Mesure de pression pour hauteur puits

[invite878527612]

Bonjour,
J'ai déjà posté un message sur ce sujet dans le forum Électronique mais, comme la discussion s'orientait vers la physique, on m'a conseillé ce forum.
Voici de quoi il s'agit :
Je souhaite connaitre la hauteur d'eau dans un puits. J'ai choisi pour cela la méthode par mesure de pression (inspirée de ce système : Réalisation d'un capteur de niveau d'eau pour un puits) : l'idée est de plonger un capteur de pression absolue au fond du puits et de le placer dans un récipient déformable et hermétique. Le capteur mesure alors la pression dans ce récipient, qui correspond à la pression exercée par la colonne d'eau au dessus du capteur. Remplir le capteur d'huile permettrait de transmettre la pression extérieure avec une plus grande précision. Par contre, ce capteur de pression est de type absolue donc il mesure la pression totale: pression atmosphérique + pression exercée par la colonne d'eau au dessus du capteur. Il faut donc soustraire la pression atmosphérique à la mesure. Mais comment faire ? Je n'ai pas très bien compris la procédure de l'auteur de ce système (avec l'altitude).
J'ai vu qu'il y avait des capteurs de pression relative qui mesurait la pression en prenant pour origine la pression atmosphérique. Comment cela fonctionne-t-il ? Est-ce qu'il faut faire une mesure à l'air ambiant avant de plonger le capteur ? Est-ce que le capteur enregistre cette pression pression mesurée comme pression de référence (il agirait alors comme un capteur différentiel) ou faut-il utiliser le microcontroleur pour enregistrer cette valeur et la soustraire au résultat ?
J'ai aussi une autre question : sachant que la mesure de la hauteur doit être à 0.1 m près, comment puis-je calculer la précision nécessaire du capteur ? J'ai vu, par exemple, que des capteurs ont une précision de 1.4 %, ce qui correspond à une erreur max de 3.5 kPa pour une plage de mesure de 0 à 250 kPa. Mais à quoi cela correspond en mètres ? Faut-il utiliser la formule P=h.g.ro, auquel cas cela ferait une imprécision de mesure de 36 cm max (ce qui est trop important dans mon cas). Comment faire ?
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[invite2313209787891133]

Bonjour

Et pourquoi ne pas utiliser un capteur de pression qui mesure en relatif par rapport à la pression atmosphérique ?
Il y a au moins 2 avantages:
- Pas besoin de correction
- Si le récipient souple se met à fuir et que de l'eau entre dedans le capteur ne craint rien, vu qu'il est au dessus du niveau d'eau.

Edit: Un 3eme avantage, les câbles seront plus courts entre le capteur et l'exploitation de la tension, donc moins de parasites.

[invite878527612]

Merci de votre réponse.

Et pourquoi ne pas utiliser un capteur de pression qui mesure en relatif par rapport à la pression atmosphérique ?

J'en parle dans le premier post :

J'ai vu qu'il y avait des capteurs de pression relative qui mesurait la pression en prenant pour origine la pression atmosphérique.

Le problème c'est que je ne sais pas comment cela fonctionne. Le capteur ne peux pas d'emblée mesurer une pression par rapport à la pression atmosphérique (à moins qu'il soit calibré en prenant une constante, comme 1013.25 hPa ; ce qui me parait peu probable vu les fortes variations de la pression en fonction de l’altitude ou de la météo) : il faut alors mesurer la pression atmosphérique avant de plonger le capteur. Mais est-ce que le capteur se charge lui-même de la correction en prenant pour origine la pression mesurée ? Ou faut-il un microcontroleur pour gérer tout ça (le problème c'est que je ne m'y connais pas trop en programmation) ?

Si le récipient souple se met à fuir et que de l'eau entre dedans le capteur ne craint rien, vu qu'il est au dessus du niveau d'eau.

Je ne comprends pas. Pouvez-vous m'expliquer ?

