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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Ultraschall in Rohr


Autor: wasserstand (Gast)
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Hallo,

ich möchte in einem Regenwassersickerschacht eine Füllstandsanzeige
installieren. Der Schacht ist unterirdich und normalerweise nicht
zugänglich. Mechanische Füllstandsanzeigen fallen deshalb aus.
Da von allen Seiten des Schachtes Rohre das Wasser zuführen, fällt
eine direkte Ultraschallüberwachung wohl aus. Meine Idee wäre jetzt
durch eine Rohr einen halbwegs stabilen und ungestörten Wasserstand
zu zu erzeugen.

Kann man Ultraschall durch eine Rohr leiten und damit brauchbare
Distanzen zu messen ? Habe noch nie mit Ultraschall gearbeitet.

Danke für sachdienliche Hinweise.

Gruss

Autor: Harald (Gast)
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Grundsätzlich geht Ultraschall im Rohr unter folgenden Bedingungen:

- Je 'punktförmiger' die Aussendung erfolgt, desto geringer ist die 
Gefahr von Reflektionen des Rohrs. Typische industrielle Sensoren im M30 
Gehäuse sind i.d.R. solche Sensoren mit kleinem Messfleck.

- Glatte Innenoberflächen neigen zu geringerem Reflexionsverhalten.

- Ab einer gewissen Rohrlänge kommt es aber in jedem Fall zu 
Reflektionen und damit zu Fehlmessungen. --> Versuch macht klug!

Autor: Harald (Gast)
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Nachtrag:

- natürlich nur gerade Rohre, keine gebogenen!

Autor: A. V. (a-v)
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Ich würde dir eine Messung mittels Thermistoren oder Transistoren raten, 
sprich Temperaturdifferenz zwischen Wasser und Luft. Ob du eine 
Selbsterhitzung der Sensoren ausnutzt, oder nicht, wäre dann später zu 
klären.
Vorteil gegenüber Ultraschall:
Dreck, Spinnen, ... machen die Ultraschallmessung problematisch. Auch 
der Dreck, welcher sich ev. im Rohrinneren abgesetzt hat, und dann 
fälschlicherweise dann die Wellen reflektiert, obwohl das Wasser viel 
tiefer ist.

Autor: Rolf Riller (ultra-low)
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Die Idee mit Ultraschall kannst gleich verwerfen. Von Prinzip her würde 
es schon nicht funktionieren wegen starkem unterschiedlichen akustischen 
Widerstand vom Rohr und Wasser. Da würdest du nur die Dicke vom Rohr 
messen.
Ausserdem ist der Bereich(NTD) eine kleine Wissenschaft für sich.

Autor: space (Gast)
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Moin,

versuch es doch mal mit dem Versenken eines Drucksensors.
Natürlich müsste der absolut wasserdicht sein.
Viel Erfolg
Stefan

Autor: Aahh (Gast)
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Der Drucksensor kann auch ueber Wasser sein, wenn man's ein wenig 
blubbern laesst. Ein kleines Aquariumpuemchen, das Luft bis an den Boden 
pumpt und blubbert.

Autor: Matthias 2000 (zeras)
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Hallo,

ich bin gerade dabei, eine Füllstandsmessung mittels Ultraschall zu 
machen. Bei meinem Kumpel läuft das Ganze schon in der Praxis, bei mir 
erst im Büro.
Wir nutzen ein graues Abflussrohr mit Durchmesser 50mm (in jedem 
Baumarkt erhältlich).

Dazu nutzen wir folgenden Sensor:

http://www.solajet.de/contents/de/d3.html#

Wenn man ein Rohr nimmt, was nicht geteilt ist, funktioniert das Ganze 
auch, wenn man natürlich zwei Rohre zusammensteckt, hat man die 
Reflexionen. Bei mir reicht ein 2 Meter Rohr aus. Diese Länge gibt es 
noch im Baumarkt.

Erfahrungen mit Spinnen oder ähnlichen habe ich natürlich noch nicht, 
aber es könnte ein Problem werden, wie oben beschrieben.
Bei mir im Büro messe ich auf den cm genau.

Autor: wasserstand (Gast)
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Danke sehr für die vielen nützlichen Hinweis.

Obwohl die Verschnutzung(Spinnen, etc.) durchaus ein Problem werden
kann, werde ich es mal mit US probieren. Alles andere scheint mir in
meinem Fall zu kompliziert. Evtl. kann man Vorkehrungen treffen
zum Spühlen des Rohres.

