Wasserstand messen

[Sheridan]

Hallo Elektronik-Experten,

ich möchte den Wasserstand einer Kaffemaschine messen.
In diesem Forum habe ich zwar schon interessante Postings zu dem Thema Wasserstand messen gelesen, aber ich glaube diese passen nicht zu meinem Problem.

Bei meinem Projekt möchte ich den Wassertand der Kaffemaschine messen und in in einer Webapplikation anzeigen (ist eher ein Just for Fun Projekt um mich in dem Bereich Elektronik in Kombination PC einzuarbeiten).

Im Attachment ist ein Bild der Kaffemaschine zu finden.

Zuerst mal zu den Überlegungen meinerseits:
- Ultraschallmessung schließe ich mal aus, da es um einen Messbereich von 0 bis 10 cm handelt und ich den Deckel der Maschine nicht barbeiten will (aus Garantiegründen, etc.). .
- Deto scheide ich mal eine Messung per Druck über ein Rohr im Behälter aus, da der Wasserbehälter oft rausgenommen wird

Daher bleiben für ich nur folgende Möglichkeiten übrig:
- Gewischtsmessung des Behälters (D.h. Drucksensor am Boden der Maschine)
- Messung des Wasserpegels über das Sichtfenster (siehe roter Kreis in Skizze) über Fotosensor, Farbsensoren, etc.

Letztere Möglichkeit scheint mir fast sympatischer, da ich hier nicht in Maschine eingreifen muss, sondern von außen berührungslos messen kann.

Die Frage ist nur, wie kann ich solch eine Lichtschranke, etc. konstruieren, (grüne Rechtecke in Skizze) die zb alle 5mm misst, ob Wasser da ist oder nicht (die Lichtbrechnung müßte doch anders sein, wenn Wasser da ist und wenn nicht, so wie man das mit freien Auge ja auch sieht).

Gibt es da irgendwelche Sensoren die das schon können (wie zB Lichterketten aus LEDs, nur eben stattdessen Sensoren).
Am idealsten wäre natürlich irgendein aufklebbarer Sensor oder ähnliches (alias Dehnungsmessteifen)

Ich hoffe, ich habe möglichst das Problem gut beschreiben können.
Bitte gegebenfalls nachfragen.

Edit: Was mir noch einfällt: Wie wäre es mit Laserabtastung???
Wenn ja, wo finde ich Infos darüber?

Vielen Dank.

LG
Georg!

P.S.: Vielleicht ist ja mein Vorhaben mit der Überwachung des Lichtfensters auch eine Anregung für andere...

[Vitis]

ist da nicht n rotes Bällchen in dem Rohr?
könnt man da dann ne Nadel durch stecken und die dann
per Hallsensor abfragen ?

[Sheridan]

Hallo Vitis,

das ist leider kein rotes Bällchen, sondern ein (IR)Licht, das reflektiert.

Daher (unteranderem) auch meine Idee, dass mit Fotosensoren zu scannen.

Ausserdem ist das Blöde, das Sichtfenster Teil des Behälters ist, der entfernt werden kann und das keine Röhre ist, oder so ähnlich, wo ein Bällchen stabil drinnen schwimmen kann.

Wäre ein Liniensensor mit zB 10 Sensoren geeignet (welche Auflösung (mm) bieten die?) Es genügt mir eine Auflösung von zB 5 mm und auf einer schmalen Platine sitzen die Sensoren (in die Richtung in etwa).

Aber vielen Dank für deinen Input.

Georg

[Vitis]

Wasser hat ja nen anderen Brechungsindex als Luft,
sprich ein Lichtstrahl wird anders abgelenkt beim Übergang
von einem Medium ins Andere.
Du kannst das Nutzen für optische Erkennung.
Der Lichtstrahl sollte aber schon gebündelt werden,
da eine Lichtquelle wie z.B. ne LED keine besonders gute
Richtcharakteristik hat. N Laser ist ein paradebeispiel für
gerichtetes Licht aber das wär vermutlich übertrieben.
Ne Optik sollte schon reichen oder die Lichtquelle in ein Röhrchen
stopfen.
Auf der Empfängerseite sollte sich schon ein Unterschied messen lassen
ob Wasser durchleuchtet wird oder Luft. Der Rest ist dann
Messtechnik ... Differenz Verstärken, dann Schwellwertschalter und fertig.

[Sheridan]

Hallo Vitis,

Meinst du mit optischer Erkennung ein Fotosensor-Kette, wie ich sie in Grün in der Skizze eingezeichnet habe, wo ich dann einfach die Spannungswerte jedes Sensors abfrage?

Kann man so eine Fotodiodenzeile, wie hier verwenden:
http://de.wikipedia.org/wiki/Fotodiodenzeile

LG
Georg!

[Vitis]

sowas kann man nehmen, aber ne IR-Diode und n IR-Phototransistor
sollten denke ich mal reichen, zumal ja nur alle halbe Zentimeter
gemessen werden soll ob Wasser da oder nicht.
Die SMD-Sensorleiste hat ja X Empfänger auf etwas um 2 Zentimeter.
Da kannste dann millimeterweise messen.

[Klingon77]

hi,

das gleiche Problem hatten die NASA Wissenschaftler auch.
Immer wenn einer Kaffee holen wollte, war die Maschine leer.

Die haben das Problem dann sehr kreativ gelöst, indem sie mit Hilfe einer Webcam im 30 Sekunden Abstand ein Bilder der Maschine machten und das Ganze ins Netz stellten.

Leider hab ich den Link nicht mehr. Aber schau mal hier:
http://www.wdr.de/themen/kultur/rundfunk/10jahre_wdr_online/internet1995/index.jhtml?rubrikenstyle=zehn_jahre_online

Gruß,
Klingon77

[Manf]

Den Trojan_room_coffee_pot gibt es sogar im Wiki, aber er wurde 2001 außer Betrieb genommen.
http://en.wikipedia.org/wiki/Trojan_room_coffee_pot

Als Sensor würde ich es auch erst einmal mit einem IR Sensor ausprobieren. So etwas wie ein CNY70 wäre praktisch wenn er ein ausreichendes Signal liefert.

