Измерение уровня воды

Arslan
Offline
Зарегистрирован: 08.11.2012

Добрый день. Есть задача измерить уровень воды с помощью Ардуино. Вернее задачи две:

1. измерять уровень воды в скважине - глубина скважины около 14 метров, 7 метров от дна до поверхности воды. Скважина предтставляет из себя пластиковую трубу 130мм диаметра

2. измерять уровень вода в баке. Бак- нержавейка объемом 90 литров(высота 40см). Задача осложняется тем что вода в баке нагревается до температуры кипения.

Хотелось бы получать актуальную информацию о высоте(уровне) воды с точностью до сантиметров (ну или хотя бы 10 см)

Какаи идеи есть какие датчики (связку датчиков) лучше использовать для данных задач. Сам смотрю сейчас в строну ультрозвуковых дальномеров, но толком не разбирался (изучаю пока Ардуино)

Заранее спасибо

Nikelbak
Nikelbak аватар
Offline
Зарегистрирован: 22.03.2011

В вашем случае, чисто технически и чтоб по карману не било - поплавок со штырем, на одном конце механизм контроля (хоть энкодер, хоть переменный резистор) главное связать вертикально поднимающийся штырь с вращающейся частью датчика.

Другого выхода не вижу.

В первом случае, если применять что либо электретное или звуковое или даже световое - будете получать грубые ошибки, из за диаметра отверстия и соответственно проводящий состав воды.

А во втором само сабой температуры, пар и т.д. могут помешать. 

Так что только поплавком мерять.

Arslan
Offline
Зарегистрирован: 08.11.2012

Штырь на глубину 7-10 метров... как то грубовато решение

gena
Offline
Зарегистрирован: 04.11.2012

 Попытаюсь предложить концепцию решения. Соединяете последовательно с шагом 10 см резисторы постоянного сопротивления, номиналом допустим 10 кОм. И так длина такой цепочки 7 метров. Весь этот столб помещаете в трубу. Нижний вывод нижнего резистора соединяете с оголённым проводом (проволкой) диаметром 2...3 мм и эта оголённая проволка возвращается вверх (ну или чуть выше уровня воды, а далее простой изолированной проволкой). Измеряете сопротивление на концах этой конструкции. Если вода будет сколь нибудь заметно закорачивать погружённые в неё резисторы, то по сопротивлению можно судить о уровне воды. Для увеличения чувствительности такого измерителя можно применить резисторы на 50...100 кОм и это сопротивление преобразовать в напряжение с использованием операционного усилителя с входом на полевом транзисторе.

26rus
26rus аватар
Offline
Зарегистрирован: 03.05.2011

gena, я думаю вариант с резисторами не пойдет. Учитывая, что это скважина, то все контакты "заростут" через 2 дня и ничего показывать не будут.

Мне кажется, только поплавки.

Высота водяного столба 7 метров. Обязательно мерять все 7 метров? Я так понял это скважина на даче из которой насос качает воду, а емкость с кипятком - котел в бане? и нужен контроль уровня воды чтобы и насос не сдох и котел на сухую не грелся?

С котлом все понятно - поплавок.

Со скважиной - почему нельзя замерять последний метр воды и сигнализировать (или выключать все), когда ее мало в скважине?

И снова поплавок, как у большинства погружных насосов.

Arslan
Offline
Зарегистрирован: 08.11.2012

Да все верно -скважина на даче, котел в бане. Но хотелось бы получать именно реальную картину, например  сколько воды в скважине осталось, а не факт того что она опустилась ниже какого то порога. Идею с поплавком в общих чертах я примерно понял, хотя еще надо разобраться как считать. Спасибо.

