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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Kapazitive Füllstandsmessung


Autor: Paul H. (powl)
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Hi!

Ich habe einen 30cm hohen 5L Wassertank in dem der Füllstand gemessen 
werden soll. Ich dacht da an eine kapazitive Messung da diese stufenlos 
erfolgen kann und ich somit nicht hunderte Elektroden in den Tank bauen 
muss.

Dazu hab ich mir aus dem Baumarkt einfach mal zwei Alurohre besorgt, 
eins mit 10mm Innendurchmesser, eins mit 8mm Aussendurchmesser. Ich hab 
auch daran gedacht flache Aluminiumleisten zu nehmen aber die waren mir 
dann mit 4€ pro Leiste doch etwas zu teuer.

Ich wusste grad nicht ob es eine Formel für Radiale Kondensatoren gibt 
also hab ich einfach mal näherungsweise die Kapazität eines 30cm langen 
Kondensators aus diesen zwei rohren mit C = e0 * A / d bestimmt. 
d=0.001m, A = (Pi * 0.009m) * 0.3m. Da kamen dann 75pF raus. Wenn das 
ganze unter Wasser steht und Wasser eine Dielektrizitätszahl von 81 hat 
geht das ganze auf satte 6,08nF hoch. Scheint ein beträchtlicher 
Unterschied zur Messung zu sein. Nur wie werte ich das aus? Das Ergebnis 
soll später durch einen AVR weiterverarbeitet und ggf. direkt von diesem 
aus gemessen werden.

Kann man hier einen NE555 verwenden? Auf welche Frequenz sollt man den 
dimensionieren? 10kHz? 100kHz? Die Frequenz sinkt bei steigender 
Kapazität halt relativ stark ab durch die hohe dielektrizitätszahl von 
Wasser. Soll ich noch einen Kondensator parallelschalten um den Einfluss 
des Wassers zu verringern?

Noch was: hat jemand ne Idee wie man die Rohre anschließen könnte? ;-) 
Der Tank ist aus Plexiglas, ich dachte mir eventuell dass man sie so 
absägen könnte dass dünne drahtartige Enden unten rausstehen, die ich 
dann durchs Plexiglas führe und mit Klemmen anschließen kann.

lg PoWl

Autor: Gast (Gast)
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Natürlich gibt es eine Formel für Zylinderkondensatoren jedoch das ganze 
theoretisch auszurechnen halte ich für überflüssig. Aus folgenden 
Gründen:

1. Wasser ist leitfähig (je nach Salzgehalt) darum muss eine Elektrode 
isoliert werden, dabei addiert sich zum e_Wasser noch e_Isolierung

2. zwei Rohre sind gut um den Kondensator von Störkapazitäten zu 
entkoppeln. Jedoch würde ich innen einen Stab einsetzen (der ist 
leichter zu isolieren), dann müsste man den Abstand der Elektroden so 
groß wählen, dass nicht so viele Wasserperlen hängen bleiben (die 
beeinflussen die Messung), aber so klein das eine möglichst große 
Kapazität entsteht!

3. oder man nimmt direkt zwei Stäbe die können besser mit befestigt 
werden, haben aber eine kleinere Fläche, können aber dichter zusammen.

4. ein NE555 kann man nehmen oder einen Schmitt-Trigger und die Frequenz 
mit nem AVR ausmessen, na dann kann man auch direkt den internen OPV des 
AVR`s nehmen....

5. Wenn es kein Metall-Tank ist kann man auch von außen messen, einfach 
Kupferstreifen ankleben...

Ich würde versuchen den Kondensator_voll/Kondensator_leer möglichst groß 
zu bekommen und dann die Frequenz auf ca. 100kHz hinzubiegen, denke das 
ist ausreichend.

Autor: Falk Brunner (falk)
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@Paul Hamacher (powl)

>Dazu hab ich mir aus dem Baumarkt einfach mal zwei Alurohre besorgt,
>eins mit 10mm Innendurchmesser, eins mit 8mm Aussendurchmesser. Ich hab

Viel zu aufwändig. Eine Doppelader reicht. Ende natürlich isoliert.

>d=0.001m, A = (Pi * 0.009m) * 0.3m. Da kamen dann 75pF raus. Wenn das

Könnte hinkommen.

>geht das ganze auf satte 6,08nF hoch. Scheint ein beträchtlicher
>Unterschied zur Messung zu sein.

Logisch.

>Kann man hier einen NE555 verwenden? Auf welche Frequenz sollt man den
>dimensionieren? 10kHz?

Passt.

>Kapazität halt relativ stark ab durch die hohe dielektrizitätszahl von

Kein Problem.

>Wasser. Soll ich noch einen Kondensator parallelschalten um den Einfluss
>des Wassers zu verringern?

Kann man machen, ist aber nicht unbedingt notwendig.

MfG
Falk

Autor: Paul H. (powl)
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Hm ja, das ist für Trinkwasser, genauer gesagt Stilles Mineralwasser das 
man z.B. von Vittel, Volvic.. sonstwas zu kaufen bekommt.