Mit etwas mehr Analogtechnik kann man auch die Kapazität zwischen zwei senkrechten Streifen bestimmen die am Schauglas befestigt werden. Die Kapazität und die Änderung werden aber recht klein sein. Die Anordnung würde dann etwa wie ein Feuchtesensor arbeiten.
Manfred

[Sheridan]

Hallo Manf,



Mit etwas mehr Analogtechnik kann man auch die Kapazität zwischen zwei senkrechten Streifen bestimmen die am Schauglas befestigt werden. Die Kapazität und die Änderung werden aber recht klein sein. Die Anordnung würde dann etwa wie ein Feuchtesensor arbeiten.
Manfred

Die Feuchtesensoren haben mich auf die Idee gebracht, den Füllstand über Druck zu messen. D.h. am Bodenbehälter einen Drucksensor, welcher das Signal per Funk weitergibt (Wasserdicht).

Bin bei meinen Recherchen auf RFID gestoßen und auch auf Sensoren, die ohne Batterie betrieben per sogenannter Oberflächenwellen (OFW) ausgelesen werden können, siehe Artikel http://www.ctr.at/carinthian_tech_research_deutsch/news_presse/presseaussendungen/20050715sensorsystementwicklung.php

Ob das noch in Entwicklung ist, oder schon gibt konnte ich noch nicht herausfinden.

Das wäre dann echt cool, wenn man den Drucksensor ohne Stromversorgung wasserdicht am Boden montiert und ein externes Gerät liest die Messgröße aus.

Habt ihr schon was von dieser Technologie gehört?

LG
Georg!

[Manf]

Bei Meilhaus gibt es einiges in der Richtung, es kann aber sein, dass die Kaffekasse dann bald leer ist.
http://www.meilhaus.de/download/me-sugarcube/english/me-sugar_3_04e.pdf

[Sheridan]

Hallo Manf,

danke für deinen Link.

Du meintest in einem vorherigen Posting:

Mit etwas mehr Analogtechnik kann man auch die Kapazität zwischen zwei senkrechten Streifen bestimmen die am Schauglas befestigt werden. Die Kapazität und die Änderung werden aber recht klein sein. Die Anordnung würde dann etwa wie ein Feuchtesensor arbeiten.


Kann man eine Platine, dessen Leiterbahnen nach dem Feuchtesensorprinzip angeordnet sind, an die Innenseite des Behälters kleben (Platine hat genau die Höhe des Behälters) und die Kapazität auch durch das Plastikgehäuse berühungslos messen, oder müssen Leiterbahnen direkt an die Auswerteelektronik angeschlossen werden?

Danke und

LG
Georg!

[Sheridan]

eine andere Idee wäre RFID Chips der Reihe nach auffädeln und wenn sie unter Wasser sind senden der Chip nicht und die anderen Senden.

Wäre das realisierbar? Gibts RFID Chips für den Normalsterblichen? Bei Conrad habe ich unter dem Stichwort RFID nur RFID Reader gefunden (welche man als Auswertelogik mißbrauchen könnte).

Man kommt manchmal auf ganz schön verrückte Ideen *g*
Aber ich liebe solche Herausforderungen *g*

[Manf]

Kann man eine Platine, dessen Leiterbahnen nach dem Feuchtesensorprinzip angeordnet sind, an die Innenseite des Behälters kleben (Platine hat genau die Höhe des Behälters) und die Kapazität auch durch das Plastikgehäuse berühungslos messen, oder müssen Leiterbahnen direkt an die Auswerteelektronik angeschlossen werden?
Sei froh wenn der drahtlose Teil vom Sensor nur über das elektrische Feld in das Wasser greift.
Es mag ja sein, dass besonders technisch orientierte Leute auch Kaffee trinken in dem vorher selbstgebaute Sensoren herumgeschwommen sind, man muss nur alles auch warten was mit Nahrungsmitteln in Berührung kommt.

[Sheridan]

Habe da noch was interessantes gefunden:
http://www.enocean.com/indexd.html (dann Menü Produkte\Überblick)

Habe eine Anfrage an die Firma gestartet und werde weiter berichten, was der Spaß kostet und ob es eine Empfangselektronik mit propertionaler Ausgangsspannung gibt.

[Sheridan]

Hi,



Sei froh wenn der drahtlose Teil vom Sensor nur über das elektrische Feld in das Wasser greift.
Es mag ja sein, dass besonders technisch orientierte Leute auch Kaffee trinken in dem vorher selbstgebaute Sensoren herumgeschwommen sind, man muss nur alles auch warten was mit Nahrungsmitteln in Berührung kommt.

Ist doch bei dem Elektrosmog eh schon wurscht, oder :wink: :cheesy:

Nein, im Ernst: würde das Ganze ja einem wasserdichten Gehäuse unterbringen, oder mit Silkon abdichten.

Aber da mache ich mir dann Sorgen, wenns so weit ist.
Hauptsache ich kann von dem Wasserbehälter irgendwie den Wasserstand messen.

Wenn der Wasserbehälter net so blöd verbaut wäre, würde ich unterhalb des herausnehmbaren Behälter einfach einen herkömmlichen Drucksensor montieren, aber zwischen Behälter und Kaffeemaschine ist kaum Spielraum und das Herausnehmen des Behälters würde irgendwann die Leitung kaputt machen. Ausserdem bräuchte ich dann eine ur dünne flexible Leitung.

Habe auch schon gedacht, den Drucksensor unterhalb der gesamten Kaffemaschine zu stellen, aber es würde eine Messungenauigkeit auftreten, da die Maschine auch die leeren Kaffetabs sammelt...

D.h. die Meßungenauigkeit würde zwischen 0 und vielleicht 20-40 Kaffetabs liegen.

Auch würde beim Draufdrücken auf die Zubereitungstaste das Meßsignal verfälschen...

Wäre für den ersten Prototypen eine Möglichkeit, aber für die Endversion hätte ich eher Bauchweh...

Habe soeben auch den robotershop entdeckt. Mit welchen Boards könnte ich da eine einfache und günstige A/D Wandlung realisieren?

Danke und

LG
Georg!

[Ratte]

Könntest du nicht eine farbige Kugel reinpacken und die mit einer webcam beobachten?

[Sheridan]

Hallo Ratte,


Könntest du nicht eine farbige Kugel reinpacken und die mit einer webcam beobachten?

Das wäre theoretisch auch eine Möglichkeit, sowie in den oben erwähnten berühmten Kaffemaschinen Projekten.

Mir geht es aber eher um die Messtechnische Erfassung von physikalischen Größen, die dann von einem A/D Wandler erfasst werden und von einer Software im Computer verarbeitet werden.

Am Besten sollte der Sensor bzw. A/D-Wandler an einen I2C Bus betrieben werden, damit man noch andere Sensoren, wie zB Temperatur oder später auch Aktoren für verschiedenes, wie zb Türöffner, etc.

