Wasserstand messen

[Sheridan]

Hallo Manfred und Co,

habe heute früh einen ersten Prototypen fertiggestellt und erste Messversuche damit durchgeführt.

Leider schauen die Ergebnisse nicht so berauschend aus, sprich gerade im unteren Bereich (Wasserstand niedrig) ist die Kurzve ziemlich gerade, wodurch kein eindeutiger Wasserstand rauskommt. Vorallem bei der Wiederholbarkeit kann ein Messfehler das Ergebnis ziemlich verfälschen.

Ich habe auch unterschiedliche Possitionen probiert, immer mit dem Ergebnis im unteren Bereich ist das Ergebniss nicht brauchbar.

Derzeit denke ich schon über Alternativen nach:
- Mechanisch (Schwimmer). Problem: Deckel öffnen (Behälter wird ja rausgenommen).
- Kapazitiv (1 Platte unter Kaffemaschine, die 2. Platte ist der Deckel). Problem: Kondensatorplatten und Elektronik.
- Anderer Distanzsensor.

Bei der mechanischen Variante könnte ich mir vorstellen, dass beim Öffnen des Deckels die Schwimmermechanik eingezogen wird.

Ausser dem Sharp Distanzsensor habe ich keinen anderen vernünftigen Sensor gefunden. Aber auch bei den anderen Sensoren dürfte wahrscheinlich die Brechung ein Problem sein.

Hoffe, du hast vielleicht ein paar Ideen für mich...

EDIT: Würde ein Distanzsensor mit größerer Weite funktionieren? Wenn ich die Kurve vom Datenblatt vergleiche, ist das eher der Bereich der gräßeren Abstände, als ob die Reflektionen und die Plexiglasplatte den Messbereich für die geringeren Abstände schlucken würde.

Daher dachte ich mir, nehme ich einen Sensor mit größerer Distanz (10 bis 80 cm), vielleicht ist dann die gemessene Kurve besser?

LG
Georg!

[Manf]

In der PN meinte ich:
Der Sharp Sensor ist für die Abstandsmessung zu einer matt reflektierenden Fläche gemacht.
Wenn Du einen matt reflektierenden Schwimmer einsetzt, dann ist das Problem schon damit gelöst.

Man kann aber auch versuchen die Reflexion am Boden zu nutzen oder die Reflexion an der spiegelnden Wasseroberfläche. Die Funktionen die dabei herauskommen sind dann nicht die im Datenblatt beschriebenen.
Solche Funktionen kann man, was ja oft gemacht wird, punktweise aufnehemen und die Werte interpolieren.
Wie gesagt erst mal in Kürze, später weiter im Thread.

Ein matt reflektierender Schwimmer aus Styropor ist sicher schnell eingebracht, dann sieht man schon einmal was damit geht.
Die anderen Funktionen sind sehr vom Winkel abhängig unter der der Sensor zur Wasseroberfläche steht.
Wenn Du die Funktion optimieren möchtest solltest Du zunächst ein paar Winkel ausprobieren. (Ich hoffe es ist nicht zu umständlich zu messen.)
Die beste Funktion sollte empfindlich gegenüber dem Wasserstand sein und ncht zu empfindlich gegenüber dem Winkel des Sensors.
Manfred

[Sheridan]

Hallo Manf,

danke für deinen Tipp, werde da ein paar Versuche anstellen.

Um mal gedanklich bei der berühungslosen Variante zu bleiben, habe ich ein Bild der Kaffemaschine mit dem nachgebauten Deckel angehängt (2. Bild).

Im 1. Bild kann man das Sichtfenster des Wasserstands erkennen. Wenn man genau hinschaut, erkennt man an der Wasseroberfläche einen roten Strich, der durch eine LED erzeugt wird, die unterhalb des Behälters montiert ist.

Kann ich diese Information am Deckel mit einem Sensor auswerten oder würde der Sensor nur die Entfernung zur LED am Boden messen?

Oder nutzt mir das Licht der LED an der Wasseroberfläche nur, wenn ich seitlich ein Sensorarray anbringen würde?

Klar wäre die Schwimmervariante am einfachsten, aber irgendwie reizt es mich schon, das ganze bezrührungslos zu machen...

Danke und

LG
Georg

[Sheridan]

Hallo Manf,

In der PN meinte ich:
Der Sharp Sensor ist für die Abstandsmessung zu einer matt reflektierenden Fläche gemacht.

Gibt es dann auch Distanzsensoren für spiegelende Oberflächen?

Da ich nun den nachgebauten Deckel beliebig bearbeiten kann, wie steht es da nun mit kapazitiven Sensoren? Benötigen die am Boden eine Gegenplatte (Kondensatorplatte), oder kann man zwei vertikale Platten im Deckel montieren, oder genügt es nur den Sensor einzuschrauben (siehe Skizze).

Danke und

LG
Georg

[Manf]

Ein Kondensator der den Wasserstand mißt sollte zwischen seinen Elektroden den Wasserstand fühlen können.
Die Elektroden sollten in der Höhe über die möglichen Füllstände reichen, am besten geht das Feld von außen durch die Kunststoffwand in das Wasser. Die Kapazitäten sind erwartungsgemäß recht klein, so im Bereich um 5-20pF.
Manfred

[Sheridan]

Danke für deinen Antwort.

Deine Idee mit dem Schwimmer ist sehr gut, habe aber wegen des herausnehmbaren Behälter noch meine Bedenken.

Habe daher folgende 2 Varianten ins Auge gefaßt:
- habe mir einen anderen Distanzsensor bestellt für 10 bis 80 cm, mal schauen, was der kann.
- Drucksensor mit Rohr. Wobei das Rohr fix mit dem herausnehmbaren Behälter verbunden ist und der Drucksensor über die Deckelmechanik auf das Rohr andockt. Siehe Skizze!

