Господа Учёные,

Я тут проектирую девайс по измерению уровня воды в ёмкости, в основе которго лежит закон гидродинамики.

Суть его такова, что зная давление воды (пресной) на дне ёмкости мы можем узнать высоту водного столба, а давление на дне ёмкости будет равно давлению в трубке с воздухом запаянной на одном конце и вертикально опущенной в воду до самого дна.

Что мне непонятно, так это чем описывается зависимость между диаметром/дилинной трубки с воздухом и давлением воздуха, которое прямопропорционально уровню воды в ёмкости.

Логика мне подсказывает, что для максимальной чувствительности длинна трубки должна быть равна максимальному уровню воды в ёмкости с небольшим диаметром (~5 мм).

Как вы думаете?

размер 500x421, 78.07 kb

GD Star Rating
loading...

50 Responses to Как вы думаете?

  1. Raebodep:

    почему бы не заюзать датчики давления воды?

    а то с такой конструкцией небольшая течь в трубе заполнит её и датчик начнёт врать

  2. Hirneh:

    вот, тут есть небольшой нюанс в том что самый дешёвый погружной датчик воды стоит $300, а датчик давления воздуха стоит $15. Это единственная причина по которой я решил юзать дд воздуха, что добавляет неудобство с установкой трубки в ёмкости, но зато приемлемая цена.

  3. LetsoroC:

    Архимед как бы намекает, что вес вытесненной жидкости…
    Но точность будет не высокая. Да и вообще не понятно, это какой точный датчик воздуха то должен быть? Атмосферное давление, если не ошибаюсь 10^5 паскаль. А у тебя какой–то сосуд с водой.
    Трубка должна быть довольно толстая, чтобы не влияла сила натяжения.

  4. Hirneh:

    Ну чувствительность датчика давления воздуха 34 милливольта на каждый килопаскаль (~10 см водяного столба).

    Насчёт атмосферного давления — оно как бы не учитывается потомучто датчик давления воздуха разностный — грубо говоря на его мембрану с одной стороны давит атмосфера, а с другой стороны — измеряемая среда (труба с воздухом)… не совсем уловил что ты имел ввиду если честно.

  5. Erodelbr:

    Наверное, тут лучше использовать два таких датчика — на поверхности воды (плавающий) и на дне ёмкости. И смотреть разницу их показаний. Иначе придётся вручную забивать атмосферное давление.

    А ещё можно на поплавке поместить излучатель звука и приёмник, а на дне ёмкости — отражатель, и высчитывать глубину по фазовому сдвигу. Совсем дёшево получится.

  6. Ehzapa:

    а может ультразвук?

  7. 05xela:

    Тебе верно говорят про атмосферное давление, придется перекалибровывать. Хотя и это не проблема. Диаметр трубки никакого значения для статической системы не имеет, если уровень меняется быстро получишь задержку. Только нафига так сложно измерять уровень воды то?

  8. 05xela:

    А вообще немного погуглив нашел много решений с ультразвуком, ёмкостным датчиком и так далее. А твой не будет работать, т.к. в трубках будет оставаться вода, да и давление будет стремится выровняться к атмосферному.

  9. Hirneh:

    Ультразвук хорош, смотрел долго я на него, но с ним 2 проблемы — проблемная установка — крепить к потолку ёмкости(бетонной) и ещё чтобы луч был строго вертикальным, плюс излучатель/приёмник который не боится воды и испарений стоит минимум $200, а у меня бюджет конечного устройства ~$150
    >Только нафига так сложно измерять уровень воды то?
    Девайс предназначен для дистанционного мониторинга уровня дождевой воды в подземных ёмкостях… в принципе такой способ показался мне самым простым из бюджетных. Если есть напримете вариант ещё проще, то буду очень рад.

  10. Erodelbr:

    если тебе надо просто сигнал в случае достижения определённой отметки, то рекомендую укрепить поплавок в направляющей на стене, и в случае всплывания до определённой отметки он будет замыкать цепь.

  11. Hirneh:

    да, такой вариант был бы самое то, если не надо было постоянное измерение текущего уровня.

