Medidor de Nivel de Agua por Presión con Arduino

En esta entrada vamos a discutir una de las formas más económicas de realizar la medición del nivel de un tanque realizado por medio de un sensor de presión diferencial.

En este sitio WEB y en el canal de YouTube, ya hemos hablado de los SENSORES de PRESIÓN. Por eso te recomiendo de que le des un vistazo a esa entrada.

Como vimos en esa entrada anterior, ya sabemos que es la presión, las diferentes presiones que existen y sobre todo que

El nivel y el caudal pueden ser derivados de una medida de presión. Por ejemplo, para medir nivel tenemos que:

Por eso a pesar de no emplear un sensor de nivel de agua en este proyecto, es posible realizar la medición de nivel empleando otra característica de la física por medio de un sensor de presión diferencial de aire con arduino.

Sensor de Presión MPX5010DP

Existen diferentes sensores de presión diferencial en el mercado de los microcontroladores conocidos como Sensores de presión tipo MPX, MPX53DP, MPX53GP, MPX2010DP, MPX2010GP, MPX2050DP, MPX10DP, MPX5010DP, etc, y básicamente varían en la capacidad de presión que es capaz de medir el sensor.

Dependiendo de nuestra aplicación deberemos seleccionar el sensor adecuado, recordando que muchos de esos sensores necesitarán ser acoplados a circuitos amplificadores de voltaje para poder ser leidos por un microcontrolador (en este caso nuestro Arduino).

Por eso les recomiendo conseguir el MPX5010DP que ya entrega en su salida un voltaje de 0v – 5v ideal para microcontroladores, a diferencia de su hermano el MPX10DP hasta 50mV lo que requerirá de un amplificador operacional para tratar su señal.

El transductor piezo-resistivo de la serie MPX5010 es un sensor de presión de silicio monolítico de última generación diseñado para una amplia gama de aplicaciones, pero particularmente aquellas que emplean un microcontrolador o microprocesador con entradas ADC. Este transductor patentado de elemento único combina técnicas avanzadas de micromaquinado, metalización de película delgada y procesamiento bipolar para proporcionar una señal de salida analógica precisa y de alto nivel que sea proporcional a la presión aplicada.

MPX5010 puede medir una presión de 10 kPa y MPX5100 puede medir una presión de 100 kPa (14,5 psi). Da salida lineal sobre el rango como se muestra en la figura extraída de la hoja de datos.

Claro está que las aplicaciones de este sensor NO se limitan únicamente a la medición de Nivel, que es el objetivo de esta entrada.

Como vemos en el gráfico anterior, la ecuación para obtener la presión del sensor viene dada por:

$P=\dfrac{V_{out}-0.04V_s}{0.09V_s}+Tol$

 es el voltaje de alimentación () y  es el voltaje que entrega el sensor (o sea, el que leemos con arduino en bytes y lo transformamos a voltaje) y  es la tolerancia, un ajuste que debemos hacerle al sensor para calibrar la medida.

Medición de Nivel por Presión Hidrostática

En este caso vamos a valernos de la presión hidrostática presentada anteriormente para la medición del nivel al interior de un tanque.

El pinado del sensor de presión MPX5010DP se muestra a continuación:

IMPORTANTE:Según el datasheet, el sensor no puede entrar en contacto directo con el liquido, por lo tanto debemos crear un colchón de aire en el interior del tubo que esta conectado al sensor para evitar que el liquido entre al interior del mismo.

Vamos a valernos de que el sensor de presión presenta una medición lineal, según lo pudimos observar en su datasheet y en la gráfica de arriba donde muestra la relación voltaje – Presión. Sin embargo, puedes perfectamente calibrar tu sensor usando una regresión lineal, como la que hicimos el el video con el sensor de temperatura con PIC.

Tomando como base la ecuación de presión diferencial que relaciona la altura (recordando que la presión a la atmosfera es cero):

$P=\rho g h$

donde  es la presión,  es la gravedad y  es la altura o nivel del tanque.

$h=\dfrac{P}{\rho g}$

Las unidades que necesitamos saber aqui son, la del Pascal:

$Pa=\dfrac{kg}{m.s^2}$

densidad del agua (aprox)

$\rho_{(agua)}=1000\dfrac{kg}{m^3}$

gravedad (aprox)

$g=10\dfrac{m}{s^2}$

EJEMPLO: Supongamos que estamos leyendo 1kPa=1000Pa, la altura sería:

$$h=\frac{1000\frac{kg}{m.s^2}}{1000\frac{kg}{m^3}10\frac{m}{s^2}}=0.1m=10cm$$

Descargar hoja de excel de calibración via regresión lineal

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https://controlautomaticoeducacion.com/arduino/ - 2020

By: Sergio Andres Castaño Giraldo

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double Level,Vout,P,Vs=5.0;

double aux;

double tolP=0.04; // Ajusta la medida de presión

int i, rho = 997;

double g=9.8;

void setup()

{

Serial.begin(9600);

}

void loop() 

{

//Voltaje del Sensor MPC5010DP

aux=0;

for(i=0;i<10;i++){

aux = aux + (float(analogRead(A0))*5.0/1023.0); //v

delay(5);

}

Vout=aux/10.0;

//Presión en Kpa según gráfica 4 del Datasheet

P = ( Vout - 0.04*Vs ) / (0.09 * Vs) + tolP; //kPa

Level = ((P*1000)/(rho*g))*100;  //Medida de Nivel del tanque

Level = 1.081349*Level + 0.219574;

Serial.print("\n\nVoltaje:");

Serial.print(Vout);

Serial.println(" v");

Serial.print("Presión:");

Serial.print(P);

Serial.println(" kPa");

Serial.print("Nivel:");

Serial.print(Level);

Serial.println(" cm");

delay(3000);

}