Pluviomètre Bell Siphon : 8 étapes (avec photos)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:07

Une version améliorée de ceci est le pluviomètre PiSiphon

Traditionnellement, les précipitations sont mesurées avec un pluviomètre manuel.

Les stations météorologiques automatisées (y compris les stations météorologiques IoT) utilisent normalement des bennes basculantes, des disdromètres acoustiques ou des disdromètres laser.

Les bennes basculantes ont des pièces mobiles qui peuvent être obstruées. Ils sont calibrés en laboratoire et peuvent ne pas mesurer correctement lors de fortes pluies. Les disdromètres peuvent avoir du mal à capter les petites gouttes ou les précipitations de la neige ou de la brume. Les disdromètres nécessitaient également une électronique complexe et des algorithmes de traitement pour estimer la taille des gouttes et faire la distinction entre la pluie, la neige et la grêle.

J'ai pensé qu'un pluviomètre Bell Siphon pourrait être utile pour surmonter certains des problèmes ci-dessus. Le Bell Siphon peut facilement être imprimé sur une imprimante 3d FDM normale (les moins chères avec des extrudeuses, comme RipRaps et Prusas).

Les siphons à cloche sont fréquemment utilisés en aquaponie et dans les aquariums pour vider automatiquement les réservoirs lorsque le niveau d'eau atteint une certaine hauteur. Seules les forces naturelles sont utilisées pour vider le réservoir relativement rapidement. Le siphon n'a pas de pièces mobiles.

Le pluviomètre à cloche à siphon contient deux sondes connectées à proximité l'une de l'autre (mais ne se contactant pas) à la sortie du siphon à cloche. Les autres extrémités des sondes sont connectées aux broches GPIO du raspberry pi. Une broche sera une broche de sortie, l'autre broche sera une broche d'entrée. Lorsque le pluviomètre contient une certaine quantité d'eau, les forces naturelles videront le pluviomètre. L'eau passera par les sondes à la sortie du siphon en cloche et un haut sera enregistré sur la broche d'entrée GPIO. Cette action de siphonnage enregistrera environ 2,95 grammes (ml) en utilisant ma conception de siphon en cloche. Les 2,8 grammes d'eau seront égaux à +/- 0,21676 mm de pluie si mon pluviomètre avec un diamètre d'entonnoir de 129 mm est utilisé. Après chaque action de siphonnage (événement de libération d'eau), la broche d'entrée deviendra la sortie et la sortie deviendra une entrée pour éviter une éventuelle électrolyse.

Mon objectif de ce projet est de fournir un capteur qui peut être utilisé par les bricoleurs pour se fixer à des stations météorologiques matérielles ouvertes. Ce capteur a été testé sur un raspberry pi, mais d'autres microcontrôleurs devraient également fonctionner.

Pour mieux comprendre les siphons de cloche, regardez ceci

Étape 1: ce dont vous aurez besoin

1. Une framboise pi.
2. Imprimante 3D-(Pour imprimer le siphon cloche. Je fournirai mon design. Vous pouvez également l'apporter à un service d'impression)
3. Ancien entonnoir de pluviomètre (Ou vous pouvez en imprimer un. Je fournirai mon design.)
4. 2 X rondelles comme sondes (5x25x1,5 mm pour ma conception)
5. Planche à pain (facultatif pour les tests).
6. Certaines compétences Python vous aideront, mais tout le code est fourni.
7. Une balance électronique pour affiner l'étalonnage. Une grande seringue (60 ml) peut également être utilisée.
8. Boîtier étanche pour le raspberry pi.
9. super colle
10. 2 cavaliers alligator et 2 cavaliers mâle/femelle
11. Tuyau PVC 110 mm, longueur +/- 40 cm

Étape 2: CONCEVOIR ET IMPRIMER LE SIPHON BELL

Joindre trouver ma conception au format Autocad123D et STL. Vous pouvez jouer avec le design, mais changer le design peut créer un siphon en cloche qui fuit et ne fonctionne pas. Le mien a été imprimé sur un XYZ DaVinci AIO. Les supports sont déjà inclus dans la conception, des supports supplémentaires peuvent donc ne pas être nécessaires. J'ai sélectionné des coques épaisses, 90 % de remplissage, 0,2 mm de hauteur. Le filament ABS est utilisé car le PLA se dégrade à l'extérieur. Après avoir imprimé l'entonnoir, appliquez un spray acrylique dessus pour le protéger des éléments. Éloignez le spray acrylique de l'intérieur du siphon en cloche, car il peut bloquer l'écoulement de l'eau dans le siphon. Ne pas donner au siphon un bain d'acétone

Je n'ai pas encore testé les imprimantes résine. Si vous utilisez de la résine, vous devez protéger la résine du soleil pour éviter une déformation du siphon.

