Hallo zusammen, ich habe da ein paar Grundsatzfragen die verschiedene Teilbereiche betreffen (µC & Elektronik, Analogtechnik oder auch Mechanik & Werkzeug), deshalb erstmal hier in offtopic. Das Projekt: Messung des Pegels einer Zisterne. Umsetzung möglich per 1. analogem Drucksensor 2. digitalem Drucksensor 3. Ultraschall-Entfernungsmessung 4. optische Entfernungsmessung 5. Schwimmschalter Da ich eine relativ genaue Auflösung haben möchte fällt 5 weg. 3 und 4 sind laut Recherche eher unzuverlässig, also bleiben nur 1 (z.B. TL136 oder TL231) oder 2 (z.B. LPS28 oder BMP585). Aus dem Bauch heraus gefällt mir der BMB585 am besten, ich möchte aber gerne eine begründete Entscheidung treffen. Ich fange also mal bei den offenen Fragen ganz am Anfang an: Fest steht, mit steigender Wassertiefe steigt der Druck 0,1bar/m. Daraus folgt: In einem oben geschlossenen Rohr steigt der Luftdruck mit steigender Eintauchtiefe ins Wasser - das kann ich mit einem geeigneten Sensor (trocken!) messen. Frage: Welchen Unterschied macht es ob das Rohr am unteren Ende mit einer Membran verschlossen wird oder offen ist? Kann man das berechnen? Vorteil eines verschlossenen Rohres: Abschottung des Sensors von der vorhandenen Luftfeuchtigkeit. Frage: Welchen Unterschied macht das Material des verwendeten Rohres aus? Kann man das berechnen? Hintergrund: Ein Stahlrohr verringert den Einfluss des Wasserdrucks auf das Rohr selbst, ein Gummischlauch wird auf ganzer Länge komprimiert. Mein naiver Gedanke dazu ist, dass das die linearität des Messbereichs beeinflusst - stimmt das? Frage: Gesetzt den Fall, das ideale Setup für das Messrohr ist gefunden, ist der BMP585 ein geeigneter Sensor? Meine Milchmädchenrechnung sagt ja: Zisterne: Zyl r=1m, h=3m, Netto h=2,8m Messbereich BMP585: 30 - 125 kPa (= 0,3 - 1,25 Bar) Genauigkeit BMP585: 30 Pa (~ 3mm Füllhöhe ~ 10L Zisternenvolumen) Um das Rohr nicht im Schlamm stecken zu haben würde das Ende vom Rohr auf ca. 2,8m liegen, was genau den 0,25 Bar entspricht die nach Abzug des Umgebungsdruckes (~ 1 Bar) vom Messbereich des Sensors übrig bleibt. D.h. ich müsste mit diesem Setup den Füllstand der Zisterne +/- 10L genau erfassen können. Ist das richtig? Da ich die Werte einerseits für die Steuerung der Brunnenpumpe sowie die Abschaltung der Zisternenpumpe nutzen möchte, andererseits im Smarthome eerfassen möchte muss der Füllstand so oder so digitalisiert werden. Beim analogen Sensor müsste ich das selbst machen per ADC einerseits mit der Gefahr mehr Rauschen als Daten zu digitalisieren, andererseits gibt es da schon entsprechende Threads und Infos. Zum digitalen Sensor hab ich nicht viel gefunden, der erscheint mir vom handling aber weniger komplex. Ich tendiere zum digitalen Sensor. Die Hauptfrage: Bin ich komplett auf dem Holzweg? Seht Ihr grobe Denkfehler? Hab ich was wesentliches Übersehen? Edit: Auflösung des Füllstandes ist 3mm=10L, nicht 5L
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Mario V. schrieb: > nach Abzug > des Umgebungsdruckes (~ 1 Bar) Der Umgebungsdruck schwankt ja im Laufe der Zeit (je nach Wetter). Er kann durchaus um 50mbar oder mehr schwanken. Dies entspricht einer scheinbaren Wasserpegelschwankung von 50cm (auch wenn dein Pegel sich gar nicht ändert). Hast du da einen zweiten Sensor, der den Luftdruck misst?
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Der Umgebungsdruck ist irrelevant wenn du ständig Luft in den Schlauch einperlst mit Membranpumpe..
