低成本，中等精度的水深测量

tl; dr：与一位老朋友进行了长时间的交谈之后，我意识到了一些事情：

1. 对于大多数人而言，最有价值的衡量标准是井中水深。
2. 第二有价值的是井水。
3. 下文讨论的“起泡器”解决方案还有另一个主要弱点（除了气泵的脆弱性之外）：将氧气引入井水将导致形成氧化物，不仅使管的开口导致矿物结垢，而且还会使矿物结垢。一直到内部正常水平。他知道，因为他不得不处理几乎完全相似的事情，这是一个主要的障碍。较大尺寸的管道会减慢该过程，但最终会阻塞管道。
4. 我们正在重新研究使用带有差压传感器的内胆式气囊的解决方案。对于如何做到这一点，他有一些具体的想法（但仍有一些细节有待解决）。
5. 哦，他在大约10秒钟内解决了坦克问题。在从油箱到压力泵的管道上放置一个压力传感器。忽略泵启动时发生的尖峰，我们可以通过便宜且易于理解的传感器获得所需的压力读数。嘘！一旦他说我差点踢自己，那真是太明显了。

我感谢大家的想法和分析。如果有人对项目的发展感兴趣，请关注waterunderground.net。目前还很空，但是应该在一个月左右的时间内包含更多内容。

背景故事

我正在为北加州的人们设计一个开源的水井和水使用情况监控系统。目的是能够测量从油井到油箱，从水箱到房屋以及从水箱到灌溉的水流量，并监视水箱和水井中的水深。对于一个包含CPU，3个流量传感器和2个压力传感器的系统，我们目前的目标零件成本在200 美元以下，尽管我们认为经过几次设计迭代，我们也许可以将其降低到接近100 美元。

现在，似乎终于解决了流量传感器的问题，最终我们有了母G1 => US 1“滑套适配器的供应商，可以将廉价的霍尔效应传感器集成到标准的美国管道环境中。深度测量解决方案并不是那么简单。

我要在这里进行理性检查，然后再开始购买错误的东西，无论是大小，类型还是完全不同。

问题陈述

我需要一种低成本的方法来以中等程度的精度（例如+/- 5％）测量两列水的深度。尽管我们拥有的物业是Alpha 1网站，我们还是希望针对其他具有类似需求的物业按比例放大或缩小的解决方案。

我们有：

1. 约3,000加仑的储罐 装满水时8.5'。其他坦克的高度类似+/- 5'。
2. 一口水井。我们自己的水深75英尺，水深37英尺。该地区的其他水井浅至30'w / 15'的水，或深至300'w / 70+'的水。

我们有以下标准：

1. 油箱不超过$ 30，（希望）油井不超过$ 50。降低成本将是巨大的。
2. 解决方案必须以某种方式（手波）与Arduino，BeagleBone Black或类似的低成本控制器集成。
3. 连续读数是理想的，但是每15、30或<whatever>分钟触发一次的读数是可以接受的。
4. 没有电子/电气系统中的孔或槽中。
5. 井或水箱中没有金属，可能是用来称重进入水管的材料的材料除外。
6. 对于从35'深w / 15'水到300'深w / 60 +'水的井，该解决方案应该相当有效（无双关）。

在到目前为止考虑的几种解决方案中，我们目前的领先者是“冒泡者”，如本文所述：

鼓泡式液位传感器如图3所示。浸入管的开口端靠近容器底部，其携带吹扫气体（通常为空气，尽管在存在污染或污染的危险时可以使用惰性气体，例如干氮气）。与过程流体的氧化反应）当气体向下流到汲取管的出口时，管中的压力会升高，直到克服出口处液位产生的静水压力为止。该压力等于过程流体的密度乘以从汲取管末端到地面的深度，并由连接到该管的压力传感器进行监控。

我们计划使用：

1. 权重为1/4“至3/8”的开放式试管（或者更好的是，用拉链固定在井的上升管上）以悬挂在底部上方一小段距离（我们可以在水箱中靠得更近，但是井往往会淤积在几英尺之内）。小型下导管是采用这种方法的强项，因为几乎没有东西进入井本身。
2. 一些（便宜的）气压源（300+ kPa）足以将所有水从井中的管中吹出。一旦传感器高原的值稳定下来，就意味着我们正在吹泡泡，并且我们可以将压力转换为水英尺。
3. 在顶部，我们将管插入差压传感器中，例如Freescale MPX5500DP，该传感器可以处理高达500 kPa的压力，相当于 160'的水。对于较短的色谱柱（例如在水箱中），它们的精度稍高一些（5100系列）。我们选择差动传感器以允许变化的大气压。
4. 尚未确定打开/关闭空气泵的Arduino的具体细节，但我相信，一旦我们知道我们要控制的泵的类型/尺寸，这将很简单。