gena
Offline
Зарегистрирован: 04.11.2012

 Совершенно согласен с обрастанием. Но вот подумалось, что если этот резистивный столб поместить в силиконовую трубку внутренним диаметром 3 мм.  "Перпендикулярно" резисторам припять герконы на замыкание. Все оставшиеся свободные выводы герконов соединить вместе и вывести наружу. Т.о. построим вертикальный переменный резистор, где "бегунок" будет коммутироваться герконами поочерёдно. Естественно будут зоны нечувствительности между герконами, но это можно учесть программно. И естественно вокруг вытянутой вертикально силиконовой трубки с начинкой должен свободно перемещаться попловок в виде бублика в постоянным магнитом. Если нижний резистор подключить к 0 Вольт, верхний (тот что на отметке +7 метров) к +5 Вольт, то общую точку герконов можно подать на аналоговый вход. Самое "сложное" в этой конструкции удерживать трубку в центре водоводной трубы.

Snubist
Offline
Зарегистрирован: 18.02.2013

Решений много.если не требуется точност, и нужны только уровни то конкуренции поплавкам тут нет.

Если нужен точный уровень то киповские ультрозвуковые измерители уровня подойдут, вот только цена на них сразу отпугнет. Например для скважены можно поставить БАРС351И, дальность 30М точность 1мм. Вот только сама скважина дешевле встанет.

Snubist
Offline
Зарегистрирован: 18.02.2013

gena пишет:

 Совершенно согласен с обрастанием. Но вот подумалось, что если этот резистивный столб поместить в силиконовую трубку внутренним диаметром 3 мм.  

Делали так же. Вместо силикона простая металическая тонкостенная трубка, внутри герконы, от них выводы наверх, без всяких резисторов. Снаружи трубки одеваля поплавок ввиде бублика, в поплавке стоял магнит от динамика. Все работало. Да и сейчас думаю работает до сих пор.

gena
Offline
Зарегистрирован: 04.11.2012

 А я бы поставил резисторы потому, что это уменьшает количество проводов выводимых из трубки, а следовательно и диаметр самой трубки.

Snubist
Offline
Зарегистрирован: 18.02.2013

Есть еще одна идея. Помоему реализовать не сложно.

Посавить вверху блок(колесико), через него перекинуть трос, на одном конце поплавок, на другом грузик для уравновешивания. Колесо в блоке заклеить так, что бы можно было использовать как энкодер. Ну и соответственно побокам от него поставит свето и фото диоды подключенные к ардуинке. При изменении уровня, поплавок будет измнять высоту, и соответственно под весом грузика колесо будет крутится. Останется только считать информацию с него. И никогда не отключать питание, что бы не терять данные о первоначальном уровне.:) Хотя и это тоже решаемо.

Snubist
Offline
Зарегистрирован: 18.02.2013

 

gena пишет:
А я бы поставил резисторы потому, что это уменьшает количество проводов выводимых из трубки, а следовательно и диаметр самой трубки.

Согласен но мы меряли четыре уровня всего и напрямую управляли релюхами. Так что они только мешались. Главное что в случае металической трубки все работает, и ее не надо удерживать в середине, достаточно закрепить.

gena
Offline
Зарегистрирован: 04.11.2012

   Отдадим это всё на рассмотрение топикстартера.

Nikelbak
Nikelbak аватар
Offline
Зарегистрирован: 22.03.2011

ультразвук не прокатит, - диаметр скважины мал, а глубина большая. Тут только поплавок и штырь (уровень воды не будет варьироватьс более метра) или вот еще идея с тросиком тоже подойдет. В качестве датчика лучше использовать патенциометр многооборотный. механика простая

mod_laba
Offline
Зарегистрирован: 04.04.2013

 Всем привет!!!

по данной задачи можно реализовать следующее:

1) для измерения уровня в скважине можно воспользоваться "электродами" разной длины. Принцип как в пром. реле уровня воды.

2) датчик давления внизу бака. вес воды можно расчитать в зависимости от чувствительности датчика.

Nikelbak
Nikelbak аватар
Offline
Зарегистрирован: 22.03.2011

Для бака датчик давления не пойдет, там при одинаковом уровне воды давление ее будет меняться из за нагрева.

