Hallo,
ich habe mir jetzt sämtliche Beiträge diesbezüglich durchgelesen und bin
etwas verwirrt.
Ich möchte den Wasserstand eines Bachlaufes laufend ermitteln.
Nun wollte ich ursprünglich zu einem Ultraschallsensor greifen, bin aber
dann auf die interessante Möglichkeit gestoßen dies mit einem
selbstgebastelten Kondensator zu bewerkstelligen. Das Ganze möchte ich
mit einem ATMega328 machen(liegt hier noch rum).
Nun zu meiner Frage:
Wie muss ich das Ganze beschalten und wie funktioniert die
Kapazitätsmessung dann:
Ich muss die eine Seite meines Kondensators mit Masse verbinden, die
andere mit dem AIN0. Zwichen AIN0 und AIN1 einen Widerstand und von AIN1
einen weiteren Widerstand auf +5V. Ist dies richtig?
Was muss ich dann Softwaremäßig machen?
Ich habe bereits Peters Software studiert:
...
SIGNAL( SIG_OVERFLOW1 )
{
static u16 chargestart;
if( KEYDDR & 1<<KEY0 ){ // discharge done
TIFR = 1<<ICF1; // clear cature flag
KEYDDR &= ~(1<<KEY0); // discharge off
chargestart = TCNT1; // charging start value
KEYPORT |= 1<<KEY0; // pull up on
}else{
if( TIFR & 1<<ICF1 ) // charging done
capval = ICR1 - chargestart; // get charging time
KEYPORT &= ~(1<<KEY0); // prepare discharge
KEYDDR |= 1<<KEY0; // discharge
}
}
...
Ist dies hier nützlich bzw. in dieser Form zu verwenden?
Was muss genau gemacht werden?
Bitte um Hilfe!!
Das Problem liegt hier sicher nicht in der Auswertung des Sensorsignals,sondern im Sensor selbst. Wie soll denn dein kapazitiver Sensor aufgebaut sein? Grüße
Schau mal nach bei ELEKTOR Artikel 080707-I CC2- Füllstandsmessung Grüsse
Als Sensor möchte ich zwei isolierte Kabel parallel zueinander anordnen und die Enden eines jeden Kabels verlöten. Das eine Kabel dann an Masse, das andere an AIN0.
>so wie in der Grafik......
Mal noch ein paar Äste, Blätter, Algen, tote Fische
und ertrunkene Feldmäuse rein.
Könnte schwierig werden die in die Berechnung einzufügen;)
wie wäre es mit zwei langen Edelstahlplatten? Die eine ist isoliert (Folie oder Plastikfarbe), die andere nicht.
holger schrieb: > Mal noch ein paar Äste, Blätter, Algen, tote Fische > und ertrunkene Feldmäuse rein. > Könnte schwierig werden die in die Berechnung einzufügen;) Wasser ist gefiltert.... kannst du die ursprüngliche frage beantworten? ;)
Gemeine Frage: Wenn kapazitiv so gut ginge, warum sind dann kommerzielle Pegelmesser elektromechanisch mit Schwimmer aufgebaut?
Nicht zwingend. Ich kenn auch Blubber-Bachstand-Messer. Ein Rohr wird unter Wasser gefuehrt und eine kleine Aquariumpumpe produziert etwas Druck. Das Rohr ist unten offen, blubbert, und der Druck ist proportional dem Wasserstand.
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Die Kapazitiven Teile baut Endress & Hausser schon seit Anfang der 70er mit großem Erfolg. Dabei ist die Masseelektrode ein Edelstahlrohr, koaxial im Inneren ist ein Stab, umhüllt (isoliert) von Teflon. Ich habe mir sowas mal primitiv nachgebaut (siehe Bilder). Ein Alurohr und ein Kabel innen gespannt. Als 'Umformer' zwei identisch aufgebaute Frequenzgeneratoren mit NE555, einer mit Festkapazität, der Andere mit der Sonde als Kapazität. Die Frequenzdifferenz ergibt den Füllstand. Der Aufwand mit den zwei kreisen war wegen Temperaturkompensation nötig. Die Frequenzen lassen sich mit dem ICP am AVR prima auswerten. Das Rohr ist auch sehr unempfindlich gegen Schmutz.
