Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Füllstandsmessung mit Ultraschall - aber wie?


von Mathias O. (m-obi)


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Hallo Leute,

folgendes hab ich vor:
Ich benötige für eine Zisterne eine Füllstandsmessung.
Dies möchte ich gerne mit Ultraschall lösen. Ich hab nun schon viele 
Lösungen gefunden, aber wie immer noch nicht die Richtige.
Nun hoffe ich, dass ihr mir helfen könnt und jemand das vielleicht schon 
gemacht hat.

Folgende Vorraussetzungen hab ich:
- max. Reichweite: 2,5 m
- Auflösung: 1 cm
- Schnittstelle für SPS: 0-10 V oder 4-20 mA
- Budget: 50 Euro

Vielleicht ist 4-20 mA sinnvoller, wegen dem langen Leitungsweg (ca. 10 
m).

Bestimmt weiß jemand eine Lösung.


Gruß Mathias

von Hobby (Gast)


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wollte es auch mit US machen, bin aber auf Differentialdrucksensoren 
übergegangen. Gibt's für ~13Eur in der Bucht. Mit einem langen Schlauch 
das eine Ende versenken und den Sensor über der Wasseroberfläche halten. 
Raus kommt eine Analogspg proportional zur Wasserhöhe. Einen ADC oder 
Interface Deiner Wahl dran und gut ist.
Bei dem US Sensor ist das feucht Mileu nicht zu verachten, das nagt 
heftig am Sensor, dem Kupfer usw.
Im Web gibt es einige Lösungen wie Du es vor hast, würde aber die 
Technologie wechseln. Probleme kann auch die Zisternenform und evtl. im 
Innenraum verlaufende Rohre machen, da diese Dein Ergebnis kräftig 
verfälschen. Alles kein Thema bei meiner Sensor Lösung.

von Mathias O. (m-obi)


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Der Sensor wird nicht mit dem Wasser in Berührung kommen. Und Rohre sind 
da auch nicht. Er hätte freie Sichtbahn. Zisternenform ist einfach 
zylindrisch aus Stahlbetonringen.

Aber hast du noch ein paar Fakten zu deiner Lösung (Schaltung, 
Sensortyp, ...)?

von Knut (Gast)


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Zwei Elektroden rein packen und n Schwingkreis bauchen, anschließend aus 
der Frequenz ein anologes Signal erzeugen, dieses dann an die SPS 
schicken.

Is zwar etwas Schaltungsaufwand aber machbar.

Knut

von Mike (Gast)


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Wie wäre es damit?
http://www.watterott.com/de/Ultraschall-Entfernungsmesser

plus nem Arduino-Bord zum auswerten, kommt auf ~50 Euro.

Natürlich geht auch jeder andere Controller, für Arduino ist der Code 
schon fertig dabei.

von Hobby (Gast)


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MPX5050DP und an einer Seite einen billigen Aquarienschlauch dran. 
Bestens geeignet für 5m Zisternen :-)
Ich nutze einen ADC für I²C Bus, kann daher nicht direkt eine Lösung für 
Deine Wünsche anbieten

von Torsten W. (wirehead)


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Siemens Sonar Bero, fertig...

von Druckmessung (Gast)


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Hallo,

das ist einer rein theoretischer Überlegung, ich habe keine Erfahrungen 
mit so was...

Wenn man einen Schlauch der mit Luft gefüllt und einseitig durch den 
Sensor verschlossen ist, ins Wasser wirft so füllt sich der Schlauch 
teilweise mit Wasser, da die Luft im Schlauch kompressibel ist.
Dieser Bereich sollte dann möglichst flach auf dem Boden liegen, damit 
die sonst dort entstehende Wassersäule die Messung nicht verfälscht.

Viele Grüße

von Hobby (Gast)


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...und ganz genau das macht der MPX5050 in obiger Beschreibung :-)

von Mike (Gast)


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@Druckmessung

Und wenn Du einen Silikonschlauch nimmst und das andere Ende auch 
verschliesst, hast du das gleiche Ergebnis nur ohne Wasser im Sensor.

von Druckmessung (Gast)


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Mike schrieb:
> Und wenn Du einen Silikonschlauch nimmst und das andere Ende auch
> verschliesst, hast du das gleiche Ergebnis nur ohne Wasser im Sensor.

und dann misst man auch direkt die Luftdruckschwankungen relativ zum 
Zeitpunkt der Verschließung mit?!

von Mathias O. (m-obi)


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Vielen dank schonmal für die ganzen Vorschläge. Ich werden die nach und 
nach durchgehen und dann berichten.

