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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Elektrische "Wasserwaage"


Autor: Max (Gast)
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Ich möchte mir eine Art Wasserwaage basteln, die die horizontale 
Ausrichtung in 2 Dimensionen auf unter 1° genau messen kann.
Wie gut sind Beschleunigungssensoren für diese Art der Messung 
verwendbar? Gibt es eine sinnvollere Alternative?

Autor: Rufus Τ. Firefly (rufus) (Moderator) Benutzerseite
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Beschleunigungssensoren müssten sich für die Aufgabe eignen; im iPhone 
ist ein Beschleunigungssensor verbaut, und der genügt für 
Wasserwaagen-Apps mit 0.1° angezeigter Auflösung.

Autor: Lutz (Gast)
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Nimmt man da nicht 2 Absolutdrucksensoren und einen mit Wasser gefüllten 
Schlauch?

Autor: Rufus Τ. Firefly (rufus) (Moderator) Benutzerseite
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Kann man zwar auch, aber: Nein.

Autor: Thomas B. (yahp) Benutzerseite
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Was auch geht, aber wahrscheinlich als Einzelstück das Zehnfache kostet: 
eLiSe, eine Dosenlibelle mit optoelektronischer Auslesung. Sicher 
präziser als mit g-Sensorik, aber vermutlich kein Schnäppchen.

http://www.stahl-libellen.com/download.php?data=el...

Autor: dumdidum (Gast)
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Rufus Τ. Firefly schrieb:
> und der genügt für
> Wasserwaagen-Apps mit 0.1° angezeigter Auflösung.

Vorab ich habe kein IPhone, aber:
Die Anzeige-Genauigkeit sagt ja noch nichts über die Genauigkeit des 
Sensors aus... denn mit n bischen Rauschen am ADU krieg ich tolle Werte, 
oder ich interpolire sie. Auch wenn ich eig. nur auf Zehner genau 
(Zehner, nicht Zehntel) messen kann, sieht die Anzeige dann sehr genau 
aus.

Autor: Bernd O. (bitshifter)
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Max schrieb:
> Ich möchte mir eine Art Wasserwaage basteln, die die horizontale
> Ausrichtung in 2 Dimensionen auf unter 1° genau messen kann.
> Wie gut sind Beschleunigungssensoren für diese Art der Messung
> verwendbar?
Das geht sogar sehr gut. Du brauchst nur noch etwas Trigonometrie um von 
den Beschleunigungswerten auf Winkel zu kommen. Ich hatte das mal mit 
den Beschleunigungssensoren aus dem Wii Nunchuk gemacht. Der Nunchuk 
kostet ab 12 Euro und bringt gleich eine digitale Schnittstelle (I2C) 
mit. Hat so ca. 0,25 ° aufgelöst (vielleicht wäre noch mehr möglich 
gewesen?) und war erstaunlich reproduzierbar (vermutlich ratiometrische 
Messung). Umschlagmessungen waren jedenfalls im Rahmen von ca. 0,5 ° 
genau. Wenn man das Kreuzpoti runterlötet bekommt noch schön freie 
Platinenfläche für die mechanische Anbindung.

Gruß,
Bernd

Autor: Tüll (Gast)
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Die iPhone-Messung und andere Varianten mit Beschleunigungssensor 
scheitern halt and der Kalibrierung. Erst muss man mal eine garantiert 
horizontale Fläche haben, doch woher nehmen?

Autor: aeiou (Gast)
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Tüll schrieb:
> Die iPhone-Messung und andere Varianten mit Beschleunigungssensor
> scheitern halt and der Kalibrierung. Erst muss man mal eine garantiert
> horizontale Fläche haben, doch woher nehmen?

Die Erdbeschleunigung liefert schonmal "garantiert vertikal". Der Rest 
ist Mathematik.

Autor: Tüll (Gast)
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aeiou schrieb:
> Die Erdbeschleunigung liefert schonmal "garantiert vertikal". Der Rest
> ist Mathematik.