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Genau so wie Tilo sagt gehts. Mit einem Zylinderkondensator lassen sich sehr gut und linear Füllstände vom Wasser messen (Epsilon = ca. 80) Siehe Beilage und mit ein bisserl Software ist es ganz einfach Grüsse
Geht es auch wenn ich: Rohr mit Kabel innen nehme: Rohr mit Masse verbinde, Kabel mit AIN0 eines ATMEGA, zwischen AIN0 und AIN1 einen Widerstand und AIN1 über einen weiteren Widerstand mit 5V versorge?
Fisch schrieb: > Nun zu meiner Frage: > Wie muss ich das Ganze beschalten und wie funktioniert die > Kapazitätsmessung dann: > > Ich muss die eine Seite meines Kondensators mit Masse verbinden, die > andere mit dem AIN0. Zwichen AIN0 und AIN1 einen Widerstand und von AIN1 > einen weiteren Widerstand auf +5V. Ist dies richtig? > > Was muss ich dann Softwaremäßig machen? darum gehts ;)
Wenn ich Dich richtig verstehe willst Du die Kapazität über die Ladezeit Deines selbstgebastelten Kondensators messen. Es handelt sich hier wahrscheinlich um Werte im pF Bereich. Da brauchst Du ganz wenig Srom (Stromquelle oder Vorwiderstand(nicht liniear) um halbwegs messbare Ladezeiten zu erziehlen. Besser wäre über die Frequenz eines Schwingkreises. Aber wenn Du es so versuchen willst: Einen R1 von +5V auf AIN1 Einen R2 von AIN1 auf AIN0 den Mittelleiter deines Kondensators auf AIN0 das Rohr auf GND. AIN1 als Ausgang und auf GND - Kondensator wird über R2 entladen AIN1 als Eingang - Kondensator wird über R1+R2 geladen. AIN0 als Analogkomperatoreingang (R1 nicht zu klein wählen ) Ich hoffe ich habe Dich richtig verstanden. Wenn das geht mußt Du dann nur noch wissen wie die Kapazität mit der Füllhöhe zusammenhängt. Gruß
Rudolf Pretzenbacher schrieb: > Besser wäre über die Frequenz eines Schwingkreises. Dann ist aber die Auswertung schwieriger, weil die Frequenz nichtlinear ist. Schau Dir mal nen alten AM-Dreko an, wie komisch da die Platten geformt sind, damit die Skala linear wird. Der Schwingkreis hat allerdings den Vorteil, daß er störunempfindlicher ist, als die RC-Ladekurve. Daher sollte man vielleicht die Qtouch-Methode nehmen, mit dem Analog-Komparator als Eingang. Die ist auch sehr störumempfindlich. Peter
Peter Dannegger schrieb: > Dann ist aber die Auswertung schwieriger, weil die Frequenz nichtlinear > ist. Das stimmt, da war was mit exponetiell oder quadratisch ... Müsste meinen alten Code mal durchforsten. Das Ganze lässt sich aber millimetergenau und sehr linear justieren.
Peter Dannegger schrieb : > Dann ist aber die Auswertung schwieriger, weil die Frequenz nichtlinear > ist. f0=1/(2*Pi*wurzel(L*C)) ist doch in einem uP kein Auftrag zu rechnen. Und der Füllstand ist dann zur Kapazität linear. Mit der Schwingkreismethode lassen sich sogar Femto-Farad auflösen. Einzig eine Induktivität mit geringem Temperaturgang ist nötig. Wenn man die Kapazität bei vollem Steigrohr und bei leerem Steigrohr mit der selben Messeinrichtung mißt, kürzen sich alle Ungenauigkeiten der Messung (Induktivität, parasitäre Kapazitäten, Dielektrizitätskonstante des Elektrolyten, Genaugkeit der Frequenzmessung) raus, und man erhält einen 100% linieran Zusammenhng zwischen Kapazität und Wasserstand. Gruß
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holger schrieb: > Mal noch ein paar Äste, Blätter, Algen, tote Fische > und ertrunkene Feldmäuse rein. > Könnte schwierig werden die in die Berechnung einzufügen;) So in etwa?
