dimanche, 21 octobre 2018
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Mesure de niveaux des cuves

Introduction

Après les pages lourdes décrivant des dispositifs délicats et complexes, une petite page facile à écrire et à lire, sur un dispositif simple, amélioré par un peu d'électronique.
Je ne savais pas trop où la mettre, elle aurait pu être aussi bien en "Voile ", car c'est surtout le principe qui est intéressant ou en "Électronique ". J'ai lancé ma pièce de monnaie à trois faces, c'est tombé sur "Voile ".

 

Le dispositif d'origine

J'ai découvert ce système installé par le premier propriétaire, lorsque j'ai acheté le Feeling 326, et j'ai été frappé par l'ingéniosité du dispositif.

C'est très simple, comme le montre ce synoptique, une petite pompe à main, permet de mettre le circuit en pression par quelques aller-retours du piston. Le volume des tuyaux fait office de réservoir tampon. Une vanne multivoies aiguille la pression vers un des tubes capillaires qui plonge dans un des réservoirs, eau ou fuel.

Le tube est un capillaire, en quelques secondes la pression est équilibrée, les micro bulles ne sortent plus du tuyau, la pression à l'entrée du tuyau s'équilibre avec la pression hydrostatique de la colonne de liquide, il suffit alors de lire sur le manomètre la pression qui correspond à la hauteur de la colonne de liquide.

Pour mémoire, 10 mètres de hauteur d'eau exercent une pression de 1 kgf/cm2, donc une hauteur d'eau dans la cuve de 50 cm exercera une pression de 50 gf/cm2. Un manomètre sensible gradué en g/cm2 donnera donc directement la hauteur de liquide en cm.

Pour le fuel plus léger, il faut compenser la densité, mais il n'est même pas utile de faire une règle de trois ! La forme des cuves étant complexe, il est impératif d'étalonner le dispositif une première fois. Il faut partir de la cuve vide, remplir au jerrican, 10 litres par 10 litres et faire chaque fois la mesure. Ces points seront reportés sur une feuille de calcul Excel, lissés pour détecter les erreurs, et le résultat affiché sur un panneau à proximité.

Ce système rustique est précis et très fiable. La vignette clickable montre la réalisation commerciale originale, d'une fabrication parfaite, le "Tank Tender " (voir liens).

   Click !  Le dispositif commercial

 

La mesure électronique

Une jauge électrique très fantaisiste est montée d’origine sur les bateaux et les camping-cars.
Ce matériel est vendu une cinquantaine de dollars.

 

 

L'étalonnage

Les systèmes de mesure par niveau imposent toujours une conversion non linéaire (sauf pour le cas très rare de cuves à section horizontale constante).
Il faudra relever la courbe d’étalonnage et transformer des centimètres en litres, par simple table linéarisée sous Excel, affichée sous forme de tableau ou intégrée à l’électronique.

Hauteur

en mm

Volume

en litres

90

10

120

20

150

30

170

40

190

50

210

60

220

70

240

80

250

90

260

100

270

110

290

120

300

130

Voici en exemple la table d'étalonnage de la cuve à eau du Feeling 326. Elle est de forme tronconique pour épouser la coque, sous la couchette arrière.
La relation volume = f (hauteur) est complexe et ne peut être rendue par une équation simple.

Il faut donc maintenant rentrer cette table dans l'eeprom du microcontrôleur, c'est la phase d'étalonnage. Une patte de port en entrée du PIC sert de sélection lecture/écriture, d'autres pattes de choix des directions des cuves.
En position écriture, après le reset, la mémoire eeprom est vidée. Un poussoir sur une autre patte, incrémente le tableau, l'anti-rebond est effectué par le soft. A la mise sous tension poussoir enfoncé, le cycle d'étalonnage est lancé. Chaque appui est interprété comme 10 litres de plus dans la cuve. Il est validé par un bip sur le buzzer, l'afficheur clignote affichant alternativement en volume (en multiples de 10 litres) et en pression mesurée. Quand la cuve et pleine, un long appui sur le poussoir est interprété comme fin du cycle de remplissage. Le petit calculateur lisse les valeurs et fabrique sa table de conversion (look-up table), puis affiche séquentiellement les paliers de pressions. Pour passer en mode d'affichage normal, il suffit de couper l'alimentation et de rallumer.

L'étalonnage est effectué pour chaque cuve, le bateau à plat, la précision de lecture des volumes est d'environ 5 % cuve pleine, meilleure quand le volume diminue.

