Hallo zusammen,
ich würde gerne den Wasserstand (Höhe Grundwasserspiegel) in meinem
Brunnen messen. Die Bohrung hat einen Durchmesser von ca. 12cm. Der
Saugschlauch hat ca. 5cm und geht natürlich nicht 100% lotrecht an der
Rohrwand nach unten. Ultraschall fällt daher als Messvariante aus.
Wünschenswert wäre ein 0-10V oder 0/4-20mA Ausgang, den ich mit meinem
Raspberry Pi, oder gar mit einem Analog In für KNX messen kann.
Kann mir da jemand einen Tipp geben?
Danke und Grüße
Timo
Timo schrieb:> Kann mir da jemand einen Tipp geben?
Vorneweg: was darf das denn kosten?
Muss das Ding fertig sein oder kannst du löten?
Sieh mal den Beitrag "Füllstandsmessung mit Ultraschall - aber wie?" an. Und dort
dann den Ansatz mit der "Einperlmessung" per Luftpumpe und Drucksensor.
Wichtig wäre eine Angabe, wie tief/lang die Brunnenbohrung ist bzw. über
welchen Bereich davon gemessen werden soll.
Das Problem bei solchen Sachen ist die notwendige Robustheit und
Langlebigkeit. Optische Sensoren sind z.B. wegen Eisen- oder
Kalkhaltigkeit des Wassers nach einigen Wochen tot.
Ultraschall in einer solchen (im Vergleich zur Wellenlänge) "dünnen"
Röhre und dem Schlauch darin? Wird nix.
Ich würde da eher an Temperatursensoren (onewire DS...x) mit z.B. 10cm
Abstand im Inneren eines dünnen Kupferrohres denken ... wobei diese
Sensoren beim Einziehen mittels (Schaum-)Gummi oder Styropor fest an die
Innenwand gepresst werden sollten.
Für eine Auswertung sollte selbst ein Arduino Nano (evtl. mit
Netzwerkadapter) völlig genügen.
Hallo Frank,
Hallo Lothar,
das Ultraschall nichts ist, konnte ich mir selbst zusammenreimen. ;-)
Löten stellt für mich kein Problem dar und was Kosten angeht.
Je billiger, desto besser. ;-)
Mehr als 100€ will ich jedoch nicht ausgeben, so wichtig ist mir der
Füllstand dann doch nicht.
Danke & Grüße
Timo
Timo schrieb:> Mehr als 100€ will ich jedoch nicht ausgeben, so wichtig ist mir der> Füllstand dann doch nicht.
Mit einer kleinen Aquarienluftpumpe und dem angesprochenen MPX5050DP
(für jeweils 20€ bei Ebay) bist du locker unter dieser Grenze...
eine Tauchsonde, welche knapp über den Brunnenboden platziert wird,
liefert den Wasserdruck, dann noch den Luftdruck messen.
Auswerten, Fertig
Tauchsonden sind relativ teuer (200.- aufwärts) jedoch robust.
> Temperatursensoren
hört sich interessant an,
nun müsste man testen, wie oft im Jahreszeitenwechsel
Wasser- u. Lufttemperatur gleich sind.
kast schrieb:>> Temperatursensoren> hört sich interessant an,> nun müsste man testen, wie oft im Jahreszeitenwechsel> Wasser- u. Lufttemperatur gleich sind.
Uraltes Prinzip. die Umgebungstemperatur ist recht uninteressant, wenn
der Sensor durch den durchfließenden Strom geheizt und durch das
Wasser abgekühlt wird. Dann muss man nur schauen, welche Sensoren
wärmer als die anderen sind. Durch diese Relativmessung entfällt der
Einfluss der Umgebungstemperatur...
Lothar M. schrieb:> Timo schrieb:>> Mehr als 100€ will ich jedoch nicht ausgeben, so wichtig ist mir der>> Füllstand dann doch nicht.> Mit einer kleinen Aquarienluftpumpe und dem angesprochenen MPX5050DP> (für jeweils 20€ bei Ebay) bist du locker unter dieser Grenze...
