Низька вартість, помірно точне вимірювання глибини води

tl; dr: Після розширеної розмови зі старожилом я зрозумів кілька речей:

1. Найбільш цінним вимірюванням для більшості людей буде глибина води в колодязі.
2. Другим найціннішим буде вода-стік із криниці.
3. Розглянутий нижче розчин «бульбашок» має ще одну істотну слабкість (крім слабкості повітряних насосів): надходження кисню у воду свердловини спричинить утворення оксиду, що призведе до мінеральної інкрустації не тільки відкриття трубопроводу, але й розширення всю дорогу всередину, де б не був її нормальний рівень. Він знає, бо йому довелося мати справу з чимось майже аналогічним, і це було головним перешкодою. Труби більшого розміру сповільнить процес, але з часом трубка буде заблокована.
4. Ми переглядаємо рішення, яке використовує сечовий міхур у баку з датчиком диференціального тиску. У нього були конкретні ідеї, як це зробити, щоб це звучало виконано (але є ще деякі деталі, з якими потрібно розібратися).
5. О, і він вирішив проблему з баком приблизно за 10 секунд. Покладіть датчик тиску на трубу від бака до напірного насоса. Ігноруйте шипи, які виникають, коли насос запускається, і ми маємо саме потрібний показник тиску за допомогою дешевих, добре зрозумілих датчиків. Sheesh! Це було так очевидно, як тільки він сказав це, я майже побив себе ногами.

Я дякую всім вам за ваші ідеї та ваш аналіз. Якщо комусь цікаво бачити, як розгортається проект, слідкуйте за waterunderground.net . Наразі він досить порожній, але має містити більше вмісту через місяць.

Попередня історія

Я розробляю систему моніторингу відкритих джерел та споживання води для людей у ​​Північній Каліфорнії. Мета полягає в тому, щоб мати можливість вимірювати витрату води від колодязя до резервуара, від резервуара до будинку та для зрошення цистерни, а також контролювати глибину води в резервуарі та колодязі. Наша нинішня цільова вартість деталей становить менше 200 доларів для системи, що включає процесор, 3 датчика потоку та 2 датчики тиску, хоча, на нашу думку, ми зможемо наблизити його до 100 доларів після декількох ітерацій дизайну.

Ми, здається, вирішили датчик потоку тепер, коли у нас, нарешті, є постачальник ковзаючих адаптерів G1 => US 1 "для інтеграції дешевих датчиків ефекту Холла в стандартне середовище трубопроводів в США. Рішення для вимірювання глибини не настільки просто.

Я прошу перевірити обґрунтованість моїх міркувань тут, перш ніж піти і почати купувати речі, які не відповідають розміру, типу чи взагалі.

Постановка проблеми

Мені потрібен недорогий спосіб вимірювання глибини 2 стовпчиків води з помірно пристойною точністю, скажімо +/- 5%. Хоча нашою власною власністю є сайт Alpha 1, ми хотіли б вирішити питання про масштаби вгору чи вниз для інших властивостей з подібними потребами.

Ми маємо:

1. Бак для зберігання 3000 гал, який становить приблизно 8,5 'води при повному напої. Інші танки мають однакову висоту +/- 5 '.
2. Криниця води. Наш власний колодязь - це 75 'глибокий w / 37' води. Інші свердловини в цьому районі є неглибокими, як 30 'w / 15' води, або глибиною, як 300 'w / 70+' води.

У нас є такі критерії:

1. Не більше 30 доларів за танк і (сподіваємось) не більше 50 доларів за свердловину. Зниження витрат було б чудово.
2. Рішення повинно якось інтегруватися (вручну) з Arduino, BeagleBone Black або подібним недорогим контролером.
3. Бажано безперервне зчитування, але щось, що спрацьовує кожні 15, 30 чи <що б> не було, було б прийнятним.
4. Ніякої електроніки / електричних систем у свердловині чи баку немає.
5. У свердловині чи резервуарі немає металу, за винятком матеріалу, який використовується для зважування труб, що надходять у воду.
6. Розчин повинен працювати досить добре (не призначений для каламбурів) для свердловин з 35 'глибиною w / 15' води, до свердловин 300 'глибиною w / 60 +' води.

