Mesure de niveau d'eau (citerne ou autre)

1 Les essais "ratés"sondecapa
1.1 Les raisons réelles
1.2 Mesure par résistivité de l'eau

1.3 Mesure par potentiomètre multi-tours
2 La mesure par capacité
2.1 Structure d'un condensateur
2.2 constante diélectrique
2.3 L'isolation
2.4 Les types de capteurs
3 L'électronique "capacitive"
3.1 Les principes
3.1.1 Par comptage
3.1.2 Par intégration

4 Le dispositif
4.1 Le Schéma
4.2 La réalisation
4.3 Les sondes réalisées
4.3.1 La sonde capacitive d'essais
4.3.2 La sonde capacitive définitive
4.4 Les réglages
5 Conclusions

 

Si vous arrivez directement sur cette page par un moteur de recherche, vous pouvez avoir accès à la table des matières et à chaque article, en page d'accueil.    L'accès se fait par l'un des deux liens en tête de colonne de droite ----->

 

 


 

 

Préambule

Depuis que la citerne est en place, et que l'eau de pluie alimente le jardin, le lavage des voitures et les toilettes, j'avais en projet de réaliser la mesure du niveau de la citerne sans avoir à soulever le tampon de visite chaque semaine.

En navigant sur Internet j'ai trouvé un excellent site en Australie, qui avait réalisé un schéma simple pouvant facilement être intégré dans un boîtier étanche, et qui donnait une mesure parfaitement linéaire.

L'auteur njhurts a développé ses travaux dans le cadre de Monash University de MELBOURNE avec son collègue Ken. Des photos explicites détaillent le capteur lui-même ainsi que l'électronique. Alors je suis parti directement sur ce sujet ! (Vous trouverez souvent sa référence ainsi : "njhurst" ou "nj", dans cet article)

J'ai oublié volontairement de dire que je me suis "planté" deux fois avant d'arriver à cette solution réellement excellente...

Je voudrais remercier njhurst pour son accueil chaleureux et sympathique. Aussi je vous inviterai à visiter son site qui à mon sens a beaucoup de mérite.  Je laisserai volontairement son schéma à sa place.
http://njhurst.com/electronics/watersensor/

Parallèlement je pense que son site général http://njhurst.com est un excellent  survol de l'ensemble des choses qui intéressent les générations de ce jour.
Félicitations nj !

I will send  many thanks to njhurst for his nice welcome and his very good cooperative. Also I suggest you to visit its site witch has also quality and is very creditable. I will leave his schematic at his place
http://njhurst.com/electronics/watersensor/

In an other hand, I think that this general site http://njhurst.com is a good overview of whole things that presents a good interest to the new generations.
Congratulations nj !

Voici cependant une bonne raison d'aller voir juste après cette lecture, le nouvel article publié, car cette mesure de niveau peut fonctionner correctement, mais ce n'est pas encore le cas, car le montage reste instable à cause de problèmes de masse et de terre.
Voyez donc le récent article d'un nouveau modèle et sa mise au point qui devrait résoudre l'instabilité de ce modèle.
Voir le nouvel article ou http://bricolsec.canalblog.com/archives/2012/04/28/24121402.html

1 Les essais "ratés"

Je vais raconter mes essais "ratés", car ils font partie des enseignements à partager pour que vous ne perdiez pas votre temps à refaire les mêmes bêtises ou à chercher le mouton à 5 pattes… Celui-ci n'existe pas !

1.1 Les raisons réelles

Bien entendu, à titre personnel, il était exclu de dépenser 150 € (mini) en capteur de hauteur immergé ou de tout autre système acheté très cher, car pour une citerne, et pour se faire un peu plaisir, ce n'était pas sérieux.
Tous ces essais ratés ne sont que le fait d'une certaine précipitation et de la volonté de faire simple, sans avoir recours à l'électronique ni à une mécanique sophistiquée.

Je savais par expérience que l'électronique embarquée et en extérieur pose d'énormes problèmes dus à l'humidité et à la température été/hiver. (Électronique initiale du capteur solaire en poursuite analogique du soleil)
J'avais donc d'emblée écarté toute solution à base de semi-conducteurs ainsi que toute pièce mécanique spéciale.

Il faut également mentionner que toute alimentation électrique d'un montage dans la citerne ne faisait pas partie des valeurs que je souhaitais mettre en avant...Mais il a fallu s'y résoudre !