А для скважины - тут топикстартер нужен. Вроде по его условиям нужна точность до 1 см. и того электродов будет много.

mod_laba
Offline
Зарегистрирован: 04.04.2013

по поводу скважины, если нужна такая точность, то твой вариант пододет.

по поводу емкости можно и с датчиком давления, просто делать программно попраочный коэфф. http://www.pomni.info/pomni/student/view/davlenie_plotnost.html.

про датчик давления это реально работает в промышленности (замеряем уровень воды больше около точки кипения)

а если с попловком, то нужно подбирать материалы которые не подвержены высоким температурамю

Nikelbak
Nikelbak аватар
Offline
Зарегистрирован: 22.03.2011

да впринципе тоже вариант если поправки ввести. А какой бы вы посоветовали датчик давления для подобных условий

zhuki
Offline
Зарегистрирован: 12.10.2011

А если на дно скважины бросить датчик давления ,то можно определить столб воды.

Бак с водой можно взвесить. 

mod_laba
Offline
Зарегистрирован: 04.04.2013

датчик нужно врезать в дно бака. Думаю мембранный датчик, аналоговый. проедел нужно высчитывать.

zhuki, можно взять и тензодатчик (весовую ячеку) и высчитать уровень.

RainMan
Offline
Зарегистрирован: 21.06.2011

Nikelbak пишет:

Для бака датчик давления не пойдет, там при одинаковом уровне воды давление ее будет меняться из за нагрева.

А для скважины - тут топикстартер нужен. Вроде по его условиям нужна точность до 1 см. и того электродов будет много.

А вас не затруднит обьяснить почему от изменения температуры будет меняться давление водяного столба на датчик? Ведь вес воды не меняется, или это проблема ухода показаний датчика?

Nikelbak
Nikelbak аватар
Offline
Зарегистрирован: 22.03.2011

RainMan, если взять доступный по цене датчик впределах 3000р то у него (у самого лучшего) предел верхних температур около 60 грудсов. Само сабой в баке будет температура повыше - а значит и погрешности показаний будут явными и не предсказуемыми. 

А вообще если бак считать открытой системой то от температуры давление водяного столба будет крайне не значительным. Но если бак закрытый либо отверстие очень маленькое то давление будет подниматься очень большое. Т.к. образовавшийся пар будет давить на поверхность воды а значит и на датчик. Тут вспомним опыт физики про вытеснение воды при нагревании - возьмите стеклянный сосуд с плотной крышкой и вставьте в крышку трубку так чтобы ее конец был ниже уровня воды, затем нагрейте жидкость. вода потечет по трубке вверх. 

Причем что еще интересно - с уменьшением кол-ва воды в баке (в закрытом или с малым отверстием) давление будет расти.

Другое дело взвесить сам бак с водой и соответственно вычеслить кол-во воды. Но это как мне кажется все же сложнее. Нужно учесть конструктивные особенности.

Snubist
Offline
Зарегистрирован: 18.02.2013

Раз бак в бане, то он врядли закрытый, а в случае открытого можно использовать поплавок с переменным резистором, примерно как показано в 13 сообщении. Небольшие размеры бака в отличии от скважины позволяют это сделать. Это самый дешовый способ.

Nikelbak
Nikelbak аватар
Offline
Зарегистрирован: 22.03.2011

ну мне доводилось видеть баки в банях где отверстие было сделано размером под шланг, еще и с крышкой на петле, свистело как в чайнике. Что то автор топика молчит...

Arslan
Offline
Зарегистрирован: 08.11.2012

Автор топика обдумывает предолжения. И если честно форум вроде посвязен arduino,а большая часть решений предлагает из разряда механики. Я расчитывал на более ... автоматизированные решения что ли, где минимум механики, зависимости от окисления и т.д. Грубо говоря купить или собрать не дорогой датчик(пару датчиков) и его применять.  Кроме того задача ставилась - мерять именно акутальный уровень(объем), а не факт ниже метки или выше метки.

