Détection du niveau d'eau, où l'eau est quelque peu polluée et contient d'importants sels dissous

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J'ai trouvé ici cet excellent QnA qui offre plusieurs options pour mesurer ou détecter le niveau d'eau. Pour mon cas, il suffit de différencier 4 niveaux d'eau (très bas, bas, moyen, plein), du réservoir.

Je dois faire de même, mais dans mon cas, je dois faire face à une préoccupation, à savoir que ce n'est pas exactement de l'eau potable propre. L'eau, qui est pompée d'un puits tubulaire profond, semble être quelque peu polluée par du limon (les types rouille brun foncé / noirâtre) et beaucoup de sels dissous. Alors que le limon est filtré par un préfiltre à sédiments en feutre / microfibre de 5 microns, dans la section post-pompage, il est présent dans le puisard au niveau du sol. Le sel est également une grande préoccupation, car il tache (dépôts de sel) le métal, le plastique et à peu près n'importe quelle surface. Toute pièce en métal / plastique laissée immergée assez longtemps, obtient un dépôt de sel assez important, qui doit être éliminé (avec difficulté).

Compte tenu de ces caractéristiques de l'environnement d'exploitation, je me demandais laquelle des méthodes suivantes (toutes issues de la précédente QnA citée ci-dessus) de détection du niveau d'eau, devrait fonctionner de la manière la plus fiable et avec un minimum d'entretien requis au fil du temps.

  1. Transducteur de pression différentielle au fond du réservoir. Quelle est la probabilité que la surface de détection ou ses bords soient obstrués par le dépôt de sel / limon et cessent de fonctionner dans quelques mois. Le dépôt de sel / limon lui-même peut introduire des erreurs de lecture de pression dans le temps.

  2. Interrupteur à flotteur - Comme il a des pièces mobiles, je me demande si elles peuvent être rendues immobiles (perdre la mobilité du flotteur) par le dépôt de sel / limon?

  3. Détection capacitive - Cela n'est pas expliqué en détail dans la QnA citée, mais j'ai lu ailleurs que cela dépend d'un coefficient diélectrique moyen de l'eau, où 2 sondes isolées sont placées le long de la profondeur du réservoir / puisard, assez proximité. La capacité de celui-ci varie avec le niveau d'eau qui est mesuré. Le mécanisme exact n'est pas clair. En outre, apparemment, un courant alternatif basse tension est apparemment utilisé pour cela, mais encore une fois, la partie n'est pas claire. En outre, pour moi, les rôles que les dépôts de sel / limon peuvent jouer dans le changement de capacité au fil du temps ne sont pas clairs.

  4. Test de conductivité à plusieurs niveaux - Les électrodes sont placées à différents niveaux, qui sont censés fonctionner comme des circuits fermés lorsque l'eau atteint le circuit particulier placé à certains niveaux. Le courant électrique (disons quelque chose comme 24VDC) passe périodiquement à travers les circuits pendant une courte période pour déterminer quels circuits sont fermés et déduire le niveau d'eau à partir de ces informations. Maintenant encore, le sel / limon modifie-t-il la conductivité? Et peuvent-ils corroder les électrodes? Puis-je utiliser une électrode en aluminium ou en cuivre?

  5. Détection ultrasonique et de proximité - Placer un tel capteur face vers le bas, c'est-à-dire regarder directement au fond du réservoir, et utiliser le mécanisme de détection de proximité standard pour détecter les niveaux d'eau. Cela me semble le plus prometteur, car le capteur est rarement (voire jamais) en contact avec de l'eau. De plus, son installation devrait être plus simple. De tous ces éléments, cependant, c'est probablement l'approche la plus coûteuse et peut-être moins robuste (c.-à-d. Pourrait ne pas bien fonctionner sous les variations extrêmes d'humidité et de température d'un réservoir d'eau / puisard fermé).

icarus74
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Quelle est la taille du réservoir? Spectra Symbol a un produit MagnetoPot qui maintient tous les appareils électroniques à l'extérieur du réservoir - il utilise un flotteur magnétique dans le réservoir. SparkFun en a de courts, mais les sites Web de Spectra montrent des tailles allant jusqu'à 1 mètre de long.
Calrion

Réponses:

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Compte tenu des paramètres de fonctionnement, la solution de télémétrie par ultrasons indique la meilleure option sans entretien. Selon le MTTF souhaité, ce n'est pas non plus une solution coûteuse.

