Hallo, für ein neues Projekt bin ich auf der Suche nach einer möglichst genauen Wasserpegelmessung. Es handelt sich um zwei Gefäße, eines aus Kunststoff mit einer Pegelhöhe von max. 150mm und einem Volumen von ca. 1 Liter und eines aus Glas mit einer Pegelhöhe von max. 100mm bei ebenfalls ca. 1 Liter Volumen. Die Genauigkeit sollte bei unter einem mm liegen. Meine bisherigen Recherchen, ergaben folgende Möglichkeiten: - Differenzdruckmessung - kapazitive Messung - resistive Messsung - optische Messung Mein Favorit wäre dabei die kapazitive Messung, allerdings habe ich keine Ahnung ob ich damit die geforderte Genauigkeit erreiche. Bei der optischen Messung wäre wohl der Nachteil das ich ein Objekt zur Reflexion auf der Wasseroberfläche schwimmen lassen muss. Differenzdruckmessung habe ich bereit woanders ausprobiert, hier zeigt sich ein relativ großes Messrauschen. Gibt's für die kapazitve Messung fertige Lösungen in diesen Dimensionen?
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Hier im Markt wurden vor ein paar Tagen 10 Sensoren mit 150mm angeboten. Wenn die Genauigkeit von einem nicht reicht, einfach mehrere leicht versetzt nebeneinander.
Hier, ist aber doch schon älter: Beitrag "[V] Leiterplatte Pegelsensor (Reed-Kontakte, Widerstandsarray, 25cm 12.5m)" Sorry
Wenn ein Schwimmer kein Problem darstellt, würde ich versuchen die Mechanik aus einem digitalen Messschieber umzufunktionieren. Der passt sowohl vom Messbereich als auch von der Auflösung. Müsste nur leichtgängig gemacht werden.
Bei sowas wuerde ich Ultraschall nehmen. Damit sollte die Genauigkeit hinzubekommen sein.
Ganz genau geht es mit einer motorisch angetriebenen Gewindespindel, mit einem Kontakt an der Spitze und einer Elektrode im Wasser. Bei Kontakt stoppt der Motor und die eingefahrene Länge wird genau gemessen, z.B. über den Drehwinkel. Prinzip der alten Präzisions-Schlauchwaage, die Meßspindel wurde zwar manuell bis zum Kontakt eingeschraubt, aber es waren Genauigkeiten von 0,01 mm erreichbar! Gruß - Werner
Mark W. schrieb: > Bei sowas wuerde ich Ultraschall nehmen. Damit sollte die Genauigkeit > hinzubekommen sein. Besser als 1mm? Minimalist schrieb: > Geht evtl Gravimetrisch? Sprich Waage? Das dürfte man meiner Meinung nach am genauesten hinkriegen. Kapazitiv würde bedeuten man müsste die Kapazität deutlich genauer als 0,5% messen. Zusätzlich zu dem Problem daß die Kapazität schon bei einem nassen Sensor anders ist, selbst wenn der teil nicht mehr im Wasser eingetaucht ist. Sehe ich als sehr schwierig an.
Was auch Spaß macht ist die Messung per Resonanzrohr. Man tunkt ein Rohr ins Wasser. Steigender Wasserspiegel verkürzt die Lufsäule. Jetzt kann man entweder mit einem Gebläse diese Röhre als Panflöte verwenden und z.B. mit einem Stimmgerät die Tonhöhe messen. Oder man trötet mit einem Lautsprecher Töne verschiedener Frequenz rein und misst mit einem Mikro bei welcher Frequenz die größte Amplitude rauskommt. Das ist die Resonanzfrequenz, die sich mit der Rohrlänge ändert. Die Frequenz kann man dann prima (ggf temperaturkompensiert) in Entfernung umrechnen. Letzteres hab ich mal mit einem ATTiny, einem OP, einem Stückchen Leerrohr, T-Stück und einem Ohrhörer (eine Kapsel als Sender, die andere als Mikro) gebastelt. War das ein schauriges Gejaule, wenn mein Resonanzfrequenzsuchalgorithmus um die Resonanzfrequenz rumeierte um sie zu approximieren!
