Szukasz sposobu na zmierzenie ilości wody zużywanej w Twoim domu? Pomoże Ci w tym czujnik przepływu wody.

Aby efektywnie zarządzać wodą, musisz dostarczać tylko tyle wody, ile potrzebujesz. Z tego powodu najlepiej jest stale mierzyć przepływ wody w systemach gospodarki wodnej.

Ponadto istnieją różne rodzaje czujników przepływu wody i technik pomiarowych. Wystarczy pomyśleć, którego z nich użyć w danym obiegu.

Dlatego w tym artykule omówimy różne typy czujników przepływu wody oraz sposoby ich użycia w Arduino.

Czujnik przepływu wody

Źródło: Pxhere

Co to jest czujnik przepływu wody?

Czujniki przepływu wody to urządzenia, które mogą mierzyć natężenie przepływu wody. Mierzą także objętość cieczy przepływającej w jednostce czasu.

Czujniki przepływu wody można znaleźć w automatycznych podgrzewaczach wody, ekspresach do kawy (standardowych i dla majsterkowiczów) oraz automatach z wodą.

Ekspres do kawy

Źródło: Pixabay

Większość czujników przepływu wody składa się z wirnika wodnego i czujnika hallotronowego umieszczonego w miedzianym korpusie.

Ponadto dostępne są różne typy czujników wody do wyboru. 

Zależy to jednak od ilości zużywanej wody, kosztów i warunków przechowywania. Co więcej, czujniki wody mogą mierzyć wodę brudną, zawiesinę, czystą, zimną i gorącą.

Jak działa czujnik przepływu wody?

Będziemy pracować z czujnikiem wodnym (YF-S201), który posiada wirnik wodny i czujnik hallotronowy. Woda przepływa przez jeden koniec tego czujnika, a wypływa przez drugi. 

Ponadto, gdy woda przepływa przez czujnik, uderza w wirnik wodny i aktywuje go. Tak więc prędkość przepływu wody określa prędkość obrotu wirnika wodnego.

Za każdy udany obrót wirnika wodnego czujnik hallotronowy wytwarza impuls na styku wyjścia sygnałowego. 

Liczba impulsów na styku wyjściowym zależy od prędkości obrotowej turbiny.

W jaki sposób? W wirniku wodnym znajduje się magnes, który pomaga czujnikowi hallotronowemu wykryć przepływ wody. Gdy woda przepływa przez czujnik, jej prędkość wpływa na strumień magnetyczny czujnika. 

Dlatego czujnik hallotronowy wykrywa i generuje sygnał wyjściowy proporcjonalny do strumienia magnetycznego.

Innymi słowy, czujnik przepływu wody generuje falę kwadratową dla każdego obrotu wirnika wodnego. 

Można więc zmierzyć natężenie przepływu wody, obliczając liczbę impulsów generowanych w ciągu sekundy lub minuty.

Dodatkowo można wyświetlić wyniki pomiarów na wyświetlaczu LCD 16×2 lub na monitorze szeregowym komputera.

Inne typy czujników przepływu wody

Tak naprawdę każdy czujnik przepływu wody działa inaczej. Większość czujników wodnych posiada wirniki, które obracają się zgodnie z przepływem wody, inne mają bardziej złożoną zasadę działania.

Czujniki łopatkowe

Kołowe czujniki przepływu wody są najbardziej powszechnymi i najtańszymi czujnikami przepływu wody, jakie można znaleźć na rynku. Ponadto, wirnik działa prostopadle do przepływu wody. W związku z tym czujnik styka się tylko z ograniczonym przekrojem przepływu.

Czujniki przepływu wyporowe

Czujniki przepływu wyporowe sprawdzają się, gdy nie ma prostej rury. Sprawdzają się również wtedy, gdy nie można zastosować czujnika o działaniu podobnym do czujnika łopatkowego do pomiaru złośliwych cieczy.

Czujniki PDM to jedyna technologia pomiaru przepływu, która może bezpośrednio mierzyć objętość cieczy. Ich działanie polega na wychwytywaniu kieszeni płynu pomiędzy obracającymi się elementami. Te obracające się elementy znajdują się zwykle w precyzyjnej komorze.

Można to sobie wyobrazić jako napełnienie kubka cieczą i wylanie jego zawartości. Ponadto prędkość obrotowa czujników PDM zależy od natężenia przepływu, ponieważ przepływ cieczy powoduje ich obrót.

Magnetyczne czujniki przepływu

W przeciwieństwie do nich, magnetyczne czujniki przepływu nie mają żadnych ruchomych części. Ich działanie opiera się na prawie indukcji elektromagnetycznej Faradaya. 