(Cette conception est une amélioration de l'original: Date de la version 27 juin 2019)

Étape 3: Assemblage du siphon

Étudiez les images jointes. Utilisez de la super colle pour attacher tous les éléments ensemble. N'oubliez pas que la super colle n'est pas conductrice et que tous vos points de contact doivent rester à l'écart de la super colle. J'ai utilisé des cavaliers en alligator pour connecter les sondes (rondelles) aux cavaliers mâles et femelles de mon raspberry pi. L'une des sondes doit être connectée au GPIO 20, l'autre au 21. Aucune résistance n'est requise dans ce circuit. Essayez de rendre la sonde étanche lorsque vous utilisez la superglue. Le gel de silicone peut également aider.

Ne recouvrez pas encore votre siphon dans le tuyau PVC 110mm, il faut d'abord le tester.

Étape 4: Test de la sonde

Créez un fichier "rain_log.txt" dans votre répertoire où vous souhaitez enregistrer votre code python.

Ouvrez votre IDE python préféré et tapez le code suivant dedans. Enregistrez-le sous siphon_rain_gauge2.py. Exécutez le code python. Ajoutez de la pluie artificielle à votre entonnoir. Assurez-vous qu'il n'y a qu'un seul compte, à chaque fois que le siphon libère de l'eau. Si le siphon compte mal, consultez la section dépannage.

Pluviomètre #Bell-Siphon

#Développé par JJ Slabbert print("Le pluviomètre Bell Siphon attend quelques gouttes…") import gpiozero import time r=0.21676 #Il s'agit de la pluviométrie calibrée par action de déclenchement du siphon. t=0 #Total Rainfall f=open("rain_log.txt", "a+") n=0 while True: #Après chaque siphonnage, les broches 20, 21 devraient alterner pour éviter une éventuelle électrolyse si n/2==int(n): siphon=gpiozero. Button(21, False) output=gpiozero. LED(20) output.on() else: siphon=gpiozero. Button(20, False) output=gpiozero. LED(21) output.on() siphon.wait_for_press() n=n+1 t=t+r localtime = time.asctime(time.localtime(time.time())) print("Pluie totale: "+str(float(t))+" mm "+localtime) f.write(str(t)+", "+localtime+"\n") siphon.close() output.close() time.sleep(1.5)

Étape 5: CALCULS ET CALIBRAGES

Pourquoi les précipitations sont-elles mesurées en tant que distance ? Que signifie 1 millimètre de pluie ? Si vous aviez un cube de 1000mm X 1000mm X 1000mm ou 1m X 1m X 1m, le cube aura une profondeur de 1 mm d'eau de pluie si vous le laissez dehors quand il pleut. Si vous videz cette pluie dans une bouteille de 1 Litre, elle remplira la bouteille à 100% et l'eau mesurera également 1kg. Différents pluviomètres ont des bassins versants différents.

De plus, 1 gramme d'eau correspond à 1 ml classique.

Si vous utilisez mes conceptions ci-jointes, l'étalonnage peut ne pas être nécessaire.

Pour calibrer votre pluviomètre, vous pouvez utiliser 2 méthodes. Pour les deux méthodes, utilisez l'application attach python (étape précédente) pour compter les versions (actions de siphonnage). Assurez-vous qu'il n'y a qu'un seul compte, à chaque fois que le siphon libère de l'eau. Si le siphon compte mal, consultez la section dépannage

Première méthode: utiliser un pluviomètre existant (de contrôle)

Pour que cette méthode fonctionne, votre entonnoir siphon cloche doit être de la même zone que le pluviomètre de contrôle. Créez une pluie artificielle sur votre entonnoir de siphon et comptez le nombre de rejets avec python. Recueillir toute l'eau libérée par le siphon. dans votre pluviomètre de contrôle. Après environ 50 largages (actions de siphonnage), mesurer la pluviométrie dans le pluviomètre de contrôle