1.2 Mesure par résistivité de l'eauResistivite1

resistivite2Un trop bref essai avec deux électrodes en cuivre rigide plongées dans une bouteille d'eau de citerne pour vérifier à l'ohmmètre si l'eau du toit est assez conductrice pour mesurer un niveau, et l'affaire était jouée…!
Grave erreur ! J'aurais dû attendre quelques secondes de plus pour voir que la lente dérive due à l'électrolyse en courant continu, posait des problèmes. Cela n'était pas non plus trop à-propos de laisser des électrodes en cuivre nu dans l'eau.
J'ai donc abandonné le principe, y compris en courant alternatif, car les problèmes d'électrolyse sont toujours délicats, et ceux-ci se produisent tout de même en alternatif (ils s'inversent seulement à chaque alternance)
J'avais prévu sur la colonne de mesure, faite d'un U en PVC, au dessus de chaque branche, un fil de cuivre fixé dans un petit creux du profilé (profilé de bardage PVC). J'avais également prévu un étalonnage à chaque mesure à partir d'une longueur étalon située tout en bas de la sonde (voir photo)

N'en parlons plus !

1.3 Mesure par potentiomètre multi tours

La solution du potentiomètre que j'ai eu pratiquée sur uFICELLE1n vieux réservoir de 1200 M3 donnait des résultats assez "moyens", avec parfois un peu de glissement de la ficelle… Mais au niveau individuel, c'était tout à fait acceptable. Il faut dire que la poulie du potentiomètre avait environ 15 cm et que le "potentiomètre" une bonne douzaine de cm aussi ! C'était du sérieux ! (Et en plus le potentiomètre était en dehors de la zone "eau").
Alors pas question de faire de mécanique, une simple poulie de 5 centimètres de diamètre était acceptable pour une hauteur d'eau de 1.35 M et un potentiomètre 10 tours. Des flasques en zinc sur une vieille culasse de haut-parleur faisait l'affaire (pas de tour à disposition). Le canon  en zamak d'un potentiomètre traditionnel servait d'alésage pour l'axe du potentiomètre multi tours. Pour couronner le tout, une petite largeur de chambre à air de vélo sur la poulie, assurait un peu plus d'accrochage à la ficelle, sans pour autant avoir la nécessité de surcharger l'axe par des poids et contre poids élevés.
Un perçage en biais, "entre cuir et chair" pour la vis de blocage et c'était fini. Peinture etc…(voir l'ensemble démonté en photo)

Une petite équerre sur la paroi et c'était en place avec une ficelle à torons, plate, et  paraffinée. Le potentiomètre était partiellement protégé par la poulie et ça aurait été bien ainsi.
Grand malheur dès le lendemain ! J'avais pris le seul potentiomètre multi-tours à axe de 6mm  qui me restait, et c'était un de 100 K Ohms. J'avais pressenti une valeur trop élevée en milieu humide et cela n'a pas manqué. La seule humidité avait eu raison des 100 kilos !

N'en parlons plus une deuxième fois !

2 La mesure par capacité

Le développement d'un prototype prend un temps important en problèmes divers, ainsi qu'en mise au point. Pour comble de bonheur me voila en retraite et le dernier magasin d'électronique de la ville a plié boutique… Plus aucune facilité pour les composants ni la réalisations de circuits.
J'ai donc trouvé un superbe schéma de transmetteur analogique sur le site de "njhurst" en Australie. De prime abord beaucoup d'amplificateurs opérationnels, mais en réalité c'est si simple que c'est un vrai bonheur.

Alors ne pouvant pas compter sur mes essais précédents, je me suis lancé sur cette réalisation qui m'a paru sérieuse.adrs_recup

L'article de njhurst comporte un schéma  d'électronique analogique, et pour ceux qui ont un micro "en mal d'amour", une version digitale.
A noter que la version digitale a une sortie RS232 et qu'elle est compensée en température. C'est donc une version "pro".

Je reste pour ma part sur la version analogique ne faisant pas appel à un PIC. (C'est déjà plus compliqué !)

L'article explique également les écueils dans lesquels il ne faut pas tomber pour réaliser le capteur.
L'auteur montre également photo à l'appui une réalisation qui fonctionne, et qui était vraisemblablement initialement destinée aux mesures dans les rivières.

http://njhurst.com/electronics/watersensor/

Alors me voilà décidé à suivre cette personne que je ne connaissais pas, mais dont le site et le professionnalisme m'ont inspirés toute confiance…

(Si toutes fois vous n'arriviez pas à joindre cette page spécifique, essayez depuis http://njhurst.com et déroulez les menus (tout en bas de la page d'accueil) si ce n'est pas possible faites le moi savoir, je vous ferai parvenir le schéma)

2.1 Structure d'un condensateur

Pour les profanes, un condensateur est un dispositif électrique constitué par deux plaques qui se font face mais qui sont séparées et donc isolées l'une de l'autre.
L'isolant qui sépare les deux plaques peut être simplement de l'air, de la céramique, du mica, du tantale etc.
Cet isolant prend le nom de diélectrique.

