Rilevazione del livello dell'acqua, in cui l'acqua è alquanto inquinata e presenta sali disciolti significativi

Abbiamo trovato qui questo eccellente QnA che offre diverse opzioni per misurare o rilevare il livello dell'acqua. Nel mio caso, è sufficiente differenziare 4 livelli di acqua (molto basso, basso, medio, pieno), del serbatoio.

Devo fare lo stesso, ma nel mio caso, devo affrontare una preoccupazione, che non si tratta esattamente di acqua potabile pulita. L'acqua, che viene pompata da un pozzo profondo, sembra essere in qualche modo inquinata dal limo (i tipi arrugginiti marrone scuro / nerastri) e molti sali disciolti. Mentre il limo viene filtrato da un prefiltro di sedimenti a base di feltro / microfibra da 5 micron, nella sezione post-pompa, è presente nel pozzetto a livello del suolo. Anche il sale è una grande preoccupazione, perché macchia (depositi di sale) metallo, plastica e praticamente qualsiasi superficie. Qualsiasi parte in metallo / plastica lasciata sommersa per un tempo sufficientemente lungo, ottiene un deposito piuttosto significativo di sale, che deve essere rimosso (con difficoltà).

Date queste caratteristiche dell'ambiente operativo, mi chiedevo quali dei seguenti metodi (tutti dal precedente QnA sopra citato) per rilevare il livello dell'acqua, ci si può aspettare che funzionino in modo più affidabile e con una manutenzione minima richiesta nel tempo.

1. Trasduttore di pressione differenziale sul fondo del serbatoio. Qual è la possibilità che la superficie sensibile o i suoi bordi possano essere soffocati dal deposito di sale / limo e smettere di funzionare in pochi mesi. Il deposito sale / limo stesso può introdurre nel tempo errori nella lettura della pressione.

2. Interruttore a galleggiante - Dato che questo ha parti mobili, mi chiedo se possano essere rese immobili (perdere la mobilità del galleggiante) dal deposito di sale / limo?

3. Rilevamento capacitivo - Questo non è spiegato in dettaglio nel citato QnA, ma ho letto altrove che dipende da un coefficiente dielettrico medio di acqua, in cui due sonde isolate sono posizionate lungo la profondità del serbatoio / pozzetto, in modo equo vicinanza. La capacità di questo, varia con il livello dell'acqua, che viene misurato. L'esatto meccanismo non è chiaro. Inoltre, a quanto pare, viene utilizzata la corrente CA a bassa tensione, ma ancora una volta, come parte non è chiara. Inoltre, quali sono i ruoli che i depositi di sale / limo possono giocare nel cambiamento della capacità nel tempo, non mi è chiaro.

4. Test di conduttività a più livelli - Gli elettrodi sono posizionati a vari livelli, che dovrebbero funzionare come circuiti chiusi quando l'acqua raggiunge il circuito particolare posto a determinati livelli. La corrente elettrica (diciamo qualcosa come 24VDC) viene fatta passare periodicamente attraverso i circuiti per un breve periodo per determinare quali circuiti sono chiusi e dedurre il livello dell'acqua da tali informazioni. Ora di nuovo, il sale / limo modifica la conduttività? E possono corrodere gli elettrodi? Posso usare l'elettrodo in alluminio o rame?

5. Ultrasuoni, rilevamento di prossimità - Posizionare tale sensore a faccia in giù, cioè guardando dritto sul fondo del serbatoio, e utilizzare il meccanismo di rilevamento di prossimità standard per rilevare i livelli dell'acqua. Per me, questo sembra molto promettente, poiché il sensore è raramente (se non del tutto) a contatto con l'acqua. Inoltre, l'installazione dovrebbe essere più semplice. Di tutti questi, tuttavia, questo è probabilmente l'approccio più costoso e forse meno robusto (cioè potrebbe non andare bene sotto l'estrema umidità e la variazione di temperatura di un serbatoio / pozzetto chiuso).