In einem Blutdruckmesser für unter 10€ bis geschenkt ist beides drin.
MfG Klaus
Wie Genau muss es sein?
Reichen 25/50/75/100% ?
dann kannst du das zb so wie ich machen du nimmst ein Kabelschacht
bringst da 8x (4x2)rost freie schrauben an.
und wenn Wasser die Schrauben kurzschließt kannste das mit mosfets oder
OPVs auswerten lassen kost keine 5€ jenach länge und vorhandenen teilen.
Hi,
ich habe das für unser Trinkwasser-Reservoir im Wald so umgesetzt:
Bei eBay gibts günstige Wägezellen mit DMS aus China.
Ich habe ein Kunststoff-Wasserrohr genommen und beide Enden wasserdicht
verschlossen nachdem ich es durch Hineinfüllen von z.B. Sand so
beschwert habe, dass es eine geringfügig höhere Gesamt-Dichte als Wasser
hat. In meinem Fall habe ich ein Stück Baustahl hineingesteckt, was das
ganze nebenbei noch versteift hat.
Dieses Stück Rohr lasse ich nun ins Wasser hängen und wiege es mit der
Wägezelle. Der Auftrieb des Rohres ist also umso höher, je höher das
Wasser steht. Damit es senkrecht hängt und nicht aufschwimmen kann, muss
es eine höhere Dichte als das Wasser besitzen. Bei mir ist das besonders
wichtig, weil bei mir der Wasserstand bis knapp unter die Wägezelle
reichen kann.
Das Messbrückensignal habe ich mit einem Differenzverstärker
ADC-tauglich gemacht. Ob das so sinnvoll war, sei mal dahingestellt. Für
Messbrücken mit so kleinen Pegeln sind AC-Messungen weniger
Drift-anfällig. Ich erreiche durch Mittelung über 1024 ADC-Messungen
eine Auflösung in der Größenordnung von 2mm bei 2m Füllstandshöhe.
Umgesetzt ist das mit einem AVR und einem GSM-Modul (SIM900). Ich
schicke die Füllstandshöhe zyklisch an einen Server und kann somit den
Wasserpegel ständig ablesen. Nebenbei bekomme ich per SMS eine Warnung,
wenn der Wasserspiegel unter eine bestimmte Schwelle gesunken ist.
Die Spannungsversorgung per Solarzelle (10x10cm) reicht im Wald für eine
GSM-Verbindung im 20 Minuten-Intervall. Gepuffert wird mit einer
LiIon-Zelle.
Michael
Wie ist das Auftriebsgewicht mit der Wägezelle verbunden? Ist die WZ in
der herkömmlichen Weise montiert und das Gewicht hängt von der Oberseite
der WZ mittels einer Klammer, so dass die Kraft wie bei einer normalen
Waage von oben nach unten auftritt? Oder hast Du es hängend montiert?
Funktioniert eine WZ wenn durch ein Hängegewicht in die andere Richtung
debalanziert noch? Prinzipiell müßte es gehen, obwohl die Eichkurbe dann
nicht mehr stimmt. Alle Dehnungsmeßstreifen dürften dann umgekehrt
beansprucht werden.
Details würden mich interessieren.
Grüße,
Gerhard
Michael S. schrieb:> Dieses Stück Rohr lasse ich nun ins Wasser hängen und wiege es mit der> Wägezelle.
Wie ist das gemeint?
Das Rohr hängt senkrecht und würde bei Wasserstand-Minimum gerade die
Wasseroberfläche berühren. richtig?
evtl. würde eine einfache Handskizze helfen.
Hallo,
in der Tat wollte ich das Projekt mal dokumentieren und online stellen.
Aber irgendwie finde ich immer was wichtigeres/besseres/interessanteres
zu tun als an bereits funktionierenden Dingen zu arbeiten :-)
@Gerhard:
Schau mal eBay 251890689218 an.