Voir le site :
http://pagesperso-orange.fr/f5zv/RADIO/RM/RM23/RM23B/RM23B07.html#tension
pour plus de précisions.

Il y a dans ces simples paroles une ambiguïté dont je n'avais pas jusqu'alors relevé la nature. L'eau non pure est un "assez bon" conducteur de l'électricité. Comment peut-elle être un diélectrique ? L'eau est-elle isolante ?...Non ! Alors ?

L'eau est également un diélectrique et même très particulier. Il ne faut pas oublier en effet que notre cher élément de vie est très spécifique, même au niveau atomique (voir les encyclopédies)

La valeur C en Farads d'un condensateur est la suivante : C= er*e0*S/ep

Avec e0 ,la constante diélectrique du vide, er la constante diélectrique de "l'isolant", S la surface d'une armature en M2 (ou plaque en regard), et ep l'épaisseur de "l'isolant" en M. e0 a pour valeur constante 8.85 *10E-12.

Le plus important à remarquer est que la capacité pour une épaisseur constante varie proportionnellement avec la surface et la constante diélectrique. Si cette surface est "comprimée" à une longueur, la capacité dépendra donc directement de la longueur pour l'incidence dimensionnelle.

2.2 Constante diélectrique

L'eau "banale" est conductrice, cependant elle possède comme tout corps une constante diélectrique. Cette constante diélectrique er, est un nombre exprimé par rapport à la constante diélectrique de l'air qui a par définition la valeur 1.

Les isolants se partagent des valeurs er allant jusqu'à 10 mais guère plus. (Cependant, quelques particularités de nouveaux matériaux ont des valeurs de plusieurs milliers).

En ce qui concerne l'eau, sa constante diélectrique nécessite d'être mesurée avec au moins un isolant (connu) puisque l'eau est conductrice comme d'autres matériaux. Sans isolation, les charges stockées sur les armatures s'équlibreraient très rapidement et la notion de condensateur n'aurait plus de sens, car le condensateur ainsi formé ne serait qu'un "simple conducteur".

La particularité de la constante diélectrique de l'eau est d'être très élevée entre 70 et 80 suivant les littératures. Cette valeur est la plus élevée des corps simples.

Ceci a une première grande signification, c'est qu'avec une faible surface, il est possible d'obtenir une grande variation de capacité. C'est certainement là le point le plus important.

Attention il ne faut pas confondre constante diélectrique et rigidité diélectrique. Cette dernière représente sa disposition à résister au "claquage " par la tension.

2.3 L'isolation

Bien entendu, pour mesurer une constante diélectrique d'un matériau conducteur, il faut isoler les deux "plaques" en regard l'une de l'autre. Pour ce faire, une surface isolante est nécessaire sur au moins une des deux surfaces du condensateur.
Ce principe se retrouvera sur les modèles de sondes décrits tant par njhurst, que par moi-même.
(Pour une des armatures du condensateur, il pourra s'agir du matériau conducteur d'une cuve métallique éventuellement)

Le condensateur de mesure sera constitué de fil électrique isolé et trempé dans l'eau pour au moins une des armatures.
Pour isoler ce condensateur de l'eau, il y a des choix qui sont importants au niveau des matériaux, ainsi que nj l'indique. Le PVC ou le polyéthylène sont parfois non homogènes et peuvent être poreux. Il est certain que le téflon est un isolant parfait. J'avais quelques morceaux qui ont pu ainsi servir à quelque chose ! Ce fil récupéré, assez fin, est de plus argenté et il est donc parfait.
nj insiste également sur la difficulté de rendre étanche tout élément final sous l'eau. Aussi, il n'y a aucune épissure ou bouchon sur le fil isolé qui est dans l'eau.

A noter que la sonde prototype (fil de masse vert-jaune), préalablement réalisée avec du fil multi brins, a très bien fonctionné le temps des essais. (Il y a maintenant beaucoup de fils (souvent rigides) qui sont recouverts de téflon pour favoriser le glissement dans les gaines)
Je pense que les problèmes avec du fil électrique standard peuvent survenir avec le temps, mais qu'instantanément ça convient très bien.
Il existe également en cas de doute sur des fils ou suivant l'impossibilité de se procurer des fils isolés téflon, des produits aérosols de téflon (PTFE) en phase liquide.

2.4 Les types de capteurs

Pour mesurer des hauteurs de liquide, et particulièrement de l'eau, il y a la ficelle avec le flotteur et le contre poids. Cette solution a longtemps servi dans les réservoirs d'eau potable, mais elle a souvent été remplacée car la ficelle arrivait à glisser et donc les informations transmises étaient fausses.

