Vor- und Nachteile von Methoden zur kapazitiven Wasserstandsmessung

[Fred X. (epsilonkleiner0)]

Hi Leute,
spiel mit dem Gedanken einen Wasserstands-Sensor für Pflanzen zu bauen. 
Die Kapazitive Messmethode deutliche Vorteile über die Widerstandmessung 
hat ist klar. Meine Fragen beziehen sich auf die Vor- und Nachteile der 
drei Methoden, die unten Vorgestellt werden. Bitte verbessert mich wenn 
ich mich geirrt habe.


RC-Tiefpass

Bei dieser Methode wird ein Wechselspannungssignal über einen 
RC-Tiefpass geleitet und die Spannung über den Kondensator gemessen. Die 
Filterfunktion und damit auch die Spannung (Spannungsteiler)  abhängig 
von der Kapazität.
-  Diese Methode wird beim Chirp-Projekt verwendet.

•  Nachteil
   o  Sollte mit Sinus angeregt sein, da Rechteck-Signale mit höre
        Frequenzenanteile, die Probleme beim Tiefpass ergeben können
•  Vorteil
   o  Fast keine zusätzliche Bauteile
   o  Niedrige Frequenz von 1-2kHz bei R=12kOhm (C=10nF)
•  Fragen
   o  Störsicherheit?
   o  Pression und Zuverlässigkeit?


RC-Oszilator

Bei dieser Methode wird der Kondensator über einen Widerstand von +V auf 
–V umgeladen. Mittels Schmitt-Triggers werde wird ein Rechtecksignal 
erzeugt. Die Frequenz dieses Signal ist von der Größe und damit von der 
Aufladezeit des Kondensators abhängig.
-  Diese Methode wird häufig hier in diesem Forum verwendet.

•  Nachteile
   o  Wie konstant ist der??
   o  Frequenz (22kHz-25kHz) relative hoch
   o  Tackt muss stabil und hoch sein -> Quarz verwenden
   o  16bit Timer verwendet für die Messung
•  Vorteile
   o  Keine Signalerzeugen mit uC oder Extern
•  Fragen
   o  Störsicherheit?
   o  Pression und Zuverlässigkeit?


CR-Spannungs-Differentiation

Bei dieser Methode wird über einen Messwiederstand der Strom über den 
Kondensator gemessen. Dieser hängt über die Differentiation ab. Aus 
diesem Grund ist eine Dreiecks- oder Sägezahn-Spannung empfehlenswert.
-  Diese Methode verwendet Dietmar Weisser in seinem zweiten Projekt zur 
Messung der Bodenfeuchte.

•  Nachteile
   o  Dreiecksspannung muss erzeugt werden. Integrieren von Rechteck –
        mittels OPV
   o  …
•  Vorteil
    o  Spannung-messung relativ einfach mit uC
    o  Einfacher Bezug auf die tatsächliche Kapazität
•  Fragen
    o  Störsicherheit?
    o  Welche Frequenz am besten?
    o  Pression und Zuverlässigkeit?

Welche Kapazität besitzt so eine hier verwendete Messsonde? D.h. welche 
Bereich der Kapazität muss man messen und welche Methode dafür am besten 
geeignet.
Fallen euch noch Vor- bzw. Nachteile zu den einzelnen Methoden ein?

Grüße Fred

[Trööte (Gast)]

Auf was für eine Basis arbeitet der da?
Beitrag "[V] Bausatz für Giess-o-mat Sensor"

Habe ich 10 Stück im Einsatz. Funktionieren super.

ISt das ein RC-Oszilator ?

[Mike J. (linuxmint_user)]

Wenn man die einfache Methode nimmt, dann kann man durch elektrische 
Felder die zum Beispiel durch Motoren entsteht gestört.

Es gibt aber sehr gute Wertänderungen und es lässt sich gut auswerten.
https://www.youtube.com/watch?v=BEwNEg1KWpg

Der Vorteil liegt am kontaktlosem Messvorgang, man kann den Sensor (also 
die Folie) einfach an den Topf ankleben.

[Christian B. (0xcb)]

Ich habe ein paar von den RC-Oszillator Sensoren im Einsatz, die auch im 
Beitrag "[V] Bausatz für Giess-o-mat Sensor" verwendet werden.

Im Prinzip funktionieren die ganz gut, allerdings messen die nicht nur 
Feuchtigkeit, sondern auch Temperatur. Wenn es draußen kalt ist und ich 
die Terassentür zum Lüften aufmache, geht die Frequenz deutlich runter.

Wahrscheinlich haben die anderen Sensortypen das selbe Problem, oder 
nicht ?

Grüße Christian

[Trööte (Gast)]

Christian B. schrieb:
> Wenn es draußen kalt ist und ich
> die Terassentür zum Lüften aufmache, geht die Frequenz deutlich runter.

Komisch. Konnte ich bis jetzt nicht beobachten.

[Trööte (Gast)]

Reine Überlegung: Sensor ist kalt, draussen ist es warm.
Sensor betaut?

Also ichhabe die Dinger mal mit Eisspray bearbeitet und konnte nicht 
wirklich eine Abhängigkeit beobachten.
Ausserdem kann der Topf nicht so schnell auskühlen.
Die Sensoren sind bei mir komplett vergraben.

[Trööte (Gast)]

Christian B. schrieb:
> Im Prinzip funktionieren die ganz gut, allerdings messen die nicht nur
> Feuchtigkeit, sondern auch Temperatur. Wenn es draußen kalt ist und ich
> die Terassentür zum Lüften aufmache, geht die Frequenz deutlich runter.

Hast du deinen Aufbau nochmals geprüft?
Welche Sensoren verwendest du?
(Wie gesat: Ich verwende diese: 
Beitrag "[V] Bausatz für Giess-o-mat Sensor")

[Jobst Q. (joquis)]

Es kommt auf die Anforderungen an. Für einfache Anwendungen wie 
Giess-o-mat halte ich die Oszillatormethode doch für die praktikabelste.

Um die Störaustrahlung und Störempfindlichkeit zu minimieren, würde ich 
aber den Sensor etwas ändern. Als Typ würde ich den Oszillator mit C an 
GND
(http://www.elektronik-magazin.de/page/digitaler-rc-oszillator-13) 
verwenden und drei Streifen: rechts und links GND, in der Mitte den 
HC14-Eingang.

Dann mit einem CR-Glied und dem nächsten Trigger die Impulse auf 
konstante Länge bringen. Dadurch bekommt man eine 
Pulsabstandsmodulation, die man wie eine PWM in eine Spannung umsetzen 
kann. Die Leitung zum Sensor ist damit HF-frei.

Eine andere Möglichkeit wäre ein Frequenzteiler wie HC4060 oder HC4020. 
Damit könnte man die Impulslänge digital ausmessen, die direkt 
proportional zur Kapazität ist.