C'est exactement la même procédure qui est utilisée pour le <voltmètre à led>, il suffit de remplacer les paliers de "10 litres " par "0.1 volt "…

Divers autres moyens médiocres de mesurer le niveau

 

Tube à niveau visible 
Moyen le plus rustique, un tube transparent collé dans un angle protégé, relié en bas à la sortie de cuve en haut à la mise à l’air.
Le niveau se voit, mais le tube se salit à la lumière, il y a risque de prolifération d’algues et de bactéries.

Tige de jauge 
Comme pour le niveau d’huile du moteur, on ne peut faire plus simple mais c'est peu pratique.

Réglette sur flotteur
Les bateaux Amel utilisent ce système astucieux. Une longue tige graduée est fixée verticalement sur un flotteur. Elle coulisse sur un guide près d’une cloison. C’est très simple, rustique, et parfaitement fiable.

Flotteur et potentiomètre
Ce vieux dispositif était utilisé en auromobile pour mesurer le niveau d’essence, avant l’électronique, sur un simple galvanomètre. Le manque de fiabilité du potentiomètre qui s’oxyde interdit cette solution.

Capsule manométrique 
Un capteur de pression relative est monté au point bas. La référence est reliée à l’air ambiant pour compenser la pression atmosphérique très variable.
L’inconvénient est que le logement de la membrane présente une zone d’eau morte propice au développement bactérien. Ce n’est pas une bonne solution.

Mesure ultrasons
Une pastille à ultrasons est collée sous le réservoir, une petite électronique (sondeur simplifié) mesure le niveau converti en volume.
C’est une application simple et fiable à microcontrôleur mais peu précise.

Mesure résistive

Deux électrodes résistives plongent dans la cuve, la résistance est mesurée en alternatif. Cette méthode est très médiocre car les électrodes s’oxydent.

Mesure capacitive ou selfique

Deux rubans métalliques isolés sont collés à l’extérieur de la cuve plastique. Le niveau intérieur fait varier la capacité. 
Il est également possible d’utiliser la technique inductive, une bobine  longue ou deux bobines couplées remplacent alors les lignes capacitives, pour un résultat voisin, l'inductance et le couplage dépendent du niveau d'eau..
C’est une méthode classique, simple et efficace, demandant une électronique légère.

 

Contamination par la jauge


La mesure du niveau dans un réservoir d’eau potable présente un vrai danger de contamination bactérienne si elle fait appel à un tuyau sans circulation d’eau, à plus forte raison si ce tuyau est transparent et à la lumière.
Dans ce milieu stagnant, impossible à nettoyer, les mousses et bactéries trouvent un environnement idéal pour proliférer et contaminer le réservoir.

Il faut tout faire pour éviter ces bras morts, qui sont des zones à risque, lors de la conception d’une jauge.

 

Méthode parfaite : Mesure de la quantitée consommée

Il existe de petits débitmètres très fiables et économiques qui s’intercalent sur le tuyau en sortie de pompe.
Ils se composent d’un tiroir à piston qui libère un volume précis et génère une impulsion tous les quelques millilitres.
Le principe n’est plus alors de mesurer un niveau mais de totaliser l’eau consommée (intégration).
Un simple compteur suffit, avec un poussoir de remise à zéro à chaque plein. Le résultat est d'une grande précision, indépendant des problèmes d'horizontalité.
Avec un affichage sur écran LCD, un petit microcontrôleur comptera les impulsions et traduira en litres. Il sera alimenté au déclenchement de la pompe et temporisé.


Si l’on se contente d’un compteur électromécanique, l’électronique se réduit à un simple compteur CMOS.
C’est probablement la méthode électronique la meilleure, et il est possible d’analyser les consommations.

Pour choisir la bonne plage de débit, considérez que la pompe à eau douce a un débit inférieur à 5 litres/minute.

flow

 

Utilisation d'un compteur classique

Un classique compteur domestique à tambours et aiguilles fournit une autre méthode. Ces matériels se trouvent facilement sur le Nnet, en version plastique légère.
Utilisés seuls, ils permettent une lecture facile et précise au litre près, avec toutefois quelques inconvénients :
. Pas de reset, il faut donc noter la valeur des derniers litres et faire la soustraction.
. Gros et très difficiles à placer dans un endroit à la fois abrité, discret et lisible, sans grosse modification du circuit de pompe.

Amélioration du dispositif. La petite aiguille tourne et possède souvent un aimant sur son axe. Plusieurs bricolages sont décrits sur le Net pour monter un capteur magnétique ou optique et fournir les impulsions pour un compteur précis.

 

Liens

Tank Tender stearnsonline.com
Compteurs d'impulsions et totalisateurs parfaitement bien adaptés à bas prix : futurlec.com chercher hardware, sensors, flow

Dernière modification le vendredi, 06 novembre 2015 06:42
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