Düşük maliyetli, orta derecede doğru su derinliği ölçümü

tl; dr: Eski bir zamanlayıcı ile uzun bir konuşma yaptıktan sonra birkaç şey farkettim:

1. İnsanların çoğunluğu için en değerli tek ölçüm kuyunun içindeki suyun derinliği olacaktır.
2. İkinci en değerli kuyudan gelen su akışı olacaktır.
3. Aşağıda tartışılan "kabarcık oluşturucu" çözeltisi, (hava pompalarının kırılganlığına ek olarak) başka önemli bir zayıflığa sahiptir: oksijenin kuyu suyuna eklenmesi, oksidasyonun borunun açılmasını değil, aynı zamanda genişlemesine neden olacak şekilde mineral oluşumuna neden olacak normal seviyenin neresinde olacağına kadar. Biliyor çünkü neredeyse tamamen benzer bir şeyle uğraşmak zorunda kaldı ve bu büyük bir engeldi. Daha büyük boyutlu borular işlemi yavaşlatır, ancak sonunda tüpler tıkanır.
4. Diferansiyel basınç sensörlü tankta mesane kullanan çözümü yeniden inceliyoruz. Bu sesin nasıl yapılabilir olduğu konusunda özel fikirleri vardı (ama yine de ele alınması gereken bazı detaylar var).
5. Oh, ve tank problemini yaklaşık 10 saniye içinde çözdü. Borudan tanktan basınç pompasına bir basınç sensörü yerleştirin. Pompa devreye girdiğinde meydana gelen çivileri görmezden gelin ve tam anlamıyla ucuz, iyi anlaşılan sensörlerle istediğimiz basıncı okuduk. Sheesh! Neredeyse kendimi tekmeleyeceğimi söylediğinde çok açıktı.

Fikirleriniz ve analizleriniz için hepinize teşekkür ederim. Projenin nasıl ortaya çıktığını görmek isteyen biri varsa, bir göz atın waterunderground.net . Şu anda oldukça boş, ancak bir ay veya daha fazla içeriğe sahip olmalıdır.

backstory

Açık kaynaklı bir kuyu tasarlıyorum. Kuzey Kaliforniya'daki insanlar için su kullanımı izleme sistemi. Amaç, depodan depoya, depodan eve ve depodan sulamaya su akışını ölçmek, ayrıca depodaki ve kuyucuktaki su derinliğini izlemektir. CPU, 3 akış sensörü ve 2 basınç sensörünü içeren bir sistem için mevcut hedef parça maliyetimiz 200 $ 'ın altındadır, ancak birkaç tasarım yinelemesinden sonra \ 100 $' a yaklaşabileceğimizi düşünüyoruz.

Sonunda bir Kadın G1 tedarikçisine sahip olduğumuz için akış sensörü bölümünün çözülmüş olduğu görülüyor. Ucuz Hall efekt sensörlerini standart ABD boru tesisatı ortamına entegre etmek için ABD 1 "kayma adaptörleri. Derinlik ölçüm çözümü o kadar kolay değildir.

Buraya gidip yanlış boyutta, tipte veya tamamen yanlış şeyler almaya başlamadan önce akıl yürütmemin akıl sağlığı kontrolünü istiyorum.

Sorun bildirimi

ihtiyacım var düşük maliyetli 2 sütun su derinliğini makul bir hassasiyetle ölçmenin yolu +/- 5% demek. Her ne kadar kendi mülkümüz Alpha 1 sitesi olsa da, benzer ihtiyaçları olan diğer mülkler için aşağı veya yukarı ölçeklenen bir çözüm istiyoruz.

Sahibiz:

1. Yaklaşık 3.000 gal kapasiteli bir depolama tankı. Doluysa 8,5 'su. Diğer tanklar +/- 5 'yüksekliğindedir.
2. Bir su kuyusu. Kendi kuyumuz 75 'derin su / 37' dir. Bölgedeki diğer kuyular 30 'w / 15' su kadar sığ veya 300 'w / 70+' su kadar derindir.

Aşağıdaki kriterlere sahibiz:

1. Tank için \ 30 dolardan fazla değil ve (umarım) kuyu için 50 dolardan fazla değildir. Düşük maliyetler çok iyi olurdu.
2. Çözüm bütünleşmeli bir şekilde Arduino, BeagleBone Black veya benzeri bir düşük maliyetli kontrol cihazı ile (handwave).
3. Sürekli bir okuma istenir, ancak her 15, 30 veya her ne olursa olsun tetikleyen bir şey vardır; dakika kabul edilebilir.
4. Elektronik / elektrik sistemi yok içinde kuyu veya tank.
5. Haznede veya tankta metal yoktur, suya giren boruyu tartmak için kullanılan malzeme hariç.
6. Solüsyon 35 'derin su / 15' su, 300 'derin su / 60 +' su kuyucukları için oldukça iyi çalışmalıdır (punto amaçlanmamıştır).

