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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Suche Sensor zur Füllstandsauswertung


Autor: André Wippich (sefiroth)
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Guten Abend zusammen!

Ich bin gerade auf der Suche nach einem Sensor, um darüber den Füllstand 
in einem wechselbaren Wassertank mit einem AVR erfassen zu können. 
Allerdings kann am Tank selber nichts verändert werden und muss nach 
oben hin offen sein - nur das Umfeld ist beeinflussbar. Daher kann ich 
auch die schon oft im Forum beschriebenen Methoden nicht anwenden...

Meine Ideen sind nun, den Wasserstand über den Druck in der Zuleitung zu 
messen und auf die Wassersäule zurückzuschließen oder das Gewicht des 
gesamten Tanks zu wiegen.

Ich wollte mich daher mal freundlich erkundigen, ob nicht jemand schon 
aus Erfahrung einen Sensor empfehlen kann, der die folgenden Kriterien 
erfüllt:
- Sollte möglichst klein sein (wann soll er das mal nicht ^_^ )
- Muss lebensmittelecht sein, wenn er in Kontakt mit dem Wasser kommt
- Maximale Betriebsspannung 12V (bevorzugt: 5V)
- Analoge Ausgangsspannung im Bereich (0..5V)
- Die zu messende Wassersäule liegt zwischen 0 und 10cm
--> Wenn ich das richtig sehe, müsste die Auflösung unter 1mBar liegen
- Das Gesamtgewicht des Tanks bewegt sich im Rahmen von 100 bis 500g
- Es genügt eine Auflösung in wenigen Schritten (Voll, halbvoll, leer)
- Preis ist erstmal egal, ich muss es nicht zahlen ;-)

So einen idealen Sensor wird es wahrscheinlich nicht geben, aber 
vielleicht etwas in der Richtung...

Das ganze ist für eine Anwendung die nur dann Wasser fördern darf, wenn 
auch welches im Tank ist. Wenn ich warte bis der Pumpenstrom sinkt 
(Leerlauf) oder das Flowmeter keine Impulse mehr sendet ist es bereits 
zu spät, weil sich dann schon Luft im System befindet...

Vielen Dank schonmal fürs Lesen!

Autor: Jens (Gast)
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Vll Kapazitäre sensoren?

je nach wasserstand ändert dich die Kapazität des Kondensators?

Über nen Portpin +ADC?

Autor: fragensteller (Gast)
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-Ultraschall
-Schwimmer
-Optokoppler

Autor: Harry Up (harryup)
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hi,
den füllstand mit drucksensoren zu erfassen ist gut möglich, wenn die 
umgebung vollkommen beruhigt ist; ein 100mbar sensor ist ein besseres 
bassmikrofon, der 'hört' ja jeden huster.
eine auflösung von 1mbar ist sicherlich nicht das problem, ich habe hier 
gerade eine 10bar messzelle im test, da kann ich jeden morgen den 
veränderten atmosphärendruck ablesen.
für heizöltanks werden sensoren auf kaltleiterbasis angeboten, die 
dinger sind eben kalt, solange sie im öl eingetaucht sind, wenn der 
pegel sinkt, kann der 'sensor' aufheizen, nicht sehr elegant, aber sehr 
zuverlässig.
andere möglichkeit wäre kapazitiv, wir verwenden für behälterfüllungen 
30cm 'hohe' sensoren, wird dir aber wohl zu gross sein, weil eben rohr, 
welches in das öl eintauchen muss.
lassen sich bei dir vllt. optische sensoren einsetzen oder verschmutzt 
das wasser?
grüssens, harry

Autor: gast (Gast)
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Hallo Andre,

Schau mal hier
http://www.fafnir.de/

Un das geht auch für Schmutzwasser etc.
http://www.fafnir.de/products/subcat.php?id=9

Autor: Eddy (Gast)
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Autor: urgs (Gast)
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Hallo André,

solche Geräte für eine Kleinserie habe ich auch schon mal entwickelt. 
Recht einfach wird es mit dem "Lufteinperlverfahren". Du schaltest dabei 
etwa 20s eine Pumpe ein und drückst die Luft aus einen im Tank hängenden 
Aquariumschlauch. Die Schlauchöffnung befindet sich in Bodennähe.

