Обнаружение уровня воды, где вода несколько загрязнена и имеет значительные растворенные соли

Нашел этот превосходный QnA здесь, который предоставляет несколько вариантов для измерения или обнаружения уровня воды. Для моего случая достаточно дифференцировать 4 уровня воды (очень низкий, низкий, средний, полный) резервуара.

Мне нужно сделать то же самое, но в моем случае мне приходится иметь дело с проблемой, что это не совсем чистая питьевая вода. Вода, откачиваемая из глубокого трубчатого колодца, кажется несколько загрязненной илом (ржавый темно-коричневый / черноватый) и большим количеством растворенных солей. В то время как ил фильтруется предварительным фильтром осадка на основе войлока / микроволокна на 5 микрон, в секции после насоса он присутствует в отстойнике уровня земли. Соль также вызывает серьезную озабоченность, потому что она окрашивает (отложения соли) металл, пластик и практически любую поверхность. Любая металлическая / пластиковая деталь, оставленная погруженной на достаточно длительное время, получает довольно значительный запас соли, который необходимо утилизировать (с трудом).

Учитывая эти характеристики рабочей среды, мне было интересно, какой из следующих методов (все из предыдущего QnA, процитированного выше) для определения уровня воды, можно ожидать, будет работать наиболее надежно и с минимальным техническим обслуживанием, требуемым со временем.

1. Датчик перепада давления в нижней части бака. Какова вероятность того, что чувствительная поверхность или ее края могут засоряться отложениями соли / ила и перестать функционировать через несколько месяцев. Сам по себе солевой / иловый осадок может со временем вносить ошибки в показания давления.

2. Поплавковый выключатель - так как он имеет движущиеся части, мне интересно, можно ли сделать их неподвижными (потерять подвижность поплавка) из-за отложений соли / ила?

3. Емкостное зондирование - Это не объясняется в деталях в цитируемой QnA, но я читал в другом месте, что это зависит от среднего диэлектрического коэффициента воды, где 2 изолированных зонда размещены вдоль глубины резервуара / отстойника, довольно близость. Емкость этого зависит от уровня воды, который измеряется. Точный механизм неясен. Также, по-видимому, переменный ток низкого напряжения, по-видимому, используется для этого, но, опять же, как часть не ясно. Кроме того, какую роль отложения соли / ила могут играть в изменении емкости с течением времени, мне неясно.

4. Проверка проводимости на нескольких уровнях. Электроды размещаются на разных уровнях, которые должны работать как замкнутые контуры, когда вода достигает определенного контура, расположенного на определенных уровнях. Электрический ток (скажем, что-то вроде 24 В пост. Тока) периодически пропускается по контурам в течение короткого периода времени, чтобы определить, какие все контуры замкнуты, и вывести уровень воды из такой информации. Опять же, соль / ил изменяет проводимость? И могут ли они разъедать электроды? Могу ли я использовать алюминиевый или медный электрод?

5. Ультразвуковой датчик приближения - поместите такой датчик лицевой стороной вниз, т. Е. Смотрите прямо на дно резервуара, и используйте стандартный датчик приближения для определения уровня воды. Мне это кажется наиболее многообещающим, так как датчик редко (если вообще когда-либо) контактирует с водой. Кроме того, его установка должна быть максимально простой. Из всех этих, однако, это, вероятно, самый дорогой подход, и, возможно, менее надежный (то есть, он может не справиться с экстремальными изменениями влажности и температуры в закрытом резервуаре / поддоне с водой).

Учитывая рабочие параметры, решение Ultrasonic Ranging указывает на лучший необслуживаемый вариант. В зависимости от желаемой MTTF, это также не должно быть дорогим решением.

Бюджетный подход включает в себя такие модули, как этот:

_{( От eBay, до $ 2 )}

Вместо того, чтобы развертывать модуль как есть, модуль можно заливать эпоксидной заливкой , покрывая все, кроме верхушек ультразвукового передатчика и приемника и выводов разъема. Более того, можно подключить подходящие погодостойкие кабели, а также соединить в герметичном соединении. Это обещает разумное долголетие.

Имея больший бюджет, можно найти другие модули ультразвукового измерения дальности, имеющие класс защиты IP67, разработанные с нуля для экстремальных условий.

Существует несколько эффективных схем измерения уровня воды в резервуаре. Вот две схемы, с которыми я работал в прошлом. Обратите внимание, что это интересные технологические идеи для работы, и они требуют некоторой работы по проектированию, но могут быть интересным проектом для работы.

1) Сборка, на которой установлено несколько термисторов, подвешена в баке. Термисторы подключены к некоторым источникам тока, которые заставляют каждый термистор самостоятельно нагреваться в определенном количестве. Термисторы расположены вдоль сборки на разных уровнях. Когда уровень воды поднимается и покрывает термистор, он охлаждает компонент, заставляя его менять сопротивление. Сенсорная схема, которая измеряет падение напряжения на каждом термисторе, может определить, покрыт ли конкретный компонент водой или нет.

