低コストで適度に正確な水深測定

tl; dr：昔の人との長時間の会話の後、私はいくつかのことに気付きました。

1. 大多数の人々にとって最も価値のある単一の測定値は、井戸の深さです。
2. 2番目に重要なのは、井戸からの水の流れです。
3. 以下に説明する「バブラー」ソリューションには、（エアポンプの脆弱性に加えて）別の大きな弱点があります。井戸水への酸素の導入は、酸化物の形成を引き起こし、チューブの開口部だけでなく、普通のレベルになるまで、内部までずっと。彼が知っているのは、彼がほとんど同じようなものに対処しなければならず、それが大きなハードルだったからです。より大きなサイズのチューブはプロセスを遅くしますが、最終的にはチューブがブロックされます。
4. 差圧センサーを備えたタンク内タンクを使用するソリューションを再検討しています。彼は、これを行う方法について具体的なアイデアを持っていました（しかし、まだ対処すべき詳細があります）。
5. ああ、彼は約10秒でタンクの問題を解決しました。タンクから圧力ポンプへのパイプに圧力センサーを取り付けます。ポンプが作動したときに発生するスパイクを無視してください。安価で十分に理解されているセンサーを使用すると、正確な圧力測定値が得られます。シーシュ！彼がそれを言ったら、私はほとんど自分を蹴ったことはとても明白でした。

あなたのアイデアと分析に感謝します。プロジェクトがどのように展開するかを見ることに興味がある人は、waterunderground.netに注目してください。現時点ではかなり空ですが、1か月ほどでコンテンツが増えるはずです。

バックストーリー

北カリフォルニアの人々のために、オープンソースの井戸と水使用量監視システムを設計しています。目標は、井戸からタンク、タンクから家、タンクから灌漑までの水の流れを測定し、さらにタンクと井戸の水深を監視できるようにすることです。CPU、3つのフローセンサー、2つの圧力センサーを含むシステムの現在の目標部品コストは200 ドル未満ですが、数回の設計の反復で100 ドルに近づけることができると考えています。

安価なホール効果センサーを標準の米国の配管環境に統合するために、女性用G1 => US 1 "スリップアダプターのサプライヤーがついにできたので、フローセンサー部分を解決したようです。深さ測定ソリューションはそれほど単純ではありません。

出発前に、サイズ、タイプ、またはすべてが間違っているものの購入を開始する前に、ここで推論の健全性チェックを求めています。

問題文

+/- 5％などの適度な精度で2列の水深を測定する低コストの方法が必要です。独自のプロパティはサイトAlpha 1ですが、同様のニーズを持つ他のプロパティについては、スケールアップまたはスケールダウンするソリューションが必要です。

我々は持っています：

1. 約3,000ガロンの貯蔵タンク。水がいっぱいになると8.5 ' 他のタンクの高さは+/- 5 'です。
2. 水井戸。私たち自身の井戸は深さ75フィート、水37フィートです。この地域の他の井戸は、水深30 'w / 15'と浅い、または300 'w / 70+'の水深です。

次の基準があります。

1. 何より$なかっタンクと（たぶん）を超えないための30 $ウェルについて50。コストを下げることは素晴らしいことです。
2. ソリューションは、何らかの方法（ハンドウェーブ）でArduino、BeagleBone Black、または同様の低コストのコントローラーと統合する必要があります。
3. 連続的な読み出しが望ましいが、15分、30分、または<whatever>分ごとにトリガーされるものは許容されます。
4. 井戸またはタンクに電子機器/電気システムはありません。
5. 井戸またはタンクに金属はありません。ただし、水に入るチューブの重量を量るために使用される材料を除きます。
6. このソリューションは、深さ35 'の水深15'の井戸から深さ300 'の深さ井戸60 /'の井戸まで、適度に機能する必要があります（しゃれなし）。

これまでに検討されたいくつかのソリューションの中で、現在のフロントランナーはこの記事で説明されている「バブラー」です。

バブラー型レベルセンサーを図3に示します。容器の底部近くに開口端を持つディップチューブには、パージガス（通常は空気、ただし、汚染の危険がある場合や乾燥窒素などの不活性ガスタンクへのプロセス流体との酸化反応）。ガスがディップチューブの出口に流れ込むと、チューブ内の圧力が上昇し、出口の液面によって生じる静水圧に打ち勝ちます。その圧力は、プロセス流体の密度にディップチューブの端から表面までの深さを乗じたものに等しく、チューブに接続された圧力変換器によって監視されます。

次の使用を計画しています。

1. 1/4 "から3/8"のオープンエンドチューブを重みを付けて（または、井戸のアップパイプにジッパーで固定して）底から短い距離を吊るす（タンク内で近づくことができますが、井戸数フィート以内に沈む傾向があります）。井戸自体にはほとんど何も入っていないため、小さなダウンチューブはこのアプローチを支持する長所です。
2. ウェル内のチューブからすべての水を吹き出すのに十分な（安い）空気圧源（300+ kPa）。センサーからの値がプラトーになったら、泡を吹いていることを意味し、圧力をフィートに変換できます。
3. 上部で、最大500 kPaを処理できるFreescale MPX5500DPなどの差圧センサーにチューブをティーします。160フィートの水。タンクなどの短いカラム用に、わずかに正確なもの（5100シリーズ）があります。大気圧の変化に対応できるように差動センサーを選択しました。
4. エアポンプのオン/オフを切り替えるArduinoの詳細は決まっていませんが、制御しようとしているポンプの種類/サイズがわかれば、それは簡単だと思います。