Заинтресовало предложение с датчиком давления, но как тут было замечено вопрос в том как они себя поведут в кипящей воде. Может кто-то конкретную модель может порекомендовать. К вопросу о баке, то да у бака есть отверствие - горловина типа выреза 15 на 20 см., которую можно не закрывать ни когда. Через нее же планирую завести датчик температуры (не хочу дырявить бак отдельно). Нашел статью где автор большие емкости (8-10т)  мониторит ультразвуковым датчиком (http://habrahabr.ru/post/156261/), причем датчик он тоже использует в трубе.

Огромное спасибо всем откликнувшимся и тем кто еще откликнется. 

Andrey_Y_Ostanovsky
Offline
Зарегистрирован: 03.12.2012

Arslan пишет:

Заинтресовало предложение с датчиком давления, но как тут было замечено вопрос в том как они себя поведут в кипящей воде. Может кто-то конкретную модель может порекомендовать.

В стиральных машинах, насколько я помню, стоят пьезометрические датчики уровня: трубка, опущенная в жидкость, а сам датчик находится всегда выше уровня воды.

mod_laba
Offline
Зарегистрирован: 04.04.2013

Arslan, можно более точно описать требования, по скажине понятно, а вот бак?

Просто решений уйма, только реализация много от чего заисит.

А без механики иногда, и ни туда, и ни сюда.

mod_laba
Offline
Зарегистрирован: 04.04.2013

измерители уровня http://www.siberian.ru/katalog/fineautomation/

выбирай себе любой

souchkov
Offline
Зарегистрирован: 04.02.2013

http://www.bdsensors.ru/products/pressure.php

Вот еще... только цена, тайна за семью печатями, по всему инету ни одной цифры, договорная или заказывайте.... может кто то подскажет недорогой датчик уровня? что бы стоил не 5 тыщ и не 20... принцип действия любой... точность 5% достаточно... нужно мерять уровень в баке, примерно 1 кубометр... высота бака будет от 1м до 2м.

Andrey_Y_Ostanovsky
Offline
Зарегистрирован: 03.12.2012

http://www.ebay.com/itm/SXY2200-Universal-Board-w-Water-Liquid-Level-Sen...

В районе 1000 рублей с платой электроники. Есть без платы - рублей за 250...

http://www.ebay.com/itm/Water-Liquid-Level-Sensor-for-Little-Swan-Washin...

rammires
Offline
Зарегистрирован: 04.04.2013

По поводу бака... Где то видел измеритель уровня на ардуиновском датчиае HC-SR40.... Там точность до см...

А, вот, вспомнил: http://datagor.ru/microcontrollers/2313-urovnemer.html

souchkov
Offline
Зарегистрирован: 04.02.2013

на ebay за тыщу это похоже на реле уровня... т.е. 3 состояния, пустой. полупустой и полный... поправьте если не прав...

насчет этого датчика уже эксперементировал... но нет уверенности, что за год или 2 в баке он не сгниет... искал более промышленное решение..

 

mod_laba
Offline
Зарегистрирован: 04.04.2013

Есть вопрос к автору темы.

Для чего такая точность измерения?

Данные нужны для дальнещей обработки или это чисто выпендрежный момент?

Arslan
Offline
Зарегистрирован: 08.11.2012

mod_laba пишет:

Есть вопрос к автору темы.

Для чего такая точность измерения?

Данные нужны для дальнещей обработки или это чисто выпендрежный момент?

Ну мой взгляд указанная точно как раз допускает некоторую погрешность. ДЛя скважины данные для дальнейшего анализа, а для бака - тут дейсвительно скорее "выпендрежный", планируется делать визуализацию разных датчиков по бане (температура, влажность и т.д.) почему бы и уровень воды в баке не сделать, тем более если для скважины решается похожая задача. 