[invite2313209787891133]

Les capteurs qui mesurent en absolu ont une petite capsule étanche à une pression donnée; une membrane est plaquée sur cette capsule et le capteur mesure la déformation de cette membrane avec une jauge de contrainte. On mesure donc une pression par rapport à une référence qui reste fixe, or la pression atmosphérique bouge tout le temps.
Inversement un capteur qui mesure en relatif à simplement 2 entrées, et il n'y a pas de capsule scellée, simplement les 2 prises de pressions sont de chaque coté de la membrane.

Avec un capteur en relatif il faut soit prendre une pression atmosphérique de référence (1013mb par exemple), mais la mesure sera faussée quand la pression atmosphérique va varier, soit utiliser un second capteur qui mesure la pression atmosphérique et faire la correction.

Avec un capteur qui mesure un différentiel de pression un piquage (au dessus du niveau de l'eau ; il n'est pas dans la bouteille donc ne craint pas les fuites d'eau) est relié à la bouteille souple (au fond du puits) par un petit tuyau, l'autre piquage est à l'air libre, et c'est tout...Voici un exemple de ce type de capteur: http://www.gotronic.fr/art-capteur-d...500dp-3797.htm

Le capteur délivre une tension qui est directement proportionnelle à la pression, donc la hauteur d'eau. Il n'y a pas besoin de composants en plus.

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite878527612]

Pour votre solution, n'y a-t-il pas de risques d'écrasement ou de pincement du petit tuyau qui descend jusqu'au fond (ce qui fausserait alors la mesure) ? On peut aussi faire l'inverse : mettre le capteur de pression différentielle dans le récipient avec le premier port qui mesure la pression dans ce récipient et le deuxième port qui, relié à un petit tuyau qui remonte jusqu'à la surface, mesure la pression atmosphérique. Mais comme vous l'avez dit, les avantages sont moindres : il faut une étanchéité absolue sous peine de noyer le capteur, et la distance entre le capteur et l'acquisition du signal (câble long) entraine plus de parasites.

[invite2313209787891133]

Tout dépend du tube, l'idéal serait d'utiliser du tuyau bleu pour air comprimé en 6mm externe (il s'adapte parfaitement sur les raccords du capteur), mais je pense que du tube pour aquarium devrait convenir également.
Placer le capteur dans la bouteille ne changera pas le problème, le tube pourrait s'écraser aussi.

[invite878527612]

Merci de votre aide. Je vais maintenant poster sur le forum Électronique pour l'acquisition du signal.

[invite2313209787891133]

Pour l’acquisition du signal il n'y a pas grand chose à faire, ce capteur étant déjà amplifié. Il faut simplement faire une conversion tension-> niveau. Tu veux quelle résolution en hauteur, et afficher cette hauteur sur quoi ?

[invite878527612]

Il me faut une précision de 10 cm et j'aimerais afficher la hauteur sur un afficheur (7 segments ou à LED).

[invite2313209787891133]

L'avantage du capteur que je t'ai donné en lien c'est qu'il est déjà amplifié. Il sort 9mV/kpa, soit approximativement 9mV tous les 10cm.

Tu peux simplement utiliser ça: http://www.conrad.fr/voltcraft_appar...369_731124_FAS
puis avec un bête jeu de résistances faire correspondre la hauteur à l'indication (par exemple 0 à 20m avec une résolution de 1cm), il n'y a même pas besoin de composant actif.

[invite878527612]

Je pensais relier le capteur à un microcontroleur muni d'un CAN et en sortie un afficheur LCD (problème : la programmation, c'est un peu terre inconnue pour moi). Ta solution me semble donc attirante. Mais est-ce aussi performant et précis que le microcontroleur ? Par contre le modèle que tu m'as donné en lien a une tension de mesure max de 200 mV. Or le signal de sortie du capteur varie entre 0 et 5 V, je vais donc voir pour un module ayant une plus large gamme de mesure. J'ai également trouvé un capteur plus adapté : le MPX4250DP (voir http://cache.freescale.com/files/sen...et/MPX4250.pdf) qui possède une plus petite plage de mesure (0-250 kPa) et, par conséquent, une plus grande précision.

avec un bête jeu de résistances faire correspondre la hauteur à l'indication

Pourrais-tu m’éclairer un peu ?

[invite2313209787891133]

Mais est-ce aussi performant et précis que le microcontroleur ?