So sieht eine Wägezelle (Kraftmessbalken) aus. Ich denke, Du hattest Da
ne falsche Vorstellung.
Was ich dabei gelernt habe: Die Dinger sind so gebaut, dass es völlig
unerheblich ist, wo genau die Kraft eingeleitet wird. Deshalb war mein
erster Versuch, den Balken einfach zu verlängern, um ihn empfindlicher
zu machen nicht erfolgreich.
Die Wägezelle misst nämlich nicht die Durchbiegung des Balkens sondern
die Parallelverschiebung der beiden Enden.
Das Rohr ist mit einem Stück Draht einfach am Ende des Balkens
aufgehängt.
@Wolle:
Ja, es hängt senkrecht. Das untere Rohrende befindet sich knapp über dem
Boden, das obere über der Wasseroberfläche.
Der Auftrieb ist ja sehr leicht zu berechnen, wenn man das archimedische
Prinzip verstanden hat:
https://de.wikipedia.org/wiki/Archimedisches_Prinzip
Die vom Füllstand abhängige Auftriebsänderung hängt nur vom
Rohr/Stabdurchmesser ab, nicht von dessen Gewicht.
In der Praxis legt man das Rohr so aus, dass es beim höchsten Füllstand
fast nichts mehr wiegt. Das Maximalgewicht bei niedrigstem Pegelstand
sollte knapp unter der maximal zulässigen Kraft der Wägezelle liegen.
Nur dann lässt sich der Messbereich der Wägezelle ideal ausnutzen.
Vorteile der Konstruktion:
- keine beweglichen Teile
- Analogspannung proportional zur Füllhöhe
Nachteile:
- Die Wägezelle ist empfindlich bei Überlastung (ich habe ne 500g-Zelle
verwendet). Wenn die runterfällt oder man aus Versehen am Rohr zieht,
ist sie verbogen bzw. hat einen riesigen Offsetfehler
- Ich weiß nicht, wie die Langzeitkonstanz dieser billigen Teile ist.
Meine ist jedes Jahr über die Sommermonate durchgehend 100%
Luftfeuchtigkeit ausgesetzt.
Die Elektronik ist in einer Frischhaltedose zusammen mit ein paar
Silika-Gel-Beuteln.
Michael
Hier ein kapazitiver Wasserstands Messer mit SPI QT300 Sensor von
Quantum Research:
Beitrag "Re: Zeigt her Eure Kunstwerke !"
Mit der gezeigten Probe wird der Wasserstand auf einige mm genau
gemessen.
Leider ist der vorzueglich funktionierende Sensor IC nicht mehr im
Einzelhandel erhaeltlich. Der IC wurde von der von Atmel uebernommennen
Firma Quantun Research hergestellt.
http://media.digikey.com/pdf/data%20sheets/quantum%20pdfs/qt300.pdf
Bei Grundwasser ist die Füllstandsmessung auch über die Leitfähigkeit
möglich. Dessen Leitfähigkeit ist (bei uns) um ca. 10 % höher als die
von Leitungswasser.
Die Leitfähigkeit steigt linear mit der Elektrodenfläche. Zwei lange,
schmale Blechstreifen oder Winkelprofile, mit konstantem Abstand
isoliert verschraubt, dienen als Elektroden. Die Leitfähigkeit steigt
linear mit der Wasserhöhe.
Material: Messing oder Edelstahl, kein Alu.
Als Referenz für die momentane Leitfähigkeit dient eine kleine Meßzelle,
die immer komplett im Wasser liegen muß, also zweckmäßig am untersten
Ende.
Gruß - Werner
Werner H. schrieb:> Elektroden
Das ist bei Brunnenwasser so eine Sache... Auch an Edelstahl bilden sich
tolle Ablagerungen (Mangan, Eisen, ..?) die die Leitfähigkeit so
herabsetzen können, dass nichts sinnvolles mehr rauskommt.