Die Auflösung reicht auch auf 3 cm genau..... Meint ihr komme ich mit einem Rohr wie es oben von Thilo M. beschrieben ist hin wenn ich lediglich die RC-Variante nehme?
ach ja..... und wie weit darf der µC vom Kondensator bei dieser Methode entfernt sein? Ich habe die µC-Schaltung in einem Schaltschrank....dieser befindet sich ca 2m vom Bachlauf entfernt. Der Kondensator würde also an einem mindestens 2m langem Kabel hängen, das in den Schaltschrank geht und dort über 2 Klemmen dem µC zugeführt wird.
Fisch schrieb: > Ich habe die µC-Schaltung in einem Schaltschrank....dieser befindet sich > ca 2m vom Bachlauf entfernt. Der Kondensator würde also an einem > mindestens 2m langem Kabel hängen, das in den Schaltschrank geht und > dort über 2 Klemmen dem µC zugeführt wird. Das ist natürlich schlecht! Du solltest über geschirmtes Kabel nachdenken und das Signal am Messobjekt entsprechend aufbereiten, damit es störungsarm zu seinem Ziel kommt.
>> Meint ihr komme ich mit einem Rohr wie es oben von Thilo M. beschrieben >> ist hin wenn ich lediglich die RC-Variante nehme? Ja, aber mit QTouch. Beitrag "Re: qtouch - sekt oder selters"
Fisch schrieb: > Kabel mit AIN0 eines ATMEGA Dir ist aber schon klar daß die Auswertung unmittelbar am Sensor sitzen sollte? Ein Meter Kabel bis zur Auswertung reduziert Dir die Empfindlichkeit des Sensors um ca Faktor 2. Gruß Anja
Ich würde dann nen 2.MC (ATtiny25) direkt am Sensor montieren, der sendet dann die Meßwerte z.B. per UART weiter. Peter
Ich habe den Sensor wie @Thilo M. mit Edelstahlrohr gebaut. Direkt darauf den Oszillator aus der Elektor (mit LM311) und daran ein 5m langes CAT5-Patchkabel. Den Oszillator habe ich eingegossen. Die Frequenz wird wie oben beschrieben mit einem AVR gemessen und als Analogwert vom AVR 0..5V zur weiterverarbeitung ausgegeben. Läuft absolut Störungsfrei. Der eingegossene Oszillator war sogar schon mehrmal unter Wasser :-( Uwe
Peter Dannegger schrieb: > Ich würde dann nen 2.MC (ATtiny25) direkt am Sensor montieren, der > sendet dann die Meßwerte z.B. per UART weiter. Ich habe mal einen TLC555 verwendet der dann auf die Versorgungsleitung einen Strom mit der Schwingfrequenz aufgeprägt hat. -> man kommt mit einem 2-adrigen Kabel aus. Gruß Anja
@Anja Den Faktor kannst du so pauschal nicht angeben. Wenn der Sensor mit Koaxkabel angeschlossen wird, ist die Kabelkapazität um mehrere Größenordnungen größer als die Sensorkapazität. Die Auflösung geht so in den Keller, dass der Sensor wahrscheinlich nicht mehr zu gebrauchen ist. Besser ist es die Kabelkapazität zu eliminieren, ähnlich wie es beim Oszi- Eingang gemacht wird. Dann bleibt am Eingang der Sensorelektronik nur noch die Sensorkapzität übrig und die Kabellänge ist fast egal. Gruß, Jens
Wie könnte man denn die Kabelkapazität eliminieren? Könnte ich nicht das Rohr mit Erde verbinden und so nur eine Leitung zum µC zurückführen um die Kabelkapazität gering zu halten?