Arslan
Offline
Зарегистрирован: 08.11.2012

mod_laba пишет:

Arslan, можно более точно описать требования, по скажине понятно, а вот бак?

Просто решений уйма, только реализация много от чего заисит.

А без механики иногда, и ни туда, и ни сюда.

А какие "более точно описание требований", не указаны только размеры.... С собой просто нет, но если важно обязательно замерю. ... Прямоугольный бак из нержавейки. Снизу три отверстия - одна заглушка и две трубки в теплообменик. С верху горловина 20 -15, бак стоит на высоте 150 см на деревянном подиуме. Готов ответить на все вопросы.  

Nikelbak
Nikelbak аватар
Offline
Зарегистрирован: 22.03.2011

А какой бюджет готовы вложить в реализацию. Это чтобы предложить вам вариант можно было.

Nikelbak
Nikelbak аватар
Offline
Зарегистрирован: 22.03.2011

кароче есть еще такой высокотехновыпендрежный вариант для скважины. берете два барометрических датчика давления http://www.platan.ru/cgi-bin/qwery.pl/id=713614308&group=32401. Берет Трубку в которую влезет этот датчик и длинной до нижнего уровня воды. С верхнего конца вставляете в трубку один датчик, и герметизируете конц трубки, чтоб воздух не пропускало и давление держало. Другим концом опускаете в скважину. В этой трубке в зависимости от уровня воды будет меняться давление. Точность будет очень высокая. Но нужно ввести поправки на атмосферное давление, для этого применяем второй датчик, показания которого вычетаем из показаний первого. И того вы обойдетесь максимум в 4 000 р, и прослужит сей девайс максимум год.

Это со слов чувака который уже подобное попробовал и мне бесплатно поведал. 

Arslan
Offline
Зарегистрирован: 08.11.2012

rammires пишет:

По поводу бака... Где то видел измеритель уровня на ардуиновском датчиае HC-SR40.... Там точность до см...

А, вот, вспомнил: http://datagor.ru/microcontrollers/2313-urovnemer.html

огромное спасибо за ссылку. Хорошая статья и как и в статье, которую я приводил решается с помощью ультразвуковго дальномера который стоит недорого и отлично прикручивается к Arduino. 

AlexFisher
AlexFisher аватар
Offline
Зарегистрирован: 20.12.2011

Я бы не стал ставить в такой узкой трубе ультразвук - много боковых отражений...

Способ с давлением уже описан (хотел его предложить) В баке тоже можно мерять давление на нижнем уровне - сообщающиеся сосуды позволят уменьшить температуру до приемлемой для датчика.

Для скважины можно применить емкостной метод - опускается 2 параллельных изолированных провода (соответственно не будет никакой коррозии и электрического контакта с водой) и измеряется емкость между проводами. Емкость получается достаточно высокой - можно измерять любым способом, например, задержкой импульса RC-цепью, где R - известен.

Andrey_Y_Ostanovsky
Offline
Зарегистрирован: 03.12.2012

AlexFisher пишет:

Для скважины можно применить емкостной метод - опускается 2 параллельных изолированных провода (соответственно не будет никакой коррозии и электрического контакта с водой) и измеряется емкость между проводами. Емкость получается достаточно высокой - можно измерять любым способом, например, задержкой импульса RC-цепью, где R - известен.

Емкостные электроды - тоже зарастают... У нас на работе на оборотной воде стояли электроды с фторопластовым покрытием - и то их КИП-овцы периодически чистили...

Клапауций
Offline
Зарегистрирован: 10.02.2013

Arslan пишет:

Автор топика обдумывает предолжения. И если честно форум вроде посвязен arduino,а большая часть решений предлагает из разряда механики.

Ну, да - Ардуино посвящён, но промышленный датчик уровня воды каким боком к Ардуино относится?

