การวัดค่าความลึกของน้ำที่แม่นยำต่ำ

tl; dr:หลังจากการสนทนาที่ยาวนานกับตัวจับเวลาเก่าฉันก็ตระหนักถึงบางสิ่ง:

1. การวัดที่มีค่าที่สุดเพียงอย่างเดียวสำหรับคนส่วนใหญ่จะเป็นการวัดในเชิงลึก
2. สิ่งที่มีค่ามากที่สุดอันดับสองคือน้ำไหลจากบ่อน้ำ
3. วิธีการแก้ปัญหา "bubbler" ที่กล่าวถึงด้านล่างมีจุดอ่อนที่สำคัญอีกประการหนึ่ง (นอกเหนือจากความอ่อนแอของปั๊มลม): การนำออกซิเจนเข้าไปในน้ำดีจะทำให้เกิดการก่อตัวของออกไซด์ซึ่งนำไปสู่การห่อหุ้มแร่ไม่เพียง แต่การเปิดท่อเท่านั้น ทุกอย่างขึ้นไปข้างในไปทุกที่ในระดับปกติของมันจะเป็น เขารู้เพราะเขาต้องรับมือกับบางสิ่งที่คล้ายคลึงกันเกือบทั้งหมดและมันเป็นอุปสรรค์สำคัญ ท่อขนาดใหญ่ขึ้นจะทำให้กระบวนการช้าลง แต่ในที่สุดท่อจะถูกปิดกั้น
4. เรากำลังตรวจสอบโซลูชันที่ใช้กระเพาะปัสสาวะในถังพร้อมเซ็นเซอร์ความดันต่างกัน เขามีความคิดที่เฉพาะเจาะจงเกี่ยวกับวิธีการทำสิ่งนี้ที่เป็นไปได้เสียง (แต่ยังมีรายละเอียดบางอย่างที่จะจัดการ)
5. โอ้แล้วเขาแก้ปัญหารถถังได้ในเวลาประมาณ 10 วินาที วางเซ็นเซอร์ความดันบนท่อจากถังไปยังปั๊มแรงดัน ดูรายละเอียดของ spikes ที่เกิดขึ้นเมื่อปั๊มเริ่มทำงานและเรามีการอ่านค่าแรงดันที่เราต้องการด้วยเซ็นเซอร์ราคาถูกและมีความเข้าใจดี Sheesh! มันชัดเจนมากเมื่อเขาพูดว่าฉันเกือบเตะตัวเอง

ฉันขอขอบคุณทุกท่านสำหรับความคิดและการวิเคราะห์ของคุณ ถ้าใครมีความน่าสนใจในการมองเห็นว่าโครงการคลี่เก็บตาบนwaterunderground.net ตอนนี้ว่างเปล่าสวย แต่ควรมีเนื้อหาเพิ่มเติมในเดือนหรือดังนั้น

backstory

ฉันกำลังออกแบบระบบตรวจสอบการใช้น้ำที่ดีที่เปิดโล่งสำหรับผู้คนในแคลิฟอร์เนียตอนเหนือ เป้าหมายคือเพื่อให้สามารถวัดการไหลของน้ำจากบ่อสู่ถังบ้านและถังเพื่อการชลประทานรวมทั้งตรวจสอบความลึกของน้ำในถังและบ่อ ราคาชิ้นส่วนเป้าหมายปัจจุบันของเราต่ำกว่า$ 200 สำหรับระบบซึ่งรวมถึง CPU, เซ็นเซอร์การไหล 3 ตัวและเซ็นเซอร์ความดัน 2 เครื่องถึงแม้ว่าเราคิดว่าเราจะสามารถเข้าใกล้ได้ถึง$ 100 หลังจากการออกแบบซ้ำสองสามครั้ง

ดูเหมือนว่าเราจะมีการแก้ไขส่วนเซ็นเซอร์การไหลในตอนนี้ในที่สุดเราก็มีซัพพลายเออร์ของ Female G1 => US 1 "สลิปอะแดปเตอร์เพื่อรวมเซ็นเซอร์ Hall Effect ราคาถูกเข้ากับสภาพแวดล้อมระบบท่อมาตรฐานของสหรัฐอเมริกา