C'est un peu plus précis avec un jeu de résistances d'adaptation, mais c'est surtout beaucoup plus simple (et moins couteux).

J'ai également trouvé un capteur plus adapté : le MPX4250DP (voir http://cache.freescale.com/files/sen...et/MPX4250.pdf) qui possède une plus petite plage de mesure (0-250 kPa) et, par conséquent, une plus grande précision.

Il serait plus adapté en effet, par contre il faut voir la disponibilité et le prix ; l'avantage chez Go-tronic c'est qu'ils ne sont pas chers.

Par contre le modèle que tu m'as donné en lien a une tension de mesure max de 200 mV. Or le signal de sortie du capteur varie entre 0 et 5 V, je vais donc voir pour un module ayant une plus large gamme de mesure.

Il faut simplement placer un pont diviseur en sortie du capteur.

Je prend l'exemple du MPX4250DP:
On a 18.8V/kpa. 1m d'eau correspond à une pression de 1000*9.81*1 = 9810 pa = 9.81 kpa, soit 184.4 mV par mètre d'eau.
Tu veux une plage de mesure de 20m max (pour correspondre à l'afficheur), soit une plage en tension de 0 à 3.688V, mais l'afficheur est prévu pour mesurer un signal 0 à 200mV ; il faut donc diviser le signal du capteur par 3688 / 200 = 18.44 (une résistance de 1k en série avec une résistance de 18.44k.

Toutefois il y a 3 problèmes qui se posent:
- Des résistances de 18.44k ça n'existe pas
- Les résistances ont une marge d'erreur, la division du signal ne sera pas précise, et la tension fournie par le capteur n'est pas strictement égale à 18.8mV/kpa (voir datasheet figure 4)
- Le capteur fourni déjà une petite tension pour un Dp de 0, et on ne veux pas que l'afficheur affiche un niveau si le puits est vide.

On va donc utiliser 4 résistances: 2 pour faire un pont diviseur pour adapter la tension du capteur, et 2 pour créer une tension correspondant au zéro et la déduire de la tension fournie par le capteur. Afin d'avoir un décalage de zéro précis on va se placer derrière un régulateur 5V (qui servira aussi à alimenter le capteur).

Afin de pouvoir se régler on va utiliser des potentiomètres, si possible multi-tours. On commence par régler le zéro (le potentiomètre à gauche), puis on règle la pleine échelle avec celui de droite.

[invite2313209787891133]

Éventuellement tu peux reposer la question en électronique, ils te conseilleront peut être d'ajouter un truc par ci par là pour filtrer, mais déjà comme ça ce schéma est fonctionnel.

[invite878527612]

Merci de votre réponse, je vais étudier ça de plus près et je vous recontacte.

[invite878527612]

Re,
Je me suis penché sur le schéma, mais j'aurais besoin de quelques précisions :

1)

une résistance de 1k en série avec une résistance de 18.44k

Comment trouvez-vous ça ? N'est-ce pas plutôt une résistance de 17.44 K en série avec une autre de 1K ?

2)

2 pour faire un pont diviseur pour adapter la tension du capteur, et 2 pour créer une tension correspondant au zéro et la déduire de la tension fournie par le capteur"]2 pour faire un pont diviseur pour adapter la tension du capteur, et 2 pour créer une tension correspondant au zéro et la déduire de la tension fournie par le capteur

Comment choisir judicieusement les valeurs des résistances ? Comme vous l'avez dit, on peut faire pas à pas avec un potentiomètre multi-tours, mais encore faut-il faire le montage (ce qui arrivera bientôt mais pas dans l'immédiat) ; ou peut-être peut-on simuler le montage (Proteus Isis ? PSpice ? ou autres, mais lequel choisir ?). Toujours est-il que j'ai essayé de déterminer leurs valeurs par le calcul en prenant une résistance totale (R1+R2) de 10 K (remarque : pour le choix des résistance, je sais qu'il faut tenir compte du circuit qui précède et du circuit qui suit le diviseur de tension ; et que leurs valeurs ne doivent être ni trop faibles, ni trop élevées). J'ai donc trouvé que R1=9.46K et R2=0.54 K mais, comme vous l'avez dit, de telles résistances n'existent pas. Comment faire ? J'ai testé avec ces valeurs de résistances, par exemple, pour une tension d'entrée de 184.4 mV (ce qui correspond à une hauteur d'eau de 1 m), on a une tension de sortie d’environ 10 mV (soit avec l'afficheur 010,0). Il faut donc décaler le point décimal d'un rang vers la gauche de manière à avoir 01,00. Mais je n'ai pas trop compris les explications sur ça dans la documentation (http://www1.produktinfo.conrad.com/d...e_en_fr_nl.pdf), notamment les câblages (DP2 ??). Et pour le décalage du zéro, faut-il faire la même chose, c'est-à dire trouver les valeurs des résistances afin que, pour une tension d'entrée de 0.2 V (=Offset), on ait une tension nulle en sortie ?

