[Projet] Réalisation d'un capteur de niveau pour un puits de 15 m

[domip]

Bonjour,

j'écris cet article pour présenter une réalisation.
J'ai longtemps chercher un système pour mesurer le niveau d'eau d'un puits de 15m qui a tendance à s'assécher l'été en cas de trop forte utilisation.

J'ai cherché dans le domaine des capteurs à ultrason, des capteurs capacitifs ou résistifs dont la valeur varierait en fonction de la hauteur d'eau mais n'ai rien trouvé de satisfaisant.

J'ai cherché sur les forums, mais à part des questions similaires, n'ai pas vu de réponse.

J'ai finalement trouvé une solution avec l'utilisation d'un capteur de pression Motorola MPX4250 normalement utilisé dans l'automobile, une bouteille de savon liquide, un peu de béton pour lester la bouteille, de l'huile alimentaire pour la remplir sans risquer de la polluer, quelques bouts de tubes PVC, un câble 3 ou 4 conducteurs de 20m et une bonne dose de colle epoxy pour sceller le tout.

Le coût principal est celui du capteur et du câble.

Le capteur doit être alimenté en 5V, et sa tension de sortie couvre la plage 0-5V en fonction de la pression absolue et donc de la pression atmosphérique+ la pression due à la hauteur d'eau.

Pour la partie pratique je viens de terminer une page sur un wiki disponible içi :
http://www.dom-ip.com/wiki/R%C3%A9al..._pour_un_puits

Le retour d'expérience est pour l'instant satisfaisant, cela fait plus de deux ans que le capteur est installé sans problèmes.

Domip
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[alainav1]

bonjour,
merci pour ce retour d'experience .
la tension de sortie (0 5V) est utilisé en detection de niveau,connecter a unvoltemetr à un afficheur LCD qui affiche la hauteur?
cordialement
Alain

[domip]

Bonjour,

dans mon cas la sortie analogique 5V est connectée à une carte électronique décrite ici ( http://www.dom-ip.com/wiki/Carte_d%27Acquisition_Web ) qui envoie ces données sous forme de requêtes HTTP POST sur mon hébergement web. Elles sont alors enregistrées dans une base mysql.

Après je peux visualiser ces données à l'aide de scripts à partir de n'importe quel navigateur internet.

Juste le temps de mettre un graph au propre, et je vais le poster.

Cordialement,

Domip

[r4ph]

Excellente idée!, Particulièrement celle de l'huile afin d'isoler le capteur de l'eau!

Si tu veux une fois utiliser un capteur différentiel, tu peux facilement mettre un tuyau de mise a l'air libre qui remonte a la surface.

Pour un capteur non immergé tu peux imaginer une colonne remplie d'eau voire même d'huile dans la partie supérieure qui plonge au fond du puit, bouchée en haut par le capteur (absolu ou différentiel). Plus le puit est plein, moins ya de différence de pression. Bémol, la colonne doit toujours être dans l'eau en bas, donc le puit ne doit jamais être complétement vide.

Merci pour ce retour!

[A voir en vidéo sur Futura]

[domip]

J'ai effectivement pensé au capteur différentiel.
Les avantages sont :
- on ne perd pas une partie de la plage du capteur pour mesure la pression atmosphérique ( 1 bar sur une plage totale de 2.5 dans mon cas).
- les variations de pression atmosphérique n'influencent pas la mesure (elle est négligeable si on se limite à une précision de 20cm)

Les inconvénients sont :
- il faut un tuyau qui descende au fond du puits avec une mise à l'air libre en haut
- il faut que le dit tuyau ne se bouche pas, ne se pince pas, ne soit pas écrasé par la pression et ne se remplisse pas d'eau (condensation ?). Idem pour la mise à l'air libre.

Je cherchais aussi la fiabilité, c'est pour cela que j'ai préféré un capteur de pression absolue, mais c'est un choix !

Pour l'affichage des données, j'utilise des scripts php et JpGraph.

Voici un exemple de graph.



On voit bien les périodes ou la pompe fonctionne pour l'arrosage et celles ou le puits se rempli. Comme le puits fait 500 l au mètre, on peut en déduire les débits.

Domip

[r4ph]

C'est vrai, et puis l'idée de la colonne ne fonctionnera plus, passé 10m, on aura du vide en haut de la colonne.
Mais la méthode que tu a utilisée est très bonne, je garde ça en tête!