Haha - überleg nochmal.

Autor: Haus Tier (Firma: Kenner) (haustierkenner)
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Max schrieb:
> Ich möchte mir eine Art Wasserwaage basteln, die die horizontale
> Ausrichtung in 2 Dimensionen auf unter 1° genau messen kann.
> Wie gut sind Beschleunigungssensoren für diese Art der Messung
> verwendbar? Gibt es eine sinnvollere Alternative?

2Luftdruckdosen und dann per uc den Luftduck vergleichen.
Musst nur aufpassen wenn die Wasserwage länger wird wie ein 
tiefdruckgebiet...

Autor: Ben jamin (scarab)
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wollt ihr das gerät auf die zu messende fläche fallen lassen?

Ich find es dürfte etwas schwierig werden eine wasserwage zu bauen mit 
sensoren die beschleunigung messen.

Die Sensoren die ihr mein sind prinzipbedingt Sensoren die die Lage und 
Beschleunigung gleichzeitig messen und wenn man hier die Beiträge liest 
muss man ja denken das keiner hier eine Ahnung hat wie die 
Funktionieren...

Rufus Τ. Firefly schrieb:
> Beschleunigungssensoren müssten sich für die Aufgabe eignen; im iPhone
> ist ein Beschleunigungssensor verbaut, und der genügt für
> Wasserwaagen-Apps mit 0.1° angezeigter Auflösung.
xD

ich kann auch eine App programmieren die 100 stellen nach dem Komma 
anzeigt, die verkaufe ich dann für 1000€ weil sie ja extrem genau misst 
:D   juuhuu ich bin reich

@ Max unter 1° ist schon ganzschön genau, such dir doch erstmal einen 
sensor aus und schreib dann ein link zum datenblatt.

2.Problem wie willst du überprüfen ob sie unter 1° genau ist? Hast du 
mehrere Referanzflächen mit z.b. 0,5° 1,0° 45,0° 45,5° usw. ???

Autor: spess53 (Gast)
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Hi

>wollt ihr das gerät auf die zu messende fläche fallen lassen?
>Ich find es dürfte etwas schwierig werden eine wasserwage zu bauen mit
>sensoren die beschleunigung messen.

>Die Sensoren die ihr mein sind prinzipbedingt Sensoren die die Lage und
>Beschleunigung gleichzeitig messen und wenn man hier die Beiträge liest
>muss man ja denken das keiner hier eine Ahnung hat wie die
>Funktionieren...

Anscheinend hast du keine Ahnung, was ein Beschleunigungssensor alles 
misst.

MfG Spess

Autor: Ben jamin (scarab)
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spess53 schrieb:
> Hi
>
>>wollt ihr das gerät auf die zu messende fläche fallen lassen?
>>Ich find es dürfte etwas schwierig werden eine wasserwage zu bauen mit
>>sensoren die beschleunigung messen.
>
>>Die Sensoren die ihr mein sind prinzipbedingt Sensoren die die Lage und
>>Beschleunigung gleichzeitig messen und wenn man hier die Beiträge liest
>>muss man ja denken das keiner hier eine Ahnung hat wie die
>>Funktionieren...
>
> Anscheinend hast du keine Ahnung, was ein Beschleunigungssensor alles
> misst.
>
> MfG Spess

2x die Kapazität zwischen einem kleinen beweglichen teil (meist 
Hammerförmig) und den unbeweglichen "Wänden".
(2x damit sich Abweichungen bei der Fertigung nicht (bzw. kaum) auf das 
Signal auswirken)

Je nach dem wie man das Signal dann auswertet bekommt man Beschleunigung 
(differenzieren) bzw. Lage (tiefpass).

Autor: Peter (Gast)
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Benjamin F. schrieb:
> Problem wie willst du überprüfen ob sie unter 1° genau ist? Hast du
> mehrere Referanzflächen mit z.b. 0,5° 1,0° 45,0° 45,5° usw. ???