Il y a eu ensuite les mesures par ultrasons, et là aussi les premiers appareils ont dû être noyés dans de la résine pour résister à une humidité de l'ordre de 100%, toujours avec condensation.
Les ultrasons n'ont pas toujours bonne presse et je peux témoigner que j'ai eu des valeurs aberrantes. Ces perturbations n'étaient pas dues à des parasites véhiculés par le secteur… Alors peut-être par les antennes d'émissions des téléphones portables toujours proches des réservoirs situés en hauteur. Cela n'a jamais été élucidé et après permutations diverses sans succès, j'ai alors abandonné ce principe jugé insuffisamment fiable.

Le principe suivant consiste à placer un capteur de pression en fond de réservoir. La pression est directement le reflet de la hauteur d'eau (1 bar pour 10 mètres). La précision est excellente à 1% voire 0.5%. Seul inconvénient, ces produits restent chers pour le particulier.
La réalisation par le particulier est quasiment impossible, car il s'agit presque toujours de jauges de contrainte collées sur des éléments élastiques déformables.

Il y a enfin la mesure capacitive, telle que décrite ici, où le diélectrique est constitué par la hauteur de l'eau. Cette catégorie de capteurs est peu utilisée en eau potable, car les hauteurs d'eau dans les réservoirs sont importantes de l'ordre de 4 à 6 mètres et peut être jusqu'à 10 mètres. Il est difficile mécaniquement de maintenir stable ce dispositif sur de telles longueurs. Il faut dans ce dernier cas à mon humble avis utiliser non plus des structures rigides, mais des structures souples avec poids en extrémité.

Cependant j'ai eu à faire le relevé périodique du niveau d'une rivière pour contrôler les relations rivière et puits. L'hydrogéologue avait recommandé cette opération...Elle aurait pu être plus facilement réalisée !

Ce type de capteur peut donner une valeur linéaire de tension en fonction de la hauteur d'eau, ce qui est un avantage indéniable.
Ce type de capteur est très bien adapté aux petites citernes d'eau de pluie, dont la hauteur est de l'ordre de 2 m au maximum ou aux mesures en milieu naturel (rivières et fleuves).
Des versions avec panneau solaire et émetteur 433 Mhz sont tout à fait envisageables.

3 L'électronique "capacitive"photo_ci1

Il a donc fallut s'y résoudre, car hormis le capteur capacitif, pas d'autre salut (autrement qu'avec du matériel coûteux, très délicat ou dont la fiabilité est incertaine).

Dans tous les cas, il est nécessaire de rendre proches l'électronique et le capteur, pour des questions d'immunité au bruit, mais aussi d'impédances parasites sur les grandes longueurs.
L'électronique sera donc presque toujours dans l'ambiance du lieu.

Dans la pratique, il y a lieu de préciser l'importance de mesucapal'emplacement du condensateur dans l'électronique, pour éviter des problèmes délicats. Il est ainsi très important que l'une des armatures du condensateur ait un potentiel de rappel à la masse. C'est le cas ici !

Pour information, j'ai un vieux logiciel de CI qui fonctionne encore sous DOS et malheureusement je ne peux pas faire de fichiers de tracés mais seulement imprimer. Je crois que je vais scanner tous les plans. Pour ceux qui voudront les reprendre, il faudra éventuellement adapter l'échelle au pas de 2.54. (j'ai représenté une échelle x et y de 10 cm)
La photo de l'écran a le mérite d'être en couleurs et de bien faire apparaître l'ensemble.

Le 7812 est monté directement sur le cuivre de masse constitué recto-verso par le cuivre du CI. Il n'en a pas du tout besoin pour des questions de puissance, mais c'est utile pour la stabilité en température et donc en tension. Le 78L12 pourrait faire également l'affaire (100 mA) mais j'ai des doutes sur la stabilité en température suite à son échauffement.

3.1 Les principes

Deux grands principes de réalisation dirigent la mesure des hauteurs par variation de la capacité d'une sonde capacitive immergée.

3.1.1 Par comptage

Un oscillateur est associé à la variation de la capacité du condensateur formé par la sonde de mesure. Il suffit alors de compter les périodes par unité de temps et d'en déduire la hauteur. Ce principe est adapté à des mesures pilotées par ordinateur. njhurst en donne une version sur son site.
N'ayant pas d'intérêt spécifique sur ce modèle, je vous laisse le soin de vous y reporter !

C'est le principe du schéma numérique de njhurst, dans lequel, si j'ai bien traduit, il fait en plus une moyenne sur un grand nombre de mesures, pour rendre la mesure ainsi très précise et fiable.