ฉันขอตรวจสอบความมีเหตุผลของฉันที่นี่ก่อนที่ฉันจะออกไปและเริ่มซื้อสิ่งที่ผิดทั้งขนาดประเภทหรือโดยสิ้นเชิง

คำชี้แจงปัญหา

ฉันต้องการวิธีที่มีต้นทุนต่ำในการวัดความลึกของน้ำ 2 คอลัมน์ที่มีความแม่นยำปานกลางพอสมควรพูด +/- 5% แม้ว่าคุณสมบัติของเราคือไซต์อัลฟ่า 1 แต่เราต้องการวิธีแก้ปัญหาที่ขยายหรือลดลงสำหรับคุณสมบัติอื่นที่มีความต้องการคล้ายกัน

เรามี:

1. ถังเก็บ 3,000 แกลลอนที่มีขนาดประมาณ 8.5 'ของน้ำเมื่อเต็ม รถถังอื่นมีความสูงใกล้เคียงกัน +/- 5 '
2. เป็นน้ำดี บ่อน้ำของเราคือ 75 'w / 37' ของน้ำ บ่อน้ำอื่น ๆ ในพื้นที่นั้นมีความตื้นเท่ากับ 30 'w / 15' ของน้ำหรือลึกถึง 300 'w / 70+' ของน้ำ

เรามีเกณฑ์ดังต่อไปนี้:

1. ไม่เกิน$ 30 สำหรับรถถังและ (หวังว่า) ไม่เกิน$ 50 สำหรับรถถัง ต้นทุนที่ต่ำลงจะยอดเยี่ยม
2. วิธีการแก้ปัญหาต้องรวมในบางวิธี (handwave) กับ Arduino, BeagleBone Black หรือตัวควบคุมต้นทุนต่ำที่คล้ายกัน
3. การอ่านข้อมูลอย่างต่อเนื่องเป็นสิ่งที่ต้องการ แต่สิ่งที่เป็นตัวกระตุ้นทุกๆ 15, 30 หรือ <นาที> นั้นเป็นที่ยอมรับ
4. ไม่มีระบบอิเล็กทรอนิกส์ / ไฟฟ้าในบ่อหรือถัง
5. ไม่มีโลหะในบ่อน้ำหรือแท้งก์โดยมีข้อยกเว้นที่เป็นไปได้ของวัสดุที่ใช้ในการชั่งน้ำหนักท่อที่ลงไปในน้ำ
6. วิธีการแก้ปัญหาควรทำงานได้ดีพอสมควร (ไม่ได้ตั้งใจให้เล่นสำนวน) สำหรับบ่อน้ำจาก 35 'ลึก w / 15' ของน้ำขึ้นไปถึง 300 'ลึก w / 60 +' ของน้ำ

ในบรรดาวิธีแก้ปัญหาต่าง ๆ ที่พิจารณามาจนถึงปัจจุบัน front-runner ของเราคือ "bubbler" ตามที่อธิบายไว้ในบทความนี้ :

เซ็นเซอร์ระดับ bubbler แสดงอยู่ในรูปที่ 3 หลอดจุ่มที่มีปลายเปิดที่อยู่ด้านล่างของถังบรรจุก๊าซล้าง (โดยทั่วไปคืออากาศถึงแม้ว่าก๊าซเฉื่อยเช่นไนโตรเจนแห้งอาจใช้เมื่อมีอันตรายจากการปนเปื้อนหรือ ปฏิกิริยาออกซิเดชันกับของเหลวในกระบวนการ) ลงในถัง เมื่อก๊าซไหลลงสู่เต้าเสียบของท่อความดันในหลอดจะเพิ่มขึ้นจนกว่าจะเอาชนะแรงดันอุทกสถิตที่เกิดขึ้นจากระดับของเหลวที่เต้าเสียบ ความดันนั้นเท่ากับความหนาแน่นของของเหลวในกระบวนการคูณด้วยความลึกจากปลายท่อจุ่มถึงพื้นผิวและตรวจสอบโดยเครื่องแปลงสัญญาณแรงดันที่เชื่อมต่อกับหลอด

เราวางแผนที่จะใช้:

1. ปลายท่อเปิดขนาด 1/4 "ถึง 3/8" ถ่วงน้ำหนัก (หรือดีกว่ายังมีการผูกซิปเข้ากับท่อของหลุม) เพื่อแขวนในระยะทางสั้น ๆ ด้านบนด้านล่าง (เราสามารถเข้าใกล้ถังได้มากขึ้น มีแนวโน้มที่จะตกตะกอนเพื่อที่จะได้ภายในไม่กี่ฟุต) ท่อลงขนาดเล็กเป็นจุดแข็งสำหรับวิธีการนี้เพราะไม่มีอะไรเข้าไปในบ่อน้ำตัวเอง
2. แหล่งความดันอากาศ (ราคาถูก) บางแห่งเพียงพอ (300+ kPa) เพื่อเป่าน้ำทั้งหมดออกจากท่อในบ่อ เมื่อค่าจากแผ่นเซ็นเซอร์มีความหมายว่าเรากำลังเป่าฟองอากาศและเราสามารถแปลงแรงดันเป็นฟุตของน้ำ
3. ที่ด้านบนเราอัดหลอดเป็นเซ็นเซอร์ความดันต่าง ๆ เช่นFreescale MPX5500DPซึ่งสามารถรองรับได้สูงสุด 500 kPa ซึ่งแปลเป็นประมาณ 160 'ของน้ำ มีความแม่นยำมากกว่าเล็กน้อย (5100 ซีรี่ย์) สำหรับคอลัมน์ที่สั้นกว่าเช่นในถัง เราเลือกเซ็นเซอร์ดิฟเฟอเรนเชียลเพื่อให้ความดันบรรยากาศเปลี่ยนแปลงไป
4. ยังไม่มีการตัดสินใจเกี่ยวกับการเปิด / ปิดปั๊มลมเฉพาะ Arduino แต่ฉันเชื่อว่ามันจะตรงไปตรงมาเมื่อเรารู้ว่าปั๊มชนิดใด / ขนาดที่เราพยายามควบคุม

หมายเหตุ: แม้ว่าเราสามารถปรับการอ่านจากเซ็นเซอร์ถังได้อย่างง่ายดาย แต่บ่อน้ำอาจมีปัญหามากกว่า ในกรณีของเราเองเรามีวิธีใช้ดรอปไลน์เพื่อวัดความลึกของบ่อน้ำและความสูงของคอลัมน์น้ำโดยตรงในกรณีอื่น ๆ สิ่งนี้อาจเป็นเรื่องยาก

คำถาม

• มีอะไรเกี่ยวกับวิธีการนี้ที่มีข้อบกพร่องพื้นฐานหรือไม่
• อุณหภูมิจะเปลี่ยนแปลง (โดยหลักในถังไม่มากในบ่อ) จะสร้างความแตกต่างที่แท้จริงที่นี่?
• นอกเหนือจากปริมาณของอากาศที่จำเป็นสำหรับเส้นผ่านศูนย์กลางที่แตกต่างกันของท่อแล้วปั๊มจะต้องทำงานหนักขึ้นเพื่อให้ได้แรงดันที่กำหนดหรือไม่ถ้าเราใช้ down-tube ที่ใหญ่ขึ้นหรือเล็กลง?

อัปเดตเพื่อตอบคำถาม:

ผู้ใช้ null ถามว่าระบบซ้ำซ้อนโดยไม่จำเป็นหรือไม่ ความลึกของรถถังจะไม่เพียงพอหรือไม่ ไม่ได้จริงๆ การวัดแต่ละครั้งทำให้เรามีข้อมูลบางอย่างที่คนอื่นทำไม่ได้ แม้ว่าจะมีการทับซ้อนกันบ้างในสิ่งที่กำลังถูกวัด แต่ฉันเห็นว่าเป็นโอกาสสำหรับการตรวจสอบสติในระบบ

ตัวอย่างเช่นถ้าการไหลของวัดจากกันไม่ได้มีความสัมพันธ์ที่ค่อนข้างใกล้เคียง (เลื่อนเวลาเพราะถัง) กับกระแสรวมกันเพื่อบ้านและระบบชลประทานแล้วสิ่งที่จะออกจากการทดลอง

