Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Konduktiver Wasserstandssensor


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von Chris (Gast)


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Hallo Forum
Ich habe vor, mit keramisch isolierten Einschraubungen 
(https://www.hositrad.com/winkel/product/details/?artdetail=50040%2D01%2DA&webgroupfilter=226) 
den Wasserstand in einem Metallgehäuse zu messen (siehe Zeichung). Bei 
Anwesenheit von Wasser kann Strom über den Leiter 1 und 2 auf GND 
(Metallgehäuse) fliessen. Je mehr Wasser vorhanden ist, desto kleiner 
ist der Widerstand zwischen Leiter und GND. Um die Sicherheit der 
Messung zu erhöhen, sind 2 Leiter vorhanden.
Ich habe vor, das Metallgehäuse zu Erden d.h. bei einer Steckdose an den 
Gelb-Grünen Leiter anzuschliessen.
Ist das Alles eine gute Idee oder gibt es Verbesserungsvorschläge? 
Vorallem bei der Erdung bin ich mir nicht sicher, ob dies nur Störungen 
verursacht oder sogar gefährlich ist und wie man es evtl. besser machen 
könnte.
Eure Einschätzung würde mich freuen.
Beste Grüsse
Chris

: Verschoben durch Moderator
von Dietrich L. (dietrichl)


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Chris schrieb:
> Ist das Alles eine gute Idee

Das Hauptproblem wird sein: Der Widerstand hängt stark davon ab, wie das 
Wasser zusammengesetzt ist, was also alles für Stoffe und 
Verunreinigungen darin enthalten sind.
Es wird daher im günstigsten Fall nur ein sehr grobes Schätzeisen 
sein...

von STK500-Besitzer (Gast)


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Dietrich L. schrieb:
> Das Hauptproblem wird sein: Der Widerstand hängt stark davon ab, wie das
> Wasser zusammengesetzt ist, was also alles für Stoffe und
> Verunreinigungen darin enthalten sind.

Dann kommt natürlich noch der Elektroden- oder der Behälter-Werkstoff 
dazu, der sich durch die Elektrolyse im Wasser bei duerhaftem Stromfluss 
löst.
In dem Tank ist hoffentlich kein Trinkwasser.

von Chris (Gast)


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Vielen Dank für die Rückmeldung.
Das Wasser ist immer das Selbe, verändert sich also nur langsam. Zudem 
sind die Leiter regelmässig komplett im Wasser (im 2 Minuten Takt), 
womit ich plane zu "eichen". Die Abhängigkeit des Widerstandes bzgl. 
Temperatur versuche ich mit einer Temperaturmessung rauszukriegen.

von Chris (Gast)


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STK500-Besitzer schrieb:
> Dann kommt natürlich noch der Elektroden- oder der Behälter-Werkstoff
> dazu, der sich durch die Elektrolyse im Wasser bei duerhaftem Stromfluss
> löst.
> In dem Tank ist hoffentlich kein Trinkwasser.

Elektrolyse versuche ich mit möglichst kleinen Strömen (max. 0.1mA) zu 
minimieren. Es ist alles aus Edelstahl und kein Trinkwasser :)

von georg (Gast)


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Chris schrieb:
> Das Wasser ist immer das Selbe, verändert sich also nur langsam

Wenn es sich um reines Wasser handelt, genügen schon geringste 
Verunreinigungen um die Leitfähigkeit stark zu ändern. Ausserdem 
bewirken dann auch kleine Gleichströme Polarisierung an den Elektroden, 
weshalb man solche Messungen üblicherweise mit Wechselstrom ausführt, DC 
ist pfui.

Du kannst nur eine ungefähre Schätzung erwarten, keine 
Präzisionsmessung. Wenn du damit zufrieden bist, ok.

Georg

von GayMaWin (Gast)


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Google mal nach Giesomat!
Der ist dein Freund!
Achtung: Die Versiegelung der Fernostversion hält nicht lange! :-(
Lieber doch die, von den Schluchtenscheissern.

von Gerald K. (geku)


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Durch die Elektrolyse bilden sich Gasbläschen (Wasserstoff und 
Sauerstoff) an den Elektroden und beeinflussen dadurch den Widerstand.
Es entsteht auch ein niederfrequentes Rauschen wenn sich die Gasbläschen 
bilden und wieder ablösen.