Muss eine Elektrode wirklich isoliert werden damit das ganze 
funktioniert, beeinflusst die Leitfähigkeit des Wassers das ganze so 
stark? Wenn ja, könnte man Kupferlackdraht verwenden? Wie könnte ich 
denn eine Stange (z.B. Gewindestab) vernünftig isolieren? Lackieren?

@ Falk, wie darf ich mir eine "Doppelader" vorstellen?

lg PoWl

Autor: Falk Brunner (falk)
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@ Paul Hamacher (powl)

>Hm ja, das ist für Trinkwasser, genauer gesagt Stilles Mineralwasser das
>man z.B. von Vittel, Volvic.. sonstwas zu kaufen bekommt.

Eben dafür ist ein isolierter Draht ideal.

>Muss eine Elektrode wirklich isoliert werden damit das ganze
>funktioniert,

Ja, sonst wäre es ja kein kapazitiver Sensor.

>stark? Wenn ja, könnte man Kupferlackdraht verwenden?

Ja.

> Wie könnte ich
>denn eine Stange (z.B. Gewindestab) vernünftig isolieren? Lackieren?

Was willst du mit einer Stange?

>@ Falk, wie darf ich mir eine "Doppelader" vorstellen?

Ein Kabel mit zwei Adern, wie es tonnenweise für Stromversorgung und 
Lautsprecher verwendet wird.

MFG
Falk

Autor: Falk Brunner (falk)
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@Gast (Gast)

>zu bekommen und dann die Frequenz auf ca. 100kHz hinzubiegen, denke das

Viel zu viel. Wozu? Ein paar kHz reichen, das kann man sogar per 
Kopfhörer auswerten ;-)

MFG
Falk

Autor: Sebastian E. (der_andere_sebastian)
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Noch ein kleiner Tip zum Thema Trinkwasser: Silikonisoliertes Kabel (vor 
Einbau sorgfältig reinigen!) ist sicherlich verträglicher als PVC, aus 
dem sich früher oder später möglicherweise schädliche Weichmacher lösen 
können.

Autor: oszi40 (Gast)
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Nicht jedes Kabel ist ewig wasserdicht. Frage ist, ob die Messung nur 
man ein paar Stunden oder ein paar Jahre funktionieren soll.

Bei Verwendung von Rohren sollte man auch an sich durch bildendes 
Kondeswasser denken, was dann die Messung verfälscht oder gar die 
Elektonik ertränkt...

Autor: Gast (Gast)
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@ Falk Brunner:
Naja hast recht, muss nicht unbedingt 100kHz sein, die Frequenz ist aber 
auch nicht so wichtig.

Ich würde eine Messung von außen vorziehen, gerade bei Trinkwasser. 
lässt sich alles schön schnell mit Kupferklebefolie in beliebiger Größe 
aufbauen. Ich weiß ja nicht wie die Umgebungsverhältnisse sind, aber 
wenn zu viele Störer da sind kann man die über ein guided shield 
blocken. natürlich ist die Kapazität kleiner, weil nur die hälfte des 
Dielektrikum sich ändert, aber die Streifen kann man sehr dicht an 
einander kleben.

Autor: Dirk J. (dirk-cebu)
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Paul Hamacher wrote:

>
> Der Tank ist aus Plexiglas,

dann kann man doch von außen sehen, wie hoch das Wasser drinnen steht.

Autor: Gerhard. (Gast)
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Hier ein paar interessante links zum Thema:

http://www.imagineeringezine.com/PDF-FILES/capgage.pdf

Siehe auch den Anhang wo Elektrodendesign im Detail behandelt wird.

MFG,
Gerhard

Autor: Gerhard. (Gast)
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Hier gibt es den QT300. Mit diesen IC laesst sich das ganze sehr einfach 
realisieren.

http://www.saelig.com/miva/merchant.mvc?Screen=PRO...

MFG,
Gerhard

Autor: Claude Schwarz (claudeschwarz)
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Aus welchem Material ist denn der Wassertank?
Ist ein Leitfähiges Gehäuse um den Tank ?
Bei mir in der Firma haben wir so einen Kapazitiven Füllstands Sensor 
entwickelt.
Ist eigentlich nur eine Kupferfolie die an die Aussenseite des Tanks 
(bei uns aus Glas) aufgeklebt wird und ein Oszillator dessen 
Schwingkreis durch die Kupferfolie / Wasserstand verstimmt wird.

Autor: Paul H. (powl)
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Der Tank ist aus Plexiglas, er bildet aber auch gleichzeitig das Gehäuse 
so dass Kupferfolie an der Aussenwand recht unpraktisch ist. Ich würde 
gerne eine Messung mit einer dünnen Elektrode im Inneren des Tanks 
machen. Muss die eine Elektrode wirklich isoliert sein? Was passiert 
denn dann elektrisch gesehen mit meinem Multivibrator? Der Widerstand 
des Wassers dürfte ja recht hoch sein..