> Wie könnte man denn die Kabelkapazität eliminieren? So geht das in der Industrie: Man könnte einen kleinen uC direkt an das Rohr anbauen und dann mit einer seriellen Verbindung die Daten zum "Leitrechner" übertragen... > Wie könnte man denn die Kabelkapazität eliminieren? >> ähnlich wie es beim Oszi- Eingang gemacht wird. Stichwort "Guarding"... Das ist allerdings nicht ganz trivial :-/
Am besten hört sich die Methode mit dem 2ten µC an unbd dann per UART. Nur wird das Ganze dann schon etwas vielschichtig....ob ich da nicht einfach den Ultraschallabstandsmesser für 20€ nehmen soll? http://www.mercateo.com/p/115-631000/GP_2Y0A710K0F_Distanzsensor_mit_Anschlusskabel.html Wäre wohl die einfachere Methode....Auflösung dürfte ebenfalls recht gut sein. Was meint ihr?
Ultraschallsensor hatte ich in Verwendung. Das Problem (insbesondere in geschlossenen Meßräumen wie Zisternen) ist die 100%-Luftfeuchtigkeit. Die Plastemembran vom US-Wandler war nach 1-2 Tagen so naß, dass alle Messungen grob daneben lagen. Also nicht tauglich... Wie schon gesagt: kapazitive Messung und mindestens den Oszillator direkt am Messort. Damit gibt es keine schädlichen Kapazitäten, welche die Messung verfälschen könnte. Optional den AVR gleich mit dran und per UART oder Analogspannung 0..5V den Messwert zum "Leitrechner" geben. Aber auch die reine Ausgangsfrequenz vom Oszillator lässt sich gut übertragen. Die liegt bei der Elektorvariante bei 250kHz (leer also nur Luft im Rohr) und 30kHz (2,5Meter Rohr, 12mm Durchmesser, voll mit wasser gefüllt). Alles schön wasserdicht eingießen und fertig.
@ Fisch Wer viel fragt, erhält viele Antworten: fang endlich mit der Arbeit an - oder lass es einfach.
Also das Gaurding ist nicht so schwer finde ich, aber man braucht geeignete Bauteile. Also schnelle OPs, die ein wenig Kapazität treiben können. Wenn es ganz billig sien soll, bietet sich die Lösung mit dem µC direkt am Sensor an. Das stimmt, dann braucht man keine Kapazität anpassen, da keine da. Wenn ihr das doch mit dem Koaxkabel machen wollt kann ich mal einen Schaltplan hochladen. Das dauert aber bis heute abend! Gruß, Jens
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Ich habe mich schon sehr viel mit der Füllstandsmessung beschäftigt, nicht nur für Wasser sondern auch mit anderen Elektrolyten, die nicht so eine günstige Dielektrizitätskonstante besitzen. Die einzig halbwegs vernünftige, stabile und bezahlbare Lösung ist der Vorschlag von Uwe Felgentreu. Grüsse
Hallo Leute, die Dielektritätszahl von Wasser ist temperaturabhängig (siehe Link) und ändert sich z.B. zwischen 30°C und 10°C um etwa 10%. Das führt zu merklichen Messfehlern bei der kapazitiven Methode. Zum Schätzen (voll - halbvoll -leer) reicht es natürlich trotzdem. Gruß, DetlevT http://www.wissenschaft-technik-ethik.de/wasser_eigenschaften.html#kap10
Mein Wasser in der Zisterne hat immer um die 8°C (+/- 4°). Da hält sich der Messfehler doch in Grenzen. Ich hatte genau deswegen in der Zisterne noch einen Temperatursensor verbaut um die Temperatur dann nachträglich im AVR zu kompensieren. Lohn aber nicht. Die 5mm Abweichung bei 2,3m Absoluthöhe waren mir egal.
