Sensore Capacitivo Per Controllo Livello Acqua

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Ciao a tutti ragazzi,

ho un progetto da svolgere e mi piacerebbe farlo insieme a voi.. devo controllare il livello dell'acqua in un serbatoio utilizzando un sensore capacitivo,

la parte divertente del progetto è che il sensore capacitivo lo devo costruire io!!

ho 2 possibilità per farlo:

- prendo un contenitore cilindrico di plastica lo rivesto di un materiale conduttore(carta d alluminio) così da formare un elettrodo, all'interno ci metto un tubo

conduttore in modo tale da formare il secondo elettrodo. a seconda del livello d'acqua varierà la capacità tra i 2 elettrodi. Quello che non mi piace

di questo sistema è che tutto il serbatoio sarà il mio sensore. In più dall'esterno non è possibile visualizzare il livello d'acqua..quindi sara' anche difficile tararlo

per un successivo controllo;

- oppure posso considerare 2 tubi uno dentro l 'altro , pero' in questo caso il tubo interno dovrebbe essere plastificato, per avere dell isolante tra le 2 armature

in piu' un contatto dell elettrodo dovrebbe essere isolato dall'altro quindi non so come poter creare questa situazione. o meglio non so come poter far entrare l'acqua nello spazio fra i due tubi.

spero di essere stato chiaro... mi servirebbe il vostro aiuto sia nel dimensionamento del sistema che nella scelta dei materiali!!

che dite lo facciamo questo progetto?!?!?!

tutti i dubbi possono dar vita a nuove intuizioni...

[Ing.]

in genere i sensori di livelllo per liquidi non isolanti, sfruttano proprio il liquido come armatura.

I breve, si ha una sonda metallica (armatura) rivestita da materiale isolante (teflon o altro) che forma il dielettrico.

la seconda armatura la fa nel tuo caso, l'acqua.

Una soluzione valida è anche quella di un galleggiante collegato ad un'asta verticale vincolata ad un potenziometro lineare, che viene sollecitato piu o meno in base al livello alto o basso del liquido.

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grazie Ing. per la tua risposta... il galleggiante sarebbe la soluzione ottima per me in quanto io successivamente dovrei collegare il sensore (artigianale) ad un controllore e quindi dal galleggiante otterrei direttamente un segnale in tensione da collegare al controllore. Purtroppo devo costruire per forza un condensatore con due lastre metalliche e come dielettrico utilizzare una plastica ( o gomma) con dell'aria. lo spazio di aria è necessario in quanto all interno delle due armature deve salire l'acqua.

I miei problemi sono sulla scelta dei materiali, sui problemi che si possono avere nella gestione del segnale, sul controllo del livello d'acqua..

Mi riesci ad aiutare in questa casistica???

grazie..

[StefanoSD]

Ti devi procurare un condensatore variabile adeguato alla capacità occorrente. Sistemi il condensatore dentro a una scatola stagna (da non mettere dentro il serbatoio) fissarla a un fianco del serbatoio, all’albero del condensatore monti una puleggia, che la farai girare con galleggiante e contrappesi. Non stare a creare quel condensatore, che vuoi fare, che è difficile.

[ASMO]

Domandina :

Quanto è profondo (tanto per curiosità) questo serbatoio ???

Saluti

ASMO

[StefanoSD]

Non varierà nulla, varierà la resistenza, o no. Scusate la mia ignoranza... ma esiste un condensatore con dielettrico a acqua? Ascolta il sugerimento di ing. che mi pare ottimo.

[StefanoSD]

In questo caso va benissimo.

[Ing.]

purtroppo usare il livello di liquido come dielettrico è una idea che in questo caso non puo essere applicata.L'acqua non è un dielettrico.

Vetro, Carta Poliestere, Mylar, Polistirene,Polipropilene : questi materiali sono tutti dielettrici.

Per la gestione del segnale devi costruire un circuito di condizionamento del segnale.

Devi per prima cosa costruirti il condensatore e verificare che la capacità vari.

Una volta fatto questo, mi devi dire che alimentazioni hai a disposizione per un circuito che tratti il segnale generato.

[Adelino Rossi]

ma perchè invece del condensatore non usi un semplice potenziometro di precisione multigiri, comunemente in commercio e costa poco, calettato e opportunamente demoltiplicato. gestire una resistenza variabile è molto semplice.