Was ist mit einem alternativen Messprinzip? Z.B. über 
Leitfähigkeitsmessung: zwei dünne Metallstäbe, die ich im Tank mit 
geringem Abstand nebeneinander platziere. Je höher das Wasser im Tank 
steht desto mehr von den Stäben hängt im Wasser drin, d.h. der 
Widerstand sinkt. Man könnte den Spannungsabfall an diesem Widerstand 
mit einem OpAmp verstärken und mit dem AVR messen. Das dürfte sehr 
einfach gehen, der Nachteil dieser Methode ist eben, dass ich das ganze 
für ein bestimmtes Wässerchen (Mineralgehalt) kalibrieren muss.

lg PoWl

Autor: Claude Schwarz (claudeschwarz)
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Handelt es sich bei dem ganzen um Wasser das zum Genuss bestimmt ist?

Die Widerstandsmessung würde ich auf jedenfall mit einer AC Spannung 
oder Impulsen machen. DC ist in Verbindung mit Wasser, Elektroden und 
geschlossenen Behältern nicht so der Knaller ;-)

Was mit noch einfällt : Den Wasserdruck messen , und den Füllstand aus 
dem Druck errechnen?

Autor: Paul H. (powl)
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Ja das wird hinterher automatisch abgekocht und dann als Heißgetränk 
serviert. Drucksensoren sind leider teuer, fällt also erstmal weg. Ich 
denke was andere als kapazitiv und per Widerstand wird nicht übrig 
bleiben wobei ich kapazitiv bevorzuge, auch wenn Leitfähigkeitsmessung 
das einfacherer wär, bringt es das Problem mit sich, dass sich die 
Leitfähigkeit unterschiedlicher Wassersorten wohl mehr oder minder stark 
unterscheidet und ich nicht weiß ob ich da ewig das Aldi-Wasser 
reinkippen werde, hab keine Lust das dann immer wieder neu zu 
kalibrieren. Die Dielektrizitätszahl wird sich durch den Mineralgehalt 
des Wassers jedoch nicht so stark verändern, oder?

Ja, Leitfähigkeitsmessung über kurze Impulse sonst wird das Maschinchen 
wirklich zum Knaller, wobei ich nicht davon ausgehe dass ich besonders 
viele Funkenquellen in der Nähe hab ;-)

Das Problem bei der Leitfähigkeitsmessung könnte ich mit einer 
zusätzlichen Elektrode umgehen, die bei einem bestimmten Füllstand 
Kontakt mit dem Wasser hat, somit könnte sich das Ding beim Auffüllen 
selbst kalibrieren, vorrausgesetzt man füllt langsam auf, was nicht 
immer der Fall sein wird. Damit steigt auch der Hardwareaufwand wieder 
auf das Niveau der kapazitiven Messung.. naja blöde Sache.

Nicht meine Frage vergessen: ist es so tragisch wenn die 
Kondensatorelektroden Kontakt mit dem Wasser haben?

lg PoWl

Autor: Guido (Gast)
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Ja das ist tragisch. Wasser ist sofern es nicht vollentsalzt ist, ein 
sehr guter Leiter und wird bei Überlaufsicherungen auch als "Schalter" 
eingesetzt.
Es muss also mindestens eine Elektrode isoliert sein. Diese Isolierung 
ist dann Dein einziges Dielektrikum.

Autor: Whitespace (Gast)
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Zum Kontakt mit Wasser:

Wenn du die Elektroden unisoliert ins Wasser hängst, fängst du dir eine
Menge an Problemem ein.

Zum einen hast du dann keinen Kondensator mehr alleine, sondern die 
Anordnung verhält sich eher wie die Parallelschaltung aus einem 
Widerstand
(des des Wassers) und einem Kondensator. Natürlich hängt der Widerstand 
wieder vom Wasser selber und vom Wasserstand ab.

Zusätzlich solltest du in diesem Fall nur reine Wechselspannung an den
Kondensator legen, denn sonst spaltest du das Wasser elektrolytisch.
Das entstehende Gas ist nicht das Problem, weil man die Mengen durch 
kleine
Mesströme klein halten kann und der Wasserstoff sowieso schnell 
wegdiffundiert.
Allerdings bildet sich durch das Gas, das sich an den Elektroden 
anlagert ein parasitäres galvanisches Element, welches eine 
Gleichspannung über den Elektroden verursachen kann. 
(Polarisationsspannung nennt man das, wenn ich mich nicht irre.)
Des weiteren wird sich mit Gleichspannung beim Stromfluss durch das 
Wasser auch etwas von den Elektroden lösen, sofern die nicht gerade aus 
Platin o.ä. sind. Dabei solltest du im Auge behalten, dass die meisten 
Metallionen giftig sind.

Mit diesen Effekten muss deine Auswerteschaltung fertig werden.
Ob sie das kann und ob du das willst, musst du entscheiden.