3.1.2 Par intégration

Un oscillateur à fréquence fixe donne le rythme à un monostable dont la largeur d'impulsions est pilotée par le condensateur de la sonde ainsi constituée. Un intégrateur (low pass filter) réalise ensuite la conversion de largeur d'impulsions en tension proportionnelle à la hauteur d'eau. Cette variation tension/hauteur est parfaitement linéaire et de plus (presque) basée à zéro.
Pour l'application d'un particulier, l'équation est alors de la forme y=ax + b (avec b très petit de l'ordre de 0.1 V et donc négligé).

4 Le dispositif100_2552

Il est constitué du capteur lui-même, de l'électronique et de la visualisation.
Dans l'exemple précis, la mesure de tension est lue sur un petit contrôleur  numérique du commerce (moins de 5 € dans les grandes surfaces). La valeur est ainsi obtenue en multipliant la tension par le coefficient "a". Dans l'utilisation avec un tableur, pas de problème, celui-ci fera le travail ! Si c'est pour avoir instantanément une mesure, une courbe sera tracée pour approximer la valeur. (Dans mon exemple le coefficient "a" a pour valeur 285.63 avec y en litres et x en Volts).

4.1 Le Schéma

Par déontologie, et comme je n'ai pas l'intention de plagier stupidement, vous devrez consulter le site de l'auteur à l'adresse citée en tête et rappelée ici :

http://njhurst.com/electronics/watersensor/new/

Cela est d'autant mieux que les éventuels compléments et/ou informations seront toujours réalisés par l'auteur.
IC1C est l'oscillateur fixe de base qui va assurer l'entrée trigger du NE555. A remarquer que j'ai du remplacer C1 de 68 pf  par 1 nF pour obtenir une fréquence de 3.2 Khz.
Le dispositif R4, C2, R5 et D1 est destiné à créer des impulsions négatives (fixées relativement au Vcc) et élimine la différentiation positive due à la faible constante de temps nécessaire du circuit.
IC2 est un NE555 bien connu qui va donner des impulsions de largeur variable en fonction de la sonde connectée en tant qu'entrée "condensateur".
Ces impulsions sont ensuite intégrées par le réseau R7, C5 qui va convertir cette largeur variable en tension continue proportionnelle à la largeur des impulsions.
IC1A et IC1D sont des amplificateurs "suiveurs" à gain unitaire, abaisseurs d'impédance, et utilisés en organes de liaison.
IC1B est le sommateur qui va permettre de faire le zéro pour le réservoir vide. (ou presque)

J'ai d'abord réalisé le circuit et je me suis préoccupé de l'alimentation après.
Heureusement, il restait un peu de place sur le circuit, et j'ai pu ajouter un LM7812. Il faut indiquer que la stabilité de la tension conditionne largement la fréquence de l'oscillateur IC1C, et donc ce point est important.

4.2 La réalisationBOX1

Ainsi qu'évoqué, j'ai d'abord réalisé la logique et je me suis préoccupé de la régulation de tension après. J'avais prévu de faire un petite alimentation, mais ayant pu loger le 7812 sur la logique, (ce qui est hautement préférable) je n'en ai pas eu besoin, mais seulement d'un petit transformateur 1.2 VA avec redresseur incorporé. (ce produit est vendu en supermarché (en bricolage), et souvent en multi-tension)
Ainsi que l'indique njhurst, il serait illusoire de séparer l'électronique du capteur lui-même. L'alimentation non régulée sera transmise en même temps que le signal de tension en retour.
Une précision sur les transformateurs...Certains éléments du commerce font un redressement mono-alternance, non filtrée, d'autres double non filtrée (c'est mon cas) et encore une troisième version cette fois avec filtrage.

Cette réalisation est à la portée du profane qui sait au moins souder à l'étain en électronique. Les notions fondamentales n'ont pas besoin d'être connues.
Je donne un plan de réalisation du circuit imprimé en dehors de toutes les règles de design de tracé, pour pouvoir réaliser le circuit à la main au vernis à ongle dilué et à la plume réservoir !
La face composants (Rouge) ne comporte que très peu de liaisons à cet effet. Les soudures sur les pattes de circuits intégrés côté composants sont limitées au strict minimum, de même pour les connecteurs, qui ne sont pas rigoureusement utiles mais qui permettent de faire des essais facilement.

Juste après les derniers essais effectués sur site, la touche finale sera la vaporisation de vernis en bombe sur les deux faces du circuit, y compris et surtout sur les tranches du circuit en protégeant le potentiomètre multi tours et éventuellement les connecteurs s'ils sont utilisés.