[invite2313209787891133]

Bonjour

Dans l'industrie on trouvait des systèmes qui ressemblaient un peu à ça il y a quelques 10aines d'années: le bulle à bulle; un flux d'air comprimé était bridé pour laisser passer un tout petit débit dans un tube plongeant, et on mesurait la pression dans le tube.

[domip]

Je crois qu'il y a encore pas mal de jauge de citerne de fuel qui fonctionne suivant ce procédé. La tirette a manipuler pour la mesure est en faite une pompe qui injecte de l'air dans le tuyau.

Dans le cas présent, l'avantage est que le capteur de pression n'est pas immergé, l'inconvénient est qu'il faut une pompe à air.

Benoit

[r4ph]

C'est vrai y'en avait une dans la maison de mes grands-parents, j'avais jamais fait le lien!

[anteus01]

Bonjour,

2 ans après, êtes vous toujours satisfait de votre installation?

Je vous pose la question car je trouve votre article très intéressant et je souhaite me lancer, sauf que j'ai peur pour la configuration de la carte d'acquisition.

Cdlt

Anteus

[domip]

Bonjour,
je vous remercie de l'interet que vous portez à ce sujet.
Aprés deux ans le système fonctionne toujours, sans problème.

Je dirai que la configuration de la carte est à la portée de toute personne qui s' y connait un petit peu en réseau.
Essayer de trouver qqn dans votre entourage ?

Cordialement,
Benoit

[anteus01]

au pire je me lance et on verra bien

[Gérard]

Bonjour

Dans l'industrie on trouvait des systèmes qui ressemblaient un peu à ça il y a quelques 10aines d'années: le bulle à bulle; un flux d'air comprimé était bridé pour laisser passer un tout petit débit dans un tube plongeant, et on mesurait la pression dans le tube.

Ce système est encore employé dans l'industrie.

[HAYAC]

Bonjour à tous,

Merci bien pour cette réalisation.
Partent de ce même capteur mais Version pression relative en dehors du puits avec un tube plongeur jusqu'au fond me parais plus simple non (principe pressostat électro-ménager), des durites supportant un écrasement de 2 bars ne me semble pas introuvable ?!
Ce qui évite de plonger câble est capteur dans l'eau.

Cordialement,

[domip]

Je pense en effet que c'est la meilleure solution.
Bonne réalisation
Benoit

[jenoyend]

Bonjour,

Je n'ai pas compris le principe de Hayac donc je reste sur le schéma de domip.
Et je vous remercie pour partager votre principe.

J'ai un puits de 30m. Si j'ai compris, il me faut 1 bar pour la pression atm plus 3 bar pour les 30m, ce qui fait 4 bar soit 400kPa.

http://www.freescale.com/webapp/sps/...KPA&cof=0&am=0

Je compte partir sur le MPX5700 (pour avoir également les caractéristiques suivantes : Differential, Gauge and Absolute Integrated Pressure Sensor).

Je ne me trompe pas?

Cordialement,
Jonathan

[jenoyend]

Bonjour,

Je n'ai pas compris le principe de Hayac donc je reste sur le schéma de domip.
Et je vous remercie pour partager votre principe.

J'ai un puits de 30m. Si j'ai compris, il me faut 1 bar pour la pression atm plus 3 bar pour les 30m, ce qui fait 4 bar soit 400kPa.

http://www.freescale.com/webapp/sps/...KPA&cof=0&am=0

Je compte partir sur le MPX5700 (pour avoir également les caractéristiques suivantes : Differential, Gauge and Absolute Integrated Pressure Sensor).

Je ne me trompe pas?

Cordialement,
Jonathan

Si j'ai bien compris il me faut celui là :
http://www.mouser.fr/ProductDetail/F...4SQBG3W6KMQ%3d

il fait une mesure absolue et suffisamment profond pour un puits de 30m.

[domip]

Bonjour,

attention dans mon cas j'ai parlé d'un puits de 15 m qui est parfois rempli à ras bord : il faut 1.5 bar pour la hauteur d'eau plus 1 bar de pression atmosphérique donc un capteur qui puisse aller jusqu'à 2.5 bar (250 kPa) .

Votre calcul est valable si la hauteur d'eau peut monter jusqu'à 30 m. Si vous ne devez pas avoir plus que 15m d'eau le capteur 250kPa suffit. C'est la hauteur d'eau max à mesurer qui doit être prise en compte et pas la profondeur du puits.

