Mesure de niveau d'eau pour cuves diverses

[richardel]

Bonjour a tous,

Personnellement, pour ma citerne d'eau de pluie, j'utilise un capteur capacitif (fabrication maison) très simple qui utilise un fil électrique isolé "collé" sur un tube PVC (les extrémités non isolées du fil étant hors eau). Un circuit oscillateur RC noyé dans une résine (humidité) placé dans la citerne envoi un signal carré dont la fréquence varie en fonction de la quantité d'eau. Un système a microcontroleur convertit la frequence en quantité d'eau restante.

En fait, on fabrique un condensateur sur la hauteur de la citerne et c'est le diélectrique qui change en fonction du contenu de la citerne (air si vide, eau si pleine, X% d'air et Y% d'eau si niveau intermédiaire).
Dans mon cas, la fréquence recueillie varie entre 200Hz (citerne pleine) et 2KHz si elle est vide.
La différence serait moins grande avec du mazout mais parfaitement exploitable quand même.
L'oscillateur est construit autour d'une porte NAND a hystérésis (4093) mais a refaire, je choisirais un 555 pour plus de stabilité.

Avantages
-Aucune pièce mobile dans ce capteur d'ou solidité a toute épreuve. (J'ai des craintes sur la fiabilité du potentiomètre a cause de l'environnement humide)
-Très grande sensibilité

Inconvénient
-Ce capteur est perturbé par les boues de citerne (il se décalibre avec le temps). mais dans une eau "propre", c'est un capteur génial.

Il y a moyen de s'en servir dans une citerne mais il faudrait le seconder par une détection de niveau classique (niveau haut, niveau bas) qui permettrait une calibration de la sonde capacitive chaque fois que la citerne est pleine ou presque vide.

Une sonde souvent oubliée et qui a pourtant d'énormes avantages.

Amitiés

[Forhorse]

Il existe même des circuits integrés qui permettent de faire dirrectement un capacimètre pour ce genre d'application
Par exemple le AD7745
Avec les avantages habituelles de ce genre de circuit : facilité de mise en oeuvre, stabilité et précision
Mais aussi avec les même inconvenients que les autres : disponibilité et prix.

Moi je veux bien une photo du capteur car le concept est vraiment très interessant.
D'ailleur je suis en train de penser que sur une citerne en plastique, il y'a peut être moyen de placer les electrodes à l'exterieur de celle-ci, collé contre la paroie, non ?

[richardel]

Bonjour a tous,

Maintenant, c'est toi qui me fait découvrir des circuits...
Promis, je vais lire le datasheet.

Pour la photo du capteur, un petit peu de patience... Je dois avoir un capteur de réserve dans la cave (si je ne l'ai pas liquidé lors du dernier "nettoyage").
Personnellement, c'était sur une décharge PVC de 40.
L'idée de placer les fils a l'extérieur d'une citerne plastique me parait très intéressante (ca devrait limiter l'influence des boues).
Par contre, la distance entre les "électrodes" va être plus grande ce qui va diminuer la valeur du condensateur. Il sera, peut-être, intéressant de placer des rubans (ou des plaques) pour compenser cette distance.
Veiller a ce que les plaques soient bien isolées (faut pas que le condensateur ait un courant de fuite du a la pluie, par ex).
Attention si la citerne est bombée, ca risque d'influencer la linéarité de la mesure.

je vais voir pour la photo.

Amitiés

[Forhorse]

Personnelement je peur recuperer du feuillar de cuivre (utilisé par exemple pour l'ecrantage des cables electriques)
donc je pense que collé à l'exterieur de la citerne avec une bonne colle ça peut faire. Un coup de vernis ou de peinture par dessus ça devrait permettre de limiter l'influance exterieur.
Reste à determiner l'ecart idéal entre les electrodes...

Enfin c'est qu'une idée... c'est vrai que l'epaisseur de la paroie peut rendre cette solution inaplicable.
J'essayerais dès que possible (si je trouve un AD7745 )

[helios]

Avec l'épaisseur de la paroi, la capacité risque d'être très faible, et la variation encore plus. Le plus simple à mon avis reste le fil immergé, avec un léger poids au bout.