Das Wasserstandsprojekt ist eben ein Just 4 Fun Projekt, um in diese Materie einzusteigen und kann das gleich mit einem praktischen Nutzen verbinden.

Thx und

LG
Georg!

[Ratte]

Kannst ja das Webcamsignal auswerten und den wert berechnen (so meinte ich das).
Den Ball könnte man aber auch mit Reflexlichtschranken auswerten.
Oder ne Schiene mit Kontakten rein, immer nen kurzen Impuls rein, da wo grad noch Strom fließt ist noch Wasser.
mfg,
Ratte

[Sheridan]

Hallo Ratte,

Ich finde halt eine Sensorlösung nach wie vor am sympathischten.
Mit ner Webcam kann ich mich noch nicht anfreunden.

Das Problem mit irgendeine Schiene oder Sonde reinhängen ist, dass der Behälter rausgenommen wird, d.h. die Schiene kann ich dann nicht fix mit einem Draht verbinden.

Im Foto des 1. Posting kann man es vielleicht nicht gut erkennen, aber dort, wo das Sichtfenster ist, ist auch der Behälter der rausgenommen wird und oben ist ein Deckel.

Wenn es ganz flache Sensoren für die Abstandsmessung gäbe, würde ich die am Deckel ankleben und mit einem Flachbandkabel nach rausführen.

Aber die meisten Abstandssensoren funktioneren erst ab 10 cm -(

Also ist das Ganze irgendwie eine verzwickte Lösung, wo weder die eine, noch die andere ganz perfekt ist...

[Sheridan]

Hallo,

ich bräuchte so etwas wie den Ultraschallempfänger SRF05. Der hat lt. Datenblatt http://www.robotikhardware.de/download/srf05doku.pdf eine Reichweite von 1 cm bis 4 Meter!!!

Das Modul selbst ist 17 mm hoch, dass heißt ich würde mit wasserdichten Gehäuse etwa 3 cm von der Gesamthöhe verlieren.

Interessant wäre, ob es soetwas noch schmäler gibt!

Wo bekomme ich wasserdichte Gehäuse her?

Vielen Dank und

LG
Georg!

[dieta]

Mal eine Idee: du packst in den Tank zwei Edelstahl-Streifen.
Jetzt mißt du den Widerstand zwischen denen. Der sollte ja mit fallendem Wasserstand immer höher werden.

[jumbo]

Hi

Eine Kaffeemaschine hat unter dem Tank den Anschluß für das Wasser der geht über ein 6 mm Schlauch (bei meiner) weiter In diesen schlauch einen Differensdruckschalter denn man wiel ja nicht das Wetter anzeigen.
24 cm Wasserstand (meine Kaffeemaschine) voll
1 cm = 1 mbar
24cm = 24mbar
Also Druckschalter 0-25mbar verbinden mit µC fertig
Hardware sollte funktionieren aber vom Programm habe ich wie immer keine anung

Gruß Jumbo

[Gock]

Hi!
Ultraschall funktioniert hier absolut nicht, weil in dem kleinen Behälter derart viele Reflexionen auftreten, dass der Sensor verrückt spielt. Hab' ich schon probiert.
Eine elegante, wenn auch nicht einfache Lösung, wäre die Messung der Resonanzfrequenz des Behälters. Diese verändert sich mit dem Wasserstand. Einen solchen Sensor kannst Du von unten montieren und hast keine Kabel im Tank. Ist aber kniffelig...
Noch schöner wäre die Messung einer Kapazität (zb 2 Metallstreifen), die das Wasser als Dielektrikum nutzt. Weniger Wasser heißt weniger Kapazität. Allerdings hat es das auch in sich, also nichts für schwache Nerven ;-)
Viel Spass!

[Sheridan]

Hi Gock,


Hi!
Ultraschall funktioniert hier absolut nicht, weil in dem kleinen Behälter derart viele Reflexionen auftreten, dass der Sensor verrückt spielt. Hab' ich schon probiert.


danke für den Warnhinweis, hätte mir das Teil schon fast bestellt !



Eine elegante, wenn auch nicht einfache Lösung, wäre die Messung der Resonanzfrequenz des Behälters. Diese verändert sich mit dem Wasserstand. Einen solchen Sensor kannst Du von unten montieren und hast keine Kabel im Tank. Ist aber kniffelig...


Hast dazu nähere Infos?

Schaltungen, welche Sensoren, etc.

Wenn das auch zu kompliziert ist, werde ich auf Plan B umsteigen:
Sprich: Gewicht bzw. Druck der gesamten Maschine messen.
Da etwa 2 Liter reinpassen sind das etwa 2 kg, die müsste man mit einem Drucksensor einfach messen können, wenn man den Sensor unterhalb der Maschine anbring, wie eine elektronische Waage quasi..

Danke und

LG

P.S.: Kapazitiv scheide ich aus, da ich nichts in den Behälter reinhängen will!

[Gock]

Sorry, habe keine Dokumente, war nur so eine Idee, die ich mal umsetzen wollte. Mit einem Vibrator (zb Handymotor) und einem Mikrofon oder mit Piezos, aber da müsste man einiges an Experimenten reinstecken.
Ich denke auch, Gewicht messen ist am einfachsten (Kraftsensor, nicht Drucksensor). Auch wenn es Kraftsensoren nicht wie Sand am Meer gibt. Allerdings tritt eventuell das Problem auf, dass die Rohrverbindung Kräfte aufnimmt und Dein Ergebnis verfälscht.
Kapazitiv könnte ich mir auch von außen vorstellen, bedarf aber auch einiger Experimente.
Gruß

[Tido]

Hallo,

wie wär's denn mit dem "Sharp GP2DXXX" wie in https://www.roboternetz.de/phpBB2/viewtopic.php?t=27028?

Oder gibt's da evtl. Probleme wenn der unterm Deckel mit Wasserdampf zu kämpfen hat?

[Manf]

Wie auch in https://www.roboternetz.de/phpBB2/viewtopic.php?p=247764#247764 erwähnt sollte ein Sharp PSD ganz gut für einen solchen Entfernungsbereich geeignet sein. Wenn hier die Oberfläche nicht zur Reflexion geeignet ist dann geht es über die Strahlbrechung bei schrägem Einfall.


https://www.roboternetz.de/phpBB2/album_pic.php?pic_id=1241

Ich habe es gerade einmal beim Befüllen eines 30mm hohen Gefäßes ausprobiert. Es ist auf alle Fälle messbar und der Sensor ist natürlich mit seinem kompakten Aufabu ganz praktisch.
Manfred

[Sheridan]

Hallo Manf,

vielen Dank für deinen Erfahrungsbericht.
Echt super von Dir!