3) concernant le câblage. D'abord, je suis allé voir sur la datasheet du capteur de pression, il recommande d'utiliser des condensateurs (pour filtrer peut-être) : voir PJ. Est-nécessaire ? Ensuite, sur votre schéma, vous reliez la sortie des 2 potentiomètres à l'afficheur. Mais le problème c'est qu'on ne peut relier qu'un seul potentiomètre à l'afficheur car on a qu’une seule entrée de mesure : In+. Comment faire ?

4) pour le régulateur fixe 5V, j'en ai trouvé sur plusieurs sites, notamment chez Go-Tronic mais quel courant de sortie choisir (100 mA, 500mA, 1A, 1.5A, 2A...) ?

[invite2313209787891133]

Re,
Je me suis penché sur le schéma, mais j'aurais besoin de quelques précisions :

1) Comment trouvez-vous ça ? N'est-ce pas plutôt une résistance de 17.44 K en série avec une autre de 1K ?

C'est exact, c'etait pour voir si tu suivais

2) Comment choisir judicieusement les valeurs des résistances ? Comme vous l'avez dit, on peut faire pas à pas avec un potentiomètre multi-tours, mais encore faut-il faire le montage (ce qui arrivera bientôt mais pas dans l'immédiat) ; ou peut-être peut-on simuler le montage (Proteus Isis ? PSpice ? ou autres, mais lequel choisir ?). Toujours est-il que j'ai essayé de déterminer leurs valeurs par le calcul en prenant une résistance totale (R1+R2) de 10 K (remarque : pour le choix des résistance, je sais qu'il faut tenir compte du circuit qui précède et du circuit qui suit le diviseur de tension ; et que leurs valeurs ne doivent être ni trop faibles, ni trop élevées). J'ai donc trouvé que R1=9.46K et R2=0.54 K mais, comme vous l'avez dit, de telles résistances n'existent pas. Comment faire ? J'ai testé avec ces valeurs de résistances, par exemple, pour une tension d'entrée de 184.4 mV (ce qui correspond à une hauteur d'eau de 1 m), on a une tension de sortie d’environ 10 mV (soit avec l'afficheur 010,0). Il faut donc décaler le point décimal d'un rang vers la gauche de manière à avoir 01,00. Mais je n'ai pas trop compris les explications sur ça dans la documentation (http://www1.produktinfo.conrad.com/d...e_en_fr_nl.pdf), notamment les câblages (DP2 ??). Et pour le décalage du zéro, faut-il faire la même chose, c'est-à dire trouver les valeurs des résistances afin que, pour une tension d'entrée de 0.2 V (=Offset), on ait une tension nulle en sortie ?

Ça ne servirait à rien de faire des simu, déjà ça se calcule facilement, et de toute façon les résistances ont une marge d'erreur qui fait qu'il sera impossible d'avoir une valeur précise, c'est pourquoi on utilise typiquement des potentiomètres pour ce type d'application, et par ailleurs il faudra forcément faire un réglage pour adapter le capteur qui ne fournira pas strictement 18.8mV/kpa.
Le potentiomètre de gauche sert uniquement à produire une tension correspondant au décalage à 0 kpa du capteur (environ 0.45V à partir de la tension précise de 5V, soit un pont diviseur par 11.1), ainsi en se branchant entre ce point et la sortie du capteur on fait une soustraction; le signal de sortie varie alors entre 0 et la max d’échelle que l'on règle avec le potentiomètre de droite.