Jörg E. schrieb: > einperlst mit Membranpumpe.. Energetisch betrachtet, waere das eine Katastrophe, staendig ein paar Watt fuer die Pumpe zu verbrauchen.
hier eine interessante Variante der "Einperlmethode": Beitrag "Ein Füllstandmesser auf Einperlungsbasis" https://de.wikipedia.org/wiki/Pneumatische_F%C3%BCllstandmessung
Dieter D. schrieb: > Energetisch betrachtet, waere das eine Katastrophe, staendig ein paar > Watt fuer die Pumpe zu verbrauchen. Käse, ein Drucksensor misst nur den Differentialdruck, d.h. der Sensor hat einen Kanal nach Atmosphäre und misst nur die Differenz. Völlig wurschd welcher Luftdruck herrscht.
Ja, ein weiterer Sensor zum herausrechnen des Umgebungsdruckes ist vorgesehen. -- Einperlmethode: Da höre ich jetzt zum ersten mal von. Klingt grundsätzlich spannend, mein erster Gedanke wäre aber (zusätzlich zur Gesamtenergiebilanz) dass die Komplexität insgesamt steigt. Also (von Vorkenntnissen völlig unvorbelastet) eher nein... ;)
Ich messe meinen Zisternenfüllstand hiermit: https://www.ebay.de/itm/325649010873 Das funktioniert schon seit vielen Jahren einwandfrei. Digitalisieren musst du das analoge Normsignal aber selbst.
Wenn sich der Füllstand nicht sekundenschnell ändert reicht es ja, die Pumoe ab und an mal anzuwerfen. Die Abstandsmesser müssen evtl. die Höhe eines Schwimmers in einem Schutzrohr messen. Beim Drucksensor sollte man mit korrekter Sensorwahl hinkommen, das die Gwschichte Wetterunabhängig wird. Wenn man Absolut (Sensor mit einem Anschluss) misst, ist das natürlich Wetterabhängig, ein Relativsensor (mit 2 Anschlüssen) sollte das ja ausgleichen. So machen es zumindest professionelle Tankstandserfassungssysteme. Dennoch würde ich 2 Schwimmer miteinbauen, als doppelte Sicherheit.
Schorsch M. schrieb: > Käse, ein Drucksensor misst nur den Differentialdruck, d.h. der Sensor > hat einen Kanal nach Atmosphäre und misst nur die Differenz. Völlig > wurschd welcher Luftdruck herrscht. Hängt wohl vom Sensor ab - der BMP585 misst wohl absolut (https://cdn-shop.adafruit.com/product-files/6413/bst-bmp585-ds003.pdf).
Also ich nutze, nachdem sich das ganze Ultraschall-Primborium als untauglich erwiesen hat, diesen Drucksensor mit Anzeige: https://de.aliexpress.com/item/1005007102027134.html funzt hervorragend.
Mario V. schrieb: > In einem oben geschlossenen Rohr steigt der Luftdruck mit steigender > Eintauchtiefe ins Wasser - Nein, nur wenn das Rohr voll Luft ist. Ist es voll Wasser bis zum äusseren Pegel, wäre der Differenzdruck zur Umgebungsluft genau 0. Mario V. schrieb: > Welchen Unterschied macht es ob das Rohr am unteren Ende mit einer > Membran verschlossen wird oder offen ist? Bei der Membran weigert sich die Membran weit durchzubiegen, ihr messwertverfälschender Einfluss wird also immer grösser je höher der Druck ist weil sie selbst Gegendruck aufbaut. Zudem kann sie kaputt gehen wenn sie besonders dünn z.B. aus Latex ist. Dafür verhindert sie messwerttverfälschendes Wasser und Dreck im Rohr. Man könnte noch einen anderen Druck messen: den Druck des Behälters auf den Boden aka sein Gewicht. Dabei hat man es dann mit dem kriechen des Messwerts des Wägebalkens über die Jahre der Dauerbelastung zu tun. Oder man misst die Entfernung zum Einfüllstutzen per VL6180X.
Mario V. schrieb: > Fest steht, mit steigender Wassertiefe steigt der Druck 0,1bar/m. Ja. Daraus > folgt: In einem oben geschlossenen Rohr steigt der Luftdruck mit > steigender Eintauchtiefe ins Wasser - das kann ich mit einem geeigneten > Sensor (trocken!) messen. Nee, Du misst die Eintauchtiefe minus Wassersäule im Rohr, die sich durch die kompressible Luft ergibt. Mario V. schrieb: > Frage: Welchen Unterschied macht das Material des verwendeten Rohres > aus? Es muss einfach steif und fest bleiben, dem Wasserdruck wiederstehen (wenn es bei Diener Methode bliebe). Mit der Einperlmethode wäre das eher egal, gänge auch mit Gummischlauch.
