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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Gestaltung kapazitiver Sensor aus Platine


Autor: Dietmar E (Gast)
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Vorschläge zur Gestaltung eines kapazitiven Füllstandsensors gesucht.

Der Sensor soll eine auf eine Platine geätzte Kondensatorstruktur sein 
und aussen an einem Kunststofftank angebracht werden (Wanddicke 2 mm). 
Das Wasser liegt also nicht zwischen den Kondensator-Platten, sondern 
daneben: ein "aufgefalteter", auf eine Platine geätzer 
Platten-Kondensator.

Hat jemand Vorschläge, welche Struktur sich unter diesen Umständen am 
besten eignet, so dass möglichst viele Feldlinien durch das Wasser gehen 
und sich die Kapaztität maximal ändert, wenn der Wasserspiegel am Sensor 
vorbei wandert? Einfach zwei gegenüberliegende Rechtecke parallel zum 
Wasserspiegel? Zwei ineinandergreifende Kammstrukturen? 
Nebeneinanderliegende Quadrate? Mit den Spitzen gegenüberliegende 
Dreiecke? Und welche Masse (Abstände, Fläche)?

Es soll nur darum gegen, Wassertiefstand zu erkennen, nicht den 
Füllstand zu messen. Die Erkennung "Wasser" bzw. "Kein Wasser" sollte 
möglichst auch dann noch funktionieren, wenn der Sensor-Abstand zum Tank 
variabel ist (+- 2 mm).

Weiterhin frage ich mich, ob die vom Tank abgewandte Kupferfläche der 
Platine stehen bleiben sollte? Je nach Einsatzort liegt neben dem Tank 
mal ein Plastik- und mal ein Metallgehäuse. Eine Kupferseite würde 
zumindest konstante Verhältnisse bringen.

Die Schaltung wäre ein VCO, dessen Frequenz vom Kondensator abhängt. 
Erforderlich sind mindestens 30 pF, ab 100 pF bleibt der VCO unter 100 
KHz.

Autor: Bernd Hallinger (bhallinger) Benutzerseite
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Hallo

Muss es außen sein ?

Ich habe mal einen Sensor aus Zwillingslitze gebaut. Die Leitung geht 
rein in den Tank und auch wieder raus.
So sind die Enden nicht im Wasser und müssen nicht druckwasserdicht 
sein.

Ansonsten würde ich die Kammstruktur bevorzugen. Die Rückseite würde ich 
ohne Kupfer machen, dafür aber einen metallischen Hut drüber mit etwas 
mehr Abstand. Weil wenn die Rückseite 1,5mm weg ist, und das Wasser 2mm 
event auch mehr, ist die Änderung gering.

mfg

Bernd

Autor: Gerard Choinka (gerardchoinka)
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Ich habe mal mit der Struktur "zwei Kämme in einander" experiementiert, 
die Idee war je mehr Leiterbahn Kanten gegenüber liegen und je näher sie 
bei einander liegen sind desto höher die Kapazität.
Damit sollte es leichter werden die Änderung zu messen (unsere Theorie).

Die Praxis: die Platine mit 7,5 cm^2 und ein Leiterbahnabstand von 0,2 
mm hatte etwa 100pF mit etwas Wässrigen drauf 150pF.
Aber aus einen Abstand von 0 mm, schon nach 1 mm bewegte sich der 
Ausschlag bloß um +-5pF.

Zu viel Luftfeuchte (anhauchen) lässt den Sensor auch auf 150pF hoch 
gehen.

Ich denke 2 mm Wanddicke und +- 2mm Abstand zu Wand kriegt man mit den 
System nicht hin.

Ich bin mir aber nicht sicher ob es nicht vielleicht schlauer wäre die 
Leiterbahnen weiter aus einander zu machen und dafür mit mehr Spannung 
zu arbeiten.

Was relativ leicht geht ist, den Sensor im Tank zu haben, dann muss man 
aber die Platine mit irgend was isolieren was kein Wasser aufnimmt.

Autor: Dietmar E (Gast)
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Kammstruktur war auch mein erste Idee - bringt viel gegenüberliegende 
Fläche. Andererseits könnte man vermuten, dass der grösste Teil der 
Feldlinien dann direkt zwischen den eng liegenden Leiterbahnen verlaufen 
wird und nicht durch das Wasser. Vieleicht sollte man die Flächen weiter 
auseinander legen? Die Kapazität wird sinken, aber man könnte vieleicht 
mehr Feldlinien durch das Wasser zwingen? An die Dreiecksstruktur - 
Spitze gegenüber (siehe Anhang) hatte ich aus diesem Grund gedacht.

Autor: 1234 (Gast)
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Ich wuerd auch sagen aussen ist eine schlechte Wahl. Dann noch Hinten 
(Leiterplatte)und vorne (Tank) satt Dielektrikum drauf. Da gehen kaum 
mehr Feldlinien in den Tank. Ich wuerde eine wasservertraegliche loesung 
anstreben und was in den Tank tun. Die verdrille Litze ist eine Sache, 
zwei isolierte Metallrohre mit Kunststoff oder Glas drueber eine Andere.

Autor: Thomas Müller (thomas1123) Benutzerseite
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