Erstmal Thema Druckmessung:
Die Idee hatte ich auch schonmal, nur hatte ich nicht den passenden 
Sensor gefunden bzw. wusste ich auch nicht welchen ich nehmen soll.
Aber wieso den Schlauch verschliessen? Da käme doch sowieso kein Wasser 
ran in der Höhe.

von Christian K. (christian_rx7) Benutzerseite


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Hallo.

Tu dir selbst einen Gefallen und nimm keine Ultraschallsensoren.
Wir haben in der Firma einige Pumpstationen mit professionellen US 
ausgestattet, die Dinger sind extrem empfindlich und liefern immer 
wieder Müll, desswegen sind wir auf Drucksensoren umgestiegen, die 
funktionieren perfekt.
Wir haben Sensoren die am Grund hängen und die Wassersäule über ihnen 
messen, die Geschichte mit dem Luftdruck in einem Schlauch funktioniert 
aber auch problemlos.

Christian

von U.R. Schmitt (Gast)


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Das wurde hier schon x mal durchgekaut:
Den Schlauch unten offen lassen und mit einem Gewicht beschweren, so daß 
das Ende am Boden der Zisterne ist.
Oben (über Wasser und ggf. auch Meter von der Zisterne weg) den Sensor 
an den Schlauch und über ein t-Stück mittels einer kleinen Membranpumpe 
Luft in den Schlauch pressen. Die überschüssige Luft tritt unten am 
Schlauchende aus und es stellt sich oben der Druck ein, der der 
Wassersäule entspricht.

von Mathias O. (m-obi)


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Super, vielen dank für den Ratschlag. Auch wenn wir es nocheinmal 
durchkauen. Aber deine Anweisung hab ich in noch keiner Art entdeckt.

von Manfred (Gast)


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Entschuldigt das ich mich mal "reinhänge"
Egal was ihr macht, das Wasser bzw. die Feuchtigkeit im Zusammenhang mit 
den Temperaturänderungen ist für die Elektronik/Mechanik  das Problem. 
Nach ein paar Jahren geht das meiste kaputt, weil es irgend wo feucht 
wird. Das gilt auch für alles mögliche was mit Epox vergossen wurde 
(hält etwas länger). Eine Lösung die sich bewährt
hat ist ein Silikonkabel dessen beide Enden außerhalb des Behälters in 
einem IP 67 Gehäuse enden  und dort die Kapazität gemessen wird. 
Schaltungen dazu sind im Netz zu finden. Aber noch einfacher sind die 
Teile die es auf jeden Baumakt gibt, die so ein Analogen Zeiger haben 
und für Öltanks gedacht sind. Sind komplett aus Kunststoff. Ein Freund 
hatte mal an so ein Teil ein Poti angebaut. Das hat auch so etwa 5 Jahre 
gehalten. Dann hat er immer ein neues Poti eingebaut und es ging wieder 
5 Jahre weiter.

von Mathias O. (m-obi)


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Ich glaube ich werde dann zur Druckmessung gehen.

@Christian und U.R. Schmitt:
Welche Sensoren würdet ihr mir da empfehlen? Ich wüsste garnicht welchen 
Messbereich ich da nehmen würde, also wieviel mbar. Und natürlich IP 67 
;).

Edit: Welche Mechanik?? Ich glaube nicht, dass es da so große Probleme 
geben wird. Und der Schlauch wird schon nicht verrotten.

von Manfred (Gast)


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Doch die Pumpe ist mechanisch. Wir hatten das mit der Pumpe auch im 
Labor für das Labor gebaut. Geht sehr gut und ist recht genau. Aber 24 
Mal am Tag 365 Tage im Jahr machen eine Pumpe, wenn man eine einfache 
Pumpe nimmt, selten mit. Man kann Aquariumpumpe nehemn
und die immer laufen lassen. Das geht bestimmt, aber ich möchte nicht 
den Strom bezahlen. Dann gehen, wenn du draußen irgendwo ein kleines 
Loch hast immer irgendein Insekt rein und legt Eier oder beendet sein 
Leben dort.

von Mathias O. (m-obi)


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Die Pumpe schliesst man doch nur einmal an, um den Druck aufzubauen. Der 
bleibt doch dann drin.
Oder muss die Pumpe dauernd mitlaufen?

von Manfred (Gast)


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immer vor jeder Messung kurz an.

von Mathias O. (m-obi)


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OK, also nur wenn ich den Wasserstand wissen möchte und halt vielleicht 
zweimal am Tag zur Überprüfung, eine automatische Messung.
Aber bleibt der Druck nicht immer dort drin?

von Ralf E. (r_e)


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Hallo,

hier http://www.icplan.de/seite25.htm ist eine Lösung per Ultraschall.

cu

von Manfred (Gast)


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Nein, da die Luft mit der Zeit und dem Druck ins Wasser geht und sich so 
der Schlauch füllt.

von Manfred (Gast)


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Kaufe dir einen Sensor bei IFM. Die sind recht preiswert (20..100 Euro) 
und sehr gut.

von Mathias O. (m-obi)


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Und wieviel bar?