Autor: Falk Brunner (falk)
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@ Paul Hamacher (powl)

>denke was andere als kapazitiv und per Widerstand wird nicht übrig
>bleiben

Wo bitte schön ist das Problem? Diese Gejammer ist ja unerträglich!

> wobei ich kapazitiv bevorzuge, auch wenn Leitfähigkeitsmessung
>das einfacherer wär,

Was ist an einer Multivibratorschaltung mit NE555 kompliziert?

>kalibrieren. Die Dielektrizitätszahl wird sich durch den Mineralgehalt
>des Wassers jedoch nicht so stark verändern, oder?

Eben.

>Ja, Leitfähigkeitsmessung über kurze Impulse sonst wird das Maschinchen
>wirklich zum Knaller,

Um nennenswerte Mengen Knallgas zu erzeugen musst du schon ORDENTLICH 
Strom durchjagen. Eine MESSUNG ist das dann nimmer mehr.

>Nicht meine Frage vergessen: ist es so tragisch wenn die
>Kondensatorelektroden Kontakt mit dem Wasser haben?

Physischen Kontakt müssen sie haben, sonst ist es ja keine Messung. 
Elektrisch isoliert müssen sie aber dennoch sein. Nun zum hundersten Mal 
wiederholt.

MFG
Falk

Autor: Paul H. (powl)
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Tut mir leid Falk, das war kein Gejammer bzw. sollte zumindest nicht als 
solches zum Ausdruck kommen. Ich wollte nur Aufwand und Nutzen abwägen 
und hab ein wenig gegrübelt.

Klar, ihr habt mir schon mehrmals gesagt dass elektrischer Kontakt mit 
dem Wasser nicht sein darf, was das für Konsequenzen hat (und danach 
fragte ich) wurde jedoch erst von deinem Vorposter beantwortet.

Dann werde ich die kapazitive Messmethode nehmen, entweder mit Rohr und 
einem Gewindestab innendrin oder mit zwei plattenförmigen Elektroden.

also dankeschön für die Informationen!

lg PoWl

Autor: Harry Up (harryup)
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hi,
rohr mit gewindestab ist um einiges zuverlässiger als 2 platten, du 
müsstest ja sorge dafür tragen, dass die platten immer gleichen abstand 
zueinander haben. das mit dem rohr ergibt eine 'koaxialkapazitive' 
methode, es ist reichlich egal, ob der gewindestab etwas gebogen ist 
oder nicht, die kapazität bleibt ziemlich konstant.
wir haben einen solchen kadetten entwickelt und seit 3 jahren im 
einsatz, allerdings um brennstoffe zu messen, dielektrizitätskonstante 
ca. 2, funktioniert trotzdem gut, der pegel lässt sich sehr genau und 
reproduzierbar bestimmen, einem 5 liter eimer ein schnapsglas voll 
entnommen kann detektiert werden, das ganze zurückgekippt ebenfalls. 
allerdings muss (timer-ic vorausgesetzt) der sensor per software 
linearisiert werden, da ja das messergebnis immer der ladekurve eines 
kondensators zugrunde liegt, die kennlinie ist 'verbogen'.
wenn du probleme mit temperatur vermeiden willst, verwendest du den 
tlc556, der ist um einiges temperaturstabiler als die 
nicht-cmos-derivate.
grüssens, harry

Autor: Thilo M. (Gast)
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Ich habe mir auch so'n Ding gebastelt:
Alurohr, Innendurchmessr 15mm, unten eine Achse durch, Kunststoffrolle 
drauf.
Oben ein Kunststoffstopfen mit Gewinde. Einen isolierten Draht von oben 
nach unten, über dieRolle geführt wieder nach oben im Rohr, ein Knoten 
knapp über dem Stopfen oben , dann kann durch herausdrehen des inneren 
Stopfens der Draht gespannt werden.
Nun eine kleine (vergossene) Schaltung mit NE555 oben dran, bei der das 
Frequenzbestimmende Element der Kondensator ist. Nun verändert sich die 
Frequenz mit Änderung des Füllstandes.
Die Frequenz per µC auszuwerten ist das kleinste Problem, auch ein 
Abgleich kann jetzt einfach durchgeführt werden.

Zu beachten ist, dass sich die Frequenz nicht linear zum Füllstand 
ändert, sondern radizierend ist. Für 'nen µC aber auch kein Problem.

Autor: Thilo M. (Gast)
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Und noch die Ansicht von unten ins Rohr.

Autor: STK500-Besitzer (Gast)
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Wieso kann man eine Leiterschlaufe als Kondensator benutzen? (Die Frage 
kam schon von Paul, wurde aber nicht beantwortet...)
Beim Googlen findet man (ich zumindest) nur irgendwelche Abstracts zu 
Patenten.

Autor: Falk Brunner (falk)
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@ STK500-Besitzer (Gast)

>Wieso kann man eine Leiterschlaufe als Kondensator benutzen?

Das ist nur ein mechanischer Trick, um das Kabelende nicht wasserdicht 
isolieren zu müssen. Die Schleife wirk nicht als Schleife, sondern als 
einfache Drahtelektrode. Die Gegenelektrode ist das Metallrohr.