Wie macht man es dann bei einer normalen Wasserwage? man dreht sie 
einfach um und wenn sie dann genau das gleiche anzeigt wird es wohl 
stimmen. Ob es aber 1% oder 10% bekommnt man zwar damit nicht raus, aber 
man will eigentlich nur wissen was gerade ist und nicht wie schief etwas 
ist.

Autor: häbelibäbeli (Gast)
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@scarab

Salu

Ich habe das schon mehrfach gemacht, man kann über die Beschleunigung 
die Lage ermitteln (unbeschleunigtes System) Die Erdbeschleunigung wird 
sich, wenn der Sensor nicht genau waagerecht liegt, in min. 2 Achsen 
aufteilen. Ein bisschen Trigonometrie und fertig ist die Lageberechnung. 
Wie gesagt, dass funktioniert nur in einem unbeschleunigten System. 
Beschleunigt man das Ganze, müssen zusätzlich Gyros ect. mit eingebracht 
werden um die Lage zu eruieren. Was Du jetzt mit differenzieren willst 
bleibt mir im Moment verborgen...

Man kann also definitiv eine Wasserwaage mit einem Beschleunigungssensor 
aufbauen! So als kleiner Tipp, VTI hat da coole Sensoren. Ich würde 
einen gedämpften Sensor nehmen, der extra für die Lageerfassung designed 
wurde.

Gruss

Der Gast

PS: Meine DA an der FH war ein differenzielles Beschleunigungsmessgerät 
für den Automobilrennsport. Habe mich also denke ich genug mit diesem 
Thema befasst :o)

Autor: häbelibäbeli (Gast)
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PPS:

Wegen einer ebenen Fläche zum kalibrieren...

Geht am besten in eine mechanische Werkstatt / Fertigung. Die haben 
normalerweise nivellierte Marmorplatten und gegen einen kleinen Betrag 
in die Kaffekasse dürft ihr euer Messgerät sicher kurz kalibrieren.

Autor: spess53 (Gast)
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Hi

>2x die Kapazität zwischen einem kleinen beweglichen teil (meist
>Hammerförmig) und den unbeweglichen "Wänden".
>(2x damit sich Abweichungen bei der Fertigung nicht (bzw. kaum) auf das
>Signal auswirken)

Bekannt. Hier in der Diskussion wird von einem Bauelment geredet, das je 
nach Beschleunigung in eine Achse einen proportionalen Messwert ausgibt. 
Und jetzt überlege mal, was ein 3-achsiger Sensor, der ruhig auf dem 
Tisch liegt, für Beschleunigungswerte liefert.

MfG Spess

Autor: Tom (Gast)
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Null in den horizontalen Richtungen und 9,81 m/s2 in der vertikalen, 
oder ?

Autor: spess53 (Gast)
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Hi

>Null in den horizontalen Richtungen und 9,81 m/s2 in der vertikalen,
>oder ?

Bingo.

MfG Spess

Autor: Rufus Τ. Firefly (rufus) (Moderator) Benutzerseite
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dumdidum schrieb:
> Vorab ich habe kein IPhone, aber:
> Die Anzeige-Genauigkeit sagt ja noch nichts über die Genauigkeit des
> Sensors aus..

Warum wohl schrieb ich "angezeigte Auflösung" statt Genauigkeit? Eben. 
Ich habe mir nicht die Mühe gemacht, mir ein Datenblatt des im iPhone 
verbauten Beschleunigungssensors zu besorgen und anhand der darin 
stehenden Beschreibung die real erzielbare Auflösung zu bestimmen.

Aber das lässt sich nachholen.

http://www.st.com/stonline/books/pdf/docs/12726.pdf

Den Rest der Übung überlasse ich dem geneigten Leser.

Autor: Gunther L. (what)
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> Wegen einer ebenen Fläche zum kalibrieren...
>
> Geht am besten in eine mechanische Werkstatt / Fertigung. Die haben
> normalerweise nivellierte Marmorplatten und gegen einen kleinen Betrag
> in die Kaffekasse dürft ihr euer Messgerät sicher kurz kalibrieren.