Michael B. schrieb: > Mario V. schrieb: >> In einem oben geschlossenen Rohr steigt der Luftdruck mit steigender >> Eintauchtiefe ins Wasser - > > Nein, nur wenn das Rohr voll Luft ist. > > Ist es voll Wasser bis zum äusseren Pegel, wäre der Differenzdruck zur > Umgebungsluft genau 0. Das hatte ich implizit vorausgesetzt. > > Mario V. schrieb: >> Welchen Unterschied macht es ob das Rohr am unteren Ende mit einer >> Membran verschlossen wird oder offen ist? > > Bei der Membran weigert sich die Membran weit durchzubiegen, ihr > messwertverfälschender Einfluss wird also immer grösser je höher der > Druck ist weil sie selbst Gegendruck aufbaut. Zudem kann sie kaputt > gehen wenn sie besonders dünn z.B. aus Latex ist. Einleuchtend. Also keine Membran. Stellt sich also noch die Frage nach dem Material des Rohrs. > > Dafür verhindert sie messwerttverfälschendes Wasser und Dreck im Rohr. Muss ich über die Zeit herausfinden, ob das zum Problem wird. > > Man könnte noch einen anderen Druck messen: den Druck des Behälters auf > den Boden aka sein Gewicht. Dabei hat man es dann mit dem kriechen des > Messwerts des Wägebalkens über die Jahre der Dauerbelastung zu tun. > Zu viele mechanische Teile, ich bin eher ein Freund von KISS. > Oder man misst die Entfernung zum Einfüllstutzen per VL6180X.
Bei dem einfachen Rohr mit dem Sensor oben drauf muss das absolut wirklich 101% dicht sein, für 20 Jahre. Dennoch wird die Luftsäule im Laufe der Zeit kleiner werden weil sich das Gas im Wasser löst, und Servicemäßig ist das auch doof, denn die Stange muss entnehmbar sein.
Jens M. schrieb: > Bei dem einfachen Rohr mit dem Sensor oben drauf muss das absolut > wirklich 101% dicht sein, für 20 Jahre. Um die Dichtigkeit sicherzustellen würde ich das ganze obere Ende mit dem Sensor in Kunstharz eingiessen. > Dennoch wird die Luftsäule im Laufe der Zeit kleiner werden weil sich > das Gas im Wasser löst, und Servicemäßig ist das auch doof, denn die > Stange muss entnehmbar sein. Die Löslichkeit der Luft im Wasser hab ich nicht bedacht - sollte aber kein Problem sein, da die Entnehmbarkeit der Stange aufgrund der baulichen Gegebenheiten gewährleistet ist. Und alle 365 Tage mal nen Servicetermin zu planen mit Entnahme der Stange (und damit Reset der Luftmenge) - damit kann ich leben. Die Pumpen müssen eh im Winterquartal entwässert werden, d.h. Wartungsfrei ist das Gesamtkonstrukt eh nicht.
Ich messe den Füllstand mit einem Ultraschallsensor an einem Arduino. Der Sensor ist wasserdicht und funktioniert bisher einwandfrei. https://www.ebay.de/itm/295867165536 1 cm kann ich damit gut auflösen. Wie temperaturabhändig das ist, kann ich allerdings nicht sagen. Aber das ist eine Erdzysterne, da halten sich die Temperaturschwankungen in Grenzen und so genau brauche ich es auch nicht.
Mario V. schrieb: > 3. ... 4. Die Zuverlässigkeit hängt dabei von der geometrischen Ausmaßen der Zisterne ab und auch von der Wasserqualität. Im Bereich des Fail-Save wäre noch festzulegen, ob Überlaufen der Zysterne oder Leerlaufen der Pumpe schlimmer wäre. Für Wasser gäbe es noch die kapazitive Füllstandsmessung als analoge Methode. Dabei wird ausgenutzt, dass epsilon_r bei rund 80 liegt. Bei der Messung über den Einperldruck wäre ein Kriterium, wie häufig gemessen werden soll. Wenn dann alle zwei Jahre eine neue Pumpe fällig wäre, würde das sicherlich nicht Deinen Zuverlässigkeitsansprüchen genügen.
Wenn es ein tauchender Absolutdrucksensor am Boden sein sollte, dann packst Du den in eine Tüte mit sehr sauberen Wasser und nimmst eine Schlauchschelle um diese am Sensor zu fixieren.
