Conductividad eléctrica para determinar el nivel de agua del depósito para encender/apagar la bomba

Realizó una encuesta de los productos comerciales disponibles en el mercado local, que se clasifican ampliamente como 'Controladores automáticos de nivel de agua' o 'Controladores automáticos de bombas', y descubrió que todos ellos usan interruptores de flotador.

Esto me hizo preguntarme por qué los productos comerciales no usan la 'conductividad eléctrica' del agua como prueba para determinar el nivel del agua en el depósito. Si uno usa algo así como 12 V CC de pulso periódico para verificar la conducción a través de los electrodos en varios niveles, no debería preocuparse por una descarga eléctrica. Entonces, ¿por qué los sistemas comerciales no utilizan esta solución extremadamente económica? ¿Qué es lo que me puede estar perdiendo?

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Para agregar un poco de contexto, lo que me sorprendió en mi encuesta fue que el precio de los interruptores de flotador de repuesto era aproximadamente el 20 % del precio del sistema completo (incluidos 2 interruptores de flotador). El costo de instalación es aproximadamente 2 veces el precio del sistema. Y cada vez que se cambia el interruptor de flotador, también hay un costo de mano de obra (a menos que la unidad esté bajo un contrato de mantenimiento anual, que cuesta entre el 15 y el 20 % del precio unitario). Se trata de un mercado bastante sensible a los precios (India). Es por eso que la prueba de "conductividad" súper simple parecía una solución muy rentable.

Respuestas (3)

Bueno... los interruptores de flotador son simples y confiables. Dicho esto, no es tan simple como detectar un voltaje de CC. Usando CC, los electrodos se corroerían rápidamente (daño debido a la electrólisis).

El circuito de detección necesita usar CA. Solía ​​haber un buen IC hecho por National que haría esto, el LM1830N; pero hasta donde yo sé, ha estado obsoleto durante algún tiempo. El circuito es bastante simple de hacer usted mismo. Básicamente, un oscilador está conectado a una resistencia en serie y un condensador que está conectado a un electrodo en el fluido. Ese electrodo también se conecta a un comparador para detectar la CA. Un segundo electrodo se conecta a GND (circuito común). Cuando hay un fluido presente, la conducción entre los electrodos hace que se atenúe la señal de CA en el electrodo del oscilador. La resistencia establece la sensibilidad.

Aquí hay un circuito que construí hace unos años usando un PIC12F683:

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Este circuito era para un sensor de fluido de dos niveles que encendía una válvula cuando el fluido caía por debajo del sensor FLUID_LO y se apagaba cuando el fluido llegaba al sensor FLUID_HI.

Me temo que no soy libre de publicar el código fuente, pero describiré la funcionalidad:

SENSOR_CLK es una salida de onda cuadrada con ciclo de trabajo del 50 %. La frecuencia no es crítica. Usé aproximadamente 8Khz.

Las entradas AN0 y AN1 al PIC12F683 son entradas al convertidor A/D. Las conversiones se realizan cuando SENSOR_CLK es alto. Si el voltaje se detecta por debajo de 3,1 V, se considera que el electrodo correspondiente está sumergido en el fluido.

FLUID_HI y FLUID_LO son cables colocados de manera que quedan sumergidos en el fluido cuando se encuentran en el nivel adecuado. FLUID_COM puede estar conectado a un recipiente de metal que contiene el fluido o estar conectado a un cable en el fluido y por debajo del nivel de FLUID_LO.

Cuando los cables se sumergen en el fluido, la onda cuadrada detectada por AN0 y AN1 se atenúa y tiene un componente de CC neto de aproximadamente 2,5 V. Las resistencias R1 y R2 se pueden cambiar a valores más pequeños si se desea un circuito menos sensible. El umbral de detección de 3,1 V (en el firmware) también se puede cambiar para ajustar la sensibilidad, pero debe ser superior a 2,5 V.

Si bien usé el convertidor A/D en el microcontrolador, se pueden usar otros métodos de detección. Algunos microcontroladores tienen comparadores de voltaje incorporados que pueden usarse. También es posible utilizar E/S de uso general para detectar la inmersión cuando SENSOR_CLK es bajo si los umbrales alto y bajo de Vin están muy por debajo de 2,5 V.

Elegí detectar los voltajes entre las resistencias y los capacitores en lugar de los voltajes en los electrodos porque sentí que el diodo de sujeción interno al VSS en el microcontrolador podría causar un voltaje de CC neto en los electrodos.