Das Ding ist so gut wie gekauft.

Bleibt nur mehr die Fragen offen (Rest hat sich auf http://www.shop.robotikhardware.de/shop/catalog/product_info.php?cPath=71&products_id=84 beantwortet):
- Wie bekomme ich das Ganze wasserdicht?

Vielen Dank und

mfg

P.S.: Kann man dieses Posting bewerten lassen?!
Das ganze Brainstorming hat mir echt geholfen!
Vielen lieben Dank an alle Beteiligten!

[Sheridan]

Hallo,

Einen haben wir noch: :cheesy:

Kann ich einen Magneten in einem Schwimmerrohr berührungslos von außen auswerten (siehe Anhang)?

Wenn ja, wie mache ich das am Besten (Mechanisch: Aquarienzubehör umbauen?, Elektronisch: Hallsensor?)? Hat jemand damit Erfahrung oder hat Links bzw. Stichwörter fürs Googlen?

Hier mal die Skizze:

Vielen Dank

[Sheridan]

Hallo,

Bis zu welcher Entfernung schalten Reedkontakte?

Meine Idee ist, parallel zum Schwimmerrohr (mit dem Magneten), aber außerhalb des Behälters ein Sensorarray von Reedkontakten zu machen (anstelle des Hallsensors).

Die Entfernung zwischen Sensorarray und Schwimmrohr würde 5cm bis 15 cm betragen!

Die Reedkontaktlösung wäre dann überhaupt die einfachste und ich müßte mich nicht um das wasserdichte Verschließen des Distanzsensors bemühen und der Behälter ist auch keinen Strom ausgesetzt.

LG
Georg!

[Manf]

Ich habe es gerade einmal ausprobiert ein Paket Neodym 19*50mm schaltet ein Reed Relais auf 50-80mm.
Du mußt dann allerdings den Hausmeister holen wenn Du mit einem Schlüssel in die Nähe der Kaffemaschine gekommen bist. O:)
Irgendwie müßte es schon gehen.
Manfred

[Gock]

Warum dann nicht Hallsensoren anstelle der Reedrelais. Einige von denen haben eine Empfindlichkeit, die der Stärke des Erdmagnetfeldes entspricht.
Das heißt, wenn Du die Kaffeemaschine drehst, wird sie voller...! :^o
Gruß

[Sheridan]

Hallo Gock,

ich finde im Internetz einfach keine vernünftigen Hallsensoren. Wenn ich danach google, finde ich nur welche mit digitalen Ausgang oder welche die als Schalter geeignet sind, daher meine Idee das mit dem Sensorarray aus Reedkontakten auszuprobieren.

Kennst du einen guten, analogen Hallsensor (kann auch nicht linear sein), der den Magnet aus 10 bis 20 cm Entfernung noch gut erkennen kann?

Danke und

LG
Georg!

[Manf]

Nicht ganz Hall aber eine Magnetsensorbrücke ist im KMZ10.
Der digitale TLE 4905 (unipolar delta B=2-6mT) sollte es aber auch schaffen und er ist einfacher anzuschließen. Warum muss der Abstand so groß sein?
Manfred

[Sheridan]

Hallo Manf,

Vielen Dank für deine Tipps, werde danach googeln.


Nicht ganz Hall aber eine Magnetsensorbrücke ist im KMZ10.

Der Typ des Sensors ist mir prinzipiell eh egal, Hauptsache er liefert ein analoges (linear, nicht linear ist egal) Signal.



Der digitale TLE 4905 (unipolar delta B=2-6mT) sollte es aber auch schaffen und er ist einfacher anzuschließen.

Tsja, digital ist so ein Problem für mich, da ich noch kein Board habe (Oszilos-guck habe ich auch keines). Ich möchte zuerst mal eine kleine Versuchsschaltung aufbauen, wo ich per Digitalmeter die Spannung messe. Dann erst möchte ich überhaupt mehr in das ganze Projekt investieren, wenn der Sensor abgeklärt ist.



Warum muss der Abstand so groß sein?


Muss eh nicht unbedingt sein, mitllerweilen tendiere ich zu der Lösung wie in der Skizze dargestellt. Im Deckel montiere ich den Hallsensor über dem Schwimmerrohr mit dem Magneten.

Den Magnet/Hall-Sensor kann ich dann viel besser wasserdicht machen (Silikon, etc.), als ein IR- oder Ultraschallsensor. Ausserdem haben letzteren das Problem, dass sie erst am 4 cm zu messen beginnen und das sind bei 15 cm Höhe (und dazu noch die Höhe des Sensors von etwa 17 mm) ganz schön viel! Daher tendiere ich zum Magneten im Schwimmerrohr.

Denke das sollte am Besten funktionieren.

Vielen Dank und

LG
Georg!

[Gock]

Ne, also das gefällt mir nicht, Sorry, nicht persönlich gemeint.
Zwei Vorschläge habe ich noch:
Bild 1: Ein langer Schwimmer der irgendwie von einer Feder am Boden und senkrecht gehalten wird, je höher der Wasserstand, desto größer der Auftrieb. Die Gesamtauslenkung sollte nur rund 5-10mm betragen, das kann ein analoger Hall oder Manfs magnetoresistiver KMZ10 messen. Musst Du ausprobieren. Die Feder ist am besten Teil des Schwimmers. Vorrausgesetzt, das Gehäuse ist Kunststoff.
Noch besser: Bild 2
Der Schwimmer ist Schwimmer und Feder zugleich, an einem Ende am Boden befestigt (geklebt mit lebensmittelechtem Silikon), am anderen Ende hängt der Hall. Auch hier eine Auslenkung von 5-10mm. Je höher der Druck, dest größer die Auftriebskraft, desto größer die Auslenkung.
Auf 10cm mit Hall messen kannst Du meiner Meinung nach vergessen. Auch nicht magnetoresistiv (KMZ10).
Gruß

[Gock]

Sorry, hab das andere Bild nicht reinbekommen
Gruß

[Manf]

Auf 10cm mit Hall messen kannst Du meiner Meinung nach vergessen. Auch nicht magnetoresistiv (KMZ10).
Ich habe es gerade einmal ausprobiert ein Paket Neodym 19*50mm schaltet ein Reed Relais auf 50-80mm.
Das sollte man praktisch angehen. Welche Feldstärke (oder Flussdichte)soll denn noch als messbar angesehen werden?

