Detección del nivel del agua, donde el agua está algo contaminada y tiene sales disueltas significativas

Encontré este excelente QnA aquí que proporciona varias opciones para medir o detectar el nivel del agua. Para mi caso, es suficiente diferenciar 4 niveles de agua (muy bajo, bajo, medio, lleno) del tanque.

Necesito hacer lo mismo, pero en mi caso, tengo que lidiar con una preocupación, que esto no es exactamente agua potable limpia. El agua, que se bombea desde un pozo de tubo profundo, parece estar algo contaminada con limo (del tipo marrón oscuro / negruzco) y muchas sales disueltas. Mientras que el limo se filtra mediante un prefiltro de sedimento a base de fieltro / microfibra de 5 micras, en la sección posterior a la bomba, está presente en el sumidero a nivel del suelo. La sal también es una gran preocupación, ya que mancha (depósitos de sal) metal, plástico y prácticamente cualquier superficie. Cualquier parte de metal / plástico que se haya sumergido durante un tiempo suficiente, obtiene un depósito de sal bastante significativo, que debe eliminarse (con dificultad).

Dadas estas características del entorno operativo, me preguntaba cuáles de los siguientes métodos (todos de la QnA anterior citada anteriormente) para detectar el nivel del agua, pueden esperarse que funcionen de manera más confiable y con un mantenimiento mínimo requerido con el tiempo.

1. Transductor de presión diferencial en el fondo del tanque. ¿Cuál es la posibilidad de que la superficie de detección o sus bordes se ahoguen con el depósito de sal / limo y dejen de funcionar en unos pocos meses? El depósito de sal / limo en sí mismo puede introducir errores en la lectura de presión con el tiempo.

2. Interruptor de flotador: dado que tiene partes móviles, me pregunto si el depósito de sal / limo puede dejarlas inmóviles (perder movilidad del flotador).

3. Detección capacitiva: esto no se explica con gran detalle en el QnA citado, pero he leído en otra parte que depende de un coeficiente dieléctrico promedio de agua, donde se colocan 2 sondas aisladas a lo largo de la profundidad del tanque / sumidero, en bastante proximidad. La capacitancia de esto varía con el nivel del agua, que se mide. El mecanismo exacto no está claro. Además, aparentemente, la corriente alterna de bajo voltaje aparentemente se usa para esto, pero nuevamente, la parte no está clara. Además, no me queda claro qué papeles pueden desempeñar los depósitos de sal / limo en el cambio de capacitancia con el tiempo.

4. Pruebas de conductividad en múltiples niveles: los electrodos se colocan en varios niveles, que se supone que funcionan como circuitos cerrados cuando el agua llega al circuito particular colocado en ciertos niveles. La corriente eléctrica (digamos algo así como 24 V CC) se pasa a través de los circuitos, periódicamente, durante un período corto para determinar qué circuitos están cerrados e inferir el nivel de agua a partir de dicha información. Ahora, de nuevo, ¿la sal / limo cambia la conductividad? ¿Y pueden corroer los electrodos? ¿Puedo usar electrodos de aluminio o cobre?

5. Detección de proximidad ultrasónica: coloque dicho sensor boca abajo, es decir, mire directamente al fondo del tanque y use el mecanismo de detección de proximidad estándar para detectar los niveles de agua. Para mí, esto parece muy prometedor, ya que el sensor rara vez (si es que lo hace) está en contacto con el agua. Además, su instalación debería ser más fácil. De todos estos, sin embargo, este es probablemente el enfoque más costoso y posiblemente menos robusto (es decir, podría no funcionar bien bajo la extrema variación de humedad y temperatura de un tanque / sumidero de agua cerrado).

Dados los parámetros de trabajo, la solución de rango ultrasónico indica la mejor opción libre de mantenimiento. Dependiendo del MTTF deseado, tampoco necesita ser una solución costosa.

El enfoque presupuestario involucra módulos como este:

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

En lugar de desplegar el módulo tal cual, el módulo se puede encapsular utilizando compuestos de encapsulado epoxídicos , que cubren todo menos la parte superior del transmisor y receptor de ultrasonido y los pines del conector. Mejor aún, se puede conectar un cableado resistente a la intemperie adecuado y la unión también en macetas. Esto promete una longevidad razonable.

Con un presupuesto más amplio, se pueden encontrar otros módulos de rango ultrasónico, que tienen clasificación IP67, diseñados desde cero para entornos extremos.

Existen varios esquemas efectivos que podría intentar detectar el nivel de agua en el tanque. Aquí hay dos esquemas con los que he trabajado en el pasado. Tenga en cuenta que estas son ideas tecnológicas interesantes para trabajar y requieren un trabajo de diseño, pero podría ser un proyecto divertido para trabajar.

1) Un conjunto que tiene varios termistores montados en él está colgado en el tanque. Los termistores están conectados a algunas fuentes de corriente que hacen que cada termistor se autocaliente una cierta cantidad. Los termistores están ubicados a lo largo del conjunto en varios niveles. Cuando el nivel del agua sube y cubre un termistor, enfría el componente haciendo que cambie la resistencia. Un circuito de detección que mide la caída de voltaje en cada termistor puede determinar si un componente en particular está cubierto por agua o no.