[Forhorse]

[quote="helios"]Avec l'épaisseur de la paroi, la capacité risque d'être très faible, et la variation encore plus. Le plus simple à mon avis reste le fil immergé, avec un léger poids au bout.[/quote]

Peut-être, il faut essayer. Je ne veux rien affirmer a ce sujet, n'ayant jamais mis en oeuvre la moindre solution qui puisse s'en approcher de plus ou de moins.
Mais le AD7745 permet de mesurer des condensateurs de plus ou moins 4pf, avec une precision de l'ordre de 4 femtofarad donc je pense que c'est jouable.

[richardel]

Désolé pour le retard (petit problème avec l'appareil photo).

Voici une vue du haut du capteur. C'est un tube PVC de 40 de diamètre.
Il y a un tube horizontal dans lequel s'insère un petit cylindre noir qui contient l'oscillateur (noyé dans de la résine).
Après un coude de 90°, vient le tube qui fait la hauteur de la citerne sur lequel est collé le fil électrique (ici un fil de téléphonie de 0.6²).
une extrémité de ce cable démarre de l'oscillateur, passe par un petit trou (a la base du coude), descend le plus droit possible vers le bas du tube (photo 2), fait une boucle de 180° et remonte a la base du coude. Là, le fil est coupé et du silicone le maintient collé au tube. L'endroit ou le fil est coupé doit, impérativement, être au dessus du niveau de l'eau (pas de contact entre le cuivre et l'eau sinon, c'est plus un condensateur correct).
De l'autre coté du tube, le même montage est fait avec un autre fil (dans mon cas, il est rouge) et forme la deuxième armature du condensateur.

Voici les photos:



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Pour hélios,
Ce n'est pas l'épaisseur de la paroi qui va influencer la capacité mais la distance entre les deux électrodes. Chez moi, c'est 40mm et ici, ce sera probablement beaucoup plus. C'est la raison pour laquelle je suggérais d'utiliser des rubans ou des plaques.
Le système est très sensible. Il suffit de prendre un verre d'eau dans lequel on plonge un mini capteur pour s'en rendre compte (Si je me souviens bien, j'avais calculé qu'on pouvait (théoriquement) mesurer une variation de hauteur inférieur au mm).
Mais il est clair qu'il vaut mieux faire un essai. Et pour ce faire, un simple oscillateur RC (type porte NAND avec hystérésis (cd4093)) permet de se faire une très bonne idée (c'est cet oscillateur qui tourne depuis plus de 5 ans).
Si c'est concluant, tu pourras envisager l'achat du AD7745

Amitiés

[helios]

Bonsoir,

bien sûr, c'est la distance entre électrodes et non l'épaisseur de la cuve qui va jouer, encore que le diélectrique n'est pas le même !
Mais je voyais surtout le système très différemment, avec un écartement considérablement plus faible. J'avais fait des essais rapides, sans plus me souvenir des performances, avec un simple fil plongé dans l'eau. Premier cas avec un monofilaire, l'eau assurant la deuxième électrode. Mais il faut un liquide conducteur, problème de corrosion du contact... Deuxième cas avec du bifilaire plat je crois. Le système me semblait exploitable, mais je ne suis pas allé plus loin.
Mais si ça fonctionne bien avec le montage de la photo, la paroi de la cuve ne devrait pas poser de problème.
Il y a donc de multiples pistes.

Instructif !

[richardel]

Mais il faut un liquide conducteur, problème de corrosion du contact

C'était basé sur un condensateur ou sur le principe de la résistivité de l'eau ?
Le principe de la résistivité de l'eau n'est pas, selon moi, très fiable En effet, celle-ci varie en fonction des impuretés de l'eau (une eau collectée après une période de sécheresse (toit sale) affecterait la mesure).

C'est ce que j'ai voulu éviter avec cette sonde qui est basée sur la nature du diélectrique. Comme je l'ai signalé, le gros problème c'est l'accumulation des boues de citerne qui adhère à la sonde et fausse la mesure.
Selon moi, il faudrait une détection de niveau haut et bas (simples électrodes (tiges filetées inox) alimentées une fraction de seconde toutes les 5 minutes) pour détecter les deux niveaux extrêmes et qui permettrait de recalibrer la formule a chaque atteinte de ces niveaux. Cela permettrait de diminuer drastiquement l'influence des boues.
Une autre solution serait d'enrober la sonde (pour que les fils ne soient pas si fragiles) et de la nettoyer en même temps que la citerne.