[Sheridan]

Hallo,

@Gock: keine Sorge, nehme es nicht persönlich.
Ist immer so meine Art, meine eigenen Idee zu skizzieren, egal ob's passt oder nicht. habe ja keine ahnung von diesen dingen, ist nur meine eigene vorstellung

Also das zweite Bild, wo der Schwimmer von unten, frei beweglich angeklebt ist, gefällt mir am Besten.

@Manf: Hast du ein Großlabor zu Hause, weil du immer gleich alles ausprobieren kannst? Ich habe grad mal ein Voltmeter und einen Lötkolben zu Hause *g* Aber toll,dass du das gleich praktisch angehst, gefällt mir,würde ich auch so machen, wenn ich die passenden Dinge zu Hause hätte...

Langsam sehe ich da schwarz für mein Projekt, wenn weder das eine, noch das andere perfekt ist (oder annähernd) -(

Da würde ich noch eher die Sharp Distanzsensoren nehmen und die 6 cm (4cm Sensorbereich + Sensorgehäuse) nicht messbaren Bereich in Kauf nehmen. Aber selbst da hätte ich das Problem, das ich das Teil nicht nach IP68 Schutzart dicht bekomme -(

Wieso bekommen die Hersteller eigentlich nicht den Sensor ab 1 cm hin? Würde das mit einer IR-Diode und Fototransistor funktionieren, die ich selber baue? Oder stelle ich mir das Elektronik-Laie (zumindest Praktischer Natur) zu naiv vor?

Irgendwie ist das langsam echt öd...

LG
Georg!

[Sheridan]

Hallo Manf,

habe mir bei Conrad diverse Magneten angeschaut, die haben so eine Flussdichte (Br) zwischen 1,3 und 2,3 Tesla.

Wenn ich das noch so richtig in Erinnerung habe ist der magnetische Fluss:
Phi = B*A
Wenn wir A als Kreis annehmen ist A = r²*Pi = 0,02²*3,14 = 0,001256 m²

und Phi = B*A = 2 * 0,001256 = 0,002512 Weber

Passt das in etwa, oder habe ich mich jetzt komplett blamiert...

LG
Georg!

[Manf]

@Sheridan: Die magnetischen Sensoren reagieren auf die Flussdichte, umrechen (oder messen) könnte man dann wie sich die Flußdichte mit dem Abstand ändert.


Noch besser: Bild 2
Der Schwimmer ist Schwimmer und Feder zugleich, an einem Ende am Boden befestigt (geklebt mit lebensmittelechtem Silikon), am anderen Ende hängt der Hall. Auch hier eine Auslenkung von 5-10mm. Je höher der Druck, dest größer die Auftriebskraft, desto größer die Auslenkung.
Vielleicht könntest Du noch erläutern wie das mit dem Bild 2 gemeint ist. Hier soll sich der Auftrieb mit dem Druck ändern.
Manfred

[geronet]

Hm, ganz schön kompliziert..

Wenn ihr einen genauen Drucksensor bekommt, könnte man ganz einfach ein Röhrchen od. Schlauch bis zum boden stehen lassen, unten einen kleinen Spalt lassen damit wenns leer ist auch mal Luft hineinkommt und oben den Drucksensor drauf. Voila.

[Sheridan]

Hi Gock,


Noch schöner wäre die Messung einer Kapazität (zb 2 Metallstreifen), die das Wasser als Dielektrikum nutzt. Weniger Wasser heißt weniger Kapazität. Allerdings hat es das auch in sich, also nichts für schwache Nerven ;-)
Viel Spass!

Wenn man die richtige Ausrüstung hat, ist das offenbar gar nicht so schwer, siehe Abb. 1 in http://pen.physik.uni-kl.de/w_jodl/LC-HT/docs/082-083.pdf

Es gibt auch anscheinend eine Simulation dazu, die allerdings in meinem Browser nicht funktioniert:
http://pen.physik.uni-kl.de/w_jodl/LC-HT/medien/IBE_kapf/kapf.html

Werde mich aber momentan auf den Hallsensor konzentrieren und parallel dazu auf Kraftsensoren bzw. Wägezellen (so heißen die Dinger offenbar, wenn man Kraftsensoren in Google eingibt).

Wie ich Manf kenne leckt er sicher gleich Blut :cheesy:

LG
Georg!

[Sheridan]

Hi geronet,


Hm, ganz schön kompliziert..

Wenn ihr einen genauen Drucksensor bekommt, könnte man ganz einfach ein Röhrchen od. Schlauch bis zum boden stehen lassen, unten einen kleinen Spalt lassen damit wenns leer ist auch mal Luft hineinkommt und oben den Drucksensor drauf. Voila.

Das wäre mir eh am liebsten, aber die Sache ist leider komplizierter. Einerseits kann man den Behälter rausnehmen und andererseits kann man schlecht einen Sensor wo anbringen und die Messstrecke ist auch sehr kurz (15 cm), und das Gerät gehört nicht mir (sonst wäre es mir egal und würde am Deckel herumbasteln, oder sonst einen Blödsinn anstellen)

Daher denke ich entwender an einen Kraftsensor (Gewicht messen) oder an einen schwimmbaren Magnet (im Elktrorohr mit Styrotur als Schwimmer, oder so wie Gock vorgeschlagen hat). Damit ist der Magnet unabhängig vom Sensor und hat keine mechanische Verbindung (wie beim Drucksensor notwendig) und der Sensor kann aussen angebracht werden.
Eventuell könnte man das Sichtfenster mit einem Liniensensor messen...

Das andere Problem ist auch, selbst wenn man den Sensor am Deckel anklebt oder mit Schnurr befestigt, dass man das Teil wasserdicht bekommen muss.

Zuerst dachte ich auch, es sein einfach, aber die Umstände sind komplizieter, leider -(

So schaut die Maschine von vorne aus:

http://www.nespresso.com/precom/sima/npopzoom.php?id_machine=N_ES100_1&zoomstep=1

und so von oben:
http://www.nespresso.com/precom/sima/npopzoom.php?id_machine=N_ES100_1&zoomstep=2

Hoffe, ich konnte das Problem halbwegs gut beschreiben...

LG
Georg!

[Manf]

und das Gerät gehört nicht mir

Wenn die Vorschläge gerade nocheinmal durchgegangen werden dann sollte man jetzt auch die Wartbarkeit stärker mit berücksichtigen.
Geräteteile die mit dem Wasser in Berührung kommen sollten dabei besonders sparsam eingesetzt werden.