2) Puede colocar varillas de plástico que se adhieren al tanque a diferentes profundidades. Cada varilla de plástico tiene su extremo cortado en un ángulo de 45 grados de cada lado y luego pulido para obtener un acabado muy suave. Un haz de luz brilla hacia abajo en la barra desde la parte superior (podría ser un LED visible o infrarrojo dependiendo de lo que sea adecuado para los materiales que está utilizando) y normalmente se refleja en los dos biseles en el extremo de la barra y se refleja de nuevo hasta la parte superior de la barra donde se usa un fotodiodo o transistor fotográfico para detectar la luz reflejada. Cuando el agua en el tanque sube y cubre el extremo biselado de la varilla, cambia el índice de refracción al final de la varilla y la luz que baja ya no se refleja completamente de nuevo en el detector. La variedad de barras puede decirle dónde está el nivel del agua. La siguiente imagen muestra el concepto involucrado. Sería divertido experimentar con este concepto utilizando un módulo de puntero láser barato como fuente de luz. (¡Cuando trabajé con este concepto hace años, no había punteros láser!)

Usted menciona un interruptor de flotador y le preocupa que los componentes mecánicos se atasquen. Sin embargo, podría construir un interruptor de flotador en el que todos los componentes críticos estén por encima del agua, al estilo de un tanque de inodoro clásico: coloque el flotador en el extremo de una varilla larga que puede girar y codifique el ángulo en el pivote (usando un codificador rotatorio absoluto o un potenciómetro) para determinar el nivel del agua. El pivote no necesita estar cerca del agua. A menos que la barra sea particularmente pesada, incluso podría usar una bola flotante de inodoro estándar.

Como usted dice que solo necesita 4 niveles de agua, no necesita linealidad de salida, sino solo 4 valores de umbral, y el brazo flotante y el pivote pueden formarse y colocarse donde sea conveniente, siempre que el brazo esté libre para viajar un rango suficiente dentro tu contenedor Si el contenedor es alto y estrecho, por ejemplo, es posible que necesite un flotador que se mueva linealmente, que es más difícil de hacer robusto contra la fricción y medir.

Ventaja: sus contaminantes pueden cambiar ligeramente la calibración a medida que se adhieren al flotador, pero no deshabilitarán el mecanismo hasta que dejen de flotar por completo.

Desventaja: el costo de componentes mecánicos robustos hechos a medida podría exceder un sensor elegante.

(Esto me vino a la mente cuando leí tu pregunta porque una fuente / piscina decorativa en mi ciudad natal usaba tal interruptor de flotador).

Si usa un sensor de presión diferencial, puede crear una solución que sea muy robusta porque no tiene partes móviles, no se ve afectada por la temperatura / humedad, la limpieza del agua es irrelevante (tanto en lo que respecta a las sales como a la transparencia) y no hay sensores eléctricos están en contacto con el fluido (por lo tanto, si desea medir el nivel en un tanque de ácido, no hay problema).

Hace algunos años (hm, desenterrando las notas revela 2008) planeé un sistema para que mis padres monitoreen el nivel del agua en un pozo de agua a 100-150m de su casa. Lo siguiente es de la descripción del proyecto:

Mi sugerencia es usar un sensor de presión de aire diferencial montado en una tubería sellada en un extremo y llena de aire, parcialmente bajada al agua para medir el nivel del agua.

Suponga inicialmente que la presión del aire es 1.0ATM. Entonces la presión en el agua a 1m debajo de la superficie será 1.1ATM. Al bajar una tubería llena de aire y sellada en la parte superior 1m hacia abajo en el agua, la presión de agua en la parte inferior de la tubería comprimirá el aire dentro de la tubería a 1.1ATM.

Al montar la tubería en una posición fija, los diferentes niveles de agua darán diferentes presiones dentro de la tubería. Dado que el sensor es diferencial, las variaciones en la presión del aire no afectarán al sensor. No tengo preferencias específicas sobre qué sensor usar, pero el sensor MPX2050DP parece ser utilizable.

Lo único que podría debilitar la robustez de esta solución sería si el fluido contuviera objetos grandes que pudieran bloquear y sellar potencialmente la abertura inferior de la tubería, sin embargo, dado que la presión es independiente del volumen, puede usar una tubería tan ancha como usted querer.

La mayor parte del costo para esto será el sensor (los precios de dichos sensores parecen estar en el rango de 10-20 EUR). Para todo lo demás, puede usar cualquier tubería de plástico / metal que tenga, un poco de cuerda y un palo si desea reducir los costos.

Use una pequeña fuente de aire en la parte superior y pase la tubería hacia abajo para que el aire salga suavemente de la tubería. Con su transductor de presión en la parte superior observando la presión en la tubería, puede calcular la altura del agua sobre el fondo de la tubería.

Demasiada presión y la tubería está bloqueada.

Demasiada poca presión y algo está mal con su fuente de aire o tubería. Por lo tanto, sería muy confiable y difícil de romper / bloquear. Mencionaste limo y esas cosas, ¿significa esto que puede que no sea solo agua?

Si es así, cualquier cosa que dependa de la presión puede no ser precisa debido a las diferentes densidades, sin embargo, creo que si combina esta técnica de burbujeador y tal vez un detector de superficie ultrasónico, también podría dar una cifra de% de contaminación para el agua, particularmente cosas como aceite flotando en la parte superior.