Der Andere schrieb: > Mark W. schrieb: >> Bei sowas wuerde ich Ultraschall nehmen. Damit sollte die Genauigkeit >> hinzubekommen sein. > > Besser als 1mm? > Ja, das geht. Ich habe das mal versuchsweise mit dem Kit hier von TI gemacht. http://www.ti.com/tool/tdc1000-tdc7200evm Man braucht nur den Piezo am Boden, also gegenueber der Wasseroberflaeche, befestigen und die Laufzeit messen. An dem Wasser-Luft-Uebergang gibt es dann eine Reflektion. Ich weiss jetzt allerdings nicht mehr bis zu welcher Mindesthoehe das noch geht, muss man sich mal anschauen, sonst muesste man das Gefaess entsprechen veraendern. Wenn das Wasser "unruhig" ist, koennte es problematisch werden, das wirkt sich auf die Signale aus, aber Ultraschall ist ja schnell im Wasser, da kann man ruhig mehrmals messen.
Oh, da les ich gleich mal mit ... Das interessiert mich auch :)
R. H. schrieb: > Meine bisherigen Recherchen, ergaben folgende Möglichkeiten: > - Differenzdruckmessung > - kapazitive Messung > - resistive Messsung > - optische Messung Ich kenne noch weitere Messverfahren: - Gammastrahler. unten ins Becken legen, übers Becken einen Geigerzähler hängen. Bewährt, robust, schmutzunempfindlich! - Energiemessung bei Neutronenstrahlung: Unten das Becken mit Neutronenstrahlung mit bekannter Energie bestrahlen, oben die Energie der ankommenden Strahlen messen.
Schreiber schrieb: > Hätte jedenfalls beides den Vorteil, daß man nach der Messung jeweils das Medium an terroristische Gruppen verkaufen könnte - und über Refinanzierung --> erneute Befüllung --> etc. ... dann plötzlich genug Geld hätte, um jemanden mit der Problemlösung zu beauftragen, der "sich mit sowas auskennt".
ich würde ev. eine resistive Messsung versuchen. Nimm einfach ein Fadenpotentiometer mit einem Schwimmer daran. So ähnlich funktionierten die Füllstandsanzeigen in alten Heizungsöltanks, lediglich wurde da anstatt des Potis ein Zählwerk angetrieben. Unterm dem Stichwort Fadenpoti findet man diverse Hersteller. Gruß fossi
Ein klassiche Lösung hierfür wäre noch Radar. Von oben auf die Wasseroberfläche schauen, die Grenzschicht reflektiert genug. Submm sind damit auch kein Problem. Je nach Preisbudget gibt es das als Fertiglösung zu kaufen.
Dr Radar schrieb: > Ein klassiche Lösung hierfür wäre noch Radar. Von oben auf die > Wasseroberfläche schauen, die Grenzschicht reflektiert genug. Submm sind > damit auch kein Problem. Da wirst du allerdings mit dem Radar ein Michelson-Interferometer aufbauen müssen und bei "gemütlichen" 6GHz wird es mit Sub-Millimeter Auflösung noch nichts. https://www.pkm.kit.edu/downloads/13_0906_Radar_Weste_D.pdf
Ich wuerde eine kapazitive Messung bevorzugen. Es gibt interessante Kapazitaetsmess Chips wie der AD 7745 /7736, die bringen 24 bit Aufloesung. In der Tat, die Elektroden sollten entweder nicht benetzbar sein, oder kontrolliert benetzbar. Dazu sollte die Wasserqualitaet bekannt sein. Ist das Wasser reines Laborwasser, oder irgend eine Bruehe, die immer nachgefuellt wird und Kalkablagerungen, die Wasser ziehen, bilden? Algemein .. koennen sich Ablagerungen, nicht nur mineralischer Natur, sondern auch Algen bilden? Obige Fragen sollten bei irgend einer Messmethode beantwortet werden. Was bringen die 1mm, resp 1% Aufloesung, wenn das Wasser versifft ist.