  12. LetsoroC:

    эээ атмосферное давление то вещь не постоянная. То есть при постоянном уровне воды внутреннее давление в колбе должно менятся. Или я ошибаюсь?

  13. Hirneh:

    всё верно, поэтому там у этого датчика есть второе отверстие чтобы с атмосферой связываться и компенсироваться давление

  14. Rumj:

    Ты правильно понял — чем короче трубка тем меньше разность уровней между нужным и реально измеряемым. Поэтому датчик надо разместить внизу — разность минимальна.

    размер 500x421, 22.14 kb

  15. Raebodep:

    что будет если по каким то причинам трубка таки заполнится водой? например, небольшая неплотность в районе датчика? иногда грушу сверху приделанную подкачивать?

  16. Erodelbr:

    помести длинный реостат на палку. До куда всплыл, такое напряжение тебе и выдалось. Тыкаешь палку в дно водоёма и profit!

  17. Lozzabid:

    у меня также есть подозрение, что будет же меняться еще и температура, а не только давление атмосферное. например, если в трубке, скажем, 0.1 м газа (2.24 где–то литра, немного зависит от газа), то по PV=nRT, измеряемое V=V(T), все остальное — константы. уровень воды будет меняться от температуры.

  18. Rumj:

    причём тут объём газа в трубке? изменение температуры трубки на 3о даст изменение высоты столба воздуха под датчиком в трубе на 1%.

  19. Rumj:

    а с зависимостью — так:
    есть 2 уравнения
    p=rg(h–l) и (p+p0)s(L–l)=NkT, где
    p — давление измеряемое датчиком,
    r — плотность воды,
    h — высота воды от нижнего края трубки,
    l — высота столбика воды в трубке,
    p0 — атмосферное давление,
    s — сечение трубки,
    L — длина трубки до датчика,
    T — температура
    исключая l, получим:
    h=L+p/rg–nkT/s(p+p0)
    Это всё при условии что температура и воздуха и воды одинакова и постоянна

  20. Hirneh:

    реально на неплотности не рассчитываю, так как если посадить турубку на силикон и вода туда уже никак не попадёт..

  21. Hirneh:

    есть такой эффект, но его обошли путём встраивания микротермометра в датчик, чтобы данные по давлению корректировались по температуре.

  22. Hirneh:

    Это вообще самое первое что пришло ко мне в голову 🙂 но реально только для водоёма подойдёт.. не во всяуцю в бетонную ёмкость можно засунуть такую палку–реостат, так что отпало само собой.

  23. Hirneh:

    вау, реально начное объяснение. а насчёт датчика около дна вообще не думал. круто подмечено!

    Что–то я тут всё думаю и думаю и чую что–то не то в такой конструкции, кажется что будет что–то нестабильно в ней. Калибровать ещё надо. ачто если в день установки будет высокое атмосферное давление и более плотный воздух опустишь под воду, хотелось всё таки свести всё к просто закидыванию в ёмкость девайса на проводе (как на картинке) и чтобы он работал без шаманства 🙂

    Оно может и подходит для стиральных машин, но для 5 метров воды.. хрен его знает. Наверное всё–таки лучше поискать более приемлимые по цене датчики давления воды…

    размер 108x116, 2.25 kb

  24. Roognalr:

    Поплавок к леске, леску на катушку, пружину в катушку, переменный резистор к катушке, всю эту фигню на дно. Подобрать пружину послабее, чтобы поплавок мог вытягивать леску, но без усилия она бы наматывалась сама, а дальше только калибровка по сопротивлению.

  25. Hirneh:

    думаешь реально можно найти такой резистор чтобы с катушки смотать можно было 5 м лески?

  26. Dbms:

    Если вода испаряется оттуда — то идея не катит, ибо соли будут откладываться и клинить твой поплавок и т.д.
    Датчик давления — лучше, но если температура будет изменяться, то надо еще температуру мерить будет и делать прересчет от температуры, да и соли для тонкой трубки — тоже не хорошо.

  27. Dbms:

    Делали резистивные измерители и емкостные. Правда, там надо было просто есть–нет вода на определенном уровне проверять.

  28. Erodelbr:

    о, про солёную воду я не подумал.