MfG
Falk

Autor: Thilo M. (Gast)
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@ Falk:
danke, hatte ich vergessen zu erwähnen. ;)
Gut erklärt!

Autor: STK500-Besitzer (Gast)
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Dann hat Thilo also nur eins der beiden Kabelenden angeschlossen.
Dann ist ja alles klar.
Ich hab damals (vor >10 Jahren) einem Arbeitskollegen etwas 
entsprechendes für sein Wohnmobiltank wollen/sollen. Leider kam es nicht 
mehr dazu, weil seine Abteilung komplett die Firma verlassen hat...

Autor: Thilo M. (Gast)
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Die Kabelenden habe ich oben verdrillt und komplett als Elektrode 
verwendet.
Um das Rohr kam 'ne Schlauchschelle, unter dem ein 2.5mm² Massekabel zur 
Elektronik ging.

Autor: STK500-Besitzer (Gast)
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Wieder mit sinnlosen Informationen um mich geworfen...

Der "Kondensator" damals waren zwei in Schrumfschlauch verpackte 
Schweißdrähte im Abstand von ca. 2cm. Mit einer RCL-Meßbrücke konnten 
wir dann auch unterschiedliche Wassertiefen (Kondensator in einem Becken 
[von 500qm] abgesengt) messen.
Wir konnten uns auch nicht wirklich gut auf eine Messschaltung einigen.

Autor: Paul H. (powl)
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Hi, nun ist es soweit und ich komme von der Theorie zur Praxis. Ich habe 
gerade mal einen Test mit meinen Zwei Aluminiumrohren gemacht. Leider 
stoße ich da noch auf erhebliche Isolationsprobleme.

Das Rohr hat 6mm Innendurchmesser und 8mm Aussendurchmesser. Der 
darinliegende Stab hat 4mm Aussendurchmesser. Leider messe ich derzeit 
einen Widerstand von wenigen MOhm zwischen den beiden Elektroden in 
Wasser.

Lohnt es sich zu versuchen den Stab zu isolieren indem ich ihn 
anschleife und anschließend mit billig-Autolack lackiere oder brauche 
ich da eher sowas wie Kontakt Plastik 
http://www.reichelt.de/?ARTICLE=9474 ?

Mit der Formel für Zylindschrische Kondensatoren komme ich auf eine 
Kapazität von 40pF, vollbefüllt mit Wasser ergibt das 3,2nF. Immernoch 
nicht sonderlich viel. Ist es sinnvoll den Kondensator größer zu 
dimensionieren oder kann er sogar noch kleiner ausfallen?

Welche Oszillatorschaltung arbeitet zuverlässig und lässt sich am besten 
hierfür verwenden? Lässt sich mit dem Analogkomparator vom AVR was 
anstellen?

Noch eine alternative Idee: resistive Füllstandsmessung. 4 Elektroden im 
Tank, zwei kurze Knöpfe die gerademal unten aus dem Tankboden 
hervorschauen und zwei lange Elektroden die sich von unten nach oben 
über den ganzen Tank erstrecken.

lg PoWl

Autor: Falk Brunner (falk)
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@ Paul Hamacher (powl)

>einen Widerstand von wenigen MOhm zwischen den beiden Elektroden in
>Wasser.

>Lohnt es sich zu versuchen den Stab zu isolieren indem ich ihn

Die Elektroden MÜSSSEN Isoliert sein!

>Kapazität von 40pF, vollbefüllt mit Wasser ergibt das 3,2nF. Immernoch
>nicht sonderlich viel.

Das ist RIESIG!

>Welche Oszillatorschaltung arbeitet zuverlässig und lässt sich am besten
>hierfür verwenden?

NE555 tuts problemlos.

MFG
Falk

Autor: Andrew Taylor (marsufant)
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Falk Brunner wrote:
> @ Paul Hamacher (powl)
..
>
>>Welche Oszillatorschaltung arbeitet zuverlässig und lässt sich am besten
>>hierfür verwenden?
>
> NE555 tuts problemlos.
>
> MFG
> Falk


Solange die Isolation der Elektroden intakt ist, mag NE555 genügen.
Leider verbleibt ein deutlicher Gleichspannungsanteil, da NE555 zwischen 
1/3 und 2/3 Vcc pendelt.
Da aber in der Praxis bei Lackisolation das oft zu Problemen führt,
bin ich auf gleichstromfreie Schaltungen an den Elektroden übergegangen. 
Seitdem ist es problemlos.

Andrew

Autor: Michael (Gast)
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Also ich hab mir mal alles grad durchgelesen und mir ist folgendes 
Aufgefallen

>Klar, ihr habt mir schon mehrmals gesagt dass elektrischer Kontakt mit
>dem Wasser nicht sein darf, was das für Konsequenzen hat (und danach
>fragte ich) wurde jedoch erst von deinem Vorposter beantwortet.

