Investigation of integrated waterlevel sensor solution forsubmersible pumps : A study of how sensors can be combined towithstand build-up materials and improvereliability in harsh environment

• Main Author: Abelin, Sarah
• Format: Others
• Language: English
• Published: KTH, Maskinkonstruktion (Inst.) 2017
• Subjects: sensor fusion; support vector machine; level sensors; drainage pumps; water; nivågivare; dräneringspumpar; Mechanical Engineering; Maskinteknik
• Online Access: http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-210223

Monitoring water level in harsh environment in order to handle the start and stop function of drainage pumps has been a major issue. Several environmental factors are present, which affect and disturb sensor measurements. Current solutions with mechanical float switches, mounted outside of pumps, wear out, get entangled and account for more than half of all the emergency call outs to pumping stations. Since pumps are frequently moved around, a new sensor solution is needed which can be integrated within the pump house and is able to continuously monitor water level to optimize the operation of the pump and to decrease wear, cost and energy consumption. This thesis presents an investigation how different sensor techniques can be combined to improve reliability for monitoring water level and handle the start and stop function of drainage pumps in harsh environment. The main focus has been to identify suitable water level sensing techniques and to investigate how sensors are affected by build-up materials building up on the pump surface and covering the sensor probes. A support vector machine algorithm is implemented to fuse sensor data in order to increase reliability of the sensor solution in contaminated condition. Results show that a combination of a pressure sensor and a capacitive sensor is the most suitable combination for withstanding build-up materials. For operating conditions when sensors are covered with soft or viscous build-ups, sensors were able to monitor water level through the build-up materials. No solution was found that could satisfactorily monitor water level through solidified build-up materials. === Att övervaka vattennivån i extrema miljöer för att hantera start- och stoppfunktion av dräneringspumpar har varit ett stort problem. Flera påverkande faktorer från pumpomgivningen influerar och stör sensormätningarna. Nuvarande lösningar med mekaniskt rörliga nivåvippor som är monterade utanför pumparna slits ut, trasslar in sig och står för mer än hälften av alla jourutryckningar till pumpstationerna. Eftersom pumpar ofta flyttas runt, behövs en ny sensorlösning som kan integreras i pumpen och som kontinuerligt kan övervaka vattennivån för att optimera pumpdriften och minska  slitage, kostnad och energiförbrukning. Den här masteruppsatsen presenterar en undersökning av hur olika givartekniker kan kombineras för att förbättra tillförlitligheten för övervakning av vattennivån och hantera start- och stoppfunktionen av dräneringspumpar i extrema miljöer. Fokus har legat på att identifiera lämpliga givartekniker för att mäta vattennivå och undersöka hur givare påverkas av beläggningar som byggs upp på pumpytan och täcker givarna. En support vector machine algoritm har implementerats för att kombinera givardata i syfte att öka tillförlitligheten hos givarlösningen i kontaminerat skick. Resultaten visar att en kombination av en tryckgivare och en kapacitiv givare är den mest lämpliga kombinationen för att motstå beläggningsmaterial. För driftsförhållanden när givarna är täckta med mjuka beläggningar kunde givarna mäta vattennivån genom beläggningarna. Ingen lösning identifierades som på ett tillfredsställande sätt kunde mäta vattennivå genom stelnade, solida beläggningsmaterial.