Dieter D. schrieb: > Mario V. schrieb: >> 3. ... 4. > > Die Zuverlässigkeit hängt dabei von der geometrischen Ausmaßen der > Zisterne ab und auch von der Wasserqualität. > > Im Bereich des Fail-Save wäre noch festzulegen, ob Überlaufen der > Zysterne oder Leerlaufen der Pumpe schlimmer wäre. > > Für Wasser gäbe es noch die kapazitive Füllstandsmessung als analoge > Methode. > Dabei wird ausgenutzt, dass epsilon_r bei rund 80 liegt. > > Bei der Messung über den Einperldruck wäre ein Kriterium, wie häufig > gemessen werden soll. Wenn dann alle zwei Jahre eine neue Pumpe fällig > wäre, würde das sicherlich nicht Deinen Zuverlässigkeitsansprüchen > genügen. Moin, Da ich eine Schwäche für Wassermessung Projekte habe, kann ich aber beruhigend melden, dass meine Mikropumpe ausreichend zuverlässig ist. Wie im anderen Thread berichtet, gab es allerdings vor nicht zu langer Zeit ein Problem mit dem Crimp Anschluß der Pumpe. Bei mir läuft die Pumpe übrigens nur 10s/h. Da solche Motoren oft für 3000 Stunden ausgelegt sind, sind da bezüglich Motor kaum Probleme zu erwarten. Da wäre es eher möglich, dass die Diaphragm Seite schlapp macht. Bei mir ist die beschriebene Anordnung nun fast 5J im Dauerbetrieb gewesen und bis auf das elektrische Anschlußproblem zuverlässig geblieben. Darüber hinaus dürfte auch eine netzbetriebene Aquarium Schwinganker Pumpe ausreichend zuverlässig sein. Wenn die Pneumatikseite absolut dicht ist, muß die Pumpe ohnehin nur ab und zu laufen, um einem geringen möglichen langsamen Luftabfall entgegen zu wirken. Bei plötzlichem Druckabfall über 10% schaltet die FW die Pumpe ein, um schnellen Wasserspiegel-Änderungen entgegen zu wirken. Das ist aber im Zisternen Betrieb in der Regel nicht wirklich notwendig. Die Firma Tecson hat auch einen interessanten Einperlsehsor auf 4-20mA Basis für Wasser Niveaus bis zu 2.5m. (E-Litro) https://www.tecson.de/files/tecson/pdf-docs/v7xx/litrosonde_prinzip%2Beinbau_v15x_web_en.pdf CFSensors hat interessante I2C Differential Drucksensoren im Lieferprogram. Z.B. der XGZP6857D0100 eignet sich sehr gut und hat für die Praxis eine ausreichend gute Genauigkeit. Diese Sensoren gibt es für angenehmen Preis bei ALI. Ich habe einige getestet und sie funktionieren sehr gut mit rekativ hoher Auflösung. Mit einem Blutdruck Messer stimmt der angezeigte Druck auf +/-2% mit dem gemessenen Wert überein. Wer eigene Experimente macht, sei übrigens gewarnt, daß der Beispiel Code im Datenblatt nicht ganz richtig funktioniert. I2c-Reads müssen immer mit NACK abgeschlossen werden, um dem Sensor zu melden, dass man nicht weiter lesen will, sonst verwirrt sich die interne Logik. Ein I2C-STOP Vorgabe reicht NICHT aus. Zusätzlich, obwohl im Datenblatt nicht dokumentiert, sind Multi-Reads von Druck und Temperatur zusammen möglich. Das erspart unnötige I2C Bus-Zugriffe. Wenn man alles beachtet, sind das echt brauchbare Drucksensoren. Die CFSensor Drucksensoren gibt es in verschiedenen Bereichen. Das 40kPa Model ist für bis 4mWs geeignet. Gruß, Gerhard
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Es gibt auch Radarsensoren, die für Pegel- bzw. Abstandsmessung von Wasser geeignet sind. Der Vorteil: Keine wirkliche Öffnung notwendig, so dass Schmutz und Ungeziefer nicht eindringen können. Der große Vorteil: Man vermeidet jeglichen direkten Kontakt mit dem Medium. Damit auch keine Verschmutzung, keine Korrosion, kein Verrotten. Zum Beispiel kostet der Sensor "62-V-LD1-RFB-00M-01" bei Mouser ca. 50,- und bietet eine sagenhafte Auflösung im mm-Bereich. https://www.mouser.de/ProductDetail/62-V-LD1-RFB-00M-01 Die Schnittstelle ist eine einfache UART. Leider läuft der Sensor nur mit 1,8V, was eine Pegelanpassung an gewöhnliche 3,3- oder 5V-MC notwendig macht. Allerdings ist das nur ein winziges nacktes Platinchen (17 x 12mm), man muss ein passendes Gehäuse z.B. im 3D-Druck selber machen. Zusätzlich gibt es eine 3D-Datei für eine "Radar-Linse", die den Arbeitswinkel des Sensors von ca. 60 Grad auf 8 Grad verengt ...