Au delà de 15 m , le capteur MPX5700AP (700 kPa) semble être la bonne solution puisque il n'y a pas de solution intermédiaire (en mesure absolue) entre 250 kPa et 700 kPa.

Benoit

[mistre3winix]

salut c'est une excellente idée
je veux savoir où je peux trouver ce capteur MPX4250 ?? vous avez dit qu'on peux le trouver dans la voiture où exactement et merci .

[HAYAC]

Bonjour,

http://fr.farnell.com/freescale-semi...psi/dp/1457153
http://eu.mouser.com/Freescale-Semic...yy1ah3Z1z0jaic
Par exemple

[jenoyend]

Bonjour,

Je vois que j'avais posé mes questions il y a déjà deux ans. Je peux enfin y consacrer du temps

Entre temps, j'ai acheté le capteur et un arduino uno.

J'ai des questions concernant la partie étalonnage.

Pour votre capteur vous dites
Vout=Vsx0.004x(P-10000+Offset)/1000
mais dans votre datasheet, il y a marqué:
Vout=Vsx(0.00369xP+0.04)+-erreur

Je ne comprends pas comment vous êtes passé de la datasheet à votre valeur (et notamment le 10000 et 1000)

Concernant mon "adaptation", je me suis entraîné avec un capteur de température

le code que je devais écrire selon le tuto était le suivant

RawValue est la lecture directe du capteur
Voltage = (RawValue / 1024) * 5 // la valeur est divisé par 1024 car de 0 à 1023 c'est la représentation du voltage de la pin et multiplié par 5 pour convertir en volts
tempCelsus = (Voltage-0.5) *100 // 0.5 est l'offset et il faut le multiplié par 100 pour obtenir les degrés Celsius


Pour en revenir à la pression, ma datasheet me donne
Vout=Vsx(0.002421xP-0.00842)+-erreur
Vs=5V

Dans cette formule:
Vout=Vsx(0.002421xP-0.00842)+-erreur

Vs = 5V ou Vs = (RawValue / 1024) * 5?
erreur est une manière de dire offset?

Merci d'avance pour votre aide
Bonne journée
Jonathan

[jenoyend]

En réfléchissant un peu plus

Vs = 5
Vout = (RawValue / 1024) * 5

Je me trompe?

[antek]

Quel capteur ? Un lien ?

[jenoyend]

Pardon, voici la bête
www.nxp.com/files/sensors/doc/data_sheet/MPXHZ6400A.pdf

[antek]

Vout=Vsx(0.002421xP-0.00842)+-erreur

L'égalité complète est donnée page 5 :
Vout = Vs x (0.002421 x P - 0.0.00842)± Pressure Error x Temp. Factor x 0.002421 x Vs

[paulfjujo]

bonjour,

Etant interessé par ce meme probleme...

je trouve 41 points pour le mini =2M et 983 points pour le maxi =40M

par contre , il me semble que le choix d'un capteur de pression absolue n'est pas le meilleur choix
because du delta de la pression atmospherique ( qui ne sera pas compensé)
delta de l'ordre de 10Kpa , => erreur de l'ordre de 7% ..
c'est peut etre tolérable ?

le capteur devra etre immergé au fond du puit ! à moins d'utiliser un system bulle à bulle .. etc ..

pas la peine de s'embarasser des coeff de temperatures sauf si on va vers les temperatures negatives .. mais eau gelée !!

j'hesite encore au niveau du capteur entre une mesure barometrique
et une mesure capacitive avec cable coaxial .(decrite dans ce forum)

il existe aussi une possibilité de mesure par tube plongeur ..poussee d'archimede .. capteur de force ...

[domip]

Bonjour,

jenoyend,

En ce qui concerne le coeff 0,004 ou 0,00369 , ca dépend si on regarde la datasheet 4250A ou 4250. C'est bizarre, de mémoire le coeff était identique il y a quelque années. J'ai modifié mon wiki afin de pointer sur le 4250 A.

Pour les problèmes de 1000 et 10000, c'est simplement que la datasheet utilise une pression en kPa, et que pour la suite du calcul j'utilise des Pa pour ne pas faire d'erreur. En effet le Pascal est l'unité de pression officielle.