[Ing.]

cosa significa demoltiplicato?

[Adelino Rossi]

demoltiplicato o moltiplicato significa che il galleggiante meccanico nella sua escursione verticale da zero al max livello fa fare alla sua puleggia n-giri

visti questi giri si verifica quanti sono i giri, (di solito 10 ma anche uno solo)

necessari all'escursione del potenziometro.

dato il livello 0-h, dati i giri della puleggia di livello, esempio 50 giri

dato il tipo di potenziometro 0-X ohm per 1 giro, (potenziometri di precisione) oppure 10 giri, (tipico) si decide il tipo di accoppiamento meccanico per l'adattamento, con moltiplicatore, diretto o con riduttore di giri.

una ricerca su google su entrambi i modelli vi da i data sheet relativi.

[Ing.]

si, una specie di trasmissione meccanica....grazie per il chiarimento

[magestic]

noto che la discussione produce interesse e questo mi fa molto piacere!!

ho costruito un condensatore cilindrico fatto in questo modo:

c è un tubo esterno di un diametro di 32mm, isolato all'esterno,con all interno utilizzando un semplice tubo per impianti elettrici (quelli di colore bianco con un diametro di 16mm) come isolante. all'interno di quest'ultimo c è un tubo di metallo, completamente isolato dal resto del sistema(in modo da avere due facce metalliche separate da dielettrico). sono stato in laboratorio e attraverso un capacimetro abbiamo visto la variazione di resistenza a seconda del livello d'acqua.

si ottiene una variazione quasi lineare con l'aumentare del livello d'acqua ( 100pF ogni 20 cm).

come qualcuno ha accennato precedentemente il problema adesso è creare un sistema per il condizionamento del segnale.

qualcuno ha un idea di dove poter trovare degli schemi che mi variano un segnale di capacità in ingresso (centinaia di pF) ad un segnale in tensione d'uscita (0-10 V).

conto nella vostra perspicacia!!

[Ing.]

cerca di fornire tutti i dati e le prove che hai fatto (valori, livelli di acqua ecc..) tutto.

[StefanoSD]

Fai sapere a serbattoio pieno e a vuoto, la capacità misurata. Fai sapere anche se trovi resistenza con lo strumento. Cerca di spiegare cosa devi fare, ho hai paura che ti rubino il brevetto? Ciao.

[magestic]

heheh ma che brevetto!!

allora vi spiego, le prove adesso non le posso fare perchè il laboratorio al quale ho accesso e ho la strumentazione disponibile apre lunedì. il sensore capacitivò ha un diametro di 32 mm ed è stato posizionato al centro di una bottiglia di plastica d'acqua da 2 l (le comuni bottiglie di plastica). a vuoto il capacimetro segnava una capacità di una 50ina di pF . dopo aver versato mezzo litro di acqua la capacità è salita a 150pF (più o meno,perchè le prove le ho fatte l'altro giorno e non ho segnato i risultati) poi versando un altro mezzo litro è arrivata sui 250 pF.

adesso il sensore lo renderò più sensibile migliorando la costruzione.

il problema adesso è che lo devo collegare ad un sistema di controllo. sto usando un controllore CompactRio della NI, il modulo analogico di questo controllore riceve in ingresso ua tensione di massimo 10V quindi devo trovare un semplice sistema per il condizionamento del segnale che mi convertà un segnale capacitivo in uno di tensione.

a seconda del sistema di condizionamento posso variare un pò le dimensioni del sensore in modo tale da variarne la capacità.

io chiedo il vostro aiuto perchè creare questo sistema di condizionamento non è proprio il mio campo..io mi occupo più della programmazione del controllo.

cosa dite voi: meglio convertire il segnale capacitivo in uno di frequenza e poi convertirlo in uno di tensione? oppure c è un altro metodo? in entrambi i casi avreste a disposizione schemi elettricida poter implementare?

un ultima richiesta è se esistono materiali idonei per questa applicazione: per esempio come isolante ho usato un tubo di plastica per impianti elettrici..non c è un isolante migliore che mi renderebbe più sensibile il sensore??

lo stesso per il metalli delle 2 armature, io ho utilizzato dei tubi in acciaio, esistono metalli migliori..per esempio sarebbe meglio utilizzare il rame o non fa differenza?

grazie a tutti!!!!