Şimdiye kadar ele alınan birkaç çözüm arasında, mevcut ön koşucu, 'de açıklandığı gibi bir "fıskiye" dir. Bu makale :

Fıskiye tipi bir seviye sensörü Şekil 3'te gösterilmektedir.   hazne tabanına yakın açık ucu bir temizleme gazı taşır (tipik olarak   hava az olmasına rağmen kuru azot gibi inert bir gaz kullanılabilir.   ile kontaminasyon tehlikesi veya oksidatif reaksiyon   işlem sıvısı) tankın içine. Gaz daldırma borusuna doğru akarken   Çıkışta, tüp içindeki basınç, üstesinden gelinceye kadar yükselir.   çıkışta sıvı seviyesi tarafından üretilen hidrostatik basınç. o   basınç, proses sıvısının yoğunluğunun derinliği ile çarpılarak eşittir.   Daldırma borusunun ucundan yüzeye ve bir   tüpe bağlı basınç dönüştürücü.

Kullanmayı planlıyoruz:

1. Altta kısa bir mesafe asmak için (tankta daha da yakınlaşabiliriz, ancak kuyucuklara daha yakın olabiliriz) ağırlıklandırılmış (ya da daha iyisi, kuyunun borusuna sıkıca bağlanmış) 1/4 "ila 3/8" açık uçlu tüp Birkaç metre içinde olacak şekilde erimeye meyillidirler). Küçük boru, bu yaklaşımın lehine güçlü bir nokta çünkü neredeyse hiçbir şey kuyunun içine girmiyor.
2. Bazı (ucuz) kuyudaki tüpün tüm suyunu üflemek için yeterli (300+ kPa) hava basıncı kaynağı. Sensör platolarındaki değer bir kez kabarcıkları patlattığımız ve basıncı suya çevirebileceğimiz anlamına gelir.
3. En üstte, boruyu aşağıdaki gibi diferansiyel basınç sensörüne bağlarız. Freescale MPX5500DP , yaklaşık olarak çeviren 500 kPa'ya kadar tutabilir. 160 'su. Depodaki gibi daha kısa sütunlar için biraz daha doğru olana (5100 serisi) sahiptir. Değişen atmosferik basınca izin vermek için diferansiyel sensörünü seçtik.
4. Arduino'nun hava pompasını açıp kapama özelliğine karar verilmedi, ancak ne tür / boyutta bir pompa kontrol etmeye çalıştığımızı öğrendiğimizde kolay olacağını düşünüyorum.

Not: okumayı tank sensöründen kolayca kalibre etmemize rağmen, kuyu daha problemli olabilir. Kendi vakamızda, kuyu derinliğini ve su sütunu yüksekliğini doğrudan ölçmek için bir damla çizgisini kullanmanın bir yolu vardır, diğer durumlarda bu zor olabilir.

Sorular

• Temelde kusurlu olan bu yaklaşım hakkında bir şey var mı?
• Sıcaklık değişimleri (öncelikle tankta, kuyuda çok fazla değil) burada herhangi bir fark yaratır mı?
• Farklı çaplarda borular için ihtiyaç duyulan hava hacminden başka, daha büyük veya daha küçük bir tüp kullanıyorsak, bir pompanın belirli bir basıncı elde etmek için daha fazla çalışması gerekir mi?

Soruları cevaplamak için güncelleme:

Kullanıcı null, sistemde gereksiz fazlalık olup olmadığını sordu; tanktaki derinlik yeterli olmaz mı? Pek sayılmaz. Ölçümlerin her biri bize diğerlerinin yapmadığı bazı bilgiler verir. Ölçülenler arasında bir miktar çakışma olsa da, bunu sistemdeki bir akıl sağlığı kontrolü için bir fırsat olarak görüyorum.

Örneğin, kuyucuktan ölçülen akış, kombine ev ve sulama sistemine giden akışlarla oldukça yakın bir korelasyona sahip değilse (tank nedeniyle zaman içinde kaydırılır), o zaman bir şey patladı.

Kuyu akış çizelgesini kuyu suyu derinlik tablosu ile birleştirmek, kuyuların durumu hakkında kritik bilgiler verebilir. şarj oranı . Eğer şarj işlemi düşüyorsa, bazı ciddi bize doğru geliyorsa sorun var.

Son olarak, eğer kuyu suyu derinliklerimiz düşüyorsa ve biz o kadar su kullanmıyoruz o zaman komşularımızdan birinin, tepenin yaklaşık 1/2 mil yukarısındaki 300 dönümlük bağının aşırı pompalandığı söylenebilir. Maalesef, Kaliforniya, yeraltındaki suyun herhangi bir düzenlemesine sahip olmayan tek devlettir, bu yüzden onları durduramayız, sadece bir pop için 17500 dolara 3.500 galon su yüklemeye hazırlanmaya hazırız.

