Detecção do nível de água, onde a água é um pouco poluída e possui sais dissolvidos significativos

Encontrei este excelente QnA aqui, que oferece várias opções para medir ou detectar o nível da água. Para o meu caso, basta diferenciar 4 níveis de água (muito baixo, baixo, médio, cheio) do tanque.

Eu preciso fazer o mesmo, mas no meu caso, estou tendo que lidar com uma preocupação, de que essa não é exatamente uma água potável limpa. A água, que é bombeada para fora de um poço profundo, parece estar um pouco poluída com lodo (do tipo enferrujado, marrom escuro / enegrecido) e muitos sais dissolvidos. Enquanto o lodo é filtrado por um pré-filtro de sedimento à base de feltro / microfibra de 5 mícrons, na seção pós-bomba, ele está presente no reservatório no nível do solo. O sal também é uma grande preocupação, porque mancha (depósitos de sal) metal, plástico e praticamente qualquer superfície. Qualquer peça de metal / plástico deixada submersa por tempo suficiente, recebe um depósito bastante significativo de sal, que precisa ser descartado (com dificuldade).

Dadas essas características do ambiente operacional, fiquei imaginando quais dos métodos a seguir (todos do QnA anterior citados acima) para detectar o nível da água podem funcionar de maneira mais confiável e com manutenção mínima necessária ao longo do tempo.

1. Transdutor de pressão diferencial na parte inferior do tanque. Qual é a chance de a superfície sensível ou suas bordas ficarem sufocadas com o depósito de sal / silte e parar de funcionar em alguns meses. O próprio depósito de sal / lodo pode introduzir erros na leitura da pressão ao longo do tempo.

2. Interruptor de bóia - Como isso tem peças móveis, eu me pergunto se elas podem ser imobilizadas (perda de mobilidade da bóia) pelo depósito de sal / lodo?

3. Sensoriamento capacitivo - Isso não é explicado em detalhes no QnA citado, mas li em outro lugar que depende de um coeficiente dielétrico médio da água, em que duas sondas isoladas são colocadas ao longo da profundidade do tanque / poço, em proximidade. A capacitância disso varia com o nível da água, que é medido. O mecanismo exato não está claro. Aparentemente, aparentemente, a corrente CA de baixa tensão é aparentemente usada para isso, mas, novamente, como parte não está clara. Além disso, quais os papéis que os depósitos de sal / lodo podem desempenhar na mudança de capacitância ao longo do tempo, não estão claros para mim.

4. Teste de condutividade em vários níveis - Os eletrodos são colocados em vários níveis, que devem operar como circuitos fechados quando a água atinge o circuito específico colocado em determinados níveis. A corrente elétrica (digamos algo como 24VCC) é passada pelos circuitos, periodicamente, por um curto período para determinar quais todos os circuitos estão fechados e inferir o nível de água a partir dessas informações. Agora, novamente, o sal / lodo altera a condutividade? E eles podem corroer os eletrodos? Posso usar eletrodo de alumínio ou cobre?

5. Sensor de proximidade ultrassônico - Coloque esse sensor com a face para baixo, ou seja, olhando diretamente para o fundo do tanque e use o mecanismo padrão de sensor de proximidade para detectar os níveis de água. Para mim, isso parece muito promissor, já que o sensor raramente (se é que alguma vez está) em contato com a água. Além disso, sua instalação deve ser mais fácil. De tudo isso, porém, essa é provavelmente a abordagem mais cara e possivelmente menos robusta (ou seja, pode não funcionar bem sob a extrema variação de umidade e temperatura de um tanque de água fechado / poço).

Dado os parâmetros de trabalho, a solução Ultrasonic Ranging indica a melhor opção sem manutenção. Dependendo do MTTF desejado, também não precisa ser uma solução cara.

A abordagem do orçamento envolve módulos como este:

_{( Do eBay, por menos de US $ 2 )}

Em vez de implantar o módulo como está, ele pode ser envasado usando compostos de envase de epóxi , cobrindo tudo, exceto a parte superior do transmissor e receptor de ultrassom e os pinos do conector. Melhor ainda, é possível conectar um cabo à prova de intempéries e a junção também em vaso. Isso promete uma longevidade razoável.

Com um orçamento maior, podem ser encontrados outros módulos de alcance ultrassônico, com classificação IP67, projetados desde o início para ambientes extremos.

Existem vários esquemas eficazes que você pode tentar detectar o nível da água no tanque. Aqui estão dois esquemas com os quais trabalhei no passado. Observe que estas são idéias tecnológicas interessantes para trabalhar e requerem algum trabalho de design, mas podem ser um projeto divertido para se trabalhar.

1) Um conjunto que possui vários termistores montados é pendurado no tanque. Os termistores são conectados a algumas fontes de corrente que fazem com que cada termistor se aqueça uma certa quantidade. Os termistores estão localizados ao longo da montagem em vários níveis. Quando o nível da água sobe e cobre um termistor, ele resfria o componente, alterando a resistência. Um circuito sensor que mede a queda de tensão em cada termistor pode determinar se um componente específico está coberto por água ou não.