Soit R la pluviométrie moyenne en mm par action de siphonnage

R=(Précipitations totales dans la jauge de contrôle)/(Nombre d'actions de siphonnage)

Deuxième méthode: pesez vos précipitations (vous aurez besoin d'une balance électronique)

Soit R la pluviométrie moyenne en mm par action de siphonnage

Soit W le poids de l'eau par action de siphonnage en grammes ou en ml

Soit A la zone de chalandise de l'entonnoir

R=(Lx1000)/A

Pour l'étalonnage, utilisez une seringue pour injecter de l'eau lentement dans le siphon à cloche. Récupérez l'eau dans un verre d'un poids connu. Continuez à injecter l'eau jusqu'à ce que le siphon se vide au moins 50 fois. Peser l'eau dans le verre. Calculez le poids moyen (W) d'eau libérée à chaque fois que le siphon libère de l'eau. Pour ma conception, il était d'environ 2,95 grammes (ml). Pour mon entonnoir de diamètre 129 mm et rayon 64,5 mm

A=pi*(64,5)^2=13609.8108371

R=(2.95*1000) /13609.8108371

R=0,21676

Si vous n'avez pas de balance électronique, vous pouvez simplement utiliser une grande seringue (60 ml/gramme). Il suffit de compter le nombre de sorties d'eau du siphon

W=(Volume de la seringue en mm)/(Nombre de rejets d'eau du siphon)

Mettez à jour l'application Python avec la nouvelle valeur R.

Le Bell Siphon (Ma conception) prend environ 1 seconde pour libérer toute l'eau. En règle générale, l'eau entrant dans le siphon lors de la libération sera également libérée. Cela peut affecter la linéarité des mesures, lors de fortes pluies. Un meilleur modèle statistique peut améliorer les estimations.

Étape 6: Allez sur le terrain

Mettez votre cloche siphon et entonnoir assemblés dans un boîtier adapté. J'ai utilisé un tuyau en PVC de 110 mm. Assurez-vous également que votre raspberry pi connecté est dans un boîtier étanche. Mon PI est alimenté par une banque d'alimentation à des fins de démonstration, mais une alimentation externe ou un système solaire approprié doit être utilisé.

J'ai utilisé VNC pour me connecter au PI via ma tablette. Cela signifie que je peux surveiller les précipitations sur mon installation de n'importe où.

Créez de la pluie artificielle et voyez comment fonctionne le capteur.

Étape 7: Dépannage

1) Problème: si je compte les versions de siphon avec l'application python, l'application compte les versions supplémentaires.

Conseil: Vos sondes dans le siphon cloche peuvent être fermées et une goutte d'eau est coincée entre elles.

2) Problème: De l'eau s'écoule à travers le siphon.

Conseil: Il s'agit d'une erreur de conception. Améliorer la conception. Le rayon de sortie du siphon est probablement trop grand. L'aide d'un scientifique peut aider. Si vous avez conçu votre propre siphon en cloche, essayez celui que j'ai fourni. Vous pouvez également fixer un tuyau d'aquarium court (15 cm) à la sortie du siphon pour améliorer la "force de traînée" du largage.

3) Problème: Les sondes ne captent pas toutes les sorties de siphon.

Conseil: Nettoyez vos sondes avec un bâton auriculaire. Vérifiez toutes les connexions des câbles. Il peut y avoir de la colle sur vos sondes. retirez-le avec une lime de précision fine.

4) Problème: Mes rejets de siphon sont tous comptés correctement, mais l'estimation des précipitations est erronée.

Conseil: Vous devez recalibrer votre capteur. Si vous avez des sous-estimations, r (pluie par action de siphonnage) doit être augmenté.

Étape 8: Améliorations futures et test

1. Plaqué Or les sondes (rondelles). Cela aidera à nouveau la corrosion possible.
2. Remplacez les sondes par une diode laser et une photorésistance.
3. Améliorer le modèle d'estimation. Le modèle linéaire simple peut ne pas convenir en cas de fortes pluies.
4. Un deuxième siphon cloche plus grand peut être ajouté sous (à la sortie) du premier pour mesurer la pluie à haute densité.
5. Pour une interface graphique, je suggère Caynne IOT.

Remarque: Une amélioration majeure est publiée. Voir le pluviomètre PiSiphon