Jeśli chciałbyś, w ramach choćby wykonywanego samodzielnie systemu inteligentnego domu, mierzyć zużycie wody – poniżej opisane rozwiązanie z pewnością okaże się bardzo pomocne. Zaproponowana metoda jest bezinwazyjna, pozwala na wykorzystanie stosowanego do tej pory wodomierza, a koszty całości są śmiesznie małe.
W większości instalacji montowane są zwykle wodomierze skrzydełkowe, które wyposażone są w wirnik, będący częścią mechanizmu. Do wirnika przymocowany jest z reguły jeden bądź kilka magnesów – przepływająca przez wodomierz woda porusza wirnik, a zmieniające się pole magnetyczne powoduje wzrastanie wartości wskazywanej przez wodomierz – niezależnie, czy zastosowany jest analogowy czy też elektroniczny licznik.
Takie „sprzężenie” magnetyczne pomiędzy elementem mierzącym objętość przepływającej wody a licznikiem stosowane jest w prawie wszystkich typach wewnętrznie montowanych wodomierzy. Więc do pomiaru objętości wystarczy wiedzieć tylko kiedy i jak szybko porusza się np. wirnik. A ponieważ do wirnika przymocowane są magnesy, pole magnetyczne powinno być również mierzalne na zewnątrz wodomierza, przy jego obudowie. Można to łatwo sprawdzić, przybliżając kompas do obudowy licznika zużycia wody. Jeśli igła kompasu będzie się poruszała w momencie przepływu wody, oznacza to, że takie fluktuacje pola magnetycznego mogą zostać zmierzone.
Najrozsądniejszym rozwiązaniem do pomiaru pola magnetycznego wydaje się być hallotron – w opisywanym rozwiązaniu autor użył hallotronów SS494B firmy Honeywell, ale nada się każdy inny czujnik Halla, nie zatrzaskowy i o porównywalnej bądź lepszej czułości. Model SS494B ma czułość rzędu 5mV / 1 Gs (gaus). Dla porównania, ziemskie pole magnetyczne to wskazanie rzędu 0,5 Gs, magnes od lodówki – 50 Gs, a magnes neodymowy – 1000 i więcej gausów.
Zaproponowany hallotron SS494B jest bardzo czułym elementem, a przy tym dość tanim – zapewnia też możliwość pomiaru wartości indukcji magnetycznej do 400 Gs. W zależności od typu wodomierza może on mieć obudowę z różnych materiałów (plastik bądź metal) i rejestrowana na zewnątrz indukcja magnetyczna może nie przekraczać 1 Gs. Jest to nie lada wyzwanie pomiarowe!
Aby dokładnie określić moment, kiedy indukcja magnetyczna zwiększa się właśnie o jeden gaus, a na wyjściu hallotronu pojawia się napięcie wyższe o ok. 5 mV od napięcia spoczynkowego należy zastosować wzmacniacz operacyjny. Na poniższym rysunku można zobaczyć oscylogram fluktuacji wskazań hallotronu wywołanych zmianami indukcji magnetycznej 0,75 Gs z częstością około 1,5 Hz. Niewielka sinusoida, która powinna odpowiadać takim zmianom jest praktycznie nie widoczna z powodu silnego szumu, dlatego też odpowiednie filtrowanie sygnału przed jego wzmocnieniem jest kwestią kluczową.
Schemat wzmacniacza wraz z filtrem można zobaczyć poniżej.
Do wzmacniania sygnału autor proponuje użyć wzmacniacza operacyjnego LM124. Pracującego jako wzmacniacz odwracający. Wyjście hallotronu połączone jest z odwracającym wejściem wzmacniacza operacyjnego poprzez potencjometr R2, pozwalającym regulować wzmocnienie. Wejście nieodwracające układu LM124 podłączone jest do dzielnika napięcia, także regulowanego za pomocą potencjometru R3. Jako potencjometry warto zastosować 15- bądź 25-obrotowe trymery cermetowe.
Ważnym elementem obwodu jest kondensator C1 o wartości 0,1 µF, który działa jako filtr dolnoprzepustowy, zmniejszając wzmocnienie wzmacniacza dla wyższych częstości.
Aby dobrze dopasować działanie układu filtrująco-wzmacniającego należy użyć oscyloskopu i woltomierza. Najpierw należy wyregulować napięcie na dzielniku do poziomu odpowiadającemu dokładnie napięciu spoczynkowemu hallotronu. Następnie, mierząc już konkretny przepływ wody (rzędu 1 litra/min) należy wyregulować wzmocnienie i ew. doregulować napięcie na dzielniku. Na powyższym rysunku widać oscylogram odpowiadający sygnałowi fluktuacji wyjścia hallotronu o 3-4 mV, wzmocnionemu do poziomu sinusoidy o amplitudzie 3,28 V (przy zasilaniu wzmacniacza napięciem 5V). Taki sygnał może być z łatwością zinterpretowany przez mikroprocesor.
Źródło
Fajne? Ranking DIY