3) concernant le câblage. D'abord, je suis allé voir sur la datasheet du capteur de pression, il recommande d'utiliser des condensateurs (pour filtrer peut-être) : voir PJ. Est-nécessaire ? Ensuite, sur votre schéma, vous reliez la sortie des 2 potentiomètres à l'afficheur. Mais le problème c'est qu'on ne peut relier qu'un seul potentiomètre à l'afficheur car on a qu’une seule entrée de mesure : In+. Comment faire ?

Les condensateurs sont conseillés si les câbles sont longs; ils ne sont pas indispensables (j'utilise le même capteur, et je l'ai toujours branché en direct).
Il y a une entrée in+ et une autre in-; c'est ici qu il faut se relier.
Pour avoir le point au milieu (19.99) il faut ponter DP2 avec une petite soudure.

4) pour le régulateur fixe 5V, j'en ai trouvé sur plusieurs sites, notamment chez Go-Tronic mais quel courant de sortie choisir (100 mA, 500mA, 1A, 1.5A, 2A...) ?

Ça fonctionnera avec n'importe lequel.

[invite878527612]

Merci d'avoir répondu.

on va utiliser des potentiomètres, si possible multi-tours

J'ai vu que les potentiomètres multitours sont assez chers, en comparaison des potentiomètres simples ; d'autant plus qu'ils en existent des simples de 10K. Est-ce nécessaire ou juste plus pratique pour le réglage de prendre des multi-tours?

Il y a une entrée in+ et une autre in-; c'est ici qu il faut se relier.

Comme sur le schéma en PJ ?

Ça fonctionnera avec n'importe lequel.

Dans ce cas, je vais choisir un qui délivre un courant de 100 mA.

J'ai aussi une question concernant le système proposé par domip (voir Réalisation d'un capteur de niveau d'eau pour un puits) : il met de l'huile dans le récipient déformable. On m'a expliqué que l'utilisation de l'huile n'est pas indispensable ; seulement l'air est compressible sous la pression, ce qui entraine des variations de volumes importantes du récipient et, par conséquent peut causer des imprécisions sur la mesure. Qu'en pensez-vous ?

P.S. : J'aurais peut-être d'autres questions par la suite.

[invite2313209787891133]

Merci d'avoir répondu.


J'ai vu que les potentiomètres multitours sont assez chers, en comparaison des potentiomètres simples ; d'autant plus qu'ils en existent des simples de 10K. Est-ce nécessaire ou juste plus pratique pour le réglage de prendre des multi-tours?

C'est beaucoup plus précis surtout, un potentiomètre ajustable ne coute pas très cher (exemple: http://www.gotronic.fr/art-ajustable...-8486-3123.htm), à mon avis tu as du voir des modèles spéciaux, peut être des bobinés.

J'ai aussi une question concernant le système proposé par domip (voir Réalisation d'un capteur de niveau d'eau pour un puits) : il met de l'huile dans le récipient déformable. On m'a expliqué que l'utilisation de l'huile n'est pas indispensable ; seulement l'air est compressible sous la pression, ce qui entraine des variations de volumes importantes du récipient et, par conséquent peut causer des imprécisions sur la mesure. Qu'en pensez-vous ?

Ce n'est pas possible de mettre de l'huile ici, car la hauteur de la colonne d'huile annulerait la pression provoquée sur la bouteille, et en haut du tube il n'y aurait presque plus de pression. En remplissant d'air ça fonctionne très bien, il faut juste prendre garde à avoir une bonne étanchéité du tube sur la bouteille.
La compression de la bouteille va en effet générer une erreur plus ou moins grande, celle ci sera d'autant plus faible que la bouteille sera souple.
Toutefois c'est aussi le rôle du réglage avec les 2 potards de corriger cette erreur éventuelle.

[invite878527612]

Merci beaucoup pour ta patience et ton aide Dudulle.