Gewischtsmessung des Behälters (D.h. Drucksensor am Boden der Maschine)
Mit etwas mehr Analogtechnik kann man auch die Kapazität zwischen zwei senkrechten Streifen bestimmen die am Schauglas befestigt werden. Die Kapazität und die Änderung werden aber recht klein sein. Die Anordnung würde dann etwa wie ein Feuchtesensor arbeiten.

Bei der Gewichtsmessung und bei der diektrischen Wasserstandsmessung hat man wohl den geringsten Kontakt zum Wasser.
(Ich habe gerade noch gesehen dass wohl auf der Maschine ein Vorrat an Tassen abgestellt wird. Damit wäre eine Gewichtsmessung natürlich erschwert.)

[Sheridan]

Hallo Manf,



Bei der Gewichtsmessung und bei der diektrischen Wasserstandsmessung hat man wohl den geringsten Kontakt.

womit wir wieder bei der Gewichtsmessung gelandet wären :cheesy:

Da ich,wie erwähnt, kein Labor zu Hause habe, werde ich die Varianten mit den Gewichtssensoren (Gerät hat ein Gewicht von 6,6 kg, dazu kommen etwa 3 Liter wasser und eventuell Belastungen, wenn das Gerät beim Bedienen berührt werden) und den Liniensensor probieren (Diese I²C Variante http://www.krause-robotik.de/Shop/k002u002s001.htm dürfte für erste Experimente sehr interssant sein).

Hat jemand Erfahrung mit Gewichtssensoren (Typen, Schaltungen, etc.). Meine Idee ist, noch einen Erschütterungsschalter zu bauen, damit nur Gewicht gemessen wird, wenn das Gerät zB mind. 1 Minute in Ruhe war (wegen Bedienung des Geräts etc.)...

LG
Georg!

[Manf]

Ich habe gerade noch gesehen dass wohl auf der Maschine ein Vorrat an Tassen abgestellt wird. Damit wäre eine Gewichtsmessung natürlich erschwert.

[Sheridan]

Das trifft in diesem Fall nicht zu!

Statt dem Erschütterungsschalter könnte ich mehrere Messungen in einer Minute machen (nur wenn zb 15/20 Messungen gleich sind, gilt das Gewicht).

Eventuell könnte das Ergebnis verfälscht werden, weil die leeren Kaffetabs in der Maschine gesammelt werden, aber vielleicht löst sich das Problem, wenn der Messort direkt unter dem Wasserbehälter ist, anstelle in der Mitte. Aber das müsste durch Experimente herausgefunden werden!

[Sheridan]

Wenn der Gewichtssensor ganz flach wäre (inkl. den Anschlussdrähten) könnte ich den sogar unter dem Wasserbehaälter anbringen).

Aber aus diesen Gründen bin ich ja dann von der Gewichtsmessung abgekommen und auf einen schwimmbaren Magneten gekommen.

Was von der Änderbarkeit des Geräts noch drinnen wäre, wenn man die Magnetvorricht zB mit Isolierband befestigt und nicht fix montiert, deto könnte man den Sensor am Deckel (wenn er flach wäre) mit Isolierband ankleben....

[Gock]

Manf schrieb:

Das sollte man praktisch angehen. Welche Feldstärke (oder Flussdichte) soll denn noch als messbar angesehen werden?
Ja, könnte man natürlich machen. Das Problem mit Halls ist leider immer auch, dass die Messgröße, da es die Flussdichte ist, von vielen Störfaktoren überlagert wird: Entfernung des Magneten nicht nur in Messrichtung, Drehung des Magneten, Fremdmagnetfelder usw. Um diese auszuschalten muss man sie von vornherein verhindern, was auf Grund des großen Abstandes kaum möglich ist (die Drehung bei einem schwimmenden Magneten zu verhindern ist übrigens ein noch geringerer Spass...).
Die MR Sensoren sind da besser, weil sie nicht die Flussdichte sondern die Feldrichtung messen. Dadurch ist der Abstand so gut wie egal, nur die Richtung zählt.
Manf schrieb:

Vielleicht könntest Du noch erläutern wie das mit dem Bild 2 gemeint ist. Hier soll sich der Auftrieb mit dem Druck ändern.
Oh ja, ich höre die Zweifel in Deinen Worten. Ich habe mich auch kurz gefragt, ob das überhaupt möglich ist. Aber dann bin ich zu dem Entschluss gekommen: theoretisch ja. Die Frage ist, ob man es in einer Kaffeemaschine messen kann :-)
Die Auftriebskraft ist: F=roh*V*g
roh=Dichte der Flüssigkeit
V=verdrängtes Volumen
g=g halt
Vorausgesetzt, das Volumen V bleibt gleich, dann steigt mit zunehmendem Druck die Dichte des Wassers, weshalb die Auftriebskraft größer wird. Habe aber leider keinen Hinweise darauf, wie stark sich die Dichte ändert und wie groß die Federkonstante sein muss, um es zu messen. Ich befürchte aber, sie wird "ziemlich" klein sein. Andererseits reicht eventuell ein mm Bewegung aus...
Man müsste mal einen Fisch fragen, der nutzt diesen Umstand schließlich täglich aus. 8-[
Gruß

[Manf]

http://www.physik.rwth-aachen.de/group/IIIphys/INFOS/Exscript/8Kapitel/IIX1Kapitel.html
Man braucht z.B. 1000 bar, um das Volumen von Wasser um 5% zu verkleinern.

[Sheridan]

Hallo Jungs,

ich habe die Lösung gefunden:

Einfach einen Deckel bzw Aufsatz selber basteln und dort den Sharp Distanzsensor einbauen, siehe Skizze.

Damit bleibt die Maschine unberührt und es wird der tatsächliche Füllstand direkt gemessen. Der Aufsatz ist etwa 4 bzw. 6 cm hoch, damit der Blindbereich des Sensors ausgeschalten wird.

Denke das ist die beste Lösung dafür!

Brauche dann für meine Lösung lediglich folgende Bauteile:

Auf PC Seite
- RN-FUNK Bausatz
- EasyRadio Funkmodul 433 Mhz
- RS232 PC-Anschlusskabel für alle Boards

Und am Einsatzort:
- RN-MEGA8PLUS V1.5 Entwicklungsboard Bausatz
- EasyRadio Funkmodul 433 Mhz
- Entfernungssensor Sharp GP2D120
- USB ISP Programmierkapel

Hier die Skizze:

Vielen Dank und

LG
Georg

P.S.: Wenn jemand zufälligerweise einer der Bausätze fertig aufgebaut verkauft, nehme ich den gerne gegen Gebot an!