Je n'ai pas de craintes sur l'efficacité de la sonde.
j'ai été, moi-même surpris de l'importance des variations.
Attention que ca dépend du liquide... génial avec de l'eau, moins efficace avec du fuel (mais parfaitement exploitable).
Le principe des plaques est intéressant mais peut poser un problème "d'isolation". Le fait de les placer a l'extérieur de la cuve résout ce problème (ou alors, la cuve et percée )

Il y a aussi la possibilité de faire plusieurs aller-retour avec le fil (ou choisir un fil plus gros) pour augmenter la surface des "plaques" et ainsi rattraper le manque de sensibilité dans le cas du fuel. Chez moi, j'ai fait un aller-retour, non pas pour une question de sensibilité mais surtout pour ne pas abimer l'isolant du fil et placer le bout de cuivre mis a nu (fin du fil) en dehors du niveau de l'eau.

Je pense que j'ai fait une erreur quand j'ai donné les fréquences de la sonde. j'ai parle de 200 a 2000Hz mais ca tournait plutôt autour des 20Khz (2000 a 20000Hz). En tout cas, le rapport de 10 entre les deux était correct et c'est le principal.
Au niveau du processeur, je faisait une mesure de période avec le timer mais compté sur un certain nombre de période (de mémoire, une quarantaine) pour que le compteur 16 bits atteigne une valeur suffisante (précision).
Les mesures sont moins fiable quand il pleut car le niveau de l'eau est moins stable (bien que l'eau "ne tombe pas" mais est injectée par le bas).
Ceci dit, par temps calme, je constate des différences de 20 a 50 litres entre deux mesures (est-ce du a l'oscillateur ou aux vibrations de la route) mais ca reste tout a fait honnête pour une citerne de 7500 litres.

là, je crois que j'ai tout dit

Amitiés

[helios]

J'avais bien fait un essai en condensateur, mais avec un seul fil isolé, et un contact dans l'eau. Mais je ne me souviens plus vraiment des résultats. Le principe présenté semble bien meilleur.

[Forhorse]

richardel, aurais tu une idée de la valeur approximative du condensateur ainsi constitué par la sonde que tu nous présente en photo ?
ça me dirait bien de faire des essais, sous cette forme ou sous une autre, mais en partant, comme tu la suggéré, sur une base de NE555.

Sur le principe je pense que l'on peut aussi faire très simplement des capteur capacitif tout ou rien : un convertisseur frequence/tension en sortie qui attaque un comparateur.
Utiliser par exemple comme capteur de niveau haut ou niveau bas (avec toujours derrière la tête l'idée de coller les armatures du condensateur à l'extérieur de la cuve)

[Forhorse]

A sinon, pour les fluctuation de mesure, tu y as sans doute déjà pensé, mais voici une methode que j'ai appliqué pour un de mes projets perso.
ça concernait aussi la mesure d'un niveau d'eau mais avec une sonde de pression*. j'avais là aussi des petites variations pas très importante, mais qui rendait la lecture de l'affichage un peu "fatiguante"

J'ai donc appliqué la technique de la moyenne glissante.
La valeur est lue à intervalle régulier (toutes les 500ms dans mon cas et si ma mémoire est bonne) et la mesure est stocké dans une pile FIFO (registre à décalage) ce qui fait que chaque nouvelle valeur enregistré chasse la plus ancienne. On fait ensuite une moyenne des valeurs enregistrée et on obtient une lecture bien plus stable.
Pour mon cas j'avais utilisé 16 valeurs (ceux qui savent calculer en binaire comprendront tout de suite pourquoi) ce qui fait un rafraichissement complet de la pile en 8 secondes. ça induit donc un très léger retard dans la mesure, mais au regard du temps de remplissage ou vidange de la citerne concerné, c'était négligeable.
Par contre la lecture parfaitement stable que ça induit est un confort appréciable et donne un petit côté "pro" et bien fini au montage.

* Avec le recul je me rend compte que ce procédé de mesure, même s'il est parfaitement fiable à court terme et donne des résultat hautement reproductible, est malgré tout très peu fiable à long terme. Pour le cas qui m'intéresse, la capillarité est un ennemi très sournois : l'eau remonte lentement dans le fin tuyau de mesure que j'ai utilisé, faussant par la même la pression dans le tube et donc la mesure de niveau. Si bien qu'il faut de temps en temps (environ tous les 3 mois) déconnecter le tube et le vider pour retrouver une lecture de niveau correcte.