[Ing.]

premesso che se cambi i materiali usati, varierà la capacità, l'alluminio sarebbe un armatura ideale.Per l'isolamento puoi usare il teflon.

gestire il segnale di un condensatore non è proprio la cosa migliore.

Ti orienterei senza dubbio alcuno ad usare un segnale in frequenza: tu puoi disporre di tale segnale o dobbiamo generarlo?

Non esiste nessun modo di gestire il segnale con una tensione continua:tu vuoi in uscita un allarme di livello "basso" oppure vuoi monitorare il livello istante per istante?

se sei d'accordo con l'idea di un segnale in frequenza proseguiamo.

Modificato: 26 marzo 2010 da Ing.

[Livio Orsini]

Ad ogni conversione introduci un errore. Meglio usare la variazione di capacità per geneare una variazione di frequenza e misurare direttamente quella.

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inizio ringraziandoti sul suggerimento dell'isolante.

devo avere un monitoraggio continuo del livello..qndi istante per istante.

adesso vado un pò in difficoltà in quanto non so se un segnale in frequenza va bene oppure bisognerebbe aggiungere un'altro stadio successivo e convertirlo in tensione. questo perchè non so se collegando il sensore al controllore potrei ricavare l'informazione sul livello, dalla frequenza ,giocando sul programma in labview. In ogni caso la capacità dipende da una frequenza, quindi ricavata questa frequenza potrei in qualche modo convertirla in tensione?senza perdere l'informazione sul livello.

ti spiego il progetto: c è il serbatoio cn questo sensore, poi c è un rubinetto alla base che aperto simula un consumo d'acqua nel serbatoio, e c è una pompa con un'altra vasca di recupero che "butta" acqua nel serbatoio dove ce la perdita e il sensore.

anche il motore della pompa sarà controllato analogicamente per variarne la portata..pero' per la pompa dovrei avere a disposizione tutto.

poi devo creare il programma che caricato sul controllore lo farà funzionare in automatico facendo seguire alla pompa le perdite, dovute al rubinetto, con l ausilio del sensore.

è bella come cosa solo che ho qualche lacuna nella prima parte..per qsto chiedo il vostro aiuto!!

[Ing.]

usa pure un convertitore Freq tensione.

Prima devi generare il segnale in frequenza, che verrà trattato da un filtro passa basso realizzato proprio con il tuo condensatore.

In uscita avrai un filtraggio del segnale in frequenza in ingresso in funzione del valore del condensatore.

In uscita al filtro basta porre un convertitore freq-tensione ed il gioco è fatto.

Visto che introduci un errore (trascurabile), ti sarà sufficiente tracciare una retta di comportamento al termine della messa in funzione del tuo circuito e da lì attribuire i livelli di tensione in uscita a quelli dell'acqua nel serbatoio

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Grazie ing, e grazie a tutti per gli aiuti e i suggerimenti!!

come suggerito utilizzerò un capacimetro che mi tiri fuori la frequenza, quest'ultima la faccio passare per un PIC (in modo da rendere il progetto più professionale :-)) e il segnale in uscita dal PIC lo butto direttamente nel compactRio!!

Ci sentiamo per le prossime prove!!

ciao

[mariano59]

Fare misure su capacità dell' ordine dei pf non è facilissimo, nel senso che in laboratorio hai il capacimetro a poca distanza, in campo potresti avere anche 10 mt di cavo per il collegamento, usando normale cavo bipolare avresti un altro condensatore ancora maggiore che falserebbe la misura e introdurrebbe disturbi e altri problemi. fai una prova in laboratorio, eventualmente prova ad usare cavo schermato coassiale, quello per tv anche sottile o comunque per RF. Ti assicuro che trattare con capacità così basse è rognoso, qualsiasi circuito tu voglia adottare ti consiglio di farlo il più vicino possibile alla sonda e portare fuori un segnale "robusto" . Non esagerare col campionamento della lettura, in un serbatoio dove si muove acqua il livello non è mai piatto, soprattutto se una pompa ricircola il liquido dalla parte superiore del serbatoio e a caduta libera nello stesso. Meglio rientrare dal basso o prolungare il tubo da sopra fino a quasi il fondo. Comunque prevedi un integratore nella misura. ciao