[Manf]

sollte ein Sharp PSD ganz gut für einen solchen Entfernungsbereich geeignet sein. Wenn hier die Oberfläche nicht zur Reflexion geeignet ist dann geht es über die Strahlbrechung bei schrägem Einfall.
Ich wollte noch einmal auf die beiden Messverfahren mit Reflexion an der Oberfläche und mit Brechung an der Oberfläche bei schrägem Einfall aufmerksam machen.


https://www.roboternetz.de/phpBB2/album_pic.php?pic_id=1258

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.
Manfred



Zu MR Sensoren gibt es hier noch ein paar interessante Aritkel, aber für die Wasserstandsmessung sind sie ja im Moment nicht aktuell.
http://www.mr-sensor.de/index.html

[Sheridan]

Hallo Manf,

vielen Dank für deine Hinweise. Mit den tollen Brainstorming in diesem Forum macht die MSRT Technik richtig Spaß.

Gut, das du das mit den Einfallswinkel erwähnst, so werde ich für erste Experimente (Distanzsensor ist schon im Roboter-Shop bestellt worde) keinen fixen Aufbau machen, sondern zuerst den idealen Winkel ermitteln (Der Sensor liefert Gott sei Dank eine einfache analoge Spannung, die ich mit meiner bescheidenen Laborausstattung auswerten kann).

Vorallem wäre auch interessant, wie groß das Loch im Deckel sein muss, damit die IR Strahlen zuverflässig durchkommen. Bin schon gespannt aufs experimentieren.

Zu der Funkübertragung: Gibts ausser der genannten Hardwarekombination noch günstigere Möglichkeiten (ich denke da an die Kombination verschiedener Bausätze)?

Eigentlich muss der Sensor zB nur alle 30 Sekunden das Analogsignal an den PC senden, I²C Bus ist eigentlich am Messort nicht unbedingt notwendig.

Vielleicht kann man dann die Funkelektronik gleich im Deckel einbauen ??!!!

Ich denke da zB an Bausätze für das 433 oder 868 Mhz Funknetz (bei Conrad fand ich eines um €40 in etwa, das nimmt aber nur serielle Daten an).

Danke und

LG
Georg!

[Sheridan]

Zum Thema Funktübertragung von Messwerten habe ich diesen interessanten Bausatz gefunden:
http://shop.elv.de/output/controller.aspx?cid=74&detail=10&detail2=13703

[Sheridan]

Hallo,

habe heute den Sensor aus dem Robotikshop bekommen und gleich einen Versuchsaufbau implementiert.

Der Infrarotsensor mißt sogar durch 4mm Bastler-Plexiglas aus dem Baumarkt (sogar mit Schutzfolie noch oben).

Habe eine große Schale aus der Küche genommen und den Inhalt um je einen Liter erhöht.

Die stabilsten Ergebnisse (vom Springen der Werte am Voltmeter: Bei Licht die 2. Kommastelle, ohne Licht nur die 3. Kommastelle) werden geliefert, wenn kein Fremdlicht vorhanden ist (sprich Licht ausschalten). Aber in der Reality ist das dann eh der Fall...

Wird dann in der Echtschaltung ganz schön lustig werden das Kalibrieren und Wertetabelle messen *g*

LG
Georg!

Werde weiter berichten.

[Manf]

Ja es ist interessant, berichte weiter.
Nimm mal ein paar Messwerte auf, dann können wir sehen was man noch verbessern kann.
Manfred

[Sheridan]

Hallo Manf,

hier die ersten Werte (und Foto vom Versuchslabor der Zukunft :cheesy: - So mal neben dem Abendessen aufgebaut):



Wasserhöhe (cm )| Spannung (V) | Spannung (V) mit Plexiglas
1 | 0,49 | 055
3 | 0,48 | 0,49 (!!??)
5 | 0,46 | 0,52
6 | 0,44 | 0,47

Wasserhöhe ist nicht Distanz Sensor Wasser, sondern Höhe des Wassers im Behälter!!!


Die Messungen ohne Plexiglas verlaufen recht schön, nur die Messung mit Plexiglas bei 3 cm kommt mir komisch vor. Warum soll da ein Ausreisser sein?

Aber ansonsten geht das recht einfach von der Hand...

LG
Georg!

[Manf]

Du kannst ja mal an so einer Stelle die Plexiglasabdeckung in der Ebene verschieben und Veränderungen beobachten. Vielleicht ist sie inhomogen, sie hat einen Kratzer eine Kante oder eine trübe Stelle.
Manfred

[Sheridan]

Hallo Manf,

danke für deine Tipps.

Gibts eigentlich eine Berechnungsformel für den idealen Winkel und Höhe (nur Interessehalber), oder kann man das eh nur durch experimentieren herausfinden?

Habe inzwischen ein paar Versuchsreihen durchgeführt, aber teilweise (trotz gleichbleibenden Versuchsaufbau) können die Ergebnisse nicht reproduziert werden (was ja wichtig für einen stabilen Betrieb wäre).

Einerseits springen die Messergebnisse teilweise wie wild (naja, ist ja auch nur ein Biilig-Mulitmeter von Voltcraft, kann man wahrscheinlich nicht viel erwarten. Ausserdem habe ich den Sensor nur mit 4,5V versorgt. Lt. Datenblatt möglich, aber viellleicht nicht ideal) und andererseits sind die Abweichungen sehr gering (je nach Höhe und Winkel so zwischen 0,44 und 0,55 bzw. 0,66 und 0,73 V in etwa).

Notfalls mache ich ein Loch in die Plexiglasplatte und dichte es mit Gießharz ab, dass speziell für optoelektronische Elektronik entwickelt wurde.

Gibt es eurer Seits Erfahrungswerte bezüglich Auswertung, Versorgung (verwende stabilisiertes Netzgerät mit verstellbarer Spannung), vorallem um stabile Werte zu bekommen ( bei unveränderter Wasserhöhe springt das Voltmeter zB zwischen 0.423 und 0,436 herum und kommt auf keinen stabilen Wert hinter der 2. Kommastelle).

Der Funksender verwendet einen Messbereich von 0-30V oder 0-3V (mit unterschiedlicher Auflösung (0-3V hat die genauere Auflösung, glaube 50mV oder so).

Soll ich da einfach mit einem Spannungsteiler das anpassen (5V max. Ausgang an 3V) oder sind hier andere Verfahren vorzuziehen?

