Sensor und Schaltung zur Erkennung von Wasserlecks

Ich plane, ein ROV für den Unterwassereinsatz zu bauen, und zu diesem Zeitpunkt überlege ich, ein Wasserleckerkennungssystem für das Elektronikgehäuse zu haben, das Unterwasserdrücken von bis zu 5 bar / 70 psi / 500 kPa standhalten muss.

Bei meiner Recherche habe ich eine nette Lösung von Blue Robotics namens SOS Leak Sensor gefunden, die mit einigen SOS-Sonden zusammenpasst .

Das Design und die Beschreibung der Sonden lassen mich ein wenig darüber nachdenken, wie sie funktionieren. In einem Abschnitt der Produktbeschreibung heißt es:

Jede Sonde kann mehrmals wiederverwendet werden, wenn sie ausgetrocknet und neu komprimiert ist, aber sobald die Spitze abgebaut ist, können Sie auch Ersatz-SOS-Sondenspitzen erhalten.

Die Sondenspitzen bestehen also aus einem Schwammmaterial, das wahrscheinlich mit einer Art Salz angereichert ist (man könnte dafür einfach NaCl verwenden, denke ich), das die Leitfähigkeit von Wasser erhöht, das berührt und eingeweicht wird das Trinkgeld.

Wenn ich recht habe, denke ich, dass es kein großes Problem wäre, diese Sonden zu replizieren.

Weiter zur Platine (SOS Leak Sensor):

Hier ist der Schaltplan aus der Dokumentation .

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Bisher verstehe ich, dass die Schaltung das Signal - das von R3 heruntergezogen wird - auf hoch schalten wird, wenn eine Sonde kurzschließen wird. Aber was machen R1 und R2 genau?

Ich muss das wissen, weil ich immer noch nicht das Verhältnis der Leitfähigkeit / des Widerstands des Wassers dazu habe, wo die Schaltung den "Kurzschluss" erkennt und bei welcher Schwelle.

Ich habe einige Wasserproben in meiner Gegend, wo ich plane, das ROV in Betrieb zu nehmen, und habe den Widerstand schlecht gemessen und etwas Leitungswasser und destilliertes Wasser als Referenz. Ich habe dafür ein Multimeter verwendet und hatte kein Rig, um die beiden Sonden in einem konstanten Abstand zueinander zu halten, aber ich habe mein Bestes versucht, sie mit meiner Hand zu halten, also sind meine Messungen nicht so konstant. Aber hier sind einige signifikante Ergebnisse:

Das Messwasser hat bei einem Sondenabstand von ca. 5mm (Spitze zu Spitze) einen Widerstand von ca. 500kOhm (+-100kOhm). Ich habe dann eine Prise Salz in eine kleine Probe des gleichen Wassers gegeben und etwa 40 bis 30 kOhm gemessen.

Ich bin mir also sicher, dass ich mit selbstgebauten Sonden mit mindestens 100 kOhm Widerstand Messwerte erhalten kann. Aber zurück zu meiner Frage, wie hängen diese mit der oben gezeigten Schaltung zusammen? muss ich irgendwelche Anpassungen an R1 und/oder R2 vornehmen? Und wenn es sein muss, wie sind die Berechnungen dafür?

Interessantes Problem. Da Ihr ROV vermutlich eine große Variation in der XYZ-Ausrichtung hat, benötigen Sie vermutlich mehrere Sonden in verschiedenen Ecken. Eine einfachere Lösung kann darin bestehen, den Druck innerhalb der Kammer zu überwachen.
Eine andere Alternative ist, sich keine Gedanken über den Druck zu machen, die Kammer zu entlüften und sie mit einem geeigneten Öl zu füllen. Dabei müssen natürlich alle Einzelkomponenten den Belastungen standhalten.
Ich plane, zusätzlich zu den Wasserlecksensoren innen einen Drucksensor außen zu haben. Der Punkt ist, dass sich mein System bei einem Leck so schnell wie möglich wieder an die Wasseroberfläche erholen sollte. Wenn Wasser in die Elektronikkammer gelangt, mache ich mir um die Elektronik selbst keine Sorgen, da ich sie so gut wie möglich mit einem geeigneten Wasserschutzlack ( Silikon, Wachs, Harz, ... ) beschichten werde. Aber was mir Sorgen macht, ist der Auftrieb des ROV ...
Ich habe die schwimmenden Elemente und die Elektronikkammer (die mit Luft gefüllt wird) so gestaltet, dass das gesamte System leicht nach oben schwimmt. Der Grund dafür ist, dass ich auf diese Weise die Tiefe beibehalten kann, indem ich die Triebwerke nach oben und nicht nach unten sprengen lasse, sodass ich keine Setzung nach oben drücke. und draussen so sehen... auch wenn das system abstürzt, oder wenn ich die notabschaltung auslösen muss, schwimmt das system immer noch von alleine an die wasseroberfläche um geborgen zu werden. Also mit Öl herumzuspielen, dass 1. den Zugang zur Elektronik erschwert und 2. Gewicht hinzufügt, ist keine Option
In diesem Fall würde ich die Kammer auf mehr als die Zieltiefe unter Druck setzen, damit der Innendruck immer höher ist. Auf diese Weise tritt bei Leckagen hauptsächlich Luft aus und kein Wasser ein, und es ist einfacher, Druckverluste in jeder Tiefe zu erkennen. Bietet Ihnen auch den zusätzlichen Vorteil, dass Sie wissen, dass die Dichtungen dicht sind, noch bevor Sie auf das Wasser treffen.
Das ist ein guter Punkt. Ich bin mir immer noch nicht sicher, ob ich die Bordbatterie verwenden oder das ROV über Kabel mit Strom versorgen werde. Ich habe einige Artikel darüber gelesen, dass LiIon / LiPo / Blei-Säure-Batterien in der Kammer sind, wo man bedenken muss, dass sich im Inneren Gas bildet und Druck aufbaut, der irgendwie durch ein Ventil entweichen muss. In diesem Fall müsste ich sowieso mit Überdruckkammern arbeiten, aber ich weiß immer noch nicht, ob der Druck schnell genug abfallen würde, um im Falle eines winzigen Lecks frühzeitig zu erkennen. Der sicherste Weg ist für mich immer noch die Wassermessung.
Außerdem muss ich Wasserkondensation berücksichtigen und wie gesagt möchte ich das System so einfach wie möglich in Betrieb und Wartung halten, daher ist das Spiel mit dem Druck nicht zu meinen Gunsten.
Ja, wie gesagt, interessante Probleme. :)