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Frank E. schrieb: > Es gibt auch Radarsensoren, die für Pegel- bzw. Abstandsmessung > von > Wasser geeignet sind. Der Vorteil: Keine wirkliche Öffnung notwendig, so > dass Schmutz und Ungeziefer nicht eindringen können. Der große Vorteil: > Man vermeidet jeglichen direkten Kontakt mit dem Medium. Damit auch > keine Verschmutzung, keine Korrosion, kein Verrotten. > > Zum Beispiel kostet der Sensor "62-V-LD1-RFB-00M-01" bei Mouser ca. 50,- > und bietet eine sagenhafte Auflösung im mm-Bereich. > > https://www.mouser.de/ProductDetail/62-V-LD1-RFB-00M-01 > > Die Schnittstelle ist eine einfache UART. Leider läuft der Sensor nur > mit 1,8V, was eine Pegelanpassung an gewöhnliche 3,3- oder 5V-MC > notwendig macht. > > Allerdings ist das nur ein winziges nacktes Platinchen (17 x 12mm), man > muss ein passendes Gehäuse z.B. im 3D-Druck selber machen. Zusätzlich > gibt es eine 3D-Datei für eine "Radar-Linse", die den Arbeitswinkel des > Sensors von ca. 60 Grad auf 8 Grad verengt ... Danke für den Hinweis. Interessantes Teil. 50+ Ghz (!) Schon damit gespielt? Mouser bemerkt übrigens, dass sie angeblich nur an Industriekunden liefern.
Gerhard O. schrieb: > Danke für den Hinweis. Interessantes Teil. 50+ Ghz (!) Schon damit > gespielt? Bin gerade dabei, es zu ergünden. Drucke erstmal Halterung und "Linse". > Mouser bemerkt übrigens, dass sie angeblich nur an Industriekunden > liefern. Hab eine kleine Firma, das ging, auch ein Einzelstück.
Mario V. schrieb: > Hab ich was wesentliches Übersehen? Gäbe noch ein bisher hier nicht erwähntes Messprinzip: Verdrängung/Auftrieb. Ein Stab, in dem Fall 2.8 m, Dichte größer als Wasser, so dass er nicht schwimmt, hängt in die Zisterne. Federwaage misst von außen sein Gewicht. Mehr Füllstand = mehr Auftrieb. Bin hier darauf gestoßen: Da gibt es einige wilde Lösungen für widrige Umgebungen (von Abwasser bis Lebensmittel :) ), wo man sich Ideen abgucken kann. In den Datenblättern ist das jeweilige Messprinzip erläutert. https://www.kobold.com/Fuellstandsmesser-nach-dem-Verdraengerprinzip-BA (Außer Konkurrenz noch eine Schwimmer-Variante - vermutlich irre teuer, aber phaszinierend: https://www.kobold.com/Schwimmer-Reedkontaktkette-MM )
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Ich bin immer noch ein Fan der Einperllösung. Wenn es was fertiges sein soll nimm das oben von Gerhard beschriebene Teil. Die Dinger habe ich hier vielfach im industriellen Einsatz: Vom Heizöltank bis zur Fäkalhebeanlage. Funktioniert, setzt sich nicht zu. Die Auswertelektronik brauchst Du nicht, nur die Pumpe mit Sensor. Einperltechnik ist uralt, ich habe hier noch Anlagen mit Eheim-Aquarienpumpe und mechanischem Druckschalter gefunden.
Gerhard O. schrieb: > Mouser bemerkt übrigens, dass sie angeblich nur an Industriekunden > liefern. Ähm, nee, nicht soweit ich weiß.
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M.A. S. schrieb: > Gerhard O. schrieb: >> Mouser bemerkt übrigens, dass sie angeblich nur an Industriekunden >> liefern. > Ähm, nee, nicht soweit ich weiß. Bei mir schon;-)
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