Dati i parametri di funzionamento, la soluzione Ultrasonic Ranging indica la migliore opzione senza manutenzione. A seconda dell'MTTF desiderato, non deve essere nemmeno una soluzione costosa.

L'approccio di bilancio prevede moduli come questo:

_{( Da eBay, per meno di $ 2 )}

Invece di distribuire il modulo così com'è, il modulo può essere conservato in vaso utilizzando composti di rivestimento epossidici , coprendo tutto tranne le parti superiori del trasmettitore e ricevitore a ultrasuoni e i pin del connettore. Meglio ancora, è possibile collegare un cablaggio resistente alle intemperie e anche la giunzione può essere messa in vaso. Questo promette ragionevole longevità.

Con un budget maggiore, è possibile trovare altri moduli a ultrasuoni, classificati IP67, progettati da zero per ambienti estremi.

Esistono diversi schemi efficaci per provare a rilevare il livello dell'acqua nel serbatoio. Ecco due schemi con cui ho lavorato in passato. Nota che queste sono idee tecnologiche interessanti con cui lavorare e richiedono un po 'di lavoro di progettazione, ma potrebbero essere un progetto divertente su cui lavorare.

1) Un gruppo su cui sono montati diversi termistori è appeso nel serbatoio. I termistori sono collegati ad alcune fonti di corrente che causano un certo riscaldamento di ciascun termistore. I termistori si trovano lungo il gruppo a vari livelli. Quando il livello dell'acqua sale e copre un termistore, raffredda il componente facendolo cambiare resistenza. Un circuito di rilevamento che misura la caduta di tensione attraverso ciascun termistore può determinare se un particolare componente è coperto da acqua o meno.

2) È possibile posizionare aste di plastica che si attaccano nel serbatoio a diverse profondità. Ogni asta di plastica ha la sua estremità tagliata ad un angolo di 45 gradi da ciascun lato e quindi lucidata per una finitura molto liscia. Un raggio di luce brilla nell'asta dall'alto (potrebbe essere un LED visibile o infrarosso a seconda di ciò che è adatto ai materiali che stai usando) e normalmente si riflette sui due biselli all'estremità dell'asta e viene riflesso verso l'alto la parte superiore dell'asta in cui viene utilizzato un fotodiodo o un foto transistor per rilevare la luce riflessa. Quando l'acqua nel serbatoio sale e copre l'estremità smussata dell'asta, cambia l'indice di rifrazione all'estremità dell'asta e la luce che scende non si riflette più completamente sul rivelatore. L'assortimento di aste può dirti dove si trova il livello dell'acqua. L'immagine seguente mostra il concetto in questione. Sarebbe divertente sperimentare questo concetto usando un modulo puntatore laser economico come sorgente luminosa. (Quando ho lavorato con questo concetto anni fa non c'erano puntatori laser !!)

Si menziona un interruttore a galleggiante e si preoccupa che i componenti meccanici vengano bloccati. Tuttavia, potresti costruire un interruttore a galleggiante in cui tutti i componenti critici sono sopra l'acqua, nello stile di un classico riempitore per serbatoio WC: posiziona il galleggiante all'estremità di una lunga asta che può ruotare e codificare l'angolo al perno (usando un encoder rotativo assoluto o un potenziometro) per determinare il livello dell'acqua. Non è necessario che il perno sia vicino all'acqua. A meno che l'asta non sia particolarmente pesante, potresti persino usare una sfera galleggiante standard.

Dal momento che dici di aver bisogno solo di 4 livelli d'acqua, non hai bisogno di linearità in uscita ma solo di 4 valori di soglia e il braccio galleggiante e il perno possono essere modellati e posizionati ovunque sia conveniente - purché il braccio sia libero di percorrere un raggio sufficiente all'interno il tuo contenitore. Se il contenitore è alto e stretto, ad esempio, potrebbe essere necessario invece un galleggiante che si muova linearmente, che è più difficile rendere robusto contro l'attrito e misurare.