Wo Werner gerade die Leitfähigkeit anspricht, mit selbigen aufbau kannst
du die ganze Messung unter Einsatz eines Mikrocontrollers auch kapazitiv
durchführen. Dann das Ergebnis wenn Notwendig mittels DAC analogisieren.
Habe vor kurzem selber eine kapazitive Tankanzeige realisiert. Ich
möchte allerdings nicht verschweigen, dass diese an der ein oder anderen
Stelle, ohne wesentlichen Materialeinsatz, noch wesentlich verbessert
werden kann. Den Artikel dazu findest du hier:
Beitrag "Kapazitive Tankanzeige mit einem STM32F030F4P6"
Gruß,
Markus
@ SR
Das dauert aber sehr lange und stabilisiert sich auch. Deshalb die
Referenzzelle. Tiefbrunnenpumpen und Armaturen sind seit ewig aus
Messing oder Bronze, neuerdings auch aus Edelstahl.
Alternative ohne Elektronik:
Ein Schwimmer mit Umlenkrolle und Gegengewicht. An der Rolle mit
Untersetzung ein Zeiger. Wie bei alten Öltankanzeigen.
Gruß - Werner
Man nehme einen hinreichend langen Schlauch und einen Druck-Sensor. Den
Drucksensor verbinde man dicht mit dem Schlauch. Am Ende des Schlauches
befestige man eine V2A-Schraube oder einen Stein, Hauptsache schwer und
bleifrei.
Dieses Ende werfe man in den Brunnen.
Das Wasser drückt nun, je nach Wasserstand die Luft im Schlauch zusammen
und erzeugt einen messbaren Druck am Drucksensor. Man kann den Schlauch
auch zuerst in den Brunnen werfen und den Drucksensor danach
anschließen, dann hat man so eine Art Nullpunkt. Beides geht und ist
gleichermaßen nutzlos.
An Michael:
Ich habe Dein Experiment gestern mit einer kleinen Digitalen Waage
nachvollzogen und war überrascht wie linear die Messreihen über einen
Bereich von 30cm waren. Das Prinzip scheint durchaus Praxis tauglich zu
sein. Auch ist das Messprinzip direkt an Naturgesetze gebunden und lässt
sich genau errechnen.
Es war interessant zu sehen, wie abhängig die Genauigkeit von der
Homogenität der Gewichtsdichte ist. Den Übergang Sand zu Luft merkt man
sehr deutlich.
Was mich allerdings an der Wägezellen Methode prinzipiell stört ist die
Frage der Langzeitstabilität und die Notwendigkeit einer periodischen
System Nullung.
Vielleicht könnte man zur Abhilfe mit einem Elektromagneten periodisch
die Last abkoppeln und dann die Brücke nullen.
Auch Temperatureffekte müßte man ggf. Berücksichtigen. Bei den
handelsüblichen portablen Waagen werden ja nur zeitbegrenzte Messungen
und Nullung beim Einschalten praktiziert.
Trotzdem finde ich das Konzept sehr cool und vielen Dank für Deinen
Bericht.
Grüße,
Gerhard
Hallo Timo und alle anderen Suchenden,
ich habe eine Drucksonde seit Jahren im Einsatz. Gekauft habe ich sie
hier: http://icplan.de/
Dort unter "Füllstandsmesser mit Drucksonde" - auch mit 0-10V Ausgang.
Läuft störungsfrei bis heute.
Grüße
Gerhard O. schrieb:> Es war interessant zu sehen, wie abhängig die Genauigkeit von der> Homogenität der Gewichtsdichte ist. Den Übergang Sand zu Luft merkt man> sehr deutlich.
Das kann ich mir nur schwer vorstellen.
Das würde ja bedeuten, dass der Sand das Rohr aufbeult o.ä.
M.W. ist der Auftrieb gleich dem Gewicht des verdrängten
Flüssigkeitsvolumens.
Wieviel hat diese Drucksonde gekostet? Und wie funktioniert diese
Schaltung da? Misst sie einfach den Widerstand zwischen den Anschlüssen
der Drucksonde?
Danke!