[richardel]

Re,

pour la valeur du condensateur, je l'avais estimé mais comme il y a 7 ans (je viens de retrouver la date d'élaboration du circuit), j'avoue que je ne m'en souviens plus.
Je crois me souvenir que la résistance faisait 120K (résistance du RC). Après un calcul approximatif, ca devrait mettre la capacité aux environs de 300pf mais ca reste une idée (capa avec dielectrique air)... Info a prendre avec des pincettes (faudrait confirmer avec un calcul tenant compte des dimensions du capteur).

Pour ma citerne, il n'y a pas de clignotement de l'affichage vu que j'effectue une mesure toutes les minutes (juste que par beau temps, d'une minute a l'autre, je gagne ou je perd quelques dizaines de litres).
L'idée de la moyenne n'est pas bête du tout et a retenir.
De mon coté, j'effectue une dizaine de mesure, j'élimine les deux extrêmes et je fais la moyenne sur les 8 résultats suivants (même raison binaire que toi )

Pour le problème du tuyau, c'est connu. Les systèmes pro (en général a aiguille) ont un petit piston qui injecte de l'air dans le tuyau. Il faut l'activer avant chaque mesure. C'est pour ca que je n'ai pas voulu aller vers la mesure de pression.
Par contre, si une petite pompe injecte de l'air constamment, la mesure de la pression doit pouvoir donner une mesure de la quantité d'eau... maintenant, c'est une petite pompe alimentée tout le temps.

Quand a l'idée du tout ou rien, j'utilise cela avec le processeur. Quand on tombe en dessous de 300L, on alimente une électrovanne pendant 2 minutes pour injecter de l'eau de ville dans la citerne.
Ca marche pas mal mais a cause des boues de citerne, il y a 8 jours, je suis tombé a sec alors que l'appareil m'affirmait la présence de 500L.
Je pense que pour une application de ce type, rien ne vaut deux tiges dans la citerne qui s'arrêtent à une hauteur définie et que l'eau ne touche plus. C'est facile, précis et fiable. Il faut juste se méfier de "bouffer" les électrodes par électrolyse (ce qui se fait aisément en appliquant un signal alternatif (pas du 220, hein... ))

Amitiés

[ramses]

bonjour a tous,

une solution interessante, en tout cas pour ce type de citerne, est la mesure de niveau par ultra sons. Le principe est simple, tres peu de derive si o corrige la temperature de l'air en cuve et bonne stabilite dans le temps. L'electronique derriere est assez simple et peu couteuse si ce n'est les transducteurs ultra sons et la ... je ne sais pas ce que ca vaut aujourd'hui. (c'etait, a l'epoque de mes etudes, le memoire que j'avais developpe avec correction de t°, correction en fonction du gaz dans le volume et tout et tout...)


Pour ma cuve a mazout, j'utilise la mesure de niveau que l'on voit sur cette photo

On place un fin tuyau jusqu'a fond de la cuve. Une petite pompe a air manuel a faible debit injecte, lors de la mesure, de l'air dans ce tuyau. Il suffit de mesurer la pression max en sortie de la pompe pour connaitre la hauteur d'eau ou du liquide. En fait, on mesure la hauteur d'eau a combattre pour que les bulles sortes du tuyau. Ce systeme regle les problemes de boue et autres tracasseries inherentes a une mesure de pression statique. Pour "l'automatiser", il suffit de recuperer une petite pompe a air electrique et une mesure de pression "electronique".

Bien a vous tous

[Forhorse]

Oui le coup de la pompe à air (enfin son équivalent) je l'ai déjà vu sur un système d'imprimante à jet d'encre (Videojet pour ceux qui connaissent) et ça servait à mesurer le niveau d'encre et de solvant dans des bouteils de 1 litre !
(donc meme principe, d'un côté ça envois un très faible debit d'air dans le tube de mesure, et de l'autre ça mesure la pression. Suivant le niveau d'encre ou de solvant dans les bouteilles la contre-pression excercé par le liquide sur l'air varie, on en déduit donc le niveau)
C'est d'ailleur ce qui à inspiré ma propre application de capteur de niveau. Quand j'ai été confronté au probleme de capilarité, j'ai bien songé à mettre une pompe style aerateur d'aquarium... même pas besoin de la faire tourner en permanence, quelques minutes tous les 24h serait bien suffisant. En plus j'ai encore des sorties relais de libre sur mon système, c'est pas grand chose à faire : une pompe d'aquarium, un Té, 3 bouts de fils et quelque lignes de code... mais j'ai la flemme et je me dis qu'une pompe en plus c'est un risque de panne supplementaire... bref, ça fait 7 ans que ça tourne comme ça.