Antworten (2)

R1 (zusätzlich zum Widerstand der Sonde) begrenzt den Basisstrom von Q1 auf einen sicheren Wert und soll wahrscheinlich verhindern, dass Q1 durch einen versehentlichen Kurzschluss gegen Masse getötet wird.

R2 zieht die Basis auf Vcc, wenn der Eingang offen oder hochohmig ist. Dadurch wird sichergestellt, dass der Transistor abgeschaltet wird, sofern der Basisstrom nicht einen Mindestwert überschreitet. In runden Zahlen sind das 22 uA (0,6 V Vbe / 27.000).

Wenn Sie wissen, was Vcc ist, können Sie den äquivalenten Sondenwiderstand berechnen, der erforderlich ist, um eine Änderung des Ausgangs zu bewirken. Der Transistor hat wahrscheinlich eine Verstärkung von etwa 100, aber für eine anständige Sättigung bei leichter Last nehmen Sie einen Wert von 20-30 an.

Die 240 Ohm in Reihe mit der LED zeigen mir an, dass Vcc = 5 V ist, die Basisspannung also 4,4 V beträgt. Der für 22 uA benötigte externe Widerstand beträgt (Ohmsches Gesetz) 4,4 / 22 uA = 200 K. Abzüglich der bereits vorhandenen 1K = 199K. Das ist der Punkt, an dem der Transistor zu leiten beginnt. Aber warte, es gibt noch mehr.

Es gibt ungefähr 12,5 mA LED-Strom plus 5 mA R3-Strom, wir schätzen weitere 1,5 mA Ausgangsstrom. Das summiert sich auf 19 mA Kollektorstrom. Runden Sie auf 20 mA auf, teilen Sie dies durch eine Transistorverstärkung von 20, und Sie benötigen 1 mA Basisstrom. Zurück zum Ohmschen Gesetz, Rbase = 4,4 V / 0,001 A - 4,4 K. Minus R1 = 3,4 K externer Sensorwiderstand für einen fest gesättigten Transistor.

Wenn ich also verstanden habe: Wenn ich dieselbe Schaltung wie oben verwende, wird das Sensorsignal hoch, wenn eine der Sonden einen Widerstand zwischen 0 und 3,4 K misst? Ich bin mir nicht sicher, was "gesättigt" in Bezug auf Transistoren bedeutet ... aber trotzdem ist Ihre Antwort ausgezeichnet! Es gibt immer noch einige Punkte, die ich nicht verstanden habe, aber ich denke, ich werde sie herausfinden. Danke!

Wenn Sie den pnp-Transistor in Ihrem Schaltplan durch das entsprechende Modell von hier ersetzen , werden Sie sehen, dass die Widerstände R2 und R1 einen Spannungsteiler bilden. Nennen wir das Potential an der Sonde V_probe. Mit der Knotenmethode können Sie feststellen, dass die Basis-NP-Diode Vcc an der Anode und Vcc * R1 / (R2 + R1) + V_probe * R2 / (R2 + R1) an der Kathode hat.

Mein Rat ist also, mit R1 zu beginnen, das den Basisstrom bestimmt. Auf dieser Basis können Sie den R2 berechnen, so dass die Basisdiode einschaltet, sobald die Sonde das erforderliche Potential erreicht.

Sensor und Schaltung zur Erkennung von Wasserlecks
AntwortenHierDatenschutz-Bestimmungen1y, 0v