Circuit détecteur de fuite d'eau : fonctionnement et utilité

Si vous possédez un étang à poissons ou une piscine, vous savez à quel point une fuite d'eau peut être frustrante. Elle vous oblige à remettre de l'eau constamment, ce qui est fastidieux, chronophage et coûteux sur le long terme. Il est donc crucial de surveiller la présence de fuites lentes et destructrices. Mais vous n'avez pas besoin de systèmes sophistiqués de détection de fuite pour savoir quand un problème survient. Un simple circuit détecteur d'eau suffit à identifier une fuite de plomberie sans tracas. Nous allons examiner en détail ce projet simple.

Schéma du circuit détecteur d'eau

Voici une représentation schématique de ce circuit. Les schémas peuvent varier, mais la représentation de base est illustrée ci-dessous.

Figure 1 : Schéma d'un circuit détecteur d'eau

Note : Le circuit illustré ci-dessus utilise un comparateur LM339 pour comparer la tension de la sonde de détection et la tension de référence V_REF. Nous supposons que le circuit doit contrôler les variations du niveau d'eau dans une piscine ou un étang.

En pratique, vous aurez donc besoin d'une sonde de détection et d'une sonde de masse, comme le montre l'illustration ci-dessous.

Figure 2 : Illustration de la configuration du détecteur d'eau

Les sondes, dans ce cas, sont des fils de connexion pour plaque d'essai (breadboard).

Composants du circuit détecteur d'eau

D'après le schéma ci-dessus, on peut identifier plusieurs composants électroniques :

• R1 à R5 - résistances ohm
• Q1 - Transistor 2N3904
• C1 - Condensateur 0,1 µF
• Diode D1 / LED verte
• T1 - Transistor PNP BC557
• U1 - CI comparateur LM339

Comment fonctionne le circuit ?

Figure 3 : Un technicien travaillant sur un circuit

Comme mentionné précédemment et illustré dans les schémas, le comparateur LM339 joue un rôle clé. La sonde de tension, introduite comme sonde de détection, est également importante.

La tension à cette sonde dépend principalement de son contact avec l'eau ou non.

Dans un circuit ouvert, la sonde de détection n'est pas en contact avec l'eau. Comme le montre le schéma, la tension à la sonde de détection sera de 5 V.

À ce moment, l'impédance d'entrée du comparateur est très élevée. Par conséquent, un minuscule courant traverse R3. De plus, la tension aux bornes de cette résistance est nulle. Par conséquent, la tension d'entrée inverse du comparateur et la tension de la sonde de détection seront de 5 V.

Diviseur de tension

Mettez maintenant la sonde de détection en contact avec l'eau. Il y aura une résistance entre la masse et la sonde de détection. Cette résistance forme alors un diviseur de tension entre la tension de détection et la tension de masse.

Nous appellerons cette résistance R_EAU.

Voici une représentation de la manière dont la résistance de l'eau est réalisée lorsque la sonde touche l'eau.

Figure 4 : Illustration de la résistance de l'eau

Les équations du circuit pour la tension à la sonde V_SONDE sont :

Lorsque R_EAU est inférieur à 1 MΩ, la tension à V_SONDE sera inférieure à 2,5 V. Nous supposons que l'eau a une résistance inférieure à 1 MΩ car nous ne testons pas de l'eau purifiée.

En effet, la résistivité de l'eau pure est plus élevée que celle de l'eau non purifiée.

Il est donc possible de déterminer si la sonde de détection est en contact avec l'eau en vérifiant ses niveaux de tension. Si elle est supérieure à 2,5 V, la sonde n'est pas en contact avec l'eau. En revanche, si elle est en dessous du seuil de 2,5 V, il y a de fortes chances qu'elle soit en contact avec l'eau.

Rappelons que ces comparaisons de tension sont possibles grâce au comparateur. La tension de référence est due aux deux résistances de 100 kΩ (R1 et R2).

Comment facilitent-elles ce processus ? Notez qu'un minuscule courant circule vers l'entrée non-inverseuse à haute impédance du comparateur. Ainsi, les deux résistances créent un diviseur de tension qui fournit une tension de référence de 2,5 V.

Figure 5 : Un expert en piscine effectuant une maintenance de routine

Comparateurs

Notons également que le LM339 possède quatre comparateurs. Dans ce circuit, un seul est nécessaire. Une autre caractéristique importante des comparateurs LM339 est qu'ils ont des sorties à collecteur ouvert.

Ainsi, lorsque V_SONDE est inférieure à la tension de référence, la sortie du comparateur devient flottante. Inversement, le comparateur connecte sa sortie à la masse lorsque la tension de la sonde de détection dépasse la tension de référence.

Un autre composant significatif de ce circuit détecteur d'eau de base est le transistor Q1. Nous avons mentionné que lorsque V_SONDE > V_REF, la sortie du comparateur se connecte à la masse. Par conséquent, il n'y aura pas de courant de base via Q1.

Le transistor sera donc en état de coupure. Résultat : aucun courant ne traverse la LED lorsque l'eau n'est pas en contact avec la sonde de détection. Le processus inverse se produit lorsque V_SONDE < V_REF.

Le rôle de R4 dans ce prototype est de saturer le transistor, allumant ainsi la LED de détection. Cela se produit lorsque la sonde de détection est en contact avec l'eau.

Comment tester le circuit ?

Figure 6 : Bouton LED verte

Après avoir connecté le circuit comme indiqué ci-dessus, il est temps de le tester. Placez d'abord la sonde de masse dans l'eau et la sonde de détection hors de l'eau. Vous constaterez que la LED verte reste éteinte dans cette configuration.

Ensuite, placez la sonde de détection à la surface de l'eau tandis que la sonde de masse reste immergée. La LED verte s'allumera.

Ces deux tests simples permettent de vérifier si le circuit est opérationnel. Notez que nous avons utilisé des fils de plaque d'essai comme sondes. Ils conviennent pour un circuit simple de capteur d'humidité.

Pour un projet sophistiqué, il est impératif de vérifier si les matériaux des sondes résisteront à la corrosion. Une mise à niveau de ces composants de base sera également nécessaire pour améliorer la fiabilité de la détection.

Existe-t-il un circuit alternatif ?

Figure 7 : Un électricien assemblant un circuit

Il existe un circuit alternatif à celui discuté ci-dessus. La seule différence est qu'il faut échanger les entrées du comparateur. Cependant, seuls quelques ajustements sont nécessaires dans le circuit alternatif, les concepts électriques restant similaires.

Conclusion

Maintenir un niveau d'eau constant est essentiel dans de nombreuses applications. Nous venons d'expliquer comment y parvenir à l'aide d'un circuit détecteur d'eau primaire.

Vous pouvez l'essayer comme projet étudiant pour vérifier si nos explications fonctionnent. N'hésitez pas à nous contacter pour toute aide lors de la réalisation du projet. Nous vous fournirons toute l'assistance nécessaire.