зы

Поплавковый датчик самый оптимальный и надёжный вариант - меряйте себе длину капронового шнурка хоть Ардуино, хоть руками.

souchkov
Offline
Зарегистрирован: 04.02.2013

заказал себе вот такой датчик, как для трубы не знаю, а для бака самое то..класс защиты IP67, если  бы еще не по ком порту получать данные.. а по rs-485, вообще была бы сказка...

http://www.dfrobot.com/index.php?route=product/product&path=36_55&produc...

вот еще один вариант, более узкая диаграмма направленности.

http://www.dfrobot.com/index.php?route=product/product&path=36_55&produc...

 

Serg010
Offline
Зарегистрирован: 19.04.2013

Andrey_Y_Ostan правильно сказал: как в стиральной машине - трубка и пневматический датчик.

Тима
Тима аватар
Offline
Зарегистрирован: 11.04.2013

Есть погружные датчики уровня жидкости, но они очень дорогие.

Можно использовать датчик давления и пересчитать показания на уровень водяного столба. А датчик установить примерно так:

SU-27-16
SU-27-16 аватар
Offline
Зарегистрирован: 13.08.2012

Про бак...

SU-27-16
SU-27-16 аватар
Offline
Зарегистрирован: 13.08.2012

Измерительная трубка - немагнитная, ПВХ. В ней поплавок с магнитом, вдоль трубки - герконы, сколько нужно.

Хватит 2 - ВКЛ.НАСОС и ВЫКЛ.НАСОС.

SU-27-16
SU-27-16 аватар
Offline
Зарегистрирован: 13.08.2012

Ещё можно установить бак на три точки опоры.. Две - статические, третья - датчик давления.. С него и снимать данные о весе, т.е. объёме воды в баке..

Puhlyaviy
Puhlyaviy аватар
Offline
Зарегистрирован: 22.05.2013

а может просто взять лазерный дальномер? и не морочиться?  вот для примера проект

http://porcupineelectronics.com/Laserbotics.html

погрешность 2-3 мм... дальность 50 метров.. хоть скважину, хоть кастрюлю измеряйте... 

правда тут 2 варианта
1. не каждый дальномер меряет до зеркала воды. некоторые уходят в глубь до метра... но тут опытным путем можно настроить погрешность..

2. можно повесить поплавок и сфокусировать дальномер на нем...

Geronimo
Offline
Зарегистрирован: 06.05.2013

как вариант:

1- механизм на подобии рулетки, сматывает в себя болтающийся шнур

2- колесо с энкодером,

3 - поплавок

Puhlyaviy
Puhlyaviy аватар
Offline
Зарегистрирован: 22.05.2013

[quote=Geronimo]

как вариант:

1- механизм на подобии рулетки, сматывает в себя болтающийся шнур

2- колесо с энкодером,

3 - поплавок

/quote]

там выше уже был такой вариант, и дырки в колесе даже предлагали считать...

но тут много нюансов. поплавок должен быть достаточно тяжелем что бы разматывать шнур и в то же время достаточно легким что бы пружина на барабане могла выбрать слабину... имхо, но настраивать забадаешся.. к тому же шнур может и запутатся и перетерется..

лазер как то понадежней будетда и звучит круче.. типа воду лазером меряю.. даеш, лазерные технологии на каждом огороде! :)

Geronimo
Offline
Зарегистрирован: 06.05.2013

Цитата:

достаточно легким что бы пружина на барабане могла выбрать слабину.

поплавок должен быть как можно тяжелее,  чтобы пересилить пружину.

а вот шнур должен быть как можно легче, что бы пружина могла его всасывать, но при этом не дергала поплавок.

перетереться - все может сломаться, даже лазер)

лазер могут скомуниздить, в отличие от веревки с пружиной, он дороже.

 запутаться?

сомневаюсь, шнур все время натянут.

ослабнуть может когда наливается куча воды, и пружина не успевает всасывать излишки.