2) Вы можете поместить пластиковые стержни, которые прилипают к резервуару на разной глубине. Каждый пластиковый стержень имеет обрезанный конец под углом 45 градусов с каждой стороны, а затем отполирован до очень гладкой поверхности. Луч света падает вниз на стержень сверху (это может быть видимый светодиод или инфракрасный свет в зависимости от того, что подходит для материалов, которые вы используете) и обычно отражается от двух скосов на конце стержня и отражается обратно до верхняя часть стержня, где фотодиод или фототранзистор используется для обнаружения отраженного света. Когда вода в резервуаре поднимается вверх и покрывает скошенный конец стержня, это изменяет показатель преломления на конце стержня, и падающий свет больше не полностью отражает обратно на детектор. Ассортимент удочек может сказать вам, где находится уровень воды. На рисунке ниже показана соответствующая концепция. Было бы интересно поэкспериментировать с этой концепцией, используя дешевый модуль лазерной указки в качестве источника света. (Назад, когда я работал с этой концепцией несколько лет назад, не было никаких лазерных указателей !!)

Вы упоминаете поплавковый выключатель и беспокоитесь о механическом повреждении компонентов. Однако вы можете создать поплавковый выключатель, в котором все критические компоненты находятся над водой, в стиле классического наполнителя унитаза: поместите поплавок на конец длинного стержня, который может поворачиваться, и закодируйте угол на оси вращения. (с использованием абсолютного энкодера или потенциометра) для определения уровня воды. Поворот не должен быть где-то близко к воде. Если удочка не является особенно тяжелой, вы можете использовать стандартный шар для унитаза.

Поскольку вы говорите, что вам нужно только 4 уровня воды, вам не нужна линейная выходная мощность, а только 4 пороговых значения, а рычаг поплавка и шарнир можно отрегулировать и расположить там, где это удобно - при условии, что рычаг свободен для перемещения в достаточном диапазоне внутри. ваш контейнер. Например, если контейнер высокий и узкий, вам может понадобиться линейно перемещающийся поплавок, который сложнее сделать устойчивым к трению и измерить.

Преимущество: ваши загрязняющие вещества могут слегка изменить калибровку, поскольку они прилипают к поплавку, но не отключайте механизм, пока они не остановят его плавание в целом.

Недостаток: стоимость надежных механических компонентов, изготовленных по индивидуальному заказу, может значительно превышать стоимость оригинального датчика.

(Это пришло в голову, когда я прочитал ваш вопрос, потому что декоративный фонтан / бассейн в моем родном городе использовал именно такой поплавковый выключатель.)

Если вы используете датчик перепада давления, вы можете создать решение, которое будет очень надежным, поскольку оно не имеет движущихся частей, не подвержено влиянию температуры / влажности, чистота воды не имеет значения (как в отношении солей, так и прозрачности) и не содержит электрических датчиков. находятся в контакте с жидкостью (поэтому, если вы хотите измерить уровень в баке с кислотой, нет проблем).

Несколько лет назад (хм, копание заметок показывает 2008 год) я запланировал систему для моих родителей, чтобы контролировать уровень воды в колодце в 100-150 метрах от их дома. Следующее из описания проекта:

Я предлагаю использовать датчик перепада давления воздуха, установленный в трубе, закрытой с одного конца и заполненной воздухом, частично опущенным в воду, для измерения уровня воды.

Предположим сначала, что давление воздуха составляет 1,0 атм. Тогда давление в воде на 1 м ниже поверхности будет 1,1 атм. Опуская трубу, заполненную воздухом и загерметизированную в верхней части на 1 м вниз в воде, давление воды в нижней части трубы сожмет воздух внутри трубы до 1,1 атм.

Установив трубу в фиксированное положение, различные уровни воды будут давать разные давления внутри трубы. Поскольку датчик дифференциальных колебаний давления воздуха не повлияет на датчик. У меня нет особых предпочтений относительно того, какой датчик использовать, но датчик MPX2050DP кажется пригодным для использования.

Единственное, что могло бы ослабить надежность этого решения, было бы, если бы жидкость содержала крупные объекты, которые потенциально могли бы заблокировать и запечатать нижнее отверстие трубы, однако, поскольку давление не зависит от объема, вы можете использовать такую ​​широкую трубу, как вы. хочу.

Основную часть стоимости для этого будет датчик (цены на такие датчики, кажется, в диапазоне 10-20 евро). Для всего остального вы можете использовать любую пластиковую / металлическую трубу, которая у вас есть, веревку и палку, если хотите сократить расходы.

Используйте небольшой источник воздуха в верхней части и направьте трубу к нижней части, чтобы воздух мягко пузырился из трубы. С вашим датчиком давления вверху, смотрящим на давление в трубе, вы можете рассчитать высоту воды над дном трубы.

Слишком большое давление и труба заблокирована.

Слишком маленькое давление и что-то не так с вашим источником воздуха или трубкой. Так что это будет очень надежно и трудно сломать / заблокировать. Вы упомянули ил и прочее, значит ли это, что там может быть не только вода?

Если так, то что-либо, зависящее от давления, может быть неточным из-за разной плотности, однако, у меня есть мысль, что если вы соедините эту технику барботера и, возможно, ультразвуковой поверхностный детектор, вы также можете фактически дать показатель% загрязнения для воды, особенно такие вещи, как масло, плавающее на вершине.