J'ai modifié mon wiki pour que ce soit plus clair. Si vous avez encore des questions n'hésitez pas !

Cordialement,
Benoît

[nra]

Plus de cinq ans plus tard, je voudrais remercier Domip pour cette astucieuse réalisation. J'ai réalisé le capteur quasi à l'identique des plans décrits. Seule modif, j'ai utilisé un tube PVC de 25mm de diamètre intérieur de telle sorte qu'il rentre légèrement en force dans le pas de vis du flacon, le tout étant collé là aussi à l'araldite lente.
Pour la partie acquisition de données, le Raspberry étant depuis passé par là, j'en utilise un couplé à cette excellente carte de conversion DA : https://www.amazon.fr/gp/product/B01...?ie=UTF8&psc=1
Le code d'acquisition est le suivant :

import urllib2, json
import Adafruit_ADS1x15

#read barometric pressure at sea level
url = 'http://IPAdress:8080/json.htm?type=devices&rid=296'
data = urllib2.urlopen(url).read()
jsonList = json.loads(data)
Pqnh = jsonList['result'][0]['Barometer']
Altitude = 144

# Create an ADS1115 ADC (16-bit) instance.
adc = Adafruit_ADS1x15.ADS1115()
offsetCapteur = 10.45
# Gain
#  -  2/3 = +/-6.144V
#  -   1  = +/-4.096V
#  -   2  = +/-2.048V
#  -   4  = +/-1.024V
#  -   8  = +/-0.512V
#  -  16  = +/-0.256V
GAIN = 1
FS = 32767.0
#values = [0.0]*4

#h=( (Vout x 1000) / (Vs x 0,004) + 10 000 - Offset) / ro x g + (- Pqnh + 11,7 x Alt) / ro x g
#h=( (Vout x 1000) / (Vs x 0,004) + 10 000 - Offset) / 9,81 + (- Pqnh + 11,7 x Alt) / 9,81
i = 0
value = adc.read_adc(i, gain=GAIN)
value = value/FS*4.096
correctionAltitude = (-Pqnh+11.7*Altitude)/9.81
h = ((50000 * value + 10000) / 9810 - offsetCapteur)*100 + correctionAltitude

content = urllib2.urlopen('http://IPAdress:8080/json.htm?type=command&param=udevice&idx=321&nvalue=0&svalue=' + str(value)).read()
content = urllib2.urlopen('http://IPAdress:8080/json.htm?type=command&param=udevice&idx=322&nvalue=0&svalue=' + str(h)).read()

Le puits fait 8m de profondeur (un peu plus de 60cm de diamètre), et malgré le nettoyage accompli (2m de gravats de toute nature jetés au cours des âges), je n'ai que 60 cm d'eau en ce moment. En conséquence je corrige la hauteur de la colonne d'eau en fonction de la pression atmosphérique réelle au niveau de la mer (station météo de l'aéroport de La Rochelle) afin d'améliorer la précision de mesure. Tout cela est piloté par Domoticz, excellent logiciel libre. Ah j'oubliais, j'ai mis une capa de 1uF sur l'entrée de l'ADC (100nF) aurait été sans doute mieux, on verra à l'expérience, mais celle-ci était sous ma main. L'offset capteur est défini précisément en envoyant un fil à plomb au fond et à la surface de l'eau puis en cherchant la bonne valeur par approximation successives.
Enfin le script est déclenché toutes les 5 minutes grâce à un cronjob. Je mettrai bientôt en place InfluxDB et Grafana pour permettre l'analyse sur la durée du profil du puits.

[bannos]

Bonjour,

Je suis en cours de conception d'un système utilisant le même principe que le votre.
Ceci dit, je souhaiterais quelques précisions sur le choix de l'huile (pourquoi pas de l'eau?), et le choix de la bouteille déformable(pourquoi pas un sac de savon souple?).

En effet, quelles sont les influences de la viscosité (différente avec l'huile), et du récipient tel qu'il est constitué, avec sa résistance à l'écrasement?
Est-ce que votre coefficient de correction corrige les écarts intrinsèques aux choix techniques?

Merci de tout retour sur ces quelques questions.

Cordialement,
bannos

[bannos]

Bonjour,

Autre question me venant. Pourquoi ne pas utiliser un récipient plein d'air, et sans huile? Le capteur est préconisé pour de l'air a priori.

Cordialement,