Was für eine Pumpe reicht da?

Es reicht ja bestimmt wenn ich einmal die Woche die Pumpe kurz anschalte 
um den Druck wieder aufzubauen oder?

von Manfred (Gast)


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Suche mal nach IFM und S160d-1.pdf.
Da steht das alles sehr gut beschrieben.

von Mathias O. (m-obi)


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Also ich finde bei IFM nur Sensoren die 300-500 Euro kosten. Welche 
meinst du denn?

von Harald M. (mare_crisium)


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Matthias,

google mal nach "Einperlmessung" da findest Du 'zig Links, die das 
beschreiben, was Manfred meint.

Ciao,

mare_crisium

von Mathias O. (m-obi)


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Also ich bin jetzt mehrere Firmen durchgegangen. (Pepperl+Fuchs, Sick, 
IFM)
Aber dort sind die Preise ja immens hoch.

@Manfred:
Solche geringen Preise bei IFM habe ich nicht gefunden. Wonach muss ich 
genau suchen?

@Christian Kreutzer:
Was heißt Müll? Was genau kam von den Sensoren zurück?

von Jens M. (Gast)


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Harald M. schrieb:
> google mal nach "Einperlmessung" da findest Du 'zig Links, die das
> beschreiben, was Manfred meint.

Die funktioniert sehr gut. Aber es gibt durch die Lufteinperlung die 
Gefahr von Bewuchs und Bakterienbildung.

Mathias O. schrieb:
> Also ich bin jetzt mehrere Firmen durchgegangen. (Pepperl+Fuchs, Sick,
> IFM)
> Aber dort sind die Preise ja immens hoch.

Industriequalität, brauchst du aber nicht. Ein einfacher 
Relativdrucksensor reicht. Alternativ auch ein paar Sensoren aus einer 
alten Waschmaschine, dann ist das ganze aber nicht mehr stufenlos.

von Lars K. (larsk)


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Hallo,

da hier gerade über den Differenzdrucksensor gesprochen wird, habe ich 
dazu einmal eine Frage. Ich habe folgendes Problem:

- Sensor MPX5050
- Gardena Aquariumschlauch
- Wasserhöhe max. 1m

Die Messung funktioniert soweit ganz gut. Allerdings scheint es mit der 
Zeit Druckverluste zu geben. Wenn ich den Schlauch dann mal aus dem 
Wasser nehme und neu reinhänge zeigt er wieder maximum an. Mit der Zeit 
fällt dann der Messwert trotz gleichbleibenden Wasserstand.
Der Schlauch geht eigentlich sehr stramm auf den Sensor bzw. mitlerweile 
habe ich diesen sogar angeklebt. Trotzdem muss irgendwo der Druck 
weggehen. Hat jemand eine Idee? Verliert der Sensor intern Druck?

Gruß

Lars

von Johannes O. (jojo_2)


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luft geht vermutlich teilweise ins wasser über? Könnte das sein?
Wurde glaub ich weiter oben auch mal erwähnt!

von U.S. Schmitt (Gast)


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Lars Kessner schrieb:
> Trotzdem muss irgendwo der Druck
> weggehen. Hat jemand eine Idee? Verliert der Sensor intern Druck?

Deine Luft im Schaluch besteht aus über 20% aus Sauerstoff der sich 
recht gut mit der Zeit im Wasser löst. Außerdem diffundiert mit der Zeit 
sowohl der Sauerstoff als auch der Stickstoff durch den Schlauch.
Deshalb auch der Tipp mit der Membranpumpe, mit der vor der Messung oder 
einmal am Tag der Schlauch wieder komplett mit Luft befüllt wird.

von Lars K. (larsk)


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Hallo,

ja das hatte ich schon gelesen, ich konnte mir nur nicht vorstellen das 
es so viel ist. Ich habe am Tag ca. 5 Werte differenz, was schon fast 5 
cm Wassersäule wären.

Gruß

Lars

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