L'approche budgétaire implique des modules comme celui-ci:

Capteur à ultrasons ( Sur eBay, pour moins de 2 $ )

Plutôt que de déployer le module tel quel, le module peut être mis en pot à l'aide de composés de mise en pot époxy , couvrant tout sauf les sommets de l'émetteur et du récepteur à ultrasons et les broches du connecteur. Mieux encore, un câblage adapté aux intempéries peut être connecté, et la jonction également en pot. Cela promet une longévité raisonnable.

Avec un budget plus important, d'autres modules de mesure à ultrasons peuvent être trouvés, qui sont classés IP67, conçus à partir de zéro pour les environnements extrêmes.

Anindo Ghosh
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Merci @Anindo. C'est bien de voir que les capteurs de distance à ultrasons sont disponibles à de tels prix. Je crois que des modules (ou technologies) similaires sont utilisés dans les voitures pour le guidage inverse / parking, mais ces capteurs ont apparemment une plage de détection limitée à environ 5 pieds. Les spécifications du module à 2 $ semblent faire allusion à une plage de détection allant jusqu'à 14 pieds, mais demandez-vous si c'est vraiment le cas. L'empotage époxy est une excellente idée supplémentaire.
icarus74
C'est vraiment le cas, mais la précision / résolution est médiocre à l'étendue maximale de sa plage. La portée est affectée par la rigidité de la cible. Les cibles "plus dures" sont détectables à de plus grandes portées.
DrFriedParts du
Merci @DrFriedParts. Sur la base de ce que vous avez écrit, pourrais-je en déduire que pour détecter le niveau d'eau, un tel capteur pourrait ne pas avoir une grande portée? Dans mon cas, j'ai besoin de quelque chose qui puisse sentir que l'eau est tombée jusqu'à une profondeur de 10 pieds.
icarus74
10 pieds est facilement réalisable avec des ultrasons à faible coût en supposant que vous ayez un environnement calme (pas de bruit ultrasonique), vous tirez contre une surface d'eau relativement calme (l'eau est incompressible - c'est très dur). Vous pourriez avoir une erreur de +/- 1 pied ou plus à 10 pieds. Mais si 8-12 pi est acceptable (est généralement à des fins d'alarme), alors tout va bien. J'ai inventé une technique pour utiliser l'électrostatique pour cela, mais c'est probablement exagéré ici.
DrFriedParts
Excellent. Serait intéressant de lire sur la technique utilisant l'électrostatique, juste pour la lumière !! BTW, les modules de mesure de distance à ultrasons comme celui-ci, nécessitent-ils un étalonnage?
icarus74
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Il existe plusieurs schémas efficaces que vous pourriez essayer de détecter le niveau d'eau dans le réservoir. Voici deux régimes avec lesquels j'ai travaillé dans le passé. Notez que ce sont des idées technologiques intéressantes à travailler et nécessitent un certain travail de conception, mais pourraient être un projet amusant à travailler.

1) Un ensemble sur lequel plusieurs thermistances sont montées est suspendu dans le réservoir. Les thermistances sont reliées à certaines sources de courant qui font que chaque thermistance chauffe automatiquement une certaine quantité. Les thermistances sont situées le long de l'assemblage à différents niveaux. Lorsque le niveau d'eau monte et recouvre une thermistance, il refroidit le composant en le faisant changer de résistance. Un circuit de détection qui mesure la chute de tension aux bornes de chaque thermistance peut déterminer si un composant particulier est recouvert d'eau ou non.

2) Vous pouvez placer des tiges en plastique qui collent dans le réservoir à différentes profondeurs. Chaque tige en plastique a son extrémité coupée à un angle de 45 degrés de chaque côté, puis polie pour une finition très lisse. Un faisceau lumineux brille vers le bas dans la tige par le haut (peut être une LED visible ou infrarouge selon ce qui convient aux matériaux que vous utilisez) et se réfléchit normalement sur les deux biseaux à l'extrémité de la tige et est réfléchi jusqu'à le haut de la tige où une photodiode ou un phototransistor est utilisé pour détecter la lumière réfléchie. Lorsque l'eau dans le réservoir monte et recouvre l'extrémité biseautée de la tige, elle modifie l'indice de réfraction à l'extrémité de la tige et la lumière qui descend ne se reflète plus complètement vers le détecteur. L'assortiment de tiges peut vous indiquer où se trouve le niveau d'eau. L'image ci-dessous montre le concept impliqué. Il serait amusant d'expérimenter ce concept en utilisant un module de pointeur laser bon marché comme source de lumière. (À l'époque où je travaillais avec ce concept il y a des années, il n'y avait pas de pointeurs laser !!)