Le CI est simplement coincé dans le boîtier entre les passe fils souples (à ajuster avant le vernis)

L'expérience du panneau solaire a de ce point de vue été utile, car constitué uniquement d'amplis OP, les résistances parasites dues à l'humidité sont vite des problèmes de mauvais fonctionnement. Ce problème de l'humidité ayant envahi le Circuit Imprimé avait été ainsi éliminé définitivement. Noter que le vernis n'est pas exposé aux UV et qu'il reste stable.

Un démontage de ce jour après 4 jours de citerne, pour prendre une photo complémentaire, n'a révélé aucune condensation dans le boîtier.

4.3 Les sondes réalisées

4.3.1 La sonde capacitive d'essaissondess

Cette sonde a permis de réaliser les essais au labo, sans les aléas du "direct". Cette sonde (voir photos) permet de faire une mise au point jusqu'à la mise à l'échelle exclue (valeur maximale de tension pour hauteur maxi).

Elle est constituée de 2 fois 2  fils qui sont les deux armatures du condensateur. (voir photos)
C'est du réel faible coût qui rend bien service. On peut s'en passer en utilisant un condensateur variable d'un vieux poste de radio, ça marche également.
Pour ma part j'ai voulu mesurer également la capacité équivalente pour un mètre de hauteur d'eau. (voir ci-après)

A remarquer que cette sonde fonctionne très bien et qu'elle est bien adaptée aux hauteurs importantes. Il faudra bien lester le cylindre en bas, tout en prenant les précautions d'usage pour ne pas abîmer les fils.
D'une façon générale fixer les potentiels par rapport à la terre et à la conductivité de l'eau est toujours préférable. Il me semblerait donc utile de mettre un des côtés en fil nu (étamé de préférence) et d'isoler le contrepoids. (Je n'ai pas pris la peine d'essayer, vu que je partais sur un modèle rigide)

4.3.2 La sonde capacitive définitive100_2546

njhurts a réalisé une sonde mécaniquement parfaite et vraisemblablement avec armature en tube inox. Comme je ne peux pas disposer de tube inox et encore moins de pouvoir le cintrer correctement, j'ai donc décidé de ne pas la réaliser ainsi, malheureusement.
nj a apprécié ce montage simple, mais je dois dire que sa version me parait plus solide et mieux adaptée notamment au milieu naturel.

Je ne dispose que d'un vieux tube de cuivre de 10x12 (écroui). Pour les éventuels problèmes d'électrolyse, j'ai préféré l'étamer extérieurement (il sera hors d'eau intérieurement). C'est donc la première opération à réaliser. (Après avoir bien décapé le cuivre, l'enduire d'une fine couche de pâte acide décapante, puis étaler la soudure à l'étain (en baguettes) avec un chiffon en coton imprégné légèrement de pâte acide). Attention de ne pas "recuire" la canne par un chauffage excessif ! (Il faudra procéder ainsi pour les autres tronçons)

Le bas de la canne est réalisé dans un petit morceau de tube de 12x14 rempli d'étain pour assurer l'étanchéité (préserver cependant la réserve de longueur pour l'emboîtement sur la canne de 12. Percer l'axe de la roue inférieure au diamètre 6, pour que ce soit la roue qui dépasse le tube de 14, et non la canne.
La roue sera isolante, non pour l'isolation proprement dite, mais seulement pour ne pas ajouter une capacité fixe au dispositif. Cette roue aura une gorge plus profonde que le diamètre du fil, destinée au passage du fil isolé, pour éviter de le détériorer par accident.
L'axe de la roue est en inox et dépassera volontairement du côté de la paroi du réservoir pour maintenir une distance à la paroi, évitant toute perturbation de proximité trop forte. Un contre-écrou évitera un dévissage intempestif. Quelques dixièmes de jeu de roue permettent sa très faible rotation pour équilibrer la tension des fils.

La canne en partie haute est prolongée d'un tube de 14 cintré qui portera 100_2544le boîtier et permettra la fixation sur une paroi toujours émergée (y compris le boîtier naturellement). Bien aligner le léger coude de déport supérieur avec la roue. La fixation sera simplement réalisée par un seul collier "ATLAS". Le boîtier est lui même fixé aussi par par un collier ATLAS sur ce tube de 14. Le boîtier possède par chance un taraudage adapté au pas.

Une plaque coulissante (de préférence en inox) sur le tube de 14, avec un ressort tenseur des fils complète la sonde.
Le ressort est bloqué par un collier type "serflex" (tant pis pour l'aspect non professionnel, mais  trop simple pour l'éviter) Il faut remarquer que l'intérieur de la canne reste ainsi hors d'eau. (voir également photo de tête d'article).