Ich denke auch das die kapazitive Messung am besten umsetzbar ist. Ich dachte eigentllich daran den Messaufnehmer von aussen an den Gefäßen zu befestigen. Damit wäre das Problem der Benetzung beseitigt. Ich dachte da an sowas: http://www.molex.com/mx_upload/family/capacitive_fluid_level_sensors/Capacitive_Sensor_1.jpg Ich habe im Internet auch Aufbauten mit an den Aussenseiten aufgeklebter Kupferfolie gesehen, das wäre dann wirklich einfach umzusetzen... Das Ganze soll ein Laboraufbau werden, zum Einsatz soll destilliertes Wasser kommen.
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> Meine bisherigen Recherchen, ergaben folgende Möglichkeiten:
Du hast Radar vergessen.
Mit Radar waere vermutlich eine Genauigkeit von besser 1mm moeglich,
allerdings scheint mir das sinnlos weil du dann irgendwann in den
Bereich von Ungenauigkeiten durch Waermeausdehnung kommst.
Olaf
>Ich dachte da an sowas: > >http://www.molex.com/mx_upload/family/capacitive_f... Kann man machen, benoetigt aber 2 Leiter. Also zB zwei Folien neben einander, zwei parallele Folien leiter.
R. H. schrieb: > Ich denke auch das die kapazitive Messung am besten umsetzbar ist. Hängt davon ab. Der Ruhezustand bei kapazitiven Sensoren muß ständig nachgeführt werden. Misst man nur die Kapazitätsänderung zur Wasseroberfläche lassen sich Füllstandsveränderungen und driftender Sensor kaum auseinanderhalten. Funktionieren könnten kapazitive Slider die von aussen durch die Wandung messen. Da es immer den unteren = 'benetzten' Bereich und den oberen = nicht benetzten bereich gibt sollte man in der Messung gut den Sprung sehen können. Direkte Messung im Medium z.B. resistiv funktioniert immer nur solange bis der Sensor wieder mit Kalk oder Biofilm zugesetzt ist. Ultraschall ist gut, aber durch die Mehrfachreflexionen über Gefässwände und die unruhige Oberfläche scheinen mir 1mm Genauigkeit sehr sportlich.
Michael K. schrieb: > Ultraschall ist gut, aber durch die Mehrfachreflexionen über Gefässwände > und die unruhige Oberfläche scheinen mir 1mm Genauigkeit sehr sportlich. Woher weisst du, dass die Oberfläche unruhig ist. Mit dem Ultraschall will man den Abstand messen und nicht das Gefäß reinigen ;-)
Wolfgang schrieb: > Woher weisst du, dass die Oberfläche unruhig ist. Vermutungen, alles nur Vermutungen. Wenn wir aber über 1mm Genauigkeit reden ist schon ein leichtes Zittern der Oberfläche einschränkend, ebenso die Wassertemperatur. Wenn es nicht immer die selben Gefäße sind sondern nur anderer der gleichen Art kommen auch noch andere Faktoren ins Spiel. @R.H.: - 1mm Genauigkeit an Punkt X, oder über den ganzen Bereich von 0-150mm Füllhöhe ? - Immer die selben (eingemessenen) Gefäße oder wechselnde Gefäße ? - darf der Sensor überhaupt die Flüssigkeit benetzen oder muß das Berührungslos erfolgen ? 1mm Füllstandhöhe beim 100mm Gefäss sollten so bei 8g liegen. Mit einer simplen Gewichtsmessung müssten schon gut reproduzierbare Werte herauskommen.