[invite878527612]

Re-bonjour,
Étant donné la date du dernier post, je ne vois pas l'utilité de créer un nouveau topic, d'autant plus que ma question porte sur le même sujet.
Voici ma question : le capteur de pression différentielle, comme son nom l'indique, fait la différence entre la pression mesurée dans la bouteille (au fond du puits) et la pression atmosphérique. Mais qu'advient-il si la pression mesurée est inférieure à la pression atmosphérique (ce qui est inévitable), auquel cas la différence sera négative ?
Merci d'avance.

[invite2313209787891133]

Bonjour

La pression ne peux pas devenir plus basse dans le puits, mais si cela était possible alors la tension diminuerai par rapport à la valeur correspondant à un Dp de 0 (qui est d'environ 0.45V) en effet.

[invite878527612]

Merci de votre réponse.
Effectivement c'est logique : la pressier mesurée ne peut pas être inférieure à la pression atmosphérique puisque elle vaut : P=h.g.ro + P(atmo).

Pour le schéma, on m'a conseillé de mettre deux résistances de part et d'autre des potentiomètres (voir schéma en PJ). Pour moi, c'est la même chose mais on m'a dit que l'on ne met pas souvent un potentiomètre seul entre le + et la masse.

[invite2313209787891133]

Non, ici ce n'est pas utile ; il n'y a pas besoin de limiter l'intensité dans les potentiomètres vu que le 5V passe forcément par toute leur résistance.

A la limite on pourrait dire qu'il y a un intérêt à le faire pour protéger l'entré du voltmètre (en principe il ne craint rien, mais la notice ne précise rien à ce sujet), mais ça complique le schéma inutilement car on peut très bien faire la même chose en ajustant la valeur du potentiomètre.

Ce que je te conseille de faire c'est de ne pas ajouter de résistances, mais de ne pas relier le voltmètre tout de suite si vraiment tu as peur de l’endommager. Tu règles la tension (en utilisant un multimètre classique) sur le curseur du potard de gauche à 0.45V (par rapport au 0V), puis la tension sur celui de droite à 0.45V également, sans avoir de différence de pression sur ton capteur. Tu pourra alors relier le voltmètre 0-200mV comme il doit l'être, et le montage sera déjà presque réglé.

Éventuellement si tu veux un autre avis tu peux demander sur la partie électronique de ce forum, ils se feront une joie de te répondre.

[invite878527612]

Merci de votre réponse. Je vais suivre vos conseils.

[invite878527612]

Une autre petite précision : la bouteille doit être lestée pour rester bien au fond du puits. Je pensais couler un peu de mortier dans la bouteille. Mais, ne pensez-vous pas que le lest peut empêcher la bouteille de se déformer et ainsi réduire la précision ?

[invite1d87657e]

Bonsoir
des nouvelles ? montage effectué ou bien ?

Je m'intéreesse à ce montage pour indiquer le niveau de ma cuve cylindrique d'une hauteur de 2 mètres - Ø 213 int. 7000L.
avec pour rester précis un capteur MPX5050DP 0 à 50kPa qui sort 90mV/kPa http://fr.farnell.com/freescale-semi...eur/dp/1555606
ce qui ferait 1,8v quand elle est pleine, par-contre au lieu d'indiquer la hauteur je préférerais voir directement le volume: 7000 et là je sèche...

Sinon le coup de la bouteille de savon liquide comme sonde c'est fiable ou y'a mieux ?

[invite1d87657e]

up
Pas de nouvelles ?

[invite2313209787891133]

Bonjour

Est-ce cette cuve est couchée ? Est ce que tu peux te connecter en bas ? (ce serait plus pratique pour y mesurer la pression).

[invite1d87657e]

Bonjour,
non elle est debout, cylindrique donc,
et pas possible de me raccorder en bas depuis l'extérieur car déjà tout remblayé et pas trop envie non plus d'y percer les 10cm de béton.

[invite2313209787891133]

Dans ce cas il faut que tu t'arrange pour que la tension sur le pont de mesure soit de 70 mV lorsque la cuve est pleine (en utilisant un pont diviseur).
Sur un afficheur 0-200mV tu perdra une partie de l’échelle de mesure, mais ça reste acceptable : L'affichage variera entre 0 et 700, ou une résolution de 10l. Éventuellement tu peut forcer l'affichage du point derrière le 1er chiffre pour afficher des m3 d'eau.