EDIT: Eine weitere Variante mit dem Drucksensor wäre noch, dass das Rohr fix mit dem Deckel verbunden ist, und wenn der Deckel hochgehoben wird, dass das Rohr von einem Motor oder (Feder)mechanik eingezogen wird. Klingt wahrscheinlich ziemlich aufwendig, aber das Problem ist nun mal der herausnehmbare Behälter und die Befürchtung, dass der Schwimmer dann beim Wasserwechseln nicht mehr an der gewünschten Position ist! Eine Einziehmechanik könnte ich mir auch für den Schwimmer vorstellen! Da ich aber den Deckel jetzt nachgebaut habe, kann ich ja die Deckelmechanik ja selber bearbeiten!

Könnte man auch den Druck der Luft zwischen Deckel und Wasser messen, wenn man es schafft, den Deckel halbwegs luftdicht zu bekommen (mit Dichtungsgummi) ?

[Sheridan]

Hallo Manf,

um auf deine Idee mit dem Schwimmer zurück zukommen. Da habe ich ja die Befürchtung geäußert, dass der Schwimmer wegen des herausnehmbaren Behälters die gewünschte Position nicht mehr einnehmen könnte.

Daher habe ich mir zu deiner Variante etwas überlegt und dazu eine Skizze angefertigt.

Wenn der Schwimmer auf einer Stange montiert werden würde, wäre die Position 3 das Problem, da der Behälter höher, als breiter ist!

Meine Idee ist daher die Mechanik so zu konstruieren, dass der bewegliche Teil (also der Deckel mit der Schaniere) ab dieser Position sich nach rechts bewegt, also ähnlich wie ein Roboterarm, so dass der Schwimmer ab Position 3 an der Wand vorbei kann.

In etwa so wie in Skizze 2

Könnte ich das Mechanisch über zwei Schaniere lösen? Gibt es für Roboterarme Standardmaterialien, die ich verwenden kann?

Vielen Dank und

LG
Georg!

[Sheridan]

Wenn ich meine vorhandene Mechanik so umbauen würde, würde sich messtechnisch eigentlich wieder neue Varianten ergeben:

- Schwimmer mit Potentiometer oder Reedkontakten
- Druckmessung über Staurohr (falls die 14 cm Höhe bzw. 14 mbar dafür ausreichend sind, um cm weise Messergebnisse zu erzielen)

EDIT: Mittlerweilen ist mir die berührungslose Variante nicht mehr so wichtig. Wenn man einen Schwimmer mechanisch so hinbekommt, dass er mit dem Deckel problemlos mitgeht, solls mir auch recht sein.

EDIT #2: Das hier schaut cool aus. Dürfte offenbar mit Gegengewicht funktionieren: http://www.gsg-e-shop.de/onlineshop_...el_QP13485.htm

[Sheridan]

Hallo

Ich wollte noch einmal auf die beiden Messverfahren mit Reflexion an der Oberfläche und mit Brechung an der Oberfläche bei schrägem Einfall aufmerksam machen.

Bild hier  

Grundsätzlich wird es mit beiden gehen. Während man bei der Reflexion den Mindestabstand zur Oberfläche einhalten muss wird bei der Brechung eine hohe Auflösung im Bereich der schräg gemessenen Gesamttiefe gefordert.

Nach ein paar Versuchen scheint nun das Messverfahren mit Brechung am Besten geeignet zu sein (Mit einem Winkel von etwa 20° gegenüber dem Plexiglas, wobei das vielleicht auch noch Verbesserungswürdig ist, da das nur ein Bastlerglas ist).

Damit kann ich zwar nicht auf cm genau messen, aber zumindest kann ich zB 2cm, 5cm, 7cm etc. Wasserhöhen halbwegs zuverlässig erkennen.

Später erfolgt vielleicht Ultraschall, falls das besser für Wasser geeignet ist und cm genau messen kann (Hat jemand damit Erfahrung für 0 bis 16 cm Abständen?)

Zur Mechanischen Befestigung des Sensors habe ich folgende Frage:
Wie kann ich in dem unten dargestellen Gehäuse den Sensor so befestigen, dass ich ihn in beliebigen Winkel drehen kann (zum Justieren)?

Das Gehäuse selbst soll dabei parallel zum Deckel sein, nur der Sensor im Gehäuse soll drehbar sein (Das Gehäuse wird am Deckel angeklebt).

Beispielsweise ein verstellbarer Winkel (nur halt viel kleiner, damit es ins Gehäuse passt):
Bild hier  
Fotos vom aktuellen Gehäuse:

[Pierce466]

Also,

muss ehrlich gestehen das ich mir nicht alle seiten dieses Postings durchgelesen habe und dementsprechend auch ggf schon vorschläge mache die bereits diskutiert wurden, aber....

zum thema US-Sensoren... bei uns in der Firma setzen wir ähnliche Sensoren ein ( Abstand zur Wasseroberfläche 5-20 cm).
Allerdings wird das ganze SPS-gesteuert und benötigt dementsprechend eine 24 V Versorgung... Denke das wird dir wahrscheinlich eher weniger von nutzen sein....


Zur mechanischen Befestigung.... Wie Wäre es wenn du ein normales Scharnier nimmst (so http://www.heyman.de/producten/detai...tionsscharnier oder so ähnlich, war bei google das erste was ich gefunden hab!!) und mittig zwischen die Befestigundslöcher ein loch bohrst...
da könntest du ein stück gewingestange duchstecken und mit Hilfe von Muttern den gewünschten winkel einstellen.

müsstest dir lediglich noch gedanken überdie Befestigung der Sensoren einig werden...

hoffe das war jetzt nich zu kompliziert erklärt...

gruß pierce