: Bearbeitet durch User
Beitrag #6323257 wurde von einem Moderator gelöscht.
von Frank K. (fchk)


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Chris schrieb:
> STK500-Besitzer schrieb:
>> Dann kommt natürlich noch der Elektroden- oder der Behälter-Werkstoff
>> dazu, der sich durch die Elektrolyse im Wasser bei duerhaftem Stromfluss
>> löst.
>> In dem Tank ist hoffentlich kein Trinkwasser.
>
> Elektrolyse versuche ich mit möglichst kleinen Strömen (max. 0.1mA) zu
> minimieren. Es ist alles aus Edelstahl und kein Trinkwasser :)

Falsches Vorgehen. Elektrolyse vermeidest Du durch die Verwendung von 
Wechselspannung.

Ich würde eher kapazitiv messen. Bei Wasser hast Du da aufgrund des 
hohen €_r gute Voraussetzungen. Dazu isolierst Du die Elektroden und 
bringst sie auf einige mm aneinander und misst die Kapazität. Die kannst 
Du indirekt messen, indem Du die Zeit in einem Oszillator oder einem 
Monoflop (74121 z.B.) oder einem 555 Timer misst. Da das dann alles 
isoliert ist, hast Du dann auch keine Verschleißerscheinungen und 
Schwankungen durch wechselnde Leitfähigkeiten.

fchk

: Bearbeitet durch User
von GayMaWin (Gast)


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Frank K. schrieb:
> Ich würde eher kapazitiv messen.

Was habe ich geschrieben?
Der Giesomat ist dein Freund.

von wer (Gast)


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Das haben wir doch einmal pro Woche.

Kapazitiv messen ist kein Hexenwerk, 100x zuverlässiger und präziser und 
es gammelt auch nichts weg.

Es gibt genau keinen Grund unisolierte, spannungsführende Leitungen ins 
Wasser zu hängen. Keinen.

von Harald W. (wilhelms)


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Chris schrieb:

> Das Wasser ist immer das Selbe,

Witklich das selbe, oder nur das gleiche?

von Chris (Gast)


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Vielen Dank für die vielen und schnellen Ratschläge!

Ich denke der Fall ist klar, dass ich für die Füllstandsmessung in der 
Höhe besser einen kapazitiven Ansatz wählen sollte.

Habe da mal ein wenig rumgelesen und eine entsprechende Schaltung in die 
Zeichnung eingefügt. So wie es aussieht, ist die Kapazität dann 
hauptsächlich noch abhängig von der Wassertemperatur 
(http://www.dl2sba.com/index.php/computer/arduino/177-capacitive-water-level-sensor).

In dem Tank sind 100bar Überdruck, deshalb brauche ich da weiterhin 
meine Durchführung. Hat jemand eine saubere Methode, wie man die 
Elektroden am besten isoliert? Irgend in ein Harz tauchen? Müsste 
druckbeständig sein und in einem Temperaturbereich von 5°C-60°C 
funktionieren.
Würdet ihr mit dem Tank als Elektrode arbeiten oder besser mit den zwei 
Elektroden der Einschraubung?

Am oberen Ende des Tanks habe ich noch eine weitere Einschraubung. Mit 
dieser muss ich detektieren, wann der Wasserpegel "ankommt". Quasi ein 
Endschalter, wobei dann ein Ventil geschaltet wird, möglichst ohne 
grosse Verzögerung.
Wie schnell kann man mit der kapazitiven Methode die Änderung sauber 
erfassen? Wäre es u.U. sinnvoll dort die konduktive Methode anzuwenden 
und sobald Wasser vorhanden ist, den Stromfluss einzustellen, damit die 
Elektrode möglichst lange überlebt und die Elektrolyse minimiert wird?

Lg Chris

von Chris (Gast)


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Chris schrieb:
> Würdet ihr mit dem Tank als Elektrode arbeiten oder besser mit den zwei
> Elektroden der Einschraubung?