(Pour simplification, il est encore possible de supprimer le ressort en utilisant de la feuille d'Inox de 8/10 qui fera d'elle même le ressort nécessaire, Avec à sa base toujours le Serflex. Peut-être même est-il possible d'utiliser du verre tissé pour CI en épaisseur 8/10, mais la tenue dans le temps n'est peut-être pas certaine, mais l'isolation est garantie sans soucis. Tant pis c'est fait ! ) .

Les fils traversent cette plaque. On veillera à l'absence rigoureuse de bavures ou aspérités. J'ai procédé pour un des trous par passage dans un canon en laiton embouti, et un nœud juste au dessus. Pour l'autre, un nœud a simplement été réalisé. L'ensemble a ensuite été mis en légère tension (avec le ressort !)
Les deux fils sont réunis ensuite sur l'entrée IO1 pin 6. On gardera la canne en cuivre comme deuxième armature réunie cette fois en IO4  et à la masse (fil vert-jaune soudé directement sur la canne).TETESOND

J'ai préféré pour raison d'apparition d'oxyde de cuivre (poison de couleur verte), garder hors d'eau l'intérieur de la canne. (Bien que ce ne soit pas de l'eau destinée à la boisson).
Un bouchon de vidange éventuel 3/8" est cependant prévu en haut de canne.

La distance entre les fils et l'axe central détermine la capacité résultante, de même, la tension des fils doit être correcte pour éviter la déformation due à des courants d'eau internes lors des remplissages.
On remarquera que dans le plan latéral les fils ne sont pas parallèles à la canne principale, mais cela n'a pas de réelle importance vu la longueur. (Le plan de la roue n'est PAS confondu avec l'axe de la canne)

Pour une citerne d'eau de pluie, je n'ai pas jugé utile de mettre un tuyau PVC en protection mécanique. Chacun à ce stade verra ce qu'il préfère et selon l'utilisation finale et sa sensibilité technique.

RAPPEL : Si vous buvez l'eau de votre citerne, ce que je déconseille fortement, vous devrez utiliser uniquement de l'Inox pour la totalité des pièces.

4.4 Les réglages

Le grand problème de ces montages est qu'il faut être à côté de la citerne et aux intempéries éventuelles pour mesurer ou régler avec voltmètre oscilloscope etc...et parapluie ! Pour les essais, je les ai donc réalisés en deux étapes.dispoess

La première étape a été réalisée avec un tuyau PVC DN100 de 1mètre de long avec un bouchon PVC à vis de type "NICOLL" ou équivalent. Le tout dans un seau de 10 litres au cas où il y ait un petit manque d'étanchéité. Cela permet de bien vérifier le bon fonctionnement de l'ensemble sans adaptation réelle à la hauteur de cuve.

Il faut commencer par contrôler le bon fonctionnement de  l'oscillateur à quelques Khz . Chaque demi période a pour valeur :

t1=t2 =R1*C1*Ln(1+2*R2/R3) (avec Ln le logarithme népérien).

Dans l'application de citerne d'eau de pluie, il n'y a pas de problème de mesure de hauteur de vagues, et il est préférable de descendre en dessous de 5 Khz plutôt que d'aller au dessus. (Ceci est indiqué par nj).

Quand on plonge lentement la sonde et que l'on s'aperçoit que la tension de sortie ne bouge plus à partir d'un certain niveau, ou que la largeur de l'impulsion de IC2 ne change plus à partir d'une certaine profondeur, il faudra comme l'a précisé nj, jouer sur la valeur de R12. (Diminuer la valeur dans ce cas)
Personnellement dans cette première étape je n'ai pas constaté de blocage de la tension de sortie sur 1 mètre.
Il est également utile de pré calibrer le potentiomètre P1 pour la sonde totalement hors de l'eau avec recherche du minimum. C'est le réglage du zéro.

La deuxième étape est bien entendu la vérification sur site en réel. 100_2548
Il faut commencer par vérifier le zéro (re-régler éventuellement). La cuve devra être pleine pour faire ce dernier réglage (ou simulée) !
Là il m'a manqué 20 centimètres de hauteur (cela se voit lorsque l'on descend la sonde et qu'à un certain moment on arrive à la tension maxi avant d'avoir atteint le fond de la cuve).
J'ai donc diminué la valeur de R12 à 270 K Ohms. Si la tension de sortie varie bien continuellement mais est trop faible c'est le cas inverse (augmenter R12) !

Dans mon montage j'obtiens exactement 9.00 V pour 136 cm et 2585 litres. (Je ne l'ai pas voulu, mais c'est mon maximum de niveau ! )

Dans mon application, je n'ai pas cherché à obtenir la valeur maximale de tension, mais cela peut être recherché. Il faudrait alors prévoir une résistance sur picots pour ajuster au mieux avec des valeur en // de préférence. Cela joue sur la précision par le biais de l'étendue de mesure.