Christian
Hallo Christian,
zur Beschreibung (besser kann man es nicht machen) bitte auf der o.g
Seite selbst schauen. Hier der Link für suchfaule
http://icplan.de/seite27.htm
gekostet hat es als Fertigbauteil glaub so 100€ komplett. Einfach
anfragen.
Grüße
Henry schrieb:> zur Beschreibung (besser kann man es nicht machen) bitte auf der o.g> Seite selbst schauen. Hier der Link für suchfaule> http://icplan.de/seite27.htm
Hallo Henry,
hast du dir mal die Mühe gemacht, auf der Seite eine Beschreibung des
Sensors zu finden, bevor du mit solchen Allgemeinplätzen kommst. Wo
genau hast du da etwas zur Funktion der Schaltung und zum Aufbau der
Drucksonde gefunden?
Hallo Wolfgang,
die Beschreibung der Drucksonde ist in diesem PDF zu finden, welches
auch auf o.g. Seite verlinkt ist. Aber hier bitte nochmal der Link dazu:
http://www.icplan.de/druckanzeige_anl.pdf
Damit ist Christians Frage zum Thema Widerstandsmessung eingentlich
komplett beantwortet gewesen.
Außerdem war oben nach einer einfachen Möglichkeit gefragt in einem 12cm
Durchbruch eine Meßeinrichtung zu versenken mit 0-10V Ausgang und genau
das macht diese Schaltung.
Das gerade du Wolfgang, der noch nichts konstruktives zu diesem Thema
beigetragen hast solche spitzfindigen Fragen stellst verwundert mich.
Grüße
PS: Ich bin weder verwandt - noch sonstwie mit dem Erbauer verbunden
sondern nur ein überzeugter Nutzer.
Henry schrieb:> die Beschreibung der Drucksonde ist in diesem PDF zu finden, welches> auch auf o.g. Seite verlinkt ist. Aber hier bitte nochmal der Link dazu:>> http://www.icplan.de/druckanzeige_anl.pdf
Kannst du bitte mal konkret werden. Da steht seitenweise etwas zu
Kabellängen, Ausgangssignal, Justage, Ventil/Hahnwartungsfunktion und
hauptsächlich Menüs in der Software, aber zur eigentlichen Sonde und
Schaltungsfunktion habe ich da nichts gefunden. Ob man da nun ein 16x2
LCD oder einen Home-Server mit SQL-Datenbank dran hängt, ist für das
Messprinzip ziemlich egal.
> Das gerade du Wolfgang, der noch nichts konstruktives zu diesem Thema> beigetragen hast solche spitzfindigen Fragen stellst verwundert mich.
Zu dem Thema Füllstandsmessung, sei es über Einperlsensor,
Ultraschallpegelmessung oder Bodendrucksensor, wurde schon so viel
geschrieben, dass ich da bisher keine Notwendigkeit sah, das noch mal
wiederzukäuen.
Ok, der letzte Beitrag hierzu von mir. Also für mich reicht als
Funktionsbeschreibung das hier aus:
In der Drucksonde ist neben einer elektronischen
Baugruppe auch ein Druck- und Temperatursensor verbaut......
Im Gegensatz zu allen industriellen Tauchsonden, ist im Anschlusskabel
keinerlei Kapillarleitung verbaut. Es kann also mit einfachen,
preiswerten und handelsüblichen Kabelverlängert werden........
Die Tauchsonde ist nicht gepolt und kann damit beliebig herum
angeschlossen werden. Die in der Tauchsonde ermittelten Daten werden
über
digitale Impulse zum Anzeigemodul gesendet. Man darf die Drucksonde
nicht an
industrielle 0-10 Volt oder 4-20mA Schnittstellen anschließen. Alle 5
Sekunden werden aktuelle Druck-, Temperatur- und Spannungsdaten an das
Anzeigemodul gesendet.
Da steht nun zwar nicht das Protokoll und alle Details die Dich sicher
interessieren aber das Prinzip ist klar.