Uwe Felgentreu schrieb: > Mein Wasser in der Zisterne hat immer um die 8°C (+/- 4°). Da hält sich > der Messfehler doch in Grenzen. Ich hatte genau deswegen in der Zisterne > noch einen Temperatursensor verbaut um die Temperatur dann nachträglich > im AVR zu kompensieren. Lohn aber nicht. Die 5mm Abweichung bei 2,3m > Absoluthöhe waren mir egal. Genau das habe ich auch festgestellt !
hmm...dass die Ultraschallmethode nicht gut funktioniert macht mich etwas stutzig....dann werd ich mal so ein Rohr bauen....:)
Das Rohr ist oben und unten offen, sonst würde sich die Luft bei steigendem Pegel komprimieren. Entlüftungsbohrungen kann man so weit oben wie möglich seitlich anbringen. Das Rohr hatte leer sowas um die 60pF (1m Länge), der NE555 hat (weiß nicht mehr genau) um die 15kHz gearbeitet. Den Frequenzbereich kannst du aber leicht auf deine Verhältnisse anpassen, siehe NE555 Grundschaltungen. http://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/0310131.htm
Fisch schrieb: > hmm...dass die Ultraschallmethode nicht gut funktioniert macht mich > etwas stutzig....dann werd ich mal so ein Rohr bauen....:) Die Ultraschallmessung funktioniert nur dann, wenn alles schön trocken bleibt. Da hier ein Bachlauf gemessen werden soll, könnte es bzgl. der Luftfeuchte funktionieren. Ich sehe aber noch ein Problem was gelöste werden sollte. Für die Ultraschallmessung brauchst Du einen beruhigten Wasserstand und damit eine ruhige Wasseroberfläche. Das sollte mechanisch gelöst werden. Entweder ein großflächiges Paddel oder ein kleiner verbundner Meßschacht. Wenn Du keine genau definierten Meßverhältnisse schaffst werden auftretende Ultraschallreflektionen die Auswertung u.U. sehr komplex machen. Wellen an der Wasseroberfläche eines Bachlaufes sind z.B. das Gegenteil von definierten Meßverhältnissen, weil dort Höhen- und Refelektionsverhältnisse sich schnell ändern können. Mein Fazit von damals: Prinzipiell machbar aber viel Fummelei... Gruß Uwe
Die Industrie bietet für diese Aufgaben was geniales an,wird aber nicht ganz billig sein. http://www.tecson.de/psonde.htm#pagetop
Günther N. schrieb: > Die Industrie bietet für diese Aufgaben was geniales an,wird aber nicht > ganz billig sein. http://www.tecson.de/psonde.htm#pagetop Solche Sonden haben wir auch im Einsatz, sind in der Tat nicht gerade billig. Auch für die paar cm Füllstand sind sie viel zu empfindlich und schwer einzustellen, bei fließendem Medium sowieso. Es geht natürlich auch mit Schwimmer und Drehwinkelsensor, oder einer popeligen Tanksonde vom Camper oder der Segelyacht. http://www.gruendl.de/bootszubehoer/navigation-kommunikation/instrumente-ais/faria-universalgeber-350-mm-2.html
Fisch schrieb: > so wie in der Grafik...... Hallo! Variante für mehr Schmutz im Wasser... Ich mag das für eine Zisterne machen, und da schwimmen immer so fiese Pollenteppiche mal drauf, dass auch Rohre mit 15cm Abstand noch "Brücken" von Schlamm bekommen, die man dann so ein mal im Jahr wegputzen darf. Also müsste ich was finden, was eher so 1/2 m Abstand hat und trotzdem noch genau misst, aber keinesfalls Querstege hat. Also unten kleine flache Platten als Gewichte, parallele Drähte oder Koaxkabel senkrecht hängend und gut. Dann kommt noch das Problem der wasserdichten Einhausung des Controllers. Werde ein etwas größeres Gehäuse nehmen und einen großzügigen Trockenbeutel dazu legen. Zur Geometrie der Drähte: Die Schlaufe macht bei Verschmutzung tatsächlich Probleme. Ich habe sie auch gehabt. Außerdem kann man eine Schlaufe nicht in Erde spießen, die Sensoren machen hervorragende Balkonkisten-Feuchtigkeitsmessungen. Dann