Серед декількох розглянутих досі рішень, наш нинішній передній бігун - це "баблер", як описано в цій статті :

Датчик рівня бульбашок показаний на малюнку 3. Заглушка, що має відкритий кінець біля дна посудини, несе продувний газ (як правило, повітря, хоча інертний газ, такий як сухий азот, може використовуватися, коли є небезпека зараження або окислювальна реакція з технологічною рідиною) в бак. Коли газ стікає до випускного патрубка, тиск у трубці зростає, поки не подолає гідростатичний тиск, що створюється рівнем рідини на виході. Цей тиск дорівнює щільності технологічної рідини, помноженої на її глибину від кінця заглибленої трубки до поверхні і контролюється датчиком тиску, підключеним до трубки.

Ми плануємо використовувати:

1. Відкрита труба на 1/4 "до 3/8" з вагою вниз (а ще краще, прив'язана на блискавці до верхньої труби свердловини), щоб повісити невелику відстань над дном (ми можемо наблизитись до бака, але колодязі мають тенденцію до мулу, щоб це було в межах декількох футів). Невелика трубка є сильним моментом на користь такого підходу, оскільки майже нічого не йде в саму свердловину.
2. Деяке (дешеве) джерело тиску повітря, достатнє (300+ кПа), щоб вивести всю воду з труби в свердловину. Коли значення на плато сенсорів це означає, що ми продуваємо бульбашки і ми можемо перетворити тиск на ноги води.
3. У верхній частині трубки ми підключаємо датчик диференціального тиску, такий як Freescale MPX5500DP , який може працювати до 500 кПа, що означає приблизно. 160 'води. Вони мають дещо точніший (серія 5100) для коротших стовпчиків, наприклад, у резервуарі. Ми вибрали диференціальний датчик, щоб дозволити змінювати атмосферний тиск.
4. Специфіка включення / вимкнення повітряного насоса Arduino не вирішена, але я вважаю, що це буде зрозуміло, як тільки ми дізнаємося, який тип / розмір насоса ми намагаємося контролювати.

Примітка: хоча ми можемо легко відкалібрувати показання з датчика резервуара, свердловина може виявитися більш проблематичною. У нашому випадку у нас є спосіб використовувати лінію для прямого вимірювання глибини свердловини та висоти стовбура води, в інших випадках це може бути складно.

Запитання

• Чи є щось у цьому підході, що є принципово хибним?
• Чи змінити температуру (в першу чергу в резервуарі, не стільки в свердловині) чи дійсно зміниться тут?
• Окрім обсягу повітря, необхідного для різних діаметрів труб, чи повинен насос працювати більше, щоб досягти заданого тиску, якщо ми будемо використовувати більшу чи меншу трубу вниз?

Оновіть відповіді на запитання:

Користувач null запитав, чи не було зайвої надмірності в системі; хіба глибина в резервуарі не була б достатньою? Не зовсім. Кожен з вимірювань дає нам певну інформацію, а інші - ні. Хоча є певне збіг у тому, що вимірюється, я бачу це як можливість для перевірки правильності роботи системи.

Наприклад, якщо виміряний потік із свердловини не має досить тісної кореляції (зміщеної в часі через резервуар) із об'єднаними потоками до будинку та зрошувальної системи, то щось не в стані.

Поєднання діаграми «з потоку свердловини» із діаграмою «глибина води» може дати критичну інформацію про швидкість підзарядки свердловини . Якщо підзарядка відпадає, ми маємо серйозні проблеми, що наближаються до нас.

Нарешті, якщо наша глибина води добре знижується, і ми не використовуємо стільки води, то це може означати, що один з наших сусідів, скажімо, на винограднику площею 300 гектарів приблизно на півмилі вгору на пагорб перенапружений. На жаль, Каліфорнія є єдиним штатом без будь-якого регулювання підземних вод, тому ми не можемо їх зупинити, тільки будьте готові замовити 3 500 галонів води за 175 доларів за поп.