Vantaggio: i contaminanti potrebbero modificare leggermente la calibrazione man mano che si attaccano al galleggiante, ma non disabilitare il meccanismo fino a quando non lo impediscono di fluttuare del tutto.

Svantaggio: il costo di robusti componenti meccanici su misura potrebbe superare un sensore sofisticato.

(Questo mi è venuto in mente quando ho letto la tua domanda perché una fontana / piscina decorativa nella mia città natale utilizzava proprio un interruttore a galleggiante.)

Se si utilizza un sensore di pressione differenziale, è possibile creare una soluzione che sarà molto robusta perché non ha parti mobili, non è influenzata dalla temperatura / umidità, la pulizia dell'acqua è irrilevante (sia per quanto riguarda i sali che per la trasparenza) e nessun sensore elettrico sono in contatto con il fluido (quindi se si desidera misurare il livello in un serbatoio acido, nessun problema).

Alcuni anni fa (hm, scavando le note rivela il 2008) ho pianificato un sistema per i miei genitori per monitorare il livello dell'acqua in un pozzo d'acqua a 100-150 m dalla loro casa. Quanto segue è dalla descrizione del progetto:

Il mio suggerimento è di utilizzare un sensore di pressione dell'aria differenziale montato in un tubo sigillato a un'estremità e riempito di aria, parzialmente abbassato nell'acqua per misurare il livello dell'acqua.

Supponiamo inizialmente che la pressione dell'aria sia 1.0ATM. Quindi la pressione nell'acqua a 1 m sotto la superficie sarà di 1,1 ATM. Abbassando un tubo riempito d'aria e sigillato nella parte superiore 1 m in basso nell'acqua, la pressione dell'acqua nella parte inferiore del tubo comprimerà l'aria all'interno del tubo a 1,1 ATM.

Montando il tubo in una posizione fissa, diversi livelli di acqua daranno diverse pressioni all'interno del tubo. Poiché il sensore è differenziale, le variazioni della pressione dell'aria non influiranno sul sensore. Non ho preferenze specifiche su quale sensore utilizzare, ma il sensore MPX2050DP sembra essere utilizzabile.

L'unica cosa che potrebbe indebolire la robustezza di questa soluzione sarebbe se il fluido contenesse oggetti di grandi dimensioni che potentemente potrebbero bloccare e sigillare l'apertura inferiore del tubo, tuttavia poiché la misura è indipendente dal volume, è possibile utilizzare un tubo largo quanto te volere.

La maggior parte del costo per questo sarà il sensore (i prezzi per tali sensori sembrano essere nell'intervallo 10-20 EUR). Per tutto il resto puoi usare qualsiasi tubo di plastica / metallo che hai in giro, un po 'di corda e un bastone se vuoi ridurre i costi.

Utilizzare una piccola fonte d'aria nella parte superiore e far scorrere il tubo verso il basso in modo che l'aria bolle delicatamente fuori dal tubo. Con il trasduttore di pressione in alto che osserva la pressione nel tubo, è possibile calcolare l'altezza dell'acqua sopra il fondo del tubo.

Troppa pressione e il tubo è bloccato.

Troppa poca pressione e qualcosa non va nella tua fonte di aria o tubo. Quindi sarebbe molto affidabile e difficile da rompere / bloccare. Hai menzionato limo e roba, questo significa che potrebbe non esserci solo acqua?

In tal caso qualcosa che si basa sulla pressione potrebbe non essere accurato a causa delle diverse densità, tuttavia, ho pensato che se abbinassi questa tecnica gorgogliatore e forse un rilevatore di superficie ad ultrasuoni potresti effettivamente dare anche una percentuale di contaminazione per l'acqua, in particolare cose come l'olio che galleggia in cima.