? Или это тонкий юмор?

Я когда-то из старой Вятки вытащил датчик-реле давления и использовал его для какой-то несамогонной автоматики. Этот датчик прекращает наполнение машины при достижении определенного уровня. Есть возможность регулировки порога. Про зону возврата не помню. Учитывая, что там используется микрик, зона возврата будет как и в твоей, Дмитрий, конструкции.
Кстати, она оказалась больше, чем я оценивал раньше. Это плохо. Буду ограничивать перемещение той части, что со штуцером. Надеюсь на увеличение чувствительности и снижение зоны возврата.

юмора по поводу датчиков нет. но если что по ним нужно можно попробовать узнать.

Фиаско. Ночь прошла мимо.
Началось с того, что герметичности между прозрачными крышками нет. Клей не помог. Пришлось зажигалкой расплавлять торцы крышек, таким образом сплавляя их между собой, а затем подолбаться с фиксацией черной крышки, на которой закреплена горловина с крышкой и микриком. Сделал.
Потом оказалось, что 50 см трубки д. 15 мм недостаточно для охлаждения паров, при гистерезисе давления они проникают в полость датчика, и там конденсируются.
Справедливости ради отмечу, что пока эта емкость не сильно наполнилась конденсатом, датчик работал прекрасно, очень неплохо стабилизируя давление.
Светало... Решил для охлаждения конденсата поставить прямоточный обратный холодильник.
Решил - сделал, поставил.
Рассвело. В свете лучей прекрасного солнышка увидел, что давление в датчике перестало зависеть от давления в кубе, и всегда равно нулю.
Блин, не подумав, поверил справочнику Креля, применил холодильник. В кубе воздуха нет, только пары. А они пройти сквозь холодильник не могут. Вот давление в датчике и не меняется.
Реально измерить давление в кубе можно, сравнив высоту столбов в двух трубках, прибацаных к кубу ниже ватерлинии. Одна из этих трубок должна соединяться с верхней части бака, а другая должна быть открытой.

В кубе воздуха нет, только пары. А они пройти сквозь холодильник не могут. Вот давление в датчике и не меняется.

Игорь, выходит использовать мембранные датчики при комнатной температуре для измерения давления паровой фазы - принципиально не верное решение? Ведь образование конденсата между мембранами - следствие разности температур- неизбежное явление. Или всё же есть решение?
А как быстро образовался конденсат между мембранами? И какова при этом была температура датчика?
А что, если  конденсат, образующийся между мембранами отводить обратно в куб через тонкое отверстие (иглу) и обратный холодильник помог бы это сделать, если его поставить на отводной канал (после иглы). Правда возрастёт рабочая температура датчика и не понятно, как он себя поведёт.

Делать слив конденсата нельзя. В таком случае мы будем измерять давление не в кубе, а неизвестно где. Кроме того, мы будем постоянно и неравномерно греть пластмассовый датчик, а это не есть хорошо.
Обратный холодильник тоже неверное решение. Он, кроме труднокомпенсируемого искажения давления, создаёт ещё одну неприятность. Он отводит из куба трудноучитываемую часть тепла, которая, как оказалось, больше количества тепла, отводимого дефлегматором.
Но всё же решение есть. Оно основано на трёх моментах.
1. Если нет возможности предотвратить изнасилование, нужно расслабиться и попытаться получить удовольствие. В применении к нашему случаю - если предотвратьть проникновение паров в подмембранную полость невозможно, нужно их туда пустить.
2. Чтобы в датчик не попадали горячие пары, нужно применить подводящую трубку с внутренним объемом, превышающим объем "дыхания" датчика.
3. Трубку нужно расположить в виде U-образного манометра, или свернуть в несколько витков. При этом к показания датчика уменьшатся на перепад высот между началом и концом жидкости, эта надо учесть.

Я так и сделал - взял метр прозрачной трубки д.6 длиной около метра, выбросил к чертям обратный холодильник, трубку в бухточку, к ней - датчик, и вперёд. Трубка наполнилась конденсатом частично, датчик наполовину. Ну и Бог с ним. Через некоторое время конденсат в датчике остыли начался процесс стабилизации давления. Пришлось внести корректировку на высоту столба в трубке и датчике (250 мм), так что вместо 400 мм, я настроил датчик на 150.
Теперь всё работает, одно плохо. Термоклей - хреновый герметизатор. Место соединения штока с мембраной начало немного пропускать конденсат. Утечка небольшая, датчик нагреваться не успевает. Ничего страшного, подставил кружку и продолжаю работу. Конденсат перегонится при очередной ректификации.
Надо было шток не с термоклеем между шайбами заклёпывать, а применить два кусочка силиконовой соски.

Всё в порядке. Система работает. Устранил утечку в соединении мембрана - шток и установил датчик под потолком, на высоте более 2-х метров от поверхности куба, соединил почти вертикальной трубкой. Трубка нагревается на высоту до метра, потом - хододная. Пары в датчик не попадают, конденсат не образуется. Датчик работает как часы, переключая нагрев с 1 на 0,5 квт и обратно. Давление уверенно поддерживается в диапазоне 300-350 мм.в.ст. При стабильном давлении, а соответственно и потоке пара, информация от датчика температуры, установленного в верхней трети насадки, становится весьма информативной.

установил датчик под потолком, на высоте более 2-х метров от поверхности куба, соединил почти вертикальной трубкой. Трубка нагревается на высоту до метра, потом - хододная. Пары в датчик не попадают, конденсат не образуется.

Игорь, как ты считаешь, в чём разница между конструкцией с обратным холодильником и с вертикальной трубкой? Ведь пары и здесь не должны попадать в датчик, и, следовательно, давление в датчике должно быть близко к атмосферному. А может быть между мембранами остаётся воздух и он то и является связующим элементом, необходимым условием для работы датчика? Иными словами, для успешного функционирования  нужна чщательная герметизация датчика.
А каков диаметр трубки? И не скапливается ли в ней конденсат?

Ты прав. Воздух, который был заперт в подмембранном пространстве и трубке, остается там и не пускает пары под мембрану. Пока датчик был не герметичен, воздух через некоторое время стравливался из него, пуская пары под мембрану и пуская коту под хвост все усилия по изготовлению датчика.
Трубка у меня имеет внутренний диаметр 6 мм, длина около двух метров. Стоит она почти вертикально, скопления конденсата нет.

В таком случае, перед датчиком можно установить ресивер приблизительно на 50-100 кубиков и сократить длину подводящей трубки.
А вот где лучше расположить ресивер - в горячей или холодной зонах, вопрос конечно интересный.