Wolfgang schrieb:> aber zur eigentlichen Sonde und Schaltungsfunktion habe ich da nichts> gefunden.
... wenn man mal von dem Absatz auf S.4 absieht, wo grob der mechanische
Aufbau beschieben ist. Was hier insbesondere interessant wäre, was für
ein Sensortyp dort verwendet wird, wie das eigentliche Sensorelement
gegen Eindringen von Feuchtigkeit, sei es als Flüssigkeit oder in
Dampform, geschützt ist. Zum Schutz von getauchten Druckaufnehmern wird
oft z.B. eine elastisch aufgehängte Stahlmembran gesetzt, die über
Silikonöl o.ä. an das eigentliche Sensorelement ankoppelt.
Henry schrieb:> Da steht nun zwar nicht das Protokoll und alle Details die Dich sicher> interessieren aber das Prinzip ist klar.
Überhaupt nicht. Als Anregung für eine konkrete Anwendung fehlen da die
entscheidenden Angaben (s.o.) Das was da beschrieben ist, sind
Oberflächlichkeiten ohne Angaben zum Schutz vor dem Wasser. Im
Datenblatt des MPX4250A ist der Sensor angegeben zur Luftdruckmessung
("... is designed to sense absolute air pressure ..."
http://www.nxp.com/files/sensors/doc/data_sheet/MPX4250A.pdf
Wolfgang schrieb:> Henry schrieb:>> Da steht nun zwar nicht das Protokoll und alle Details die Dich sicher>> interessieren aber das Prinzip ist klar.>> Überhaupt nicht.
Warum ist der Beitrag nicht zu verstehen? Es wird die Höhe der
Wassersäule vom Sensor gemessen. Die genaue Konstruktion wird nicht
verraten. Du sollst es ja nicht nachbauen, sondern kaufen.
Brille schrieb:> Es wird die Höhe der Wassersäule vom Sensor gemessen.
Nein, wird sie nicht.
Der Sensor am Boden der Zisterne sitzt erfasst die Summe von Wasserdruck
und Atmosphärenduck. Der beobachtet Luftdruck auf Meereshöhe in
Deutschland liegt zwischen 954 und 1061 hPa (Wikipedia). Das entsprich
einer Wasserstandsunsicherheit von gut einem Meter. Das mögen extreme
Wetterlagen sein, aber mit einem Referenzsensor oder einem
Differenzdrucksensor wäre man diesen Fehler los.
Und das Thema "Wasserfestigkeit" des Sensors, insbesonder
Langzeitstabilität wird nicht geklärt. Die zugesicherten Eigenschaften
lt. Datenblatt beziehen sich auf trockene Luft (S.4: "The MPX4250A
series pressure sensor operating characteristics and internal
reliability and qualification tests are based on use of dry air as the
pressure media. Media, other than dry air, may have adverse effects on
sensor performance and long-term reliability."
Hallo Wolfgang,
der Sensor den du meinst (MPX4250A) ist der IC4 auf der Leiterplatte -
dieser misst tatsächlich nur den Luftdruck um die von Dir genannte
Referenz zu haben. Mit diesem und der Dose wird dann die Differenz
gebildet und als Füllhöhe ausgegeben.
Henry schrieb:> ... dieser misst tatsächlich nur den Luftdruck um die von Dir genannte> Referenz zu haben.
Das hatte ich in der Tat übersehen, dass das in der Stückliste
aufgeführte MPX4250 nur der Referenzdrucksensor ist und gar nicht der
Wasserstandssensor. Solche nicht ganz unwesentlichen Details zum
Messprinzip sollten vielleicht auf der Web-Site und in einem
Blockdiagramm auftauchen und nicht tief in einem Kapitel über Justage
vergraben sein ;-)
Ich habe mir die Schaltung angesehen, die verbaute Sonde könnte
http://www.watterott.com/de/Drucksensor-127mm
diese sein, denn die Messung besteht aus einem Spannungsteiler zwischen
einem Widerstand und der Sonde