Nach ca. 10...20s ist Dein Schlauch leer. Dann wartest Du 1...2s, bis 
sich irgendwelche Druckschwankungen im Schlauch beruhigt haben. Jetzt 
kannst Du innerhalb der nächsten 0,1...1s den Druck (gegen 
Umgebungsdruck) im Schlauch messen. Messe ruhig 8...128 mal und bilde 
daraus den Mittelwert.
Dabei gilt: 100mbar = 1m Wasserhöhe.

Du benötigst dazu einen Controller mit min. 8 Bit A/D-Wandler, eine 
"Aquariumpumpe" von Schego (diese Pumpen sitzen auch oft in 
Industrieapplikationen), einen Sensor von Motorola und einige Meter 
Aquariumschlauch mit einem (Baumarkt-)T-Stück. Auch wenn die Pumpe und 
Drucksensor oberhalb der Tanköffnung angebracht ist, kann Wasser 
aufgrund von Kapilarwirkungen zurücklaufen. Um das zu verhindern 
solltest Du ein entsprechendes (auch sehr preiswertes) Ventil vorsehen.

Mit dieser Anordnung kannst Du recht preiswert und sehr zuverlässig 
(vergesse Schwimmerschalter und alles was im Wasser gammeln kann!) den 
Wasserstand auf ca. 1cm genau ermitteln.

MfG
urgs

Autor: Sebastian (Gast)
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Hallo,
kannst Du in den Behälter "reinhören"? Ich meine damit keinen 
Reflexions-Ultraschallsensor sondern einen Resonanzfrequenzmesser des 
Hohlraumes. Ich glaube so werden die Eichmarken an Gläsern 
"ausgelitert". Man  muß also ein gwobbeltes Tonsignal mit Lautsprecher 
in die Luft übder dem Wasserspiegel einkoppeln und die Resonanzfrequenz 
des Helmholz-Raumes messen. Ich wollte das schon immer mal ausprobieren. 
Der größte Fehler ist wahrscheinlich wie dicht man ankoppeln kann.

Autor: Gerhard. (Gast)
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Es gibt den QT300 von Quantum Research, welcher einen SPI Anschluss hat. 
Die Auswertung hat 16-bit Aufloesung. Habe mit einem AVR eine 
Fuellstandsanzeige gebaut. Der QT300 funltioniert sehr gut. (Der QT300 
funktioniert auf kapazitiver Basis und man muss nur einen (Koaxialen) 
Messfuehler in die Fluessigkeit einfuehren.)

Ich habe vor Jahren auch eine Fuellstandsanzeige gebaut die auf der 
Basis von Hydrostatischer Druckmessung mit Lufteinperlung getstuezt ist.
Eine kleine Aquariumpumpe erzeugt den notwendigen Luftdruck. Man braucht 
nur einen duennen Plastischlauch ins Wasser einfuehren der gerade mit 
genug Druck betrieben wird, dass am anderen Ende ab und zu ein paar 
Luftblasen aufsteigen. Auf der anderen Seite ist ein empfindlicher 
Drucksensor der in mm/H2O geeicht wird und den Wasserstand kann man dann 
direkt ablesen. In meinem Fall stand mir ein analoger Druckanzeiger mit 
Skala(0-15" H2O) zur Verfuegung - d.h. die ganze Anordnung ist total 
unelektronisch;-) Ich verwende diese Messanlage zur Beobachtung des 
Wasserstands in einer Kellerwasserableitungsanlage. Hat sich sehr 
bewaehrt. Die Genaugigkeit ist  mit +/- 5mm natuerlich mehr als 
ausreichend. Die Pumpe lauft nur wenn man mal schnell messen moechte.

Gruss,
Gerhard

Autor: André Wippich (sefiroth)
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Vielen Dank für die vielen Tipps, da werd ich ein Weilchen brauchen um 
das alles zu sichten.

Allerdings kann ich nichts in den Tank einführen und auch keinen Sensor 
von oben herein einstrahlen lassen. Ich habe nur die Möglichkeit über 
die Tankaussenwände, den Boden oder dem Pumpensystem auf den Tankinhalt 
zu schließen, da der Wassertank ständig leicht wechselbar sein muss. 
Sorry - das hatte ich oben nicht genug hervorgehoben...