Gracias @Tut. Aclaré mi pregunta con un poco de contexto. El aspecto de la "corrosión" es definitivamente preocupante. Dado que la prueba de conductividad es de muy corta duración (digamos 50 ms) y digamos 50 veces al día, ¿debo esperar que se corroa muy rápidamente? No me importa reemplazar los electrodos una vez cada 6 meses impares, y mi vecino me dice que ha tenido que cambiar los interruptores de flotador casi una vez cada 8-9 meses, ya que eventualmente pierden su movimiento libre.
@jay Hubo una respuesta hace un día o unos pocos sobre esto, pero no he localizado esa pregunta. Mencionaron que la corrosión ocurrió muy rápidamente. Probablemente depende en gran medida de qué más hay en el agua. Tenga cuidado de que podría perder algo de sensibilidad a medida que se produce la corrosión. Si puede hacerlo, el método de CA de bajo voltaje que describí es mucho mejor.
En la electrólisis, el objetivo es aplicar una corriente continua y minimizar la corrosión en los electrodos. Como las reacciones redox (deseadas, en el caso de la electrólisis) ocurren en los electrodos, los iones así producidos pueden reaccionar con los electrodos, por lo que el material del electrodo se selecciona para minimizar esa reacción. Tendrías el mismo problema, solo que de menor magnitud.
Gracias Tut y @PhilFrost. La solución de CA de bajo voltaje aumenta un poco el costo del sistema (agregando un transformador), pero podría experimentar con ella. ¿Algún material conocido que usted (Phil) podría sugerir que podría funcionar mejor como electrodo, con menos corrosión?
@jay no es mi área de especialización, pero wikipedia dice que tal vez sea platino, acero inoxidable o iridio. La investigación de la detección capacitiva del agua podría proporcionar una alternativa más sólida y el costo de una mayor complejidad.
@jay No se necesita transformador. Construí una versión de doble canal hace unos años usando un microcontrolador PIC de 8 pines. Muy barato, aunque el circuito necesita una fuente de alimentación, por supuesto.
Bien Tut. ¿Alguna posibilidad de que puedas compartir el esquema? Estoy familiarizado con los AVR, pero no tan cómodo con la electrónica analógica. Lo que puedo imaginar es usar 2 pines IO digitales y alternar rápidamente entre ellos (¿50-100 Hz?) Cambiando uno alto (fuera) y otro bajo (entrada) con una resistencia limitadora de corriente en el medio, y viceversa.
@jay Esquema agregado

El agua es un mal conductor . Si hay sales disueltas en el agua, entonces es un mejor conductor, pero estas sales también pueden acumularse en el sensor a medida que el agua se evapora, lo que interfiere con la precisión del sensor. También es difícil notar positivamente la diferencia entre un sensor que está sumergido y uno que se sumergió recientemente pero aún está húmedo.

Las válvulas de flotador no sufren estos problemas. Funcionan con agua muy pura o incluso con fluidos que no son agua en absoluto. Proporcionan una indicación muy positiva de "sumergido" o "no sumergido" que es independiente de la pureza del fluido que se controla o de la evaporación. Si bien introducen componentes mecánicos que pueden fallar, están ampliamente disponibles y son fáciles de reparar por personas que pueden no tener conocimientos eléctricos avanzados.

Solía ​​pensar que es cierto para el agua destilada o muy pura. Es poco probable que el agua almacenada en el depósito sea tan pura. Además, mi idea de la prueba de conducción era tener un par de electrodos que estuvieran físicamente ligeramente separados. Por lo tanto, si están mojados, no debería importar a menos que estén sumergidos. La brecha sería lo suficientemente grande como para no tener un camino directo entre los 2 electrodos (+ve y GND). Sin embargo, la acumulación de sales disueltas parece un problema más probable. Gracias por responder.
@jay, incluso si están separados, puede haber una película húmeda desde un electrodo, a través de lo que sea que soporte ese electrodo, hasta el otro electrodo. No necesitas una línea recta que conecte los dos. Cualquier camino conductor servirá.
Ah, veo tu punto.

Me doy cuenta de que esto tiene un año, pero estaba buscando respuestas para una vieja torre de enfriamiento y lo tenía abierto cuando encontré un lugar llamado Waterline Controls que vende 'sensores electrónicos' (además de controladores controlados por software que parecen engañosos).

También tienen buena información sobre todo tipo de sensores de agua, pros y contras, etc.

Dijeron: "La mala calidad del agua puede hacer que las sondas se ensucien, se deterioren o se piquen, y deban reemplazarse después de uno o dos años. "Tecnología desechable" con un ciclo de vida corto..." (el enlace 'leer más' va a www. waterlinecontrols.com/level-sensors/conductivity-probe/).

Su material es totalmente diferente y vale la pena investigar si necesitas una mejor solución. También tienen algunas instalaciones importantes en la lista, como en Google y una planta nuclear, por lo que ciertamente funciona bien.

De todos modos, espero que eso ayude.

Conductividad eléctrica para determinar el nivel de agua del depósito para encender/apagar la bomba
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