  29. Dbms:

    даже в несоленой воде при кипячении выпадают в осадок соли кальция и магния.

  30. Ratosk:

    Как бы я конечно опускал бы два электрода в ёмкость и по изменению сопротивления судил бы об уровне воды.

  31. Hirneh:

    во избежания проблем и повышения робастности решил использовать специализированные датчики для давления воды…
    всем спасибо за размышления

  32. Ratosk:

    электроды надёжней, дешевле, проще

  33. Rumj:

    это при постоянном хим составе

  34. Ratosk:

    вклад сопротивления непосредственно воды в падение напряжения минимален. Температура влияет, но её сравнительно легко учесть.

  35. Hirneh:

    с электродами всё прикольно кроме того что нужна большая чувствительность 5см, а с электродами чтто я сомневаюсь что получится..

  36. 05xela:

    С электродами замечательная идея, только они окисляются. Видел датчик с золотыми ниточками.

  37. Ratosk:

    я уверен, что подобрать материал с нужным удельным сопротивлением возможно.

    как и слабо подверженный окислению, ИМХО

  38. Ratosk:

    Ещё вот подсказывают, что есть радарные уровнемеры, которым не нужен контакт с водой, что важно: //www.kontakt–1.ru/radar_level_mete…

  39. Ratosk:

    да, чё–та их никто особо не делает. Поди из–за габарита электродов… Пожалуй проще с давлением, да.

  40. Roognalr:

    Нет, нереально но выкрутится можно и очень легко. Другое дело, что не те это деньги, чтобы экономить на нормальных измерительных приборах

  41. Ratosk:

    самое модное, похоже «гидростатические измерители уровня». Так, видимо, звучит солиднее.

  42. Hirneh:

    да, радарные и ультразвук прикольно, но тут подстава такая что гидростатический вариант самая простая установка — кинул кабель с датчиком на дно и готово… и ещё особенность этих ёмкостей такова что они до самого верха могут наполняться.

  43. Ratosk:

    согласен.

  44. Rekced:

    лампочка на дне и фотодетектор на поверхности. при некоторой высоте столба жидкости луч со дна будет преломляться так, что не будет виден на поверхности. по большому счету — диодный лазер и детектор на основе пзс матрицы
    или просто два луча со дна, когда высота уровня будет подходить к необходимой — лучи сойдутся, берем например зеленый и красный лазеры

    другой вариант — поплавок и переменный резистор. при повышении давления из–за роста столба жидкости будет расти архимедова сила, поплавок будет подниматься выше,тем самым изменяя сопротивление резистора

    третий вариант — аналог конденсатора. кубик, две стороны которого из гибкого токопроводящего материала. при росте давления — стенки прогибаются, емкость изменяется. по изменению емкости можно понять каков уровень

    следующий вариант — лампочка над водой, пзс матрица на дне. изменение яркости за счет поглощения и рассеивания (например лампа на 280 нм, там неорганика из воды не поглощает) позволяет определить уровень

    последнее, что пришлов голову — прочитайте про протокол ZeegBee(кажется так)

  45. TsohGRv:

    Длинный узкий поплавок, на всю ожидаемую высоту водяного столба.

    Чем больше воды, тем сильнее сила Архимеда. Измеришь эту самую силу Архимеда — сможешь посчитать обьем вытесненой воды, зная форму поплавка можешь посчитать высоту водяного столба.

    Или я чего–то не понимаю?

  46. TsohGRv:

    Да, поплавок должен быть прикреплен ко дну, конечно же.

    Или к измерительному прибору какому. Главное чтобы не плавал по поверхности.

  47. Raebodep:

    гальванический эффект будет способствовать окислению, дае если постоянно менять полярность

    ну и форма будет слегонца меняться у электродов, что приведёт к изменению их площади в большую сторону и вранью датчика

  48. Raebodep:

    ещё круче:

    луч будет преломляться и разлагаться, соответственно, в фотоэлемент будут попадать разные части спектра, а на разные части спектра он реагирует по–разному 🙂

  49. Rekced:

    вода будет иметь переменный состав, рефракция на некоторых частотах не даст точно определить уровень

Добавить комментарий