Bir alternatif, dibinde durmak üzere tartılan, zarlı su geçirmez bir kap içine yerleştirilmiş bir barometrik yonga olabilir.

bir Arduino için barometre devresi Adafruit'ten 10 doların altında bir fiyat karşılığında satın alabilirsiniz. Bağımsız yonga için giderseniz, fiyatı daha da düşürebilirsiniz. I2C üzerinden haberleşir, böylece BeagleBone'a da ekleyebilirsiniz. Şu an en kötü baş ağrınız tamamen su geçirmez olan ancak içini basınç değişimlerinden izole etmeyen bir muhafazadır - bir çeşit esnek membran gerekli olacaktır.

Hassasiyet, havadaki (hava basıncı) yaklaşık +/- 0.5m yanlışlıkta bir miktar etkilense de, hava basıncını ölçerek yüzeydeki ikinci bir barometre tarafından etkisiz hale getirilebilir.

Genelde olduğu gibi, cihazın, bilinen iki derinliğe batırarak ve okumaları oradan fazladan bırakarak sabit nokta olarak kaydederek yazılımda ayrı ayrı kalibre edilmesi gerekir.

Açık kanallarda suyun ölçülmesi, suyun korunmasında temel bir unsurdur. Artan su yönetimi tekniklerine olan talebin artmasıyla birlikte, debimetreler gibi düşük maliyetli ve doğru su ölçüm cihazlarına ciddi bir ihtiyaç duyulmaktadır. Sıvı Seviyesi sensörleri.

Parshall kanalının geliştirilmesinden bu yana, yapımını basitleştirmek ve açık kanallardaki su ölçüm cihazlarının doğruluğunu arttırmak için girişimlerde bulunulmuştur.

Dairesel kanat, oluklar boyunca akışı ölçmek için uygun bir aygıttır, çünkü dairesel şekli olukların doğal şekline uyar, bu da oluk çevresinde yanal akış olasılığını azaltır. Cihaz ayrıca kaplı ve çizgisiz kanallarda da başarıyla kullanılmıştır.

Yüksek maliyetler, üreticiler tarafından su ölçüm kanatlarının kullanımını engellemiştir. Ancak, son zamanlarda yetiştiriciler tarafından düşük maliyetle kullanılabilecek pratik bir su ölçüm cihazı tasarlanmıştır: dairesel kanat.

Bu sadece seninle paylaştığım ham bilgim, ayrıca daha fazla çalışabilirsin

Doğruluğuna bağlı olarak ve sürekli Suyun saflığı (özellikle saf veya kirli olması gerekmez, sadece aynı saflık seviyesini koruyun), çok ucuz bir sistem suya maruz kalan iki tel (örneğin, bir yandan soyulmuş yalıtımlı çift tel) olacaktır. Kuyu / kap.

Tek ihtiyacınız olan iki tel arasındaki direnci ölçmek; bir direnç üzerinden sabit voltaj uygulayın, teller arasındaki voltaj düşüşünü ölçün.

Teller arasındaki akımın çeşitli mesafelerde akmasına izin veren su, daldırılmalarına bağlı olarak farklı dirençler oluşturmasını sağlar. Belirli derinlikler için ölçümler yaparak sistemi kalibre edin. Arduino ve BeagleBone'un ikisinde de ADC var ve bileşenler (panolar hariç) 3 doların altında olacak. Bu irade Su direncindeki değişiklik, tel dirençlerin ince okumalarını tamamen engelleyeceğinden, eğer su saflığı değişirse başarısız olunmalıdır.

Bu, buna benzer bir devre ile atlanabilir, ancak telleri yalıtılmış (daldırılmış uçlar dahil; belki de sıcak tutkal? Merdiven Hattı çift ​​telli kablo) - ancak bu durumda biraz daha karmaşık bir devreye ihtiyaç duyarsınız - kapasitör olarak çalışan iki telli bir LC frekans jeneratörü. Su seviyesi, hattın kapasitansını değiştiren dielektrik işlevi görür ve yazılımdaki frekans değişikliklerini ölçmeniz gerekir. Yine de devre kartı 15 dolardan fazla olmamalıdır.

Bence asıl amacınız tanktaki suyun hacmini ölçmektir.

En azından tank için tank tabanına gerginlik ölçeri uygulayabilirsiniz. Tankta daha fazla su olması, daha fazla ağırlık anlamına gelir; bu da, farklı miktarlarda zorlanma anlamına gelir. Kesin ilişki tabana ve göstergeyi nasıl uyguladığınıza bağlıdır.

Bunun avantajı, tankın içine hiçbir şey koymak zorunda olmamanızdır. Dezavantajları, bunun kuyu için işe yaramayacağıdır.