Sensor y circuito de detección de fugas de agua

Estoy planeando construir un ROV para uso bajo el agua y en este momento estoy considerando tener algún sistema de detección de fugas de agua para el recinto de la electrónica que tiene que soportar presiones bajo el agua de hasta 5 bar / 70 psi / 500 kPa.

A partir de mi investigación, encontré una buena solución de Blue Robotics llamada Sensor de fugas SOS que va junto con algunas sondas SOS .

El diseño y la descripción de las sondas me permiten pensar un poco en cómo funcionan. En un apartado de la descripción del producto pone:

Cada sonda se puede reutilizar varias veces si se seca y se vuelve a comprimir, pero una vez que la punta se degrada, también puede obtener puntas de sonda SOS de repuesto.

Entonces, las puntas de la sonda están hechas de un material esponjoso que probablemente esté enriquecido con algún tipo de sal (creo que uno podría simplemente usar NaCl para eso), que aumentará la conductividad de cualquier agua que toque y se empape. la punta.

Si tengo razón, creo que replicar esas sondas no sería un gran problema.

Pasando a la placa de circuito (Sensor de fugas SOS):

Aquí está el diagrama de circuito de la documentación .

ingrese la descripción de la imagen aquí

Hasta ahora, entiendo que si alguna sonda se corta, el circuito cambiará la señal, que R3 baja, a alta. Pero, ¿qué están haciendo exactamente R1 y R2?

Necesito saber esto porque todavía no entendí la relación de la conductividad/resistencia del agua hasta donde el circuito detecta el "cortocircuito" y en qué umbral.

Obtuve algunas muestras del agua en mi área local, donde planeo poner en uso el ROV, y he medido mal la resistencia de ellas y un poco de agua del grifo y destilada como referencia. Usé un multímetro para esto y no tenía ninguna plataforma para sostener las dos sondas a una distancia constante entre sí, pero hice todo lo posible sosteniéndolas con la mano, por lo que mis mediciones no son tan constantes. Pero aquí hay algunos resultados significativos:

El agua de muestra tiene una resistencia de unos 500 kOhm (+-100 kOhm) a una distancia de sonda de unos 5 mm (punta a punta). Luego agregué una pizca de sal en una pequeña muestra de la misma agua y medí alrededor de 40 a 30 kOhm.

Así que estoy seguro de que puedo obtener lecturas con sondas caseras con una resistencia de al menos 100kOhm. Pero volviendo a mi pregunta, ¿cómo se relacionan estos con el circuito que se muestra arriba? ¿Necesito hacer algún ajuste a R1 y/o R2? Y si tengo que hacerlo, ¿cómo son los cálculos para eso?

