Wasserstandserkennung, bei der das Wasser etwas verschmutzt ist und erhebliche gelöste Salze aufweist

Wir haben hier diese hervorragende QnA gefunden, die verschiedene Optionen zur Messung oder Erfassung des Wasserstandes bietet. Für meinen Fall reicht es aus, 4 Wasserstände (sehr niedrig, niedrig, mittel, voll) des Tanks zu unterscheiden.

Ich muss das Gleiche tun, aber in meinem Fall muss ich mir Sorgen machen, dass dies nicht gerade sauberes Trinkwasser ist. Das Wasser, das aus einem tiefen Rohrbrunnen abgepumpt wird, scheint etwas mit Schlick (den rostigen dunkelbraunen / schwärzlichen Arten) und vielen gelösten Salzen verschmutzt zu sein. Während der Schlick mit einem Sedimentvorfilter auf Filz- / Mikrofaserbasis von 5 Mikron gefiltert wird, befindet er sich im Nachpumpenabschnitt im bodennahen Sumpf. Das Salz ist auch ein großes Problem, da es Metall, Kunststoff und so ziemlich jede Oberfläche befleckt (Salzablagerungen). Jedes Metall / Kunststoff-Teil, das lange genug eingetaucht bleibt, erhält eine ziemlich bedeutende Salzablagerung, die (mit Schwierigkeiten) abgekratzt werden muss.

Angesichts dieser Betriebsumgebungsmerkmale habe ich mich gefragt, welche der folgenden Methoden (alle aus der oben genannten vorherigen QnA) zur Erfassung des Wasserstandes voraussichtlich am zuverlässigsten und mit minimalem Wartungsaufwand im Laufe der Zeit funktionieren.

1. Differenzdruckmessumformer am Boden des Tanks. Wie groß ist die Wahrscheinlichkeit, dass die Sensoroberfläche oder ihre Kanten durch die Salz- / Schlickablagerung verstopft werden und in einigen Monaten nicht mehr funktionieren? Die Salz- / Schlickablagerung selbst kann im Laufe der Zeit zu Fehlern bei der Druckmessung führen.

2. Schwimmerschalter - Da es sich um bewegliche Teile handelt, frage ich mich, ob sie durch die Salz- / Schlickablagerung unbeweglich gemacht werden können (Beweglichkeit des Schwimmers verlieren).

3. Kapazitive Erfassung - Dies wird in der zitierten QnA nicht ausführlich erläutert, aber ich habe an anderer Stelle gelesen, dass es von einem durchschnittlichen dielektrischen Koeffizienten von Wasser abhängt, bei dem 2 isolierte Sonden entlang der Tiefe des Tanks / Sumpfes in angemessener Weise angeordnet sind Nähe. Die Kapazität variiert mit dem gemessenen Wasserstand. Der genaue Mechanismus ist nicht klar. Anscheinend wird auch hier offenbar Niederspannungs-Wechselstrom verwendet, aber auch hier ist nicht klar, wie ein Teil davon ist. Welche Rolle die Salz- / Schlickablagerungen bei der Änderung der Kapazität im Laufe der Zeit spielen können, ist mir nicht klar.

4. Leitfähigkeitstest auf mehreren Ebenen - Elektroden werden auf verschiedenen Ebenen platziert, die als geschlossene Kreisläufe arbeiten sollen, wenn Wasser den bestimmten Kreislauf auf bestimmten Ebenen erreicht. Elektrischer Strom (etwa 24 VDC) wird regelmäßig für kurze Zeit durch die Stromkreise geleitet, um festzustellen, welche Stromkreise geschlossen sind, und um aus diesen Informationen den Wasserstand abzuleiten. Verändert Salz / Schlick nun wieder die Leitfähigkeit? Und können sie die Elektroden angreifen? Kann ich eine Aluminium- oder Kupferelektrode verwenden?

5. Ultraschall, Näherungserkennung - Platzieren Sie einen solchen Sensor verdeckt, dh schauen Sie direkt auf den Boden des Tanks, und verwenden Sie den Standard-Näherungssensor, um den Wasserstand zu erfassen. Dies scheint mir am vielversprechendsten zu sein, da der Sensor selten (wenn überhaupt) mit Wasser in Kontakt kommt. Außerdem sollte die Installation am einfachsten sein. Von all diesen ist dies jedoch wahrscheinlich der teuerste Ansatz und möglicherweise weniger robust (dh unter den extremen Feuchtigkeits- und Temperaturschwankungen eines geschlossenen Wassertanks / Sumpfes möglicherweise nicht gut).