2) Você pode colocar hastes de plástico que grudam no tanque em diferentes profundidades. Cada haste de plástico é cortada em um ângulo de 45 graus de cada lado e depois polida para um acabamento muito suave. Um feixe de luz brilha na haste a partir do topo (pode ser um LED visível ou infravermelho, dependendo do que for adequado para os materiais que você está usando) e normalmente reflete nos dois chanfros na extremidade da haste e é refletido de volta para a parte superior da haste, onde um fotodíodo ou fotistor transistor é usado para detectar a luz refletida. Quando a água no tanque sobe e cobre a extremidade chanfrada da haste, ela altera o índice de refração no final da haste e a luz descendo não reflete mais completamente o detector. A variedade de varas pode indicar onde está o nível da água. A imagem abaixo mostra o conceito envolvido. Seria divertido experimentar esse conceito usando um módulo de ponteiro laser barato como fonte de luz. (Quando eu trabalhei com esse conceito anos atrás, não havia ponteiros a laser !!)

Você menciona um interruptor de bóia e se preocupa com os componentes mecânicos sendo bloqueados. No entanto, você pode criar um interruptor de bóia em que todos os componentes críticos estejam acima da água, no estilo de um enchimento de tanque clássico: coloque a bóia na extremidade de uma haste longa que possa girar e codifique o ângulo no pivô (usando um codificador rotativo absoluto ou um potenciômetro) para determinar o nível da água. O pivô não precisa estar perto da água. A menos que a haste seja particularmente pesada, você pode até usar uma bola de bóia sanitária padrão.

Como você diz que precisa apenas de 4 níveis de água, não precisa de linearidade de saída, mas apenas de 4 valores limite, e o braço flutuador e o pivô podem ser modelados e posicionados onde for conveniente - desde que o braço esteja livre para percorrer uma faixa suficiente dentro seu contêiner. Se o contêiner for alto e estreito, por exemplo, talvez seja necessário um flutuador em movimento linear, o que é mais difícil de ser robusto contra o atrito e de ser medido.

Vantagem: Seus contaminantes podem alterar a calibração levemente enquanto aderem ao flutuador, mas não desativam o mecanismo até que ele pare de flutuar completamente.

Desvantagem: O custo de componentes mecânicos robustos personalizados pode exceder um sensor sofisticado.

(Isso veio à minha mente quando li sua pergunta porque uma fonte / piscina decorativa em minha cidade natal usava exatamente esse interruptor de bóia.)

Se você usar um sensor de pressão diferencial, poderá criar uma solução que seja muito robusta porque não possui partes móveis, não é afetada pela temperatura / umidade, a limpeza da água é irrelevante (tanto no que diz respeito aos sais e à transparência), quanto à ausência de sensores elétricos estão em contato com o fluido (por isso, se você deseja medir o nível em um tanque de ácido, não há problema).

Alguns anos atrás (hm, desenterrar as notas revela 2008) planejei um sistema para meus pais monitorarem o nível da água em um poço de água a 100-150m da casa deles. O seguinte é da descrição do projeto:

Minha sugestão é usar um sensor diferencial de pressão de ar montado em um tubo selado em uma extremidade e cheio de ar, parcialmente abaixado na água para medir o nível da água.

Suponha inicialmente que a pressão do ar seja 1.0ATM. Então a pressão na água a 1m abaixo da superfície será 1.1ATM. Ao abaixar um tubo cheio de ar e selado no topo a 1m na água, a pressão da água no fundo do tubo comprime o ar dentro do tubo para 1,1ATM.

Ao montar o tubo em uma posição fixa, diferentes níveis de água geram pressões diferentes dentro do tubo. Como o sensor é diferenciado, variações na pressão do ar não afetarão o sensor. Não tenho preferência específica sobre qual sensor usar, mas o sensor MPX2050DP parece ser utilizável.

A única coisa que poderia enfraquecer a robustez dessa solução seria se o fluido contivesse objetos grandes que poderiam bloquear e selar a abertura inferior do tubo, no entanto, como a pressão é independente do volume, você pode usar o tubo mais largo que desejar. quer.

A maior parte do custo para isso será o sensor (os preços desses sensores parecem estar na faixa de 10 a 20 euros). Para todo o resto, você pode usar o tubo de plástico / metal que tiver por aí, um pouco de corda e um palito, se quiser reduzir os custos.

Use uma pequena fonte de ar na parte superior e passe o tubo até o fundo, para que o ar borbulhe suavemente para fora do tubo. Com o transdutor de pressão na parte superior, observando a pressão no tubo, você pode calcular a altura da água acima da parte inferior do tubo.

Muita pressão e o tubo está bloqueado.

Pouca pressão e algo está errado com sua fonte de ar ou tubo. Portanto, seria muito confiável e difícil de quebrar / bloquear. Você mencionou lodo e outras coisas, isso significa que pode não ser apenas água lá?

No entanto, qualquer coisa que dependa da pressão pode não ser precisa devido a densidades variadas, no entanto, acho que se você acoplar essa técnica de borbulhador e talvez um detector de superfície ultrassônico, você também poderá fornecer um percentual de contaminação da água também, particularmente coisas como óleo flutuando no topo.