Dans cette atmosphère saturée d'humidité, les potentiomètres sont délicats d'emploi. En cas de dérive, il faudra éventuellement faire la tension Vcc/2 séparément et régler par pont diviseur le signal envoyé au sommateur.
Une autre possibilité est de garder le potentiomètre, de le régler correctement, puis de le retirer et de mesurer chaque partie et de procéder par substitution de deux résistances équivalentes (pas trop facile à ajuster pour une somme constante !)

Il faudra profiter de la cuve pleine pour affecter un volume à une tension.
Vu la linéarité de la courbe, il ne sera pas nécessaire de prendre d'autres points. On en déduira alors le coefficient "a" de l'équation.
Pour une citerne non parallélépipédique, il faudra obtenir la loi de variation en fonction du volume et souvent créer une table. Cette table est normalement fournie par les fabricants de citernes. La demander au besoin, et sinon "gaspiller" quelques M3 pour l'étalonner…ou attendre le premier orage de l'été 2008 !

Des mesures comparatives et pour ma seule sonde d'essai, donnent pour mon exemple, un condensateur équivalent de 680 Pf  pour 1 mètre d'eau environ.

Sur le connecteur de raccordement de l'ensemble (au pas de 2.54) j'ai retiré une "pin" sur deux sauf l'alimentation, pour éviter les impédances parasites. Enfin pour protéger au mieux la boîte étanche, un petit toit de protection en zinc contre les gouttelettes de condensation du tampon ou de la dalle, a été ajouté au dessus. (voir photo ci-dessus).

5 Conclusions

Pas encore de recul suffisant, mais "on sent" très bien si un montage va poser des problèmes ou non. Personnellement, je relève mes hauteurs d'eau une fois par semaine, et je débranche donc l'alimentation après relevé (c'est bon pour la planète !?!...) mais je constate de très faibles variations (10 mV) dues au chauffage de l'ensemble du circuit. Cela ne me dérange pas.
(Ce circuit consomme 10 mA en 12 Volts, soit 0.12 W actifs et environ 1.5 VA et transfo 1.2 VA !).

THERMI1

"Pour le plaisir des mesures", je n'ai pu m'empêcher d'ajouter un paramètre de plus pour quantifier l'aspect énergie. En effet, dans le cadre d'autres articles, (confinement calories aux WC notamment), il m'a paru utile de mesurer la température de l'eau de citerne. Une thermistance 10K Ohms plongée directement dans l'eau accompagne la mesure de hauteur. Cette sonde CTN court le long de la canne et est fixée par quelques colliers rilsan.
Il est nécessaire de ne pas utiliser les deux mesures simultanément, car la CTN est perturbée par le montage du fait de l'ionisation crée, puisque la CTN court le long d'une des armatures. Il faut d'abord lire la température.
(cela était prévu, mais est nécessaire pour que la maintenance reste aisée et qu'il n'y ait pas de fils partout dans la citerne. Je rappelle que l'emmêlement des fils, "poires" et ficelles n'est pas quelque chose d'extraordinaire, et que cela arrive assez fréquemment en AEP).

Cette thermistance de 10 K sera mesurée directement à l'ohmmètre, à distance sur un calibre élevé (200 K Ohms) pour éviter l'électrolyse due à un courant important. A noter que sa valeur courante est de 25 K Ohms et qu'en utilisation unique la valeur reste relativement stable. La valeur de température étant relativement constante, la CTN ne sera PAS linéarisée par une résistance en // (voir courbe "cyan"). Il est préférable d'avoir la valeur approchée (relative), avec une bonne précision plutôt qu'une valeur exacte un peu "floue". (Cela fait mieux apparaître les variations)

Il sera nécessaire d'attendre les enseignements de résistance à l'humidité dans le temps pour une conclusion définitive, mais les auspices semblent bons. Le vernis déposé amplement devrait contribuer à une bonne tenue dans le temps. L'électronique elle-même est parfaitement stable et sans problèmes.

Je projette déjà l'application de ce système au futur pluviomètre automatique, que je relève pour l'instant manuellement toutes les semaines. Il faudra commander en plus sa vidange par une petite électrovanne !

Merci encore à njhurst pour cet excellent montage à la portée de tous, même pour ceux qui ne sont pas de grands spécialistes.

Also Thanks nj for the referencement of my article in your site.
Many thanks for you, your colleague, and University of Melbourne

Voir le nouvel article ou http://bricolsec.canalblog.com/archives/2012/04/28/24121402.html

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