In Anbetracht der Arbeitsparameter zeigt die Ultraschall-Entfernungslösung die beste wartungsfreie Option an. Abhängig von der gewünschten MTTF muss es auch keine teure Lösung sein.

Der Budgetansatz umfasst Module wie dieses:

_{( Von eBay für unter 2 US-Dollar )}

Anstatt das Modul unverändert einzusetzen, kann das Modul mit Epoxy-Vergussmassen vergossen werden , die alles außer den Oberseiten des Ultraschallsenders und -empfängers und den Anschlussstiften abdecken. Besser noch, geeignete wetterfeste Kabel können angeschlossen und die Verbindungsstelle ebenfalls vergossen werden. Dies verspricht eine angemessene Langlebigkeit.

Mit einem größeren Budget können andere Ultraschall-Entfernungsmessmodule mit der Schutzart IP67 gefunden werden, die von Grund auf für extreme Umgebungen entwickelt wurden.

Es gibt mehrere effektive Schemata, mit denen Sie versuchen können, den Wasserstand im Tank zu erfassen. Hier sind zwei Schemata, mit denen ich in der Vergangenheit gearbeitet habe. Beachten Sie, dass dies interessante Technologieideen sind, mit denen Sie arbeiten können und die einige Designarbeiten erfordern, die jedoch ein unterhaltsames Projekt sein können.

1) Eine Baugruppe mit mehreren Thermistoren ist im Tank aufgehängt. Die Thermistoren sind an einige Stromquellen angeschlossen, die bewirken, dass sich jeder Thermistor um eine bestimmte Menge selbst erwärmt. Die Thermistoren befinden sich entlang der Baugruppe auf verschiedenen Ebenen. Wenn der Wasserstand steigt und einen Thermistor bedeckt, kühlt er die Komponente und ändert den Widerstand. Eine Erfassungsschaltung, die den Spannungsabfall an jedem Thermistor misst, kann bestimmen, ob eine bestimmte Komponente mit Wasser bedeckt ist oder nicht.

2) Sie können Kunststoffstangen platzieren, die in unterschiedlichen Tiefen in den Tank ragen. Bei jedem Kunststoffstab wird das Ende von jeder Seite in einem Winkel von 45 Grad abgeschnitten und dann zu einem sehr glatten Finish poliert. Ein Lichtstrahl scheint von oben in den Stab (kann eine sichtbare oder infrarote LED sein, je nachdem, was für die von Ihnen verwendeten Materialien geeignet ist) und wird normalerweise von den beiden Abschrägungen am Ende des Stabes reflektiert und zurück reflektiert die Oberseite des Stabes, wo eine Fotodiode oder ein Fototransistor verwendet wird, um das reflektierte Licht zu erfassen. Wenn das Wasser im Tank aufsteigt und das abgeschrägte Ende des Stabes bedeckt, ändert sich der Brechungsindex am Ende des Stabes und das herunterfallende Licht wird nicht mehr vollständig zum Detektor zurückreflektiert. Das Sortiment an Stangen kann Ihnen sagen, wo der Wasserstand ist. Das Bild unten zeigt das Konzept. Es würde Spaß machen, mit diesem Konzept unter Verwendung eines billigen Laserpointermoduls als Lichtquelle zu experimentieren. (Als ich vor Jahren mit diesem Konzept gearbeitet habe, gab es keine Laserpointer !!)

Sie erwähnen einen Schwimmerschalter und befürchten, dass sich mechanische Komponenten verklemmen. Sie könnten jedoch einen Schwimmerschalter bauen, bei dem sich alle kritischen Komponenten über Wasser befinden, im Stil eines klassischen Toilettentankfüllers: Platzieren Sie den Schwimmer am Ende einer langen Stange, die sich drehen kann, und codieren Sie den Winkel am Drehpunkt (mit einem Absolutwertgeber oder einem Potentiometer) zur Bestimmung des Wasserstandes. Der Drehpunkt muss sich nicht in der Nähe des Wassers befinden. Wenn die Stange nicht besonders schwer ist, können Sie sie sogar verwenden eine Standard - WC - Schwimmerkugel.

Da Sie sagen, dass Sie nur 4 Wasserstände benötigen, benötigen Sie keine Ausgangslinearität, sondern nur 4 Schwellenwerte, und der Schwimmerarm und der Drehpunkt können geformt und platziert werden, wo immer dies zweckmäßig ist - solange der Arm frei ist, um einen ausreichenden Bereich im Inneren zu bewegen Ihr Container. Wenn der Behälter beispielsweise hoch und schmal ist, benötigen Sie möglicherweise stattdessen einen sich linear bewegenden Schwimmer, der schwieriger gegen Reibung zu machen und zu messen ist.