habe ich festgestellt, dass man PVC prima zuschweißen kann. Also zieht man einfach die Isolierung auf dem Kabelende zurück, man kann das Ende abisolieren und mit zwei Zangen arbeiten, so dass der Kabelkern so 5-8mm weiter raus schaut. Dann zwickt man davor durch. Nun kann man den zurückgeschobenen Isolierungsanteil wieder vor ziehen, so dass die Isolierung über den Kern guckt. Jetzt heiß machen und zudrücken. Verschweißt. Nun mag es sein, dass bei einem halben Meter Abstand die Kapazität zwischen den Drähten zu klein wird. Daher würde ich altes Koaxkabel nehmen, möglichst dickes ;) Oder Kunststoffumanteltes Rohr, da muss man dann halt wieder basteln wegen unten dicht machen und oben Kabel kontaktieren und abdichten. Viele Touch-Sensoren-Hersteller haben gute Bibliotheken, um sogar Touch Buttons (per Software Library modular am Fließband;) herzustellen, die "wasserresistent" sind oder unter Wasser funktionieren. Im Umkehrschluss ermöglicht so eine "multispektrale" Analyse (ich würde es mit einer einfachen diskreten Wavelettrafo probieren) unter Umständen die Aussage, wie viel Wasser, wie viel Steine, etc., im Dielektrikum ist. Hat das jemand mal probiert? Jedenfalls könnte man damit die Langzeitstabilität und Präzision erhöhen. Leitfähigkeitsmessungen und Temperaturmessungen würden das abrunden. Eine weitere Idee wäre, dass man über ein Koaxkabel in der Seele geschützt (also mit konstanter Kapazität im Zuweg) für einen bestimmten Ausschnitt des Wasserstandsbereichs ein eigenes Elektrodenpaar realisieren könnte. Das erkauft man wieder mit Dichtungsproblemen, man muss dann zwischendrin das Koaxkabel wieder zuschweißen. Aber Schwimmbadbauer haben da sicher den richtigen Leim, für die PVC-Folie, wenn sie "Kaltschweißen" können. Gruß! Andi p.s.: (Zuschweißen von PVC: Entdeckt habe ich das mit Aquariumsschlauch aus dem Baumarkt. Zweck war endlich mal billig einen guten Verschluss für Silikonspitzen angebrochener Kartuschen zu haben. Wenn man noch die Schraubstelle Spitze-Kartusche mit Heißleim oder ähnlich wasserdampfdichtem Kleber dichtet, hält es super lang. Alle x Wochen ein paar cm rausdrücken. Kalt und mit Trockenbeutel in wasserdichtem Zipbeutel lagern. Ein 8cm Stück mit Heißluftpistole ca auf 250°C gestellt (die schöne Steinel mit LCD-Anzeige;) und wenn es "flüssig" ist mit Parallelzange zugedrückt, halten, bis kühl.)
Nachtrag: Hier ein Link zu einem Anwendungshinweis von Cypress PSoC zum Flüssigkeitstand-Messen durch eine Isolierung hindurch: http://www.cypress.com/documentation/application-notes/an202478-psoc-4-capacitive-liquid-level-sensing Gerade mit meinem Freund mit der Zisterne unterhalten. Er meinte, die Verschmutzung käme von oben, schwimmt also eher auf dem Wasser und legt sich auf Oberflächen mit dem schwankenden Füllstand. Wir wollen daher ein Abwasserrohr mit Deckel nach unten in die Zisterne senken, unten ca. 5-8cm über Boden Löcher hineinbohren und mit Tiefbauerfließ-Manschette als Filter umwickeln, festkleben, mit 2 Drahtmanschetten fixiert. So lange das einen Ausgleich der Flüssigkeitspegel im Bereich von Stunden zulässt, ist alles gut. Hört sich langzeitstabil an. Erst mal sauberes Wasser im Rohr. Dann kann man in das Rohr zwei parallele Kabel, Rohre, Stäbe, oder auch ein gedichtetes Rohr mit der Elektronik samt Sensorflächen darin versenken. Rohr in Rohr sozusagen. Für Korrosionsschutz in diesem Rohr, für den Fall der Fälle, eignet sich Wachsspray, habe ich von Förch, für KFZ-Anwendung. Einsprühen, bis zum anderen Ende der Wachsnebel austritt. Viel Erfolg.
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