problema interesante Dado que su ROV presumiblemente tiene una amplia variación en la orientación XYZ, probablemente necesitará varias sondas en varias esquinas. Una solución más simple puede ser monitorear la presión dentro de la cámara.
Otra alternativa es no preocuparse por la presión, ventilar la cámara y llenarla con un aceite adecuado. Aunque, obviamente, todos los componentes individuales deben poder soportar las presiones.
Planeo tener un sensor de presión en el exterior además de los sensores de fugas de agua en el interior. El punto es que si tengo una fuga, mi sistema debe recuperarse por sí solo hasta la superficie del agua lo antes posible. Si entra agua en la cámara de la electrónica, no estoy preocupado por la electrónica en sí, ya que voy a cubrirla con una capa protectora de agua adecuada (silicona, cera, resina, ...) tanto como pueda. pero lo que me preocupa es la flotabilidad del ROV...
He diseñado los elementos flotantes y la cámara electrónica (que se va a llenar de aire) para que todo el sistema flote ligeramente hacia arriba. La razón detrás de esto es que de esa manera puedo mantener la profundidad haciendo que los propulsores exploten hacia arriba y no hacia abajo, por lo que no empuja hacia arriba ningún asentamiento. y dirsturb view de esa manera... también si el sistema falla, o si tengo que activar el apagado de emergencia, el sistema aún flotará hasta la superficie del agua por sí mismo para ser recuperado. Así que jugar con aceite que 1. dificulta el acceso a la electrónica y 2. agrega peso, no es una opción
En ese caso, prepresurizaría la cámara a una profundidad mayor que la objetivo para que la presión interna sea siempre más alta. De esa manera, las fugas serán en su mayoría aire, no entrada de agua, y es más fácil detectar la pérdida de presión a cualquier profundidad. También le brinda el beneficio adicional de saber que los sellos están apretados incluso antes de que toque el agua.
Ese es un buen punto. Todavía no estoy seguro de si voy a usar la batería integrada o si voy a alimentar el ROV por cable. He leído algunos artículos sobre tener baterías de LiIon / LiPo / plomo ácido dentro de la cámara, donde uno tiene que considerar la formación de gas y la acumulación de presión dentro de ella, que tiene que escapar de alguna manera a través de una válvula. En ese caso, necesitaría trabajar con cámaras de presión positiva de todos modos, pero aún no sé si la presión caería lo suficientemente rápido como para detectar temprano en caso de una pequeña fuga. La forma más segura para mí sigue siendo la detección de agua.
También tengo que considerar la condensación de agua y como dije, quiero que el sistema sea lo más simple posible de operar y mantener, por lo que jugar con presiones no está a mi favor.
Sí, como dije, interesante conjunto de problemas. :)

Respuestas (2)

R1 (además de la resistencia de la sonda) limita la corriente base de Q1 a un valor seguro, y probablemente esté allí para evitar que mate a Q1 con un cortocircuito accidental a tierra.

R2 eleva la base a Vcc cuando la entrada está abierta o tiene una resistencia alta. Esto asegura que el transistor se apague a menos que la corriente base exceda un valor mínimo. En números redondos, esto es 22 uA (0,6 V Vbe / 27 000).

Si sabe qué es Vcc, puede calcular la resistencia de sonda equivalente necesaria para hacer que cambie la salida. El transistor probablemente tenga una ganancia de alrededor de 100, pero para una saturación decente con una carga ligera, asuma un valor de 20-30.

Los 240 ohmios en serie con el LED me indica que Vcc = 5V, entonces el voltaje base es 4.4 V. La resistencia externa necesaria para 22 uA es (Ley de Ohm) 4.4/22 uA = 200K. Menos el 1K que ya existe = 199K. Ese es el punto en el que el transistor comienza a conducir. Pero espera hay mas.

Hay alrededor de 12,5 mA de corriente LED, más 5 mA de corriente R3, supondremos otros 1,5 mA de corriente de salida. Eso suma hasta 19 mA de corriente de colector. Redondee a 20 mA, divida por una ganancia de transistor de 20 y necesitará 1 mA de corriente base. Volviendo a la Ley de Ohm, Rbase = 4,4 V / 0,001 A - 4,4K. Menos R1 = resistencia del sensor externo de 3,4 K para un transistor firmemente saturado.

Entonces, si entendí: si uso el mismo circuito que el anterior, la señal del sensor aumentará cuando cualquiera de las sondas mida una resistencia entre 0 y 3.4K. No estoy seguro de lo que significa "saturado" en términos de transistores ... pero sin embargo, ¡su respuesta es excelente! Todavía hay algunos puntos que no entendí, pero creo que los resolveré. ¡Gracias!

Si sustituye el transistor pnp en su esquema con el modelo equivalente de aquí , verá que las resistencias R2 y R1 están formando un divisor de voltaje. Llamemos al potencial en la sonda V_probe. Usando el método de nodo, puede encontrar que el diodo NP base tendrá Vcc en el ánodo y Vcc*R1/(R2+R1)+V_probe*R2/(R2+R1) en el cátodo.

Entonces, mi consejo es comenzar con R1, que determinará la corriente base. En base a eso, puede calcular el R2, de modo que el diodo base se encienda, una vez que la sonda alcance el potencial requerido.

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