Das ist viel zu aufwendig und auch überhaupt nicht notwendig. 
Elektronische Wasserwaagen gibt es auch schon fertig zu kaufen und die 
machen die Kalibrierung ganz einfach:

Knopf für Kalibrierung drücken.
Wasserwaage auf Tischplatte legen.
Knopf für Kalibrierung drücken.
Wasserwaage um 180° drehen.
Knopf für Kalibrierung drücken.
Fertig ist der Lack.

Dadurch dass man die gleiche Neigung um 180° gedreht misst, kann man den 
0-Punkt ausrechnen.

Gruß,
Gunther

Autor: Harald Wilhelms (Gast)
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Tüll schrieb:
> Die iPhone-Messung und andere Varianten mit Beschleunigungssensor
> scheitern halt and der Kalibrierung. Erst muss man mal eine garantiert
> horizontale Fläche haben, doch woher nehmen?

Nun, dafür hat die PTB extra einen grossen Topf (ca. 1m Durchmesser)
mit Quecksilber. Leider hat das Gerät einen gewissen systematischen
Fehler bedingt durch die Erdkrümmung. :-(
Gruss
Harald

Autor: gk (Gast)
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Hier mal zum Vergleich ein industieller Neigungssensormum zu
zeigen welche Genauigkeit und Auflösung man so erreichen kann:

http://www.asm-sensor.com/asm/pdf/pro/ptas2_de.pdf

(Keine Ahnung was der kostet)
gk

Autor: Ben jamin (scarab)
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häbelibäbeli schrieb:
> Ich habe das schon mehrfach gemacht, man kann über die Beschleunigung
> die Lage ermitteln (unbeschleunigtes System) Die Erdbeschleunigung wird
> sich, wenn der Sensor nicht genau waagerecht liegt, in min. 2 Achsen
> aufteilen. Ein bisschen Trigonometrie und fertig ist die Lageberechnung.
> Wie gesagt, dass funktioniert nur in einem unbeschleunigten System.
>[...] Was Du jetzt mit differenzieren willst
> bleibt mir im Moment verborgen...
Differenzieren muss man wenn man die Sensordaten trennen will in 
Lage(Orientierung) und Beschleunigung des Sensors im Raum.
Wenn man nicht differenziert sagen die Daten ja das Objekt(Handy) 
beschleunigt Richtung Erdemittelpunkt was ja falsch ist da es still auf 
dem Tisch liegt. (edit: wenn man die Werte als Beschleunigung im Raum 
interpretiert)

Wenn man die Lage wissen will aber gleichzeitig das Handy bewegt kommt 
auch nur Mist raus (wie du geschrieben hast) wenn man die Daten nicht 
entsprechen aufbereitet. Afaik kann man durch einen Tiefpass (analog des 
mathematischen Modells des Integrierens)die lage heraus bekommen wenn 
man die Form der auftretenden Beschleunigungskräft einschränken kann 
(z.b. Handy wird in Hand gehalten und Hand zittert).
Nicht umsonst werden in Handys jetzt Gyrosokope eingebaut, das steuern 
der Lage über "Beschleunigungssensoren" ist durch die Tiefpässe einfach 
zu träge. Für Android Handys gibt eine App da kann man sich die 
ausgelesenen Messdaten unaufbereitetet ansehen, wenn man langsam die 
Lage verändert stimmt noch alles aber wenn man die Lage schnell 
verändert zeigen die Messdaten eine schnelle Veränderung entgegengesetzt 
der eigentlichen Lageänderung. Wenn man so ein Autorennspiel spielen 
würde würde das Auto beim schnellen links lenken  nach rechts fahren -> 
deswegen Tiefpass.

Benjamin F. schrieb:
> Man kann also definitiv eine Wasserwaage mit einem Beschleunigungssensor
> aufbauen! [...] Ich würde
> einen gedämpften Sensor nehmen, der extra für die Lageerfassung designed
> wurde.