注：タンクセンサーからの読み取り値は簡単に調整できますが、井戸の方が問題が多い場合があります。私たち自身の場合、ドロップラインを使用して井戸の深さと水柱の高さを直接測定する方法がありますが、他の場合はこれが難しいかもしれません。

ご質問

• このアプローチについて根本的に欠陥があるものはありますか？
• 温度変化（主にタンク内ではなく、主にタンク内）がここで実際の違いをもたらしますか？
• 異なる直径のチューブに必要な空気量以外に、ポンプを大きくしたり小さくしたりする場合、ポンプはより大きな力で所定の圧力を達成する必要がありますか？

質問に答えるための更新：

ユーザーnullは、システムに不要な冗長性があるかどうかを尋ねました。タンクの深さだけでは十分ではありませんか？あんまり。各測定は、他の測定では得られない情報を提供します。測定対象にはある程度の重複がありますが、それはシステムの健全性チェックの機会だと思います。

たとえば、井戸からの測定された流量が、家と灌漑システムへの結合された流量とかなり密接な相関関係を持たない場合（タンクにより時間的にシフト）、何かがおかしくなります。

井戸からの流れ図と井戸の深さ図を組み合わせると、井戸の再充電率に関する重要な情報を得ることができます。再充電が途切れた場合は、深刻な問題が発生します。

最後に、井戸の水深が低下し、それほど多くの水を使用していない場合、隣人の1人、たとえば丘の約1/2マイル上にある300エーカーのブドウ園が過剰に揚水していることを意味します。残念なことに、カリフォルニアは地下水の規制がない唯一の州なので、それらを止めることはできず、3500ガロンの水を1口175ドルで注文する準備ができています。

代替案は、メンブレン付きの防水容器に封入された気圧計チップで、重さを量って底部に置くことができます。

Arduinoのためのバロメーター回路は、下の$ 10 Adafruitから入手可能です。スタンドアロンチップを選択すると、価格をさらに引き下げることができます。I2Cを介して通信するため、BeagleBoneにも接続できます。現在の最悪の頭痛は、完全に防水であるが、圧力変化から内部を隔離しないエンクロージャーです。何らかの種類の柔軟な膜が必要になります。

精度は、約+/- 0.5mの不正確さの天候（気圧）によって多少影響を受けますが、気圧を測定する表面の2番目の気圧計によって無効になる場合があります。

通常、デバイスをソフトウェアで個別に呼び出して、既知の2つの深さに沈め、読み取り値を固定ポイントとして記録し、そこから推定できるようにする必要があります。

開水路の水を測定することは、水の節約の基本的な要素です。改善された水管理技術への需要の高まりに伴い、流量計や液位センサーなどの低コストで正確な水測定装置に対する深刻なニーズがあります。

パーシャル水路の開発以来、開水路の水測定装置の構造を簡素化し、精度を向上させる試みがなされてきました。

円形水路は溝の自然な形状に適合し、水路の周りの横方向の流れの可能性を減らすため、溝を通る流れを測定するための適切なデバイスです。デバイスは、裏地付きおよび裏地なし運河でも正常に使用されています。

コストが高いため、栽培者による水測定用水路の使用が妨げられています。しかし、最近、栽培者が低コストで使用できる実用的な水測定装置である円形水路が設計されました。

これは私があなたと共有した生の情報であり、さらにあなたはそれについて学ぶこともできます

水の精度と持続的な純度に応じて（特に純粋であるか汚れている必要はなく、同じレベルを維持するだけです）、非常に安価なシステムは、2本のワイヤが水にさらされます側）、ウェル/コンテナに浸漬。

必要なのは、2本のワイヤ間の抵抗を測定することだけです。抵抗を介して固定電圧を印加し、ワイヤ間の電圧降下を測定します。

さまざまな距離でワイヤ間に電流を流すことができる水は、ワイヤがどれだけ浸されているかに応じて、さまざまな抵抗を生み出します。特定の深さの測定を行うシステムを呼び出します。ArduinoとBeagleBoneの両方にADCが搭載されており、コンポーネント（ボードを除く）は3ドル以下になります。ただし、水の抵抗が変化するとワイヤの抵抗の細かい測定値が完全に妨げられるため、水の純度が変化すると、これは失敗します。

これは、これに似た回路でバイパスできますが、ワイヤを分離して（浸漬したチップ、おそらくはホットグルーを含みますか？）、互いからより高い距離（ラダーラインツインリードワイヤなど）に保ちます。この場合、多少複雑な回路、つまりコンデンサとして機能する2本のワイヤを備えたLC周波数発生器が必要です。水位はラインの静電容量を変化させる誘電体として機能するため、ソフトウェアで周波数の変化を測定する必要があります。それでも、回路基板は15ドル程度を超えてはいけません。

実際の目標は、タンク内の水の量を測定することだと思います。

少なくともタンクについては、タンクの底部にひずみゲージを適用できます。タンク内の水が多いほど重量が大きくなり、ひいてはひずみ量が異なります。正確な関係は、ベースとゲージの適用方法によって異なります。

利点は、タンク内に何も入れる必要がないことです。不利な点は、これが井戸では機能しないことです。