Auf jeden Fall eine faszinierende Angelegenheit.

LG
Georg!

[Manf]

Wenn die Abstandsänderungen klein sind sollte man in den Bereich gehen, in dem der Sensor am empfindlichsten für Abstandsänderungen ist, er hat dann so um die 3V am Ausgang.
Bei der Messung bis zum Boden (Brechung an der Oberfläche) sollte der Winkel möglichst flach sein.
Die Versorgungs-Spannung des Sensors sollte man mit Kondensatoren stabilisieren.
Manfred

[Sheridan]

Hallo Manf,


Wenn die Abstandsänderungen klein sind sollte man in den Bereich gehen, in dem der Sensor am empfindlichsten für Abstandsänderungen ist, er hat dann so um die 3V am Ausgang.


Hm, das sollte lt. Datenblatt http://www.shop.robotikhardware.de/shop/catalog/product_info.php?cPath=71&products_id=84 eigentlich zwischen 4 und 20 cm der Fall sein...

Wenn ich die Hand als Messobjekt heranziehe,kommt er auch auf die ca. 3 V. Dürfte wohl noch am Versuchsaufbau liegen, das er nur um die 0,6 V herumgrundelt...

Als Plan B würde ich auch einen Schwimmer mit reflektierender Schicht ausprobieren. Bzw. der Versuchsaufbau entspreicht ja auch noch nicht der Realtät (wäre ein geschlossener Behälter ohne Lichteinfluss)...

@OffTopic: Den Deckel aus Plexiglas ist über eine Schaniere aufklappbar. Damit die Messeinrichtung erkennt, dass der Deckel offen ist hätte ich zwei Ansätze:

1. Deckel mit Sensor klappt auf und IR Strahl trifft ins "unendliche". D.h. wenn Messbereich ausserhalb des gültigen Messbereichs ist, ist der Deckel offen
2. Eine Schaltvorrichtung (gibts einen Sensor, der auf Kippen reagiert und schaltet? ev. auch mechanisch, das zB 2 Drähte kurzgeschlossen werden) die bei Kippen eine höhere Spannung (zB 9V) auf den Analogeingang des Funksenders schaltet (und den Distanzsensor wegschaltet).

LG
Georg!

[Manf]

Hast Du denn schon einmal die Abmessungen der Kaffemaschine aufgenommen um die Empfindlichkeit zu bestimmen?
Reflektiert der herausnehmbare Behälter mit und ohne Wasser matt oder als Spiegel?
Manfred

[Sheridan]

Hallo Manf,


Hast Du denn schon einmal die Abmessungen der Kaffemaschine aufgenommen um die Empfindlichkeit zu bestimmen?
Reflektiert der herausnehmbare Behälter mit und ohne Wasser matt oder als Spiegel?
Manfred

Nein, noch nicht komplett.

Habe den Versuchsaufbau nur mal mit in einem x-beliebigen Behälter gemacht, um den Sensor generell auszutesten und sein Verhalten kennen zulernen.

LG
Georg!

[Sheridan]

Hallo Manf,

habe folgende neue Erkenntnisse:

1. Die Maße des Wassertanks für die Kaffeemaschine sind:
B=16 * H=15 * T=14 (alles in cm)

2. Der Messwertbereich mit Wasser und Plexiglas (auch ohne Plexiglas) ist sehr gering.

3. Wenn ich testhalber das Plexiglas vor dem Sensor habe und den Abstand der Hand zum Sensor messe, ist der Messwertbereich größer (zwischen 3V und 0,5V, bei Punkt 2 so um die 1V, wenn der Sensor ganz nah am Wasser ist, sonst noch weniger)

4. Hat die Farbe bzw. Material des Testbehälters einen Einfluss auf die Ergebnisse? Verwende entweder von den Massen vergleichbar einen weißen Plastiktopf oder eine Glaskanne.

5. Ist dem Sensor das Wasser maginal egal und mißt vielleicht gar nur den Abstand zum Topfboden, verfälscht um die Wasserhöhe (daher vielleicht der geringe Ausschlag?)


Welche Möglichkeiten habe ich noch, die Empfindlichkeit des Messbereichs bei Wasser zu erhöhen?

Wäre ein Ultraschallsensor besser geeignet? Würde der Ultraschall durch Plexiglas gehen?

LG
Georg

[Sheridan]

Hallo Manf,

habe einen erfolgreichen Versuch mit brauchbaren Messbereich hinter mir :D

Das interessante ist, dass der Sensor in meiner Situation das beste Ergebnis liefert, wenn der Sensor parallel zum Wasser montiert ist.


Dann kommen folgende schöne Werte raus:
1l/2,8cm/1,15V
2l/4,5cm/1,23V
3l/6,5cm/1,33V
4l/8,5cm/1,50V
cm = Höhe des Wasserspiegels zu Behälterbode, d.h. je Höher die cm Werte, desto geringer der Abstand zum Sensor. Gemessen mit Plexiglas
Komisch, das hier nicht ein schräger Winkel das beste Ergebnis liefert...

Vielleicht streut der Behälter das IR-Licht zu sehr...

LG
Georg!

[Manf]

Reproduzierbare Ergebnisse sind ja schon mal ein Erfolg.
Kannst Du die Montage parallel zum Wasser noch etwas näher beschreiben?
Manfred

[Sheridan]

Reproduzierbare Ergebnisse sind ja schon mal ein Erfolg.
Kannst Du die Montage parallel zum Wasser noch etwas näher beschreiben?
Manfred

Habe den Sensor einfach auf die Plexiglasplatte gelegt, siehe Skizze.

Das interessante ist auch, dass wenn ich den Abstand mit der Hand oder einen anderen Gegenstand mache, dass bei unter 4 cm Abstand auch schon 3 V angezeigt werden!

[Sheridan]

Hallo Manf,

habe heute morgen erfolgreich weitere Messungen direkt am echten Messobjekt durchgeführt (siehe auch Bilder):



HW(cm) HS(cm) U(V)
0,5 14,5 0,421
3,6 11,4 0,692
6,7 8,3 0,752
9,8 5,2 0,82
12,6 2,4 1,06
14,0 1,0 1,25

HW = Wasserstand
HS = Abstand Sensor zu Wasserspiegel


Im Echtbetrieb werde ich das Plexiglas abdunkeln.

Apropo Echtbetrieb: In welches Gehäuse kann ich am Besten den Sensor geben? Wie bekomme ich die Anschlüsse wasserdicht?

LG
Georg!

Wer

[Sheridan]