Der Hinweis auf Solajet ist nicht schlecht.

Werde gelegentlich berichten, wenn es von Interesse ist.

Danke nochmal.

Gruss

Autor: Matthias 2000 (zeras)
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Vielleicht werden die Spinnen auch durch den Ultraschall verscheucht???
Ich werde mal meinen Kumpel fragen, ob er solche Probleme schon 
feststellen konnte.

Autor: Michael Lenz (hochbett)
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Hallo,

> ich möchte in einem Regenwassersickerschacht eine Füllstandsanzeige
> installieren. Der Schacht ist unterirdich und normalerweise nicht
> zugänglich. Mechanische Füllstandsanzeigen fallen deshalb aus.
> Da von allen Seiten des Schachtes Rohre das Wasser zuführen, fällt
> eine direkte Ultraschallüberwachung wohl aus. Meine Idee wäre jetzt
> durch eine Rohr einen halbwegs stabilen und ungestörten Wasserstand
> zu zu erzeugen.
>
> Kann man Ultraschall durch eine Rohr leiten und damit brauchbare
> Distanzen zu messen ? Habe noch nie mit Ultraschall gearbeitet.
Zunächst müßtest Du sagen, ob sich in dem Rohr Luft oder Wasser 
befindet. Für beide sind die zu verwendenden Schallwandler 
unterschiedlich.

Die beste (und teuerste) Lösung mit Ultraschall ist wahrscheinlich ein 
(Wasser) Ultraschallwandler, der von unten in das gefüllte Becken 
einstrahlt. Frequenzbereich etwa 1 MHz. Du würdest damit im 
Puls-Echo-Verfahren arbeiten und das Echo der Wasseroberfläche messen. 
Evtl. müßtest Du ein paar Kugeln als Schwimmer verwenden, damit Du 
sicher eine Reflexion bekommst.

Wenn Du Luftultraschall verwenden willst, müßtest Du von oben durch ein 
Rohr einschallen. Die entscheidende Größe für das Schallfeld ist der 
Durchmesser des Wandlers. Bei der Berechnung des Schallfeldes kann ich 
Dir behilflich sein. Es geht umso besser, größer die Öffnung des Rohres 
ist.

Wie so ein Schallfeldbild aussieht, steht in
http://de.wikipedia.org/wiki/Sonografie
unter der Überschrift
"Das Schallfeld eines kreisförmigen Ultraschallwandlers"

Die Firma Airmayr bietet Luftschallwandler an, deren ungefähre 
Schallfelder ich einmal aus den gegebenen geometrischen Abmessungen 
berechnet habe und Dir zusenden könnte.

Gast Harald empfiehlt Dir punktförmige Wandler. Das ist eine übliche, 
aber falsche Vorstellung über die Schallausbreitung. In Wirklichkeit 
strahlen punktförmige Wandler in alle Richtungen ab und sind die 
schlechteste Lösung, die Du bekommen kannst. Du brauchst ausgedehnte 
Wandler.


Gruß,
  Michael

Autor: Stefan M. (celmascant)
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Ich würde das ganz einfach, wie weiter oben schonmal vorgeschlagen, mit 
einer Einperlung machen. Ein Röhrchen bis knapp über den Grund und oben 
drauf einen Druckmessumformer. Durch z.B. einem T-Stück wird dann gerade 
soviel Luft in das Rohr gedrück, das ab und an mal eine Blase aufsteigt.
Wenn jetzt der Wasserstand steigt oder fällt, ändert sich proportional 
zum Wasserstand der Luftdruck im Rohr.
1m Schwankung der Wassersäule ist eine Druckänderung von knapp 0,1bar.
Ist primitiv, einfach und funktioniert trotzdem.
Ganz nebenbei können die Spinnen dann die schönsten Weben in den Schacht 
basteln, ohne das deine Messung beeinflust wird.

Gruss Stefan

EDIT: Das haben wir vor ein paar Jahren als kurzfristigen Ersatz für 
eine Ultraschallmessung in ein Becken eingebaut. Es hat so gut 
funktioniert, das bis heute keine Ultraschallmessung mehr eingebaut 
wurde...

Autor: Harald (Gast)
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>Gast Harald empfiehlt Dir punktförmige Wandler. Das ist eine übliche,
>aber falsche Vorstellung über die Schallausbreitung. In Wirklichkeit
>strahlen punktförmige Wandler in alle Richtungen ab und sind die
>schlechteste Lösung, die Du bekommen kannst. Du brauchst ausgedehnte
>Wandler.