Альтернативою може бути барометрична мікросхема, укладена у водонепроникну ємність з мембраною, зважена до упору на дні.

Схема барометра для Arduino доступна від Adafruit за ціною менше 10 доларів. Якщо ви перейдете на автономний чіп, ви можете ще більше знизити ціну. Він спілкується через I2C, тому ви можете також приєднати його до BeagleBone. Ваш найгірший головний біль зараз - це корпус, який є повністю водонепроникним, але не ізолює внутрішню частину від змін тиску - потрібна якась гнучка мембрана.

На точність дещо впливатиме погода (тиск повітря) з неточністю близько +/- 0,5 м, хоча на ній може бути зведений другий барометр, вимірюючи тиск повітря.

Як зазвичай, пристрій потрібно калібрувати в програмному забезпеченні окремо, занурюючи його на дві відомі глибини і записуючи показання як фіксовані точки, дозволяючи йому екстраполювати звідти.

Вимірювання води у відкритих каналах є основним елементом збереження води. Зі збільшенням попиту на вдосконалені методи управління водою виникає серйозна потреба у недорогих та точних пристроях вимірювання води, таких як витратоміри та датчики рівня рідини.

Ще з моменту розробки палива Parshall робляться спроби спростити конструкцію та підвищити точність водомірних пристроїв у відкритих каналах.

Циркулярний канав - це відповідний прилад для вимірювання потоку через борозни, оскільки його кругла форма відповідає натуральній формі борозни, зменшуючи можливість бічного потоку навколо канаву. Пристрій також успішно застосовується в прокладених і непрокладених каналах.

Високі витрати завадили виробникам використовувати водоміри для вимірювання води. Однак останнім часом було розроблено практичний прилад для вимірювання води, який можуть використовуватись виробники за низькою вартістю: круговий флюм.

Це лише моя сира інформація, якою я поділився з вами, далі ви також можете вивчити її

Залежно від точності та стійкої чистоти води (не потрібно бути особливо чистою чи брудною, просто зберігайте той самий рівень чистоти), дуже дешевою системою будуть два дроти, що піддаються впливу води (наприклад, подвійний провід із позбавленою ізоляцією на одному збоку), занурений у колодязь / контейнер.

Все, що вам потрібно - це виміряти опір між двома проводами; застосувати фіксовану напругу через резистор, виміряти падіння напруги між проводами.

Вода, що дозволяє протікати струм між проводами на різній відстані, змушує створювати різний опір залежно від того, наскільки вони занурені. Калібруйте систему, здійснюючи вимірювання для конкретних глибин. Як Arduino, так і BeagleBone мають ADC на борту, а компоненти (крім дощок) будуть нижче 3 доларів. Це не вдасться, хоча якщо чистота води зміниться, оскільки зміна стійкості до води вщент зірве точні показання опорів дроту.

Це можна обійти ланцюгом, подібним до цього, але тримаючи дроти в ізоляції (включаючи занурені наконечники; можливо, гарячий клей?) І на більшій відстані один від одного (наприклад, дріт-свинцевий дріт Ladder Line ) - але в цьому випадку вам потрібна дещо складніша схема - генератор частоти LC з двома проводами, що виконують роль конденсатора. Рівень води буде діяти як діелектрик, змінюючи ємність лінії, і вам потрібно виміряти зміни частоти в програмному забезпеченні. Тим не менш, плата не повинна перевищувати 15 доларів або близько того.

Я думаю, що ваша реальна мета - виміряти об’єм води в бачку.

Принаймні для бака можна застосувати тензодатчики до основи танка. Більше води в баку означає більшу вагу, що в свою чергу означає різну кількість деформації. Точне співвідношення залежить від основи та способу застосування датчика.

Перевага полягає в тому, що не потрібно нічого класти всередину бака. Недоліки полягають у тому, що це не спрацює для колодязя.