Hladinoměr do nádrže na dešťovou vodu: jak vybrat a na co si dát pozor

Nádrž na dešťovou vodu je skvělá věc, dokud nepotřebujete vědět, kolik v ní zbývá. Otevírat víko a svítit baterkou do tmy není pohodlné a u podzemních nádrží to často ani nejde. Proto se vyplatí hladinoměr. Na trhu i v kutilských návodech najdete několik principů měření a každý má své silné a slabé stránky.

Plovákový spínač#

Nejjednodušší řešení. Plovák na kabelu sepne kontakt, když hladina klesne nebo stoupne k určité výšce. Je levný, spolehlivý a nepotřebuje skoro žádnou elektroniku. Jenže neměří hladinu, jen hlídá jeden bod. Pro ochranu čerpadla před chodem nasucho je to ideální, pro přehled o zásobě vody nestačí. Několik plováků v různých výškách dá hrubou stupnici, ale montáž je pracná a plováky se mohou zachytit o stěnu nebo potrubí.

Tlakové (hydrostatické) čidlo#

Sonda leží na dně nádrže a měří tlak vodního sloupce nad sebou. Každých 10 cm vody znamená přibližně 1 kPa navíc. Výhodou je přesnost a necitlivost na pěnu, páru nebo tvar nádrže. Nevýhody: čidlo je trvale ve vodě a v kalu na dně, potřebuje kabel s odvzdušněním (aby kompenzovalo změny atmosférického tlaku) a kvalitní průmyslové sondy nejsou levné. Levné sondy bez kompenzace atmosférického tlaku pak ukazují změny hladiny i při změně počasí.

Kapacitní měření#

Kapacitní senzory měří změnu kapacity elektrody podle toho, jak hluboko je ponořená. U malých nádob a průhledných kanystrů fungují dobře, v nádrži na dešťovku se ale na elektrodě usazuje biofilm a měření se v čase posouvá. Pro dlouhodobé venkovní použití je to spíš kompromis.

Ultrazvuk#

Ultrazvukový senzor je připevněný nahoře v nádrži, vyšle krátký zvukový impulz a měří, za jak dlouho se odraz od hladiny vrátí. Z času a rychlosti zvuku spočítá vzdálenost. Nic není ve vodě, senzor se nezanáší a montáž je jednoduchá. Proto je ultrazvuk nejčastější volbou pro nádrže na dešťovou vodu. Má ale několik slabin, které je dobré znát předem.

Mrtvá zóna#

Každý ultrazvukový senzor má nejmenší vzdálenost, kterou dokáže změřit. Po vyslání impulzu měnič chvíli dokmitává a v tu dobu nemůže poslouchat odraz. U běžných vodotěsných modulů je mrtvá zóna několik centimetrů, u levných otevřených modulů pro hobby elektroniku i přes 20 cm. Prakticky to znamená: senzor nesmí být níž, než je maximální hladina plus mrtvá zóna. Pokud nádrž přetéká bezpečnostním přepadem, počítejte s ním.

Kondenzace a kapky na měniči#

V uzavřené nádrži je vlhký vzduch a v noci se na chladných površích sráží voda. Kapka na čele senzoru změní jeho chování: buď měří nesmysl, nebo neměří vůbec. Vodotěsné senzory s krytím IP67 to snášejí lépe, protože měnič je zalitý a voda z něj snáz steče, ale úplně se problému nevyhnete. Pomáhá namontovat senzor tak, aby jeho čelo nebylo vodorovně zapuštěné v jamce, kde se voda drží, a používat filtraci, která jednotlivé chybné hodnoty zahodí.

Pěna a neklidná hladina#

Pěna zvuk pohlcuje a odraz od ní je slabý a neostrý. U dešťovky se pěna objeví hlavně po prudkém dešti, kdy voda padá do nádrže z výšky. Podobně vadí vlny a víření přímo pod přítokem. Řešení je jednoduché: umístěte senzor co nejdál od přítoku, ideálně na opačnou stranu nádrže. Pokud máte uklidňovací přítok (koleno, které přivádí vodu ke dnu), problém s pěnou skoro zmizí.

Šířka svazku a odrazy od stěn#

Ultrazvuk nevychází z měniče jako paprsek laseru, ale jako kužel. Pokud kužel zasáhne stěnu, žebřík, potrubí nebo výztuhu nádrže, senzor může změřit vzdálenost k překážce místo k hladině. Typický příznak: při poklesu hladiny se měření najednou zasekne na stejné hodnotě. U podzemních nádrží s úzkou šachtou nad vstupem je to častý problém, protože senzor umístěný nahoře v šachtě vidí i její stěny. Senzor proto montujte tak, aby pod ním byl volný prostor až ke dnu, a pokud musí být v šachtě, umístěte ho co nejníž, těsně nad maximální hladinu.

Teplota a rychlost zvuku#

Rychlost zvuku ve vzduchu závisí na teplotě. Při 0 °C je přibližně 331 m/s, při 20 °C asi 343 m/s, tedy rozdíl kolem 3,5 %. Pokud senzor teplotu nekompenzuje a v nádrži je výrazně jiná teplota než při kalibraci, na vzdálenosti dvou metrů to může udělat chybu několik centimetrů. Některé moduly mají kompenzaci vestavěnou, jiné ne. V nádrži zakopané v zemi se teplota mění pomalu, takže chyba je spíš sezonní než denní.

Kolmost#

Hladina odráží zvuk jako zrcadlo. Když senzor nemíří kolmo dolů, odraz odletí stranou a senzor dostane jen slabý ohlas, nebo žádný. Stačí pár stupňů a spolehlivost měření klesne. Při montáži použijte vodováhu.

Jak poznat dobré měření#

Dobrý hladinoměr dává hladkou křivku: pomalu klesá při zalévání a skokově roste při dešti. Pokud v grafu vidíte ostré špičky dolů nebo nahoru, jde nejčastěji o chybná měření od kapek nebo pěny. Řešením je mediánový filtr: senzor změří několikrát po sobě a použije prostřední hodnotu. Na rozdíl od průměru medián jednu úplně chybnou hodnotu ignoruje. Pokud graf drží rovnou čáru, i když se hladina mění, hledejte překážku v kuželu senzoru.

Napájení a umístění elektroniky#

U nádrže zřídka bývá zásuvka. Proto dává smysl napájení z baterie a hluboký spánek, kdy zařízení měří jednou za čas a mezi tím skoro nic nespotřebuje. Pro nádrž na dešťovku obvykle stačí měřit jednou za desítky minut, hladina se tak rychle nemění. Elektroniku nedávejte dovnitř nádrže, ale do krabičky venku nebo do šachty. Do nádrže vede jen kabel k senzoru, ideálně přes kabelovou průchodku, aby do krabičky nezatékalo.

Shrnutí#

Pro obyčejnou nádrž na dešťovou vodu je ultrazvuk nejpraktičtější volba: nic ve vodě, jednoduchá montáž, rozumná cena. Rozhoduje hlavně umístění. Senzor kolmo dolů, dál od přítoku, s volným prostorem pod sebou a nad maximální hladinou s rezervou na mrtvou zónu. Když navíc zařízení filtruje chybná měření, máte spolehlivý údaj o tom, kolik vody vám zbývá.

Přesně podle těchto zásad jsme navrhli Hladinu: vodotěsný ultrazvukový senzor DYP-A02YYUW s rozsahem 3 až 450 cm, mediánový filtr, provoz na baterii a napojení na Home Assistant. Je v předobjednávce a posíláme ji po výrobě první série.