@urgs:
Aber wenn ich die Pumpe 20 Sekunden lang laufe lasse riskiere ich ja 
auch dass bereits Luft ins System gepumpt (bzw gesaugt) wird... Ich 
bräuchte eher was in der Richtung:
Unter dem Tank ein T-Stück, dass zum Differenzdrucksensor führt. Der 
dritte Anschluss des T-Stücks führt direkt ins Pumpensystem. Falls nötig 
könnte zwischen Pumpensystem und T-Stück noch ein Ventil sitzen, mit dem 
ich das Pumpensystem vor der Druckmessung (=Füllstandsmessung) 
mechanisch vom Tank trennen kann.

Autor: Triti (Gast)
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Warum stellst du den Tank nicht einfach auf eine elektronische Waage 
oder eine Platte mit 4 Drucksensoren und frägst das Gewicht mit einem 
Pic ab?

Autor: Dietmar E (Gast)
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> da der Wassertank ständig leicht wechselbar sein muss

Ein Magnetschwimmer im kleinen Tank und ein Hall- oder Reedsensor aussen 
würde die Wechselbarkeit nicht behindern. So wird es in praktisch jeder 
Kaffeemaschine gemacht. Zuverlässig, billig und robust. Und einfach zu 
bauen: Magnetschwimmer vom Jura-Service (z.B. coffeemakers.de) und ein 
Plexiglasrohr-Abschnitt aus dem Hobbymarkt (= Steigrohr). Mit 
Silikonkleber einkleben. Hall-Sensor TLE 4905L von Reichelt.

Autor: Sebastian (Gast)
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Ein kapazitiver Sensor funktioniert natürlich auch durch die Wand. 
Entweder mit gegenüberstehenden Platten oder 2 Platten nebeneinander an 
einer Wand. Im einfachsten Falle zwei selbstklebende Alufoliestreifen 
nebeneinander an die Behälterwand kleben. Einen Oszillator, 
C-Brückenschaltung und Gleichrichter. In der Elektor war mal ein 
kapazitiver Füllstandsmesser drin, der hat mit ein paar Gattern einen 
Takt erzeugt, wobei der Mess-kondensator direkt die Frequenz 
beeinflusste. Ein µC hat die Frequenz gemessen.

Autor: André Wippich (sefiroth)
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Ich denke die sicherste Methode zur Messung ist wirklich ein kleines 
Röhrchen im Tank, wo ein Magnetschwimmer drin ist. Allerdings könnte 
dass dann auch wieder eine Stelle sein, die man im Leben nicht suaber 
bekommt, wenn sie mal dreckig ist...

Zu den kapazitiven Sensoren:
Würde das denn ausreichen funktionieren, wenn ich auf beiden Seiten des 
Tankhalters (er umschliesst den Tank) die "Kondensatorplatten" 
platziere, so dass es schematisch so aussähe:

---| Luft  Becherwand   Wasser   Becherwand  Luft  |---

Oder wäre es so schon wieder nicht sicher messbar? Ich fände es gut, 
wenn der Becher von der Elektronik völlig losgelöst wäre.

Hätte jemand einen Link zu einer derartigen Schaltung wie aus der 
Elektor?

Autor: Dietmar E (Gast)
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> Ein kapazitiver Sensor funktioniert natürlich auch durch die Wand

Nicht natürlich. Wenn die Wand aus Metall ist oder direkt neben dem Tank 
eine Metallwand ist, geht es nicht.

Autor: Herbert Malzahn (wergos)
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Weiss zwar nicht, ob aktuell noch gesucht wird, aber vielleicht für 
andere interessant: Mit einem magnetischen Folienpotentiometer geht es 
sehr preiswert auch. Das FP wird aussen am Tank angebracht und im Tank 
der Schwimmer.Das funktioniert bei allen NE-Metallen, Kunststoff und 
Glas.

Autor: Gastro (Gast)
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Statt "einem magnetischen Folienpotentiometer"

geht auch eine keramische Scheibenschraube

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