Naja da sind wir uns ja einig:
>[...] bzw. Lage (tiefpass).



Also für mich ist ein Sensor ein Verbund aus Messdatenaufnahme und 
Verarbeitung also ist bei mir ein Beschleunigungssensor ein Sensor der
 misst also beim still auf dem Tisch liegen nix anzeigt.

Autor: Ben jamin (scarab)
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spess53 schrieb:
> Bekannt. Hier in der Diskussion wird von einem Bauelment geredet, das je
> nach Beschleunigung in eine Achse einen proportionalen Messwert ausgibt.
> Und jetzt überlege mal, was ein 3-achsiger Sensor, der ruhig auf dem
> Tisch liegt, für Beschleunigungswerte liefert.

spess53 schrieb:
> Hi
>
>>Null in den horizontalen Richtungen und 9,81 m/s2 in der vertikalen,
>>oder ?
>
> Bingo.
>
> MfG Spess
Und da liegt der Hund begraben, das Bauelement liefert einen Wert 
proportional zu der Kraft die auf das Messelement wirkt. Es wirkt eine 
Kraft Richtung Erdmittelpunkt, das heißt aber nicht das sich das Objekt 
Richtung Erdmittelpunkt beschleunigt.

Autor: J.-u. G. (juwe)
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Benjamin F. schrieb:
> Wenn man die Lage wissen will aber gleichzeitig das Handy bewegt kommt
> auch nur Mist raus (wie du geschrieben hast) wenn man die Daten nicht
> entsprechen aufbereitet.

Dieser Sachverhalt gilt aber sowohl für die "Handywasserwaage" als auch 
für die klassiche Wasserwaage mit Libelle.

Bei fachgerechter Bedienung einer Wasserwaage (egal ob elektrisch oder 
mechanisch) kann ja die Bewegung derselben ausgeschlossen werden.

Autor: Ben jamin (scarab)
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J.-u. G. schrieb:
> Dieser Sachverhalt gilt aber sowohl für die "Handywasserwaage" als auch
> für die klassiche Wasserwaage mit Libelle.
>
> Bei fachgerechter Bedienung einer Wasserwaage (egal ob elektrisch oder
> mechanisch) kann ja die Bewegung derselben ausgeschlossen werden.

jop das stimmt, hatte nur das Gefühl das sich die Diskussion auf diese 
Sensoren im allgemeinen ausgeweitet hat, für die Wasserwage ist das 
natürlich recht egal.

Autor: Lutz (Gast)
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Harald Wilhelms schrieb:
> Nun, dafür hat die PTB extra einen grossen Topf (ca. 1m Durchmesser)
> mit Quecksilber. Leider hat das Gerät einen gewissen systematischen
> Fehler bedingt durch die Erdkrümmung. :-(

Nun ja, und diese böse Oberflächenspannung wird diesen Effekt auf der 
kleinen Skala (1m) auch noch um ein vielfaches übertönen (obwohl 
natürlich die Erdkrümmung auch da herkommt, aber eben auf einer viel 
größeren Skala/Objekt)!

Autor: Harald Wilhelms (Gast)
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Lutz schrieb:
> Harald Wilhelms schrieb:
>> Nun, dafür hat die PTB extra einen grossen Topf (ca. 1m Durchmesser)
>> mit Quecksilber. Leider hat das Gerät einen gewissen systematischen
>> Fehler bedingt durch die Erdkrümmung. :-(
>
> Nun ja, und diese böse Oberflächenspannung wird diesen Effekt auf der
> kleinen Skala (1m) auch noch um ein vielfaches übertönen (obwohl
> natürlich die Erdkrümmung auch da herkommt, aber eben auf einer viel
> größeren Skala/Objekt)!

Näheres zu Quecksilberspiegeln als Ebenheitsnormal findest Du hier:
http://www.ptb.de/massstaebe/heft_5/massstaebe_05_03.pdf
Gruss
Harald

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