entrez la description de l'image ici

Michael Karas
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Merci d'avoir suggéré des alternatives. Je suppose que la méthode basée sur l'utilisation des thermistances nécessite que les thermistances soient en contact avec l'eau? Comment fonctionneraient-ils bien, étant donné une couche d'isolement, une goutte d'époxy en pot! Cependant, j'aime cette méthode. De plus, avez-vous mentionné quelque chose comme 1 thermistance pour chaque niveau auquel j'aimerais mesurer le niveau d'eau?
icarus74
La méthode utilisant les tuyaux en plastique semble encore plus amusante, mais j'essaie de m'éloigner de quelque chose de trop rusé, ou nécessitant beaucoup de compétences de la part de la personne qui l'installe. Lorsque vous mentionnez "poli pour une finition très lisse", voulez-vous dire l'intérieur du tuyau?
icarus74
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@ icarus74 - Les thermistances devraient être exposées au milieu de refroidissement de l'eau. Comme ils fonctionnent en mode d'auto-échauffement par un peu de courant qui les traverse, moins il y a de barrière thermique entre la pièce et le fluide de refroidissement, mieux c'est. Je l'ai fait il y a quelques années et oui, les thermistances et leurs fils isolés attachés étaient encapsulés dans une fine couche d'époxy. Oui, vous auriez une thermistance pour chaque niveau de détection.
Michael Karas
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@ icarus74 - Les tiges en plastique ne sont pas des tuyaux. Il s'agirait de tiges en plastique solide transparent pouvant avoir un diamètre compris entre 0,5 "et 0,75" (~ 12,5 mm et 20 mm). J'ai ajouté un petit graphique à ma réponse. Le vernis est ajouté à l'extrémité de la tige en plastique où il est biseauté.
Michael Karas
J'aimerais pouvoir voter plus loin pour la belle illustration et la méthode de recherche très créative (et amusante). En ce qui concerne la tige en plastique, je pense que vous vouliez dire quelque chose comme celles en acrylique transparent? Extrêmement difficile de les trouver localement, sinon j'aurais pu tenter le coup.
icarus74
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Vous mentionnez un interrupteur à flotteur et vous craignez que les composants mécaniques ne se coincent. Cependant, vous pouvez construire un interrupteur à flotteur dans lequel tous les composants critiques sont au-dessus de l'eau, dans le style d'un remplissage de réservoir de toilette classique: placez le flotteur à l'extrémité d'une longue tige qui peut pivoter et encodez l'angle au niveau du pivot (à l'aide d'un codeur rotatif absolu ou d'un potentiomètre) pour déterminer le niveau d'eau. Le pivot n'a pas besoin d'être n'importe où près de l'eau. À moins que la tige ne soit particulièrement lourde, vous pouvez même utiliser une boule de flotteur de toilette standard.

Puisque vous dites que vous n'avez besoin que de 4 niveaux d'eau, vous n'avez pas besoin de linéarité de sortie, mais seulement de 4 valeurs de seuil, et le bras flottant et le pivot peuvent être façonnés et placés où bon vous semble - tant que le bras est libre de parcourir une plage suffisante à l'intérieur votre conteneur. Si le conteneur est haut et étroit, par exemple, vous pourriez avoir besoin d'un flotteur à déplacement linéaire à la place, ce qui est plus difficile à rendre robuste contre le frottement et à mesurer.

Avantage: vos contaminants peuvent modifier légèrement l'étalonnage lorsqu'ils adhèrent au flotteur, mais ne désactivent pas le mécanisme jusqu'à ce qu'ils l'empêchent de flotter complètement.

Inconvénient: le coût des composants mécaniques robustes fabriqués sur mesure pourrait bien dépasser un capteur sophistiqué.

(Cela m'est venu à l'esprit lorsque j'ai lu votre question parce qu'une fontaine / piscine décorative dans ma ville natale utilisait exactement un interrupteur à flotteur.)