Michael K. schrieb: > Wolfgang schrieb: >> Woher weisst du, dass die Oberfläche unruhig ist. > > Vermutungen, alles nur Vermutungen. > Wenn wir aber über 1mm Genauigkeit reden ist schon ein leichtes Zittern > der Oberfläche einschränkend, ebenso die Wassertemperatur. > > Wenn es nicht immer die selben Gefäße sind sondern nur anderer der > gleichen Art kommen auch noch andere Faktoren ins Spiel. > > @R.H.: > - 1mm Genauigkeit an Punkt X, oder über den ganzen Bereich von 0-150mm > Füllhöhe ? > - Immer die selben (eingemessenen) Gefäße oder wechselnde Gefäße ? > - darf der Sensor überhaupt die Flüssigkeit benetzen oder muß das > Berührungslos erfolgen ? > > 1mm Füllstandhöhe beim 100mm Gefäss sollten so bei 8g liegen. > Mit einer simplen Gewichtsmessung müssten schon gut reproduzierbare > Werte herauskommen. Die Genauigkeit von 1mm sollte über den ganzen Bereich bestehen. Es handelt sich um zwei nicht wechselnde und ausgemessene Gefäße. Ob der Sensor in der Flüssigkeit oder ausserhalb ist spielt keine Rolle. Das Problem mit der Benetzung besteht jedoch auch bei aussen angebrachten Kapazitäten denke ich. Bezüglich kapazitive Slider: wie funktionieren die? Sind das segmentierte Streifen? Woher bekommt man sowas mit entsprechender Auflösung? Da das Ganze mittels kapazitiver Messung wohl doch etwas schwierig ist denke ich mittlerweile schon wieder über eine Differezdruckmessung nach. Die gravimetrische Messung wäre natürlich ideal, ist aber hier schlecht umsetzbar... Alles andere mittels Radar etc. sprengt dann irgendwo auch den Kosten- und Zeitrahmen
R. H. schrieb: > Bezüglich kapazitive Slider: wie funktionieren die? Sind das > segmentierte Streifen? Woher bekommt man sowas mit entsprechender > Auflösung? Ja, segmentierte Kupferflächen die man sich je nach Anwendung layoutet. Schau mal bei Atmel, die behandeln das recht detailiert und halten auch das Patent für das Charge Transfer Verfahren das sehr zuverlässig funktioniert. Ob fertiges IC oder per Software gelöst ist Dir überlassen. Es geht beides.
Wolfgang schrieb: > Dr Radar schrieb: >> Ein klassiche Lösung hierfür wäre noch Radar. Von oben auf die >> Wasseroberfläche schauen, die Grenzschicht reflektiert genug. Submm sind >> damit auch kein Problem. > > Da wirst du allerdings mit dem Radar ein Michelson-Interferometer > aufbauen müssen und bei "gemütlichen" 6GHz wird es mit Sub-Millimeter > Auflösung noch nichts. > https://www.pkm.kit.edu/downloads/13_0906_Radar_Weste_D.pdf Radarsensoren im 122GHz-Band sind zu erträglichen Preisen verfügbar. Damit geht es auch ohne Interferrometer.
Michael K. schrieb: > Direkte Messung im Medium z.B. resistiv funktioniert immer nur solange > bis der Sensor wieder mit Kalk oder Biofilm zugesetzt ist. ...weshalb bei manchen Industrieanwendungen wirklich mit Gamma- oder Neutronenstrahlung der Füllstand gemessen wird. Übrigens gibt es auch genehmigungsfreie Strahlenquellen mit geringer Aktivität.
Alles gute Ideen. Und jede davon braucht zur Durchführung sehr gleichbleibende Umgebungsbedingungen -ähnlich Reinstraum, damit kein Wasserdampf entsteht- und 100%ig gleiche Medienqualität damit der Leitwert gleich bleibt. Das ist vielleicht schwer zu realisieren. Wie wäre es denn wenn man die Gefäße auf elektronische Wägeeinrichtungen stellt? Da kann sehr einfach und überaus genau gemessen werden. Möglicherweise reicht schon eine billige Küchenwaage.
thomas schrieb: > Wie wäre es denn wenn man die Gefäße auf elektronische Wägeeinrichtungen > stellt? Da kann sehr einfach und überaus genau gemessen werden. Noch einfacher: einen stabförmigen Gegenstand (Alu funktioniert gut) ins Becken hängen und diesen an eine Waage hängen. Hierbei an das Prinzip Verdrängung und Auftrieb denken.
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