รวมแผนภูมิการไหลจากที่ดีกับแผนภูมิกันน้ำลึกสามารถให้ข้อมูลที่สำคัญเกี่ยวกับของดีอัตราการเติมเงิน หากการเติมเงินกำลังลดลงแสดงว่าเรามีปัญหาร้ายแรงเข้ามาหาเรา

ในที่สุดหากความลึกของน้ำลดลงและเราไม่ได้ใช้น้ำมากนั่นอาจหมายความว่าหนึ่งในเพื่อนบ้านของเราพูดว่าไร่องุ่น 300 เอเคอร์ประมาณ 1/2 ไมล์ขึ้นไปบนเนินเขา น่าเสียดายที่แคลิฟอร์เนียเป็นรัฐเดียวที่ไม่มีน้ำบาดาลดังนั้นเราจึงไม่สามารถหยุดพวกเขาได้เพียงเตรียมพร้อมที่จะสั่งซื้อน้ำขนาด 3,500 แกลลอนในราคา $ 175 ต่อป๊อป

อีกทางเลือกหนึ่งอาจเป็นชิพบารอมิเตอร์ที่อยู่ในภาชนะกันน้ำที่มีเมมเบรนชั่งน้ำหนักให้เหลือที่ด้านล่าง

วงจรบารอมิเตอร์สำหรับ Arduinoสามารถใช้ได้จาก Adafruit สำหรับภายใต้ $ 10 หากคุณใช้ชิปแบบสแตนด์อโลนคุณสามารถลดราคาได้มากกว่าเดิม มันสื่อสารผ่าน I2C ดังนั้นคุณจึงสามารถแนบไปกับ BeagleBone ได้เช่นกัน อาการปวดหัวที่เลวร้ายที่สุดของคุณในตอนนี้คือตู้ที่กันน้ำได้อย่างสมบูรณ์ แต่ไม่ได้แยกส่วนภายในออกจากการเปลี่ยนแปลงความดัน

ความแม่นยำจะได้รับผลกระทบบ้างจากสภาพอากาศ (ความกดอากาศ) ด้วยความไม่ถูกต้องประมาณ +/- 0.5 ม. ถึงแม้ว่ามันอาจถูกทำให้เป็นโมฆะโดยบารอมิเตอร์ตัวที่สองบนพื้นผิวการวัดความดันอากาศ

โดยปกติแล้วอุปกรณ์จะต้องได้รับการปรับเทียบในซอฟต์แวร์แยกจากกันโดยการจุ่มลงไปในระดับความลึกที่รู้จักกันสองระดับและบันทึกการอ่านค่าเป็นจุดคงที่ทำให้สามารถคาดการณ์ได้จากที่นั่น

การวัดน้ำในช่องเปิดเป็นองค์ประกอบพื้นฐานของการอนุรักษ์น้ำ ด้วยความต้องการที่เพิ่มขึ้นสำหรับเทคนิคการจัดการน้ำที่ดีขึ้นจึงมีความต้องการอย่างจริงจังสำหรับอุปกรณ์วัดน้ำราคาถูกและแม่นยำเช่นเซ็นเซอร์วัดการไหลและเซ็นเซอร์ระดับของเหลว

นับตั้งแต่การพัฒนาฟลูออเรสเซนต์ Parshall ความพยายามได้ถูกสร้างขึ้นเพื่อลดความซับซ้อนของการก่อสร้างและปรับปรุงความแม่นยำของอุปกรณ์วัดน้ำในช่องทางเปิด

ฟลูมแบบกลมเป็นอุปกรณ์ที่เหมาะสมสำหรับการวัดการไหลผ่านร่องเนื่องจากรูปทรงกลมเหมาะกับรูปร่างตามธรรมชาติของร่องทำให้ลดความเป็นไปได้ของการไหลด้านข้างรอบ ๆ ฟลูม อุปกรณ์ดังกล่าวได้ถูกนำไปใช้อย่างประสบความสำเร็จในคลองที่มีเส้นและไม่มีเส้น