Vorteil: Ihre Verunreinigungen können die Kalibrierung geringfügig ändern, wenn sie am Schwimmer haften bleiben. Deaktivieren Sie den Mechanismus jedoch erst, wenn sie den Schwimmer vollständig stoppen.

Nachteil: Die Kosten für robuste, speziell angefertigte mechanische Komponenten können einen ausgefallenen Sensor durchaus übersteigen.

(Dies kam mir in den Sinn, als ich Ihre Frage las, weil ein dekorativer Brunnen / Pool in meiner Heimatstadt genau einen solchen Schwimmerschalter verwendete.)

Wenn Sie einen Differenzdrucksensor verwenden, können Sie eine Lösung entwickeln, die sehr robust ist, da sie keine beweglichen Teile enthält, nicht durch Temperatur / Luftfeuchtigkeit beeinträchtigt wird, die Wasserreinheit keine Rolle spielt (sowohl hinsichtlich Salz als auch Transparenz) und keine elektrischen Sensoren enthält in Kontakt mit der Flüssigkeit sind (wenn Sie also den Füllstand in einem Säuretank messen möchten, kein Problem).

Vor einigen Jahren (hm, das Ausgraben der Notizen zeigt 2008) plante ich ein System für meine Eltern, um den Wasserstand in einem Brunnen 100-150 m von ihrem Haus entfernt zu überwachen. Folgendes stammt aus der Beschreibung des Projekts:

Mein Vorschlag ist, einen Differenzluftdrucksensor zu verwenden, der in einem an einem Ende abgedichteten und mit Luft gefüllten Rohr montiert ist, das teilweise ins Wasser abgesenkt ist, um den Wasserstand zu messen.

Nehmen Sie zunächst an, dass der Luftdruck 1,0 ATM beträgt. Dann beträgt der Druck im Wasser 1 m unter der Oberfläche 1,1 ATM. Durch Absenken eines mit Luft gefüllten und oben 1 m im Wasser versiegelten Rohrs komprimiert der Wasserdruck am Boden des Rohrs die Luft im Rohr auf 1,1 ATM.

Durch die Montage des Rohrs an einer festen Position führen unterschiedliche Wasserstände zu unterschiedlichen Drücken im Rohr. Da es sich bei dem Sensor um einen unterschiedlichen Luftdruck handelt, wirkt sich dies nicht auf den Sensor aus. Ich habe keine besondere Präferenz für den zu verwendenden Sensor, aber der MPX2050DP- Sensor scheint verwendbar zu sein.

Das einzige, was die Robustheit dieser Lösung schwächen könnte, wäre, wenn die Flüssigkeit große Gegenstände enthält, die möglicherweise die untere Öffnung des Rohrs blockieren und verschließen könnten. Da der Druck jedoch unabhängig vom Volumen ist, können Sie ein so breites Rohr wie Sie verwenden möchte.

Der Großteil der Kosten hierfür wird der Sensor sein (die Preise für solche Sensoren scheinen im Bereich von 10 bis 20 EUR zu liegen). Für den Rest können Sie jedes Plastik- / Metallrohr verwenden, das Sie herumliegen, ein Seil und einen Stock, wenn Sie die Kosten senken möchten.

Verwenden Sie oben eine kleine Luftquelle und führen Sie das Rohr nach unten, damit die Luft sanft aus dem Rohr sprudelt. Mit Ihrem Druckmessumformer oben, der den Druck im Rohr betrachtet, können Sie die Höhe des Wassers über dem Rohrboden berechnen.

Zu viel Druck und das Rohr ist verstopft.

Zu wenig Druck und etwas stimmt nicht mit Ihrer Luftquelle oder Ihrem Rohr. Es wäre also sehr zuverlässig und schwierig zu brechen / blockieren. Sie haben Schlick und so erwähnt. Bedeutet das, dass dort nicht nur Wasser ist?

Wenn also etwas, das auf Druck beruht, aufgrund unterschiedlicher Dichten möglicherweise nicht genau ist, habe ich jedoch den Gedanken, dass Sie, wenn Sie diese Bubbler-Technik und möglicherweise einen Ultraschall-Oberflächendetektor koppeln, tatsächlich auch eine prozentuale Kontaminationszahl für das Wasser angeben könnten, insbesondere Sachen wie Öl, das oben schwimmt.