Zgodnie z tym prawem, ciecze przewodzące prąd wytwarzają napięcie pod wpływem pola magnetycznego. Dlatego magnetyczny czujnik przepływu wytwarza pole magnetyczne do pomiarów, a nie silniki. Kieruje on również pole magnetyczne do cieczy przepływającej przez przewód.

Dlatego im szybszy jest przepływ cieczy, tym większe napięcie generuje ciecz. Powoduje to, że napięcie indukowane w czujniku jest proporcjonalne do ruchu wody.

Czujniki magnetyczne sprawdzają się jednak tylko w zastosowaniach związanych ze ściekami - lub zanieczyszczonymi cieczami z materiałami przewodzącymi. Dlatego nie można mierzyć czystej wody za pomocą tego czujnika, ponieważ brakuje w niej atomów.

Brudna woda

Źródło: 

Pixabay

Ultradźwiękowe czujniki przepływu

Alternatywą są przepływomierze ultradźwiękowe, które wykorzystują fale dźwiękowe do wykrywania szybkości przepływu cieczy przez rurę. Ultradźwiękowe czujniki przepływu działają również w oparciu o efekt Dopplera. W związku z tym, jeśli w sygnale ultradźwiękowym nastąpi zmiana częstotliwości, czujnik wykryje przepływ. Ponadto ultradźwiękowe czujniki przepływu można stosować w aplikacjach, w których standardowe przepływomierze ulegają uszkodzeniu. Do takich zastosowań należą zawiesiny, ścieki i inne brudne ciecze. Ponadto te czujniki wody mierzą prędkość cieczy i szacują przepływ objętościowy za pomocą ultradźwięków.

Ścieki

Źródło: Flickr

Właściwości i dane techniczne

Napięcie robocze: 4,5 - 24 V

Napięcie normalne: od 5 do 18 V

Maksymalne natężenie prądu: 15 mA lub 5 V

Obciążalność: ≤10 mA lub 5 V

Wydajność przepływu: 1-30 l/min

Wytrzymałość elektryczna: 1250 V/min

Zakres ciśnienia wody: mniej niż 1,75 MPa

Temperatura robocza: mniej niż 80C

Temperatura cieczy roboczej: mniej niż 120C

Zakres wilgotności: 35% do 90% RH

Odporność izolacji: większa niż 100 Mohmów

Jak używać czujników przepływu wody

Na szczęście istnieje bardziej dostępny i tańszy sposób użycia czujnika przepływu wody. Trzeba go połączyć z mikrokontrolerem - w tym przypadku z Arduino. 

Jak wspomnieliśmy wcześniej, aby zmierzyć natężenie przepływu dowolnej cieczy, będziemy musieli policzyć czujniki wyjściowe. Do wykrywania impulsów możemy użyć pinów przerwania Arduino.

Zanim przejdziemy dalej, oto elementy potrzebne do realizacji tego projektu:

Mikrokontroler Arduino

Czujnik przepływu wody YF-S201

Przewody do deski do pieczenia (x3) 

Płytki i kable

Jak podłączyć czujnik przepływu wody do Arduino

Połączenie Arduino

Researchgate

Do zliczania impulsów z czujnika będziemy używać drugiego cyfrowego styku We/Wy jako styku przechwytującego przerwania. 

Aby wykonać połączenia, wystarczy:

Połącz piny zasilania czujnika wody YF-S201 (czarny i czerwony przewód) z pinem 5v i masą Arduino.

Następnie podłącz żółty przewód napięcia wyjściowego do cyfrowego wejścia/wyjścia 2 w Arduino.

Na koniec załaduj swój kod Arduino, aby zakończyć połączenie. 

1 - Kod Arduino

2- Kod Arduino

3- Kod Arduino

4- Kod Arduino

5 - Kod Arduino

Słowa końcowe

Dokładność jest bardzo ważna, jeśli chcesz mieć prawidłowy system zarządzania wodą. Dlatego do tego projektu zalecamy użycie czujnika przepływu wody YF-S201. 

Chociaż istnieje wiele innych czujników przepływu wody, YF-S201 jest bardziej ekonomiczny i zapewnia dokładne odczyty.

Nie zapomnij przetestować swojego kodu, aby sprawdzić, czy dane wyjściowe są prawidłowe. Jeśli połączenia nie działają, sprawdź zasady i upewnij się, że wszystkie przewody zostały prawidłowo podłączone. Jeśli masz jakieś pytania, skontaktuj się z nami.