Bitte wieder vergessen :) sonst müsste ich den ja noch Beschichten oder 
so...

von Mike J. (linuxmint_user)


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Chris schrieb:
> Würdet ihr mit dem Tank als Elektrode arbeiten oder besser mit den zwei
> Elektroden der Einschraubung?

Man kann das so machen!
Du nutzt z.B. ein Kabel (mit Isolierung) als Elektrode 1 und die 
unisolierte Metallfläche als Elektrode 2.
Jetzt wird kapazitiv gemessen um den Wasserstand zu ermitteln.

Quasi wie hier, nur eben nicht mit 4 kapazitive Sensoren, sondern nur 
mit einem.
https://www.youtube.com/watch?v=BEwNEg1KWpg

> Am oberen Ende des Tanks habe ich noch eine weitere Einschraubung. Mit
> dieser muss ich detektieren, wann der Wasserpegel "ankommt". Quasi ein
> Endschalter, wobei dann ein Ventil geschaltet wird, möglichst ohne
> grosse Verzögerung.
> Wie schnell kann man mit der kapazitiven Methode die Änderung sauber
> erfassen?

Ich mache es so dass eine Warteschleife läuft welche erst stoppt wenn 
der Sensor-Pin wieder auf high ist.

Erst mal den Pin auf Masse legen, warten bis er low ist und dann warte 
ich noch 5 mal so lange bis die Kapazität zu 99% entleert ist. Die 
Kapazität aufzuladen dauert dann ein paar Zyklen in der Warteschleife.

So in der Art:
uint16_t counter = 0;
while(Pin != high){
++counter;
}

In dem Video sind das unter 400 Zyklen. Wird unter 1ms sein.
Man kann den Wert des PullUp-Widerstandes ändern, also z.B. einen 
100kOhm Widerstand nutzen, dann dauert es eben nur noch 40 Zyklen bis 
ein High erkannt worden ist und es dauert dann nur noch 0,1ms.

Blöd ist dass die kapazitive Methode störanfällig ist und durch externe 
Felder beeinflusst. Wenn ich eine Bohrmaschine 30cm neben dem Sensor 
(1MOhm an Vcc) an mache, dann hüpfen die Messwerte nur so hin und her 
weil die Felder eben auch in meine ungeschirmten Kabel einkoppeln.

Mit Schirmung erhöht sich die initiale Kapazität des Sensors 
(Kapazitätsoffset), aber der Sensor ist weniger störanfällig.

> Wäre es u.U. sinnvoll dort die konduktive Methode anzuwenden
> und sobald Wasser vorhanden ist, den Stromfluss einzustellen, damit die
> Elektrode möglichst lange überlebt und die Elektrolyse minimiert wird?

Damit könntest du die Haltbarkeit erhöhen.

Ich finde dass diese Methode aber zu unsicher ist, bei destilliertem 
Wasser würde sie nicht mehr funktionieren und je nach Medium ist der 
Widerstandswert unterschiedlich, so dass sich die Füllhöhe nicht sicher 
bestimmen lässt.

: Bearbeitet durch User
von Frank K. (fchk)


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Lies Dir mal das hier durch:

https://www.analog.com/en/analog-dialogue/articles/liquid-level-sensing-using-cdcs.html

und werfe einen Blick hierauf:

https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/evaluation-documentation/EVAL-AD7746EB.PDF

und darauf:

https://www.analog.com/en/products/ad7746.html#product-overview

Das ist sozusagen die Profilösung, die wirklich sehr genau misst, auf 
den mm genau in einem Wasserglas.

fchk

von Karolina (Gast)


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Warum kaufst du dir keinen Giesomat vom Ösi und entfernst die 
Sensorfläche?
Da sind extra zwei VIA drann, wo du deine Elektroden anschließen kannst.
Sowas ähnliches hat einer hier im Forum auch gemacht!

von sid (Gast)


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ohm..
weg des geringsten Widerstandes...

sind die Konduktoren am Boden montiert, ist wenig Wasser von viel Wasser 
nicht so leicht zu unterscheiden
als wenn sie im Deckel des Behälters montiert würden
(eben weil zuerst das entfernteste Ende leitend verbunden wird, nicht 
das nächstgelegene)

ich sag bloss

'sid

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