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?
GD Star Rating
loading...
loading...
почему бы не заюзать датчики давления воды?
а то с такой конструкцией небольшая течь в трубе заполнит её и датчик начнёт врать
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.
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.
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.
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.
а может ультразвук?
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?
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.
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.
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.
да, такой вариант был бы самое то, если не надо было постоянное измерение текущего уровня.
эээ атмосферное давление то вещь не постоянная. То есть при постоянном уровне воды внутреннее давление в колбе должно менятся. Или я ошибаюсь?
всё верно, поэтому там у этого датчика есть второе отверстие чтобы с атмосферой связываться и компенсироваться давление
Ты правильно понял — чем короче трубка тем меньше разность уровней между нужным и реально измеряемым. Поэтому датчик надо разместить внизу — разность минимальна.
что будет если по каким то причинам трубка таки заполнится водой? например, небольшая неплотность в районе датчика? иногда грушу сверху приделанную подкачивать?
помести длинный реостат на палку. До куда всплыл, такое напряжение тебе и выдалось. Тыкаешь палку в дно водоёма и profit!
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.
причём тут объём газа в трубке? изменение температуры трубки на 3о даст изменение высоты столба воздуха под датчиком в трубе на 1%.
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
реально на неплотности не рассчитываю, так как если посадить турубку на силикон и вода туда уже никак не попадёт..
есть такой эффект, но его обошли путём встраивания микротермометра в датчик, чтобы данные по давлению корректировались по температуре.
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.
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…
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.
думаешь реально можно найти такой резистор чтобы с катушки смотать можно было 5 м лески?
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.
Делали резистивные измерители и емкостные. Правда, там надо было просто есть–нет вода на определенном уровне проверять.
о, про солёную воду я не подумал.
даже в несоленой воде при кипячении выпадают в осадок соли кальция и магния.
Как бы я конечно опускал бы два электрода в ёмкость и по изменению сопротивления судил бы об уровне воды.
во избежания проблем и повышения робастности решил использовать специализированные датчики для давления воды…
всем спасибо за размышления
электроды надёжней, дешевле, проще
это при постоянном хим составе
вклад сопротивления непосредственно воды в падение напряжения минимален. Температура влияет, но её сравнительно легко учесть.
с электродами всё прикольно кроме того что нужна большая чувствительность 5см, а с электродами чтто я сомневаюсь что получится..
С электродами замечательная идея, только они окисляются. Видел датчик с золотыми ниточками.
я уверен, что подобрать материал с нужным удельным сопротивлением возможно.
как и слабо подверженный окислению, ИМХО
Ещё вот подсказывают, что есть радарные уровнемеры, которым не нужен контакт с водой, что важно: //www.kontakt–1.ru/radar_level_mete…
да, чё–та их никто особо не делает. Поди из–за габарита электродов… Пожалуй проще с давлением, да.
Нет, нереально но выкрутится можно и очень легко. Другое дело, что не те это деньги, чтобы экономить на нормальных измерительных приборах
самое модное, похоже «гидростатические измерители уровня». Так, видимо, звучит солиднее.
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.
согласен.
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)
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?
Да, поплавок должен быть прикреплен ко дну, конечно же.
Или к измерительному прибору какому. Главное чтобы не плавал по поверхности.
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
ещё круче:
луч будет преломляться и разлагаться, соответственно, в фотоэлемент будут попадать разные части спектра, а на разные части спектра он реагирует по–разному 🙂
вода будет иметь переменный состав, рефракция на некоторых частотах не даст точно определить уровень