注意：尽管我们可以轻松地校准水箱传感器的读数，但井的问题可能更大。在我们自己的情况下，我们有一种方法可以使用垂线直接测量井深和水柱高度，在其他情况下，这可能很困难。

问题

• 这种方法在本质上有什么缺陷吗？
• 温度变化（主要是在储罐中，在井中没有多少）会在这里产生任何实际变化吗？
• 除了使用不同直径的管子所需的空气量以外，如果我们使用更大或更小的下管，泵是否还要更努力地工作以达到给定的压力？

更新以回答问题：

null用户询问系统中是否存在不必要的冗余；坦克的深度不够吗？并不是的。每种度量都为我们提供了一些其他度量所没有的信息。尽管所测量的内容有些重叠，但我认为这是对系统进行完整性检查的机会。

例如，如果从井中测得的流量与流向房屋和灌溉系统的总流量之间没有非常紧密的相关性（由于储罐而发生时间偏移），那么就有些麻烦了。

将井间流量图与井水深度图相结合可以提供有关井的补给率的重要信息。如果充电量下降，那么我们将面临一些严重的麻烦。

最后，如果我们的井水深度下降并且我们没有使用那么多的水，那么这可能意味着我们的一个邻居（例如，山上约1/2英里处的300英亩葡萄园）正在过度抽水。不幸的是，加利福尼亚州是唯一没有对地下水进行任何监管的州，因此我们无法制止它们，只能准备以175美元的价格订购3,500加仑的水。

另一种选择是将气压芯片封装在带有薄膜的防水容器中，然后将其称重以放置在底部。

Arduino的气压计电路可从Adafruit购买，价格低于10美元。如果您购买独立芯片，则可以进一步降低价格。它通过I2C进行通信，因此您也可以将其附加到BeagleBone。您最头痛的是，现在的外壳是完全防水的，但不能使内部不受压力变化的影响，因此需要某种柔性膜。

精度会受到大约+/- 0.5m不精确的天气（气压）的影响，尽管它可能会被表面上的第二个气压计用来测量气压而抵消。

通常，需要将该设备浸入两个已知深度并将读数记录为固定点，然后从那里外推，从而分别对软件进行校准。

在明渠中测量水量是节水的基本要素。随着对改进的水管理技术的日益增长的需求，迫切需要低成本，精确的水测量设备，例如流量计和液位传感器。

自从Parshall水槽的发展以来，已经进行了尝试以简化构造并提高明渠中的水测量装置的精度。

圆形水槽是用于测量流过沟的合适设备，因为它的圆形形状适合于沟的自然形状，从而减少了水槽周围横向流的可能性。该设备还成功地用于有衬砌和无衬砌的运河中。

高昂的成本使种植者无法使用测水槽。然而，近来已经设计了一种实用的水测量装置：圆形水槽，其可以由种植者以低成本使用。

这只是我与您共享的原始信息，进一步您也可以对其进行研究

根据水的精确度和持续的纯度（不需要特别纯净或肮脏，只需保持相同的纯度），非常便宜的系统将是两根暴露于水的电线（例如，一根绝缘剥皮的双根电线侧），浸入井/容器中。

您只需要测量两条线之间的电阻即可。通过电阻器施加固定电压，测量导线之间的电压降。

允许电流以不同的距离在电线之间流动的水使它们产生的电阻取决于浸入的距离。校准系统以进行特定深度的测量。Arduino和BeagleBone均具有板载ADC，且组件（板外）将低于3美元。尽管如果水的纯度发生变化，这将失败，因为水电阻的变化将完全阻碍电线电阻的精确读数。

可以使用与此电路类似的电路来绕开该电路，但要使电线保持隔离状态（包括浸入的尖端；也许要用一些热胶水？），并使它们彼此之间保持更大的距离（例如，梯形线双引线）。在这种情况下，您需要一个稍微复杂的电路-LC频率发生器，其中两条导线充当电容器。水位将作为电介质改变线路的电容，您需要在软件中测量频率变化。不过，电路板的价格不应超过15美元左右。

我认为您的实际目标是测量水箱中的水量。

至少对于水箱，您可以在水箱底部应用应变计。水箱中更多的水意味着更多的重量，这反过来意味着不同程度的应变。确切的关系取决于基准以及如何应用量规。

优点是您不必在储罐内放任何东西。缺点是，这不会很好。

RE：为了您的好：

在Geotech中，测压仪可测量水深来监控钻孔。

这是一个专业的传感器：https : //www.geokon.com/4500-Series

以下是可能的DIY讨论：

https://www.envirodiy.org/topic/monitoring-well-or-piezometer-water-level-sensor/

https://www.envirodiy.org/construction-of-water-level-monitoring-sensor-station/