Mag sein, ich habe absolut kein Problem damit, das so zu akzeptieren.
Ich kenne Ultraschallsensoren nur aus der Praxis und nicht so sehr aus 
der Theorie.

Das mit der "schlechtesten Lösung" kann ich so nicht bestätigen, denn es 
funktioniert in Serienanwendungen. Dabei befindet sich der M30-Wandler 
in Rohren von ca. 30cm Länge und die Anwendung ist auch so von den 
Herstellern verifiziert - wobei ich eher nicht glaube, dass die alle 
blöd sind.

Ich weiß nicht, was die von dir vorgeschlagene Technik kostet, aber 
irgendwie hört sich der OP nicht so an, als ob er (zig?-) tausende Euro 
in Spezialwandler investieren möchte.

Autor: Stefan M. (celmascant)
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Im Köllner Chemiepark hat Endress+Hauser vor 4 Jahren eine 
Füllstandsmessung für ein kugelförmigen Tank angebaut. Dort wurde in ein 
Rohr in der Mitte (ca. 30cm Durchmesser)eine Ultraschallmessung 
eingebaut.
Da das Rohr aber bis zum Boden des Behälters reichte, also ungefär 15m 
lang war, gab es das schon erwähnte Problem mit den Reflektionen.
Der E+H-Techniker hat eine Woche damit zugebracht die Messung so zu 
programmieren, das die falschen Reflektionen "ausgeblendet" werden.
Das hat jedoch einige (10)tausend Euro gekostet, schon allein das Gerät 
war schweineteuer...
Wie Langzeitstabil das ganze ist, weiss ich allerdings nicht, da ich 
vorher dort gekündigt hatte^^

Gruss Stefan

Autor: Schwups.... (Gast)
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Die Idee mit dem Rohr würde ich nicht gleich verwerfen.
Wenn man so ein Steigrohr oben verschließt und einen Drucksensor
anschließt kann man den Füllstand über den Druckaufbau
gut messen.

Autor: B. Jue (bjue)
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Ich wollte so etwas auch schon mal bauen und bin dann auf die kapazitive 
Methode gestoßen, vielleicht ist das ja auch eine interessante 
Alternative:

Beitrag "Kapazitive Füllstandsmessung"

http://www.elv.de/output/controller.aspx?cid=74&de...

Autor: stromlos (Gast)
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In einfachen Fällen hätte auch
ein primitiver Schwimmer + Seil + Umlenkrolle + Gewicht gereicht.

Wer natürlich kein Loch in die Schachtabdeckung bohren darf, der braucht 
eine aufwändigere Lösung. Siehe auch ELV.

Autor: Peter R. (pnu)
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Von der kapazitiven Füllstandsmessung bei Wasser halte ich nicht viel, 
nachdem ich vor meinem Projekt (Füllstand einer Zisterne, max. 2m) 
einige Messungen vorgenommen habe.

Die Kapazität ist vom Benetzungsgrad der Stabelektrode abhängig, je nach 
Alterung der Kunststoff-Umhüllung oder dem Algen/Bakterienbelag ändert 
sich der.
Dazu kommt die wechselnde Leitfähigkeit des Wassers, abhängig vom 
Reinheitsgrad des Wassers. Gerade bei einer Zisterne gibt es die Extreme 
von total verdreckt, nach einer Trockenperiode, und sehr sauber, nach 
längerem Regen.

Autor: wasserstand (Gast)
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Nur mal so als Zwischenbericht.

Habe mir ein US Messgerät von Projet beschafft wie von Matthias 2000
erwähnt. Möchte keine Werbung machen, aber es sei gesagt es funktioniert
gut.
Hatte gerade ein 2m Stück DN40*1.8 zur Hand und bin recht zufrieden mit
dieser "Trockenübung". Werde mal sehen wie es sich mit dickeren und 
etwas
längeren Rohren verhält. Aber so würde es mir eigentlich schon reichen.
Jetzt fehlt nur noch die Praxis und die Spinnweben.

Es ist ganz interessant und wer nicht das wenige Geld für eine komplette
Messmimik ausgeben will, sehe ich gute Möglichkeiten für eigene
Bastelprojekte. Es gibt sehr preiswerte US-Sensoren die schon fast alles
selber machen.

Aber ich habe leider keine Zeit dazu.

Gruss

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