ค่าใช้จ่ายสูงทำให้ไม่สามารถใช้เครื่องวัดปริมาณน้ำโดยผู้ปลูก อย่างไรก็ตามเมื่อเร็ว ๆ นี้อุปกรณ์วัดน้ำที่ใช้งานจริงได้รับการออกแบบที่สามารถใช้งานได้โดยผู้ปลูกในราคาที่ไม่แพง: ฟลูมแบบวงกลม

นี่เป็นเพียงข้อมูลดิบของฉันที่ฉันแบ่งปันให้คุณและคุณสามารถศึกษาเพิ่มเติมได้

ขึ้นอยู่กับความถูกต้องและความบริสุทธิ์ของน้ำอย่างยั่งยืน (ไม่จำเป็นต้องบริสุทธิ์หรือสกปรกโดยเฉพาะอย่างยิ่งรักษาความบริสุทธิ์ระดับเดียวกัน) ระบบราคาถูกมากจะเป็นสองสายสัมผัสกับน้ำ (เช่นลวดคู่กับแยกแยกหนึ่ง ด้านข้าง) แช่อยู่ในบ่อ / ภาชนะ

สิ่งที่คุณต้องทำก็คือวัดความต้านทานระหว่างสายทั้งสอง ใช้แรงดันไฟฟ้าคงที่ผ่านตัวต้านทานวัดแรงดันตกระหว่างสาย

น้ำที่ช่วยให้การไหลของกระแสระหว่างสายในระยะทางที่แตกต่างกันทำให้พวกเขาสร้างความต้านทานที่หลากหลายขึ้นอยู่กับว่าพวกเขาแช่อยู่นานแค่ไหน ปรับระบบให้ทำการวัดความลึกเฉพาะ ทั้ง Arduino และ BeagleBone มี ADC บนเครื่องและส่วนประกอบ (นอกเหนือจากบอร์ด) จะต่ำกว่า $ 3 สิ่งนี้จะล้มเหลวแม้ว่าหากความบริสุทธิ์ของน้ำเปลี่ยนไปเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงความต้านทานต่อน้ำจะขัดขวางการอ่านค่าความต้านทานของลวดได้อย่างเต็มที่

สิ่งนี้สามารถข้ามกับวงจรที่คล้ายกับอันนี้ได้ แต่เก็บสายไฟไว้ในการแยก (รวมถึงเคล็ดลับที่แช่; กาวร้อนบางอย่างอาจจะ?) และในระยะที่สูงขึ้นจากกันและกัน (เช่นลวดเส้นคู่แฝดบันได ) ในกรณีนี้คุณต้องใช้วงจรที่ค่อนข้างซับซ้อน - ตัวกำเนิดความถี่ LC ที่มีสายสองเส้นทำหน้าที่เป็นตัวเก็บประจุ ระดับน้ำจะทำหน้าที่เป็นอิเล็กทริกเปลี่ยนความจุของเส้นและคุณต้องวัดการเปลี่ยนแปลงความถี่ในซอฟต์แวร์ ยังคงแผงวงจรไม่ควรเกิน $ 15 หรือมากกว่านั้น

ฉันคิดว่าเป้าหมายที่แท้จริงของคุณคือการวัดปริมาณน้ำในถัง

อย่างน้อยสำหรับรถถังคุณสามารถใช้เกจวัดความเครียดกับฐานของถัง น้ำในถังมากขึ้นหมายถึงน้ำหนักที่มากขึ้นซึ่งในทางกลับกันหมายถึงปริมาณของความเครียดที่แตกต่างกัน ความสัมพันธ์ที่แน่นอนขึ้นอยู่กับฐานและวิธีการที่คุณใช้เกจ

ข้อดีคือคุณไม่ต้องใส่อะไรเข้าไปในถัง ข้อเสียคือไม่สามารถใช้งานได้ดี

RE: เพื่อประโยชน์ของคุณ:

ใน geotech, piezometers วัดความลึกของน้ำในการตรวจสอบหลุมเจาะ

นี่คือเซ็นเซอร์ระดับมืออาชีพ: https://www.geokon.com/4500-Series

นี่คือการอภิปราย DIY ที่เป็นไปได้:

https://www.envirodiy.org/topic/monitoring-well-or-piezometer-water-level-sensor/

https://www.envirodiy.org/construction-of-water-level-monitoring-sensor-station/