Kevin Reid
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Merci d'avoir répondu à @Kevin. Voulez-vous dire quelque chose comme une soupape à flotteur, juste que je remplace le mécanisme de la soupape par une fermeture / fermeture électrique? J'ai essayé quelque chose comme ça dans un autre projet, en utilisant des balles de tennis de table, mais je n'ai pas tout à fait obtenu un mouvement prévisible le long du pivot. De plus, étant donné que je dois détecter 4 niveaux différents, qui peuvent être sous l'eau à différents moments, je ne sais pas exactement quelle taille de bras large / long vous pouvez suggérer. Pourrait aider à dessiner un graphique pour expliquer.
icarus74
@ icarus74 J'ai ajouté quelques détails pour couvrir vos points. Vous n'avez pas besoin que le mouvement soit modélisé exactement, seulement 4 seuils de sortie de capteur pour vos 4 niveaux d'eau que vous pouvez déterminer empiriquement. En ce qui concerne la taille et la forme du bras, je ne peux pas faire de suggestions car vous n'avez rien dit sur les dimensions relatives du conteneur, s'il a un dessus ouvert, etc. Si vous fournissez un schéma du conteneur (côté vue) Je serais heureux d'essayer de concevoir un bras assorti.
Kevin Reid
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Si vous utilisez un capteur de pression différentielle, vous pouvez créer une solution qui sera très robuste car elle ne contient pas de pièces mobiles, n'est pas affectée par la température / l'humidité, la propreté de l'eau n'est pas pertinente (à la fois en ce qui concerne les sels et la transparence), et pas de capteurs électriques sont en contact avec le fluide (donc si vous voulez mesurer le niveau dans un réservoir d'acide, pas de problème).

Il y a quelques années (hm, déterrer les notes révèle 2008), j'ai prévu un système pour mes parents pour surveiller le niveau d'eau dans un puits d'eau à 100-150 m de leur maison. Ce qui suit est tiré de la description du projet:

Ma suggestion est d'utiliser un capteur de pression d'air différentiel monté dans un tuyau scellé à une extrémité et rempli d'air, partiellement abaissé dans l'eau pour mesurer le niveau d'eau.

Un capteur à l'intérieur du tuyau descendu dans l'eau

Supposons initialement que la pression atmosphérique est de 1,0ATM. Ensuite, la pression dans l'eau à 1 m sous la surface sera de 1,1 ATM. En abaissant un tuyau rempli d'air et scellé dans le haut 1 m plus bas dans l'eau, la pression d'eau au bas du tuyau compressera l'air à l'intérieur du tuyau à 1,1 ATM.

En montant le tuyau dans une position fixe, différents niveaux d'eau donneront différentes pressions à l'intérieur du tuyau. Étant donné que le capteur est différentiel, les variations de pression d'air n'affecteront pas le capteur. Je n'ai pas de préférence spécifique sur le capteur à utiliser, mais le capteur MPX2050DP semble être utilisable.

La seule chose qui pourrait affaiblir la robustesse de cette solution serait que le fluide contienne de gros objets qui pourraient bloquer et sceller l'ouverture inférieure du tuyau, mais comme la pré-assurance est indépendante du volume, vous pouvez utiliser un tuyau aussi large que vous. vouloir.

La majeure partie du coût sera le capteur (les prix de ces capteurs semblent être compris entre 10 et 20 EUR). Pour tout le reste, vous pouvez utiliser n'importe quel tuyau en plastique / métal que vous avez, une corde et un bâton si vous voulez réduire les coûts.

hlovdal
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C'est une bonne idée.
icarus74
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Utilisez une petite source d'air en haut et faites passer le tuyau vers le bas afin que l'air bouillonne doucement hors du tuyau. Avec votre transducteur de pression en haut en regardant la pression dans le tuyau, vous pouvez calculer la hauteur de l'eau au-dessus du bas du tuyau.

Trop de pression et le tuyau est bloqué.

Trop peu de pression et quelque chose ne va pas avec votre source d'air ou votre tuyau. Il serait donc très fiable et difficile à casser / bloquer. Vous avez parlé de limon et d'autres choses, cela signifie-t-il que ce n'est peut-être pas seulement de l'eau là-dedans?

Si tel est le cas, tout ce qui dépend de la pression peut ne pas être précis en raison des densités variables, cependant, je pense que si vous coupliez cette technique de barboteur et peut-être un détecteur de surface à ultrasons, vous pourriez également donner un pourcentage de contamination de l'eau, en particulier des trucs comme de l'huile flottant sur le dessus.

perfo
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