Warum die Elektroden isoliert sein müssen wurde schon viel früher 
beantwortet, um genau zu sein war es gar die erste Antwort die auf alle 
deine Fragen kam

Zitat 2. Post, 1. Antwort

>1. Wasser ist leitfähig (je nach Salzgehalt) darum muss eine Elektrode
>isoliert werden, dabei addiert sich zum e_Wasser noch e_Isolierung

Wenn du die Elektroden also nicht gegen das Wasser isolierst wirst du 
immer nen übelsten Serienwiderstand messen können. Das ist numal eine 
Eigenschaft von Trinkwasser, du füllst da ja kein Reinstwasser 
ein...oder hast gar vor das zu trinken. Und immer wieder zu fragen warum 
denn eine Elektrode isoliert sein muss hilft dabei auch nicht wirklich 
weiter, sie muss es numal sein.

Beim Isoliermaterial würde ich auf jeden Fall schaun ob es 
Lebensmittelverträglich ist. Wenns das nicht ausdrücklich ist würde ich 
es auch nicht verwenden, wer weiß was man sich sonst ins Trinkwasser 
rein holt.

Zur Kapazität:

Ich hab hier u.a. einen NE555 mit 10 pF bei 7.2 kHz als astabile 
Kippstufe laufen. Mit der Formel für den NE555 kannste dir jetzt simpel 
ausrechnen welche Frequenzen bei 1 pF oder 100 pF rauskämen und das 
macht der NE555 locker mit. Da sehe ich kein Problem das zu realisieren.

Autor: Paul H. (powl)
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Ihr habt meine Frage falsch verstanden.

> Lohnt es sich zu versuchen den Stab zu isolieren indem ich ihn
> anschleife und anschließend mit billig-Autolack lackiere oder brauche
> ich da eher sowas wie Kontakt Plastik
> http://www.reichelt.de/?ARTICLE=9474 ?

Es ging mir nicht darum, ob ich den Stab überhaupt isolieren soll! Dass 
das sein muss ist mir klar. Mir ist auch bewusst dass Wasser in relation 
zur Anwendung gut leitet. Das würde sich wie ein zum Kondensator 
parallelgeschalteter Widerstand verhalten, welche Effekte DARAUS nun 
resultieren hat mir noch keiner gesagt, das war auch schon immer meine 
Frage, aber nun gut, wahrscheinlich wird sich der Kondensator einfach 
nicht vernünftig aufladen lassen. Es ging mir darum ob ich entweder 
versuchen soll, ihn mit billig-Autolack zu isolieren oder ob ich Kontakt 
Plastik verwenden soll.

Ich habe mir gerade einen neuen Stab besorgt, die Stäbe haben eine 
Eloxalschicht welche beim alten wohl etwas kaputt war, vielleicht ist 
sie diesmal besser und isoliert gescheit.

Funktioniert diese Schaltung: 
http://de.wikipedia.org/wiki/Bild:Oszi_555.GIF ?

lg PoWl

Autor: Michael (Gast)
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Nunja, wie soll sich schon ein Kondensator mit parallelem Widerstand 
schon verhalten? Aber OK, haben wir das schonmal geklärt ;)

Die verlinkte NE555-Schaltung kenn ich leider nicht, hab fast den 
Verdacht beim Überfliegen, dass da eine Leitung oder so fehlt, 
vielleicht aber auch nicht, however. Ich verwende die astabile 
Kippstufenbeschaltung (siehe Anhang, Quelle: ST-Datasheet, Figure 13) 
und dann gilt für die Frequenz:

Wählst du

dann bekommst du annähernd ein Tastverhältnis von 50 %

Autor: Paul H. (powl)
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So, die Lackisolierung mit Baumarktlack kann man leider vergessen, das 
Zeug isoliert kaum, trotz mehreren Schichten.

Ich werde mir wohl von Reichelt mal den Kontakt Plastik 70 Lack 
besorgen. Der soll ja angeblich hervorragende Isolationseigenschaften 
haben, na da hoffe ich mal, dass dem auch so ist.

lg PoWl

Autor: Gerhard. (Gast)
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Hallo Paul,

bei meinem Fuellstandsprojekt habe ich eine etwa 50cm lange koaxiale 
Messleitung eingesetzt. Das Aussenrohr ist aus Edelstahl. Die 
eigentliche Messelektrode besteht aus einem 3mm Eisenrohr welches mit 
einem Teflonschlauch ueberzogen wurde. Das untere Ende habe ich in einer 
Plastikmuffe zur Zentrierung( 3 Nylonschrauben) gesteckt und zur 
Dichtigkeit mit UHU+ (5-Minuten Epoxy)verklebt. In einem PVC Stueck oben 
drin sitzt eine kleine runde Platine mit einem QT300 von Quantum 
Research. Der QT300 kommuniziert mit einem AVR ueber ein SPI Interface. 
Funktioniert ausgezeichnet. Die Messungen sind stabil und auf ein paar 
mm genau.

MFG,
Gerhard

Autor: Gerhard. (Gast)
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Hier noch einmal die Link:

http://www.saelig.com/miva/merchant.mvc?Screen=PRO...

Gerhard

Autor: Regen (Gast)
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Das ist ein interessantes Thema.

Also die Kapazität der Sonde wollt ihr als frequenzbestimmendes Element 
verwenden? Aber wenn auf jeden Fall ein Mikrocontroller benutzt wird, 
geht es doch auch so?
Beitrag "Einfache Sensortaste"

Hier ein Projekt mit 555 und PIC
Gute mechanische Umsetzung, PTFE Kabel gespannt mit Feder (α_Al≈23, 
α_Cu≈16)
http://njhurst.com/electronics/watersensor/new/

Wo bekommt man Teflon-Litze?

Autor: Regen (Gast)
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Hier noch ein langer Thread:
Beitrag "Wasserstandmessung"

Autor: faraday (Gast)
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Bin hier nur drüber gestolpert.
Ist nicht kapazitiv, aber vielleicht interessiert es jemand.

http://www.national.com/vcm/NSC_Content/Files/en_U...

Autor: Paul H. (powl)
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So, ich habe nun ein paar Tests gemacht. Einen Alustab als Elektrode zu 
verwenden funktioniert leider nicht. Ich kann noch so viele 
Lackschichten draufsprühen, Irgendwie leitet er immer.

Ich habe, bevor ich das Ding noch in 1mm Lack einpacke mal einfach zwei 
0,5mm Kupferlackdrähte mit der Bohrmaschine verdrillt und das Ende 
isoliert.

Dann das Gebilde an ein Kabel gelötet und an den Oszillator 
angeschlossen. Ein wunderbarer Kondensator. Durch eintauchen in Wasser 
erhalte ich dann ungefär eine Halbierung bis Viertelung der Frequenz 
also ein ausreichender Unterschied.

Was seltsam ist, wenn ich das ganze mit dem Oszilloskop nachmesse wird 
irgendwie das Tastverhältnis des Rechtecksignals sehr instabil. Ebenso 
wenn ich den Kondensator mit den Fingern anfasse (ist ja isoliert).

Liegt das an der Erdung des Oszilloskops und umherschwirrenden 
Störabstrahlungen die ich mir da einfange?

Um zu verhindern dass sich der Kondensator mit Wasser vollsaugt habe ich 
ihn übrigens nochmal ordentlich lackiert.

lg PoWl

Autor: Gast (Gast)
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Hoi Miteinander

Ich mache gerade Matura. Meine Arbeit heist kapazitive 
Füllstandsmessung.

Ich habe mal eine Schaltung mit NE555 gebaut, ich will mit diese 
Schaltung die Kapazität und den Wiederstand messen.

Meine Frage ist ob es überhaupt möglich ist dass ich das machen kann und 
ob überhaupt die Schaltung korrekt ist für dass was ich will.

Bitte hilft mir und wenn was nicht ok bitte schreiben und sagen wie mann 
es besser machen könnte

Danke im Voraus

Autor: Gast (Gast)
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SRy hab den Anhang vergessen jetzt aber mit Anhanb

Hoi Miteinander

Ich mache gerade Matura. Meine Arbeit heist kapazitive
Füllstandsmessung.

Ich habe mal eine Schaltung mit NE555 gebaut, ich will mit diese
Schaltung die Kapazität und den Wiederstand messen.

Meine Frage ist ob es überhaupt möglich ist dass ich das machen kann und
ob überhaupt die Schaltung korrekt ist für dass was ich will.

Bitte hilft mir und wenn was nicht ok bitte schreiben und sagen wie mann
es besser machen könnte

Danke im Voraus

Autor: Thilo M. (Gast)
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@ powl:
Das Messprinzip (kapazitiv und Leitfähigkeit) wird von Endress & Hausser 
schon seit ca. 35 Jahren so praktiziert.
Gute Ergebnisse kriegst du bei einem (aussen) Rohrdurchmesser von ca. 
45mm (Edelstahl als Masse) und einem Edelstahlstab von 10mm, gut 
isoliert in Teflon. Die Kapazität ändert sich je nach Länge der Sonde 
und dem Medium um einige zig pF.

Als Frequenz musst du die zum Medium passende wählen, bei Wasser im 
kHz-Bereich (ca. 10..36kHz), bei Öl und anderen wenig leitfähigen Medien 
im MHz-Bereich (0.8..1MHz).
Der koaxiale Stab im Rohr sollte möglichst keine mechanischen 
Verbindungen zum Masserohr haben, da sich Schmutzablagerungen negativ 
auf die Linearität auswirken. Auch Entlüftungslöcher oben im Rohr nicht 
vergessen, da sich die Luft dort sonst komprimiert und der Füllstand 
verfälscht wird.
Dass die Messung wegen der Leitfähigkeit immer mit dem Zielmedium 
justiert werden muss sollte klar sein.
Die Auswertung der Frequenz darf nicht linear sein, sie ist radizierend 
im Verhältnis zum Füllstand.
Zur Beachtung: da die Messung mit Frequenzen arbeitet, sollte sich in 
nächster Nähe keine frequenzempfindliche Messung befinden.

Alles in Allem ist das eine sehr wartungsarme, zuverlässige Art der 
Füllstandsmessung.

Autor: Andrew Taylor (marsufant)
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@ Thilo:
Kann ich nur bestätigen. Es läuft über Jahre hinweg ohne wesentlichen 
Nachgleich. Und damit sehr zuverlässig.

Andrew

Autor: Paul H. (powl)
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Ich hab das nun einfach so mit gelöst, dass ich einen 1mm 
Kupferlackdraht mit der Bohrmaschine verzwirbelt und einmal lackiert 
habe (damit der Lack die Zwischenräume befüllt wo sich sonst das Wasser 
festsetzt)

Ist eine superdünne Elektrode und funktioniert spitze. Im ersten 
schwachen Test zumindest.

lg PoWl

Autor: gast (Gast)
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radizierend?

Autor: Paul H. (powl)
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radizieren = quadratwurzel ziehen

Autor: gast (Gast)
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ah okay :) danke

Autor: Sascha (Gast)
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Hab in meinem Regenwassertank (4500m3) auch einen kapazitiven Sensor 
gebaut.

- NE555
- zwei Alublechstreifen isoliert mit durchgehendem Schrumpfschlauch
- Abstand der Blechstreifen ~2cm, Länge ~1700mm
- mega8 misst die Frequenz und errechnet daraus den Füllstand


Funzt prima.


@Falk Brunner
Kannst Du auch in ganzen Sätzen antworten!?

Autor: Paul H. (powl)
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Man muss aber garnicht radizieren sondern 1/x machen. (wie nennt man das 
dann?). Die Frequenz des Oszillators ist umgekehrt proportional zur 
Kapazität, und die wiederum bewegt sich linear zum Füllstand in einem 
gewissen Bereich. Wenn man die Frequenz misst indem man im AVR einen 
Counter damit hochzählen lässt ist der Counterstand pro Zeiteinheit 
proportional zur Frequenz. D.h. je höher das Wasser steht, umso 
niedriger ist der Counterstand. Also muss man nur noch 1/Counterstand 
rechnen und erhält eine Zahl die sich proportional zum Füllstand des 
Tanks verhält.

Anstelle von 1/x muss man je nach Oszillatorfrequenz natürlich sowas wie 
500000/x machen. Sonst würde eine superkleine Kommazahl rauskommen und 
Fließkommaarithmetik muss ja nicht sein.

lg PoWl

Autor: Andrew Taylor (marsufant)
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dividieren, teilen,...

Autor: ... (Gast)
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Kehrwert?

Autor: Peter Dannegger (peda)
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Die meisten MCs haben einen Komparator, eignet sich prima zur 
Kapazitätsmessung.

Die Aufladezeit ist linear zur Kapazität und damit linear zum Füllstand.

Man muß also nicht kompliziert rumrechnen und nen extra 555 braucht man 
auch nicht.

Man braucht nur noch nen Widerstand.


Peter

Autor: Paul H. (powl)
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Und wie geht das mit dem Komparator im µC? Man braucht doch eine gewisse 
Hysterese sonst kann man keinen Oszillator damit bauen. Außer man 
programmiert eine Verzögerung in den AVR bzw schaltet die 
Komparaturspannung um aber der wird dafür ja wohl nicht schnell genug 
sein hm?

Ich habs auch mit nem Schmitt-Trigger IC gemacht.

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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> sonst kann man keinen Oszillator damit bauen
Man baut auch keinen Oszillator damit.
Vorausgesetzt der Sensor-C ist zwischen uC-Pin und GND, und ein Pullup 
ist zwischen uC-Pin und Vcc, ist die Arbeitsweise folgende:
1. Portpin als Ausgang auf Masse schalten: entlädt den C
2. Timer starten und Portpin als hochohmigen Eingang schalten
3. Wenn der Eingang auf '1' geht, Timer auslesen
4. Aus der Zeit die Kapazität ausrechnen
Die Schritte 2 und 3 können auch von der Input-Capture-Einheit 
ausgeführt werden...

> sondern 1/x machen. (wie nennt man das dann?).
Kehrwert, Reziprokwert

Autor: Paul H. (powl)
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Doppel-Danke. Werde das dann auch mal testen, habe zufällig ein paar 
kapazitive Füllstandsmessschaltungen hier.

Autor: Sascha (Gast)
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@Peter
Das ist eine gute Idee! Habe Deinen Betrag zu diesem Thema schonmal in 
einem anderem Forum gelesen, weis nur nicht mehr wo. Vielleicht kannst 
Du hier nochmal ein paar Infos geben!?

Eine Feuchtigkeitsmessung (rel. Luftfeuchte) liesse sich ja so auch 
realisieren.

Habe z.Zt den NE555 in meiner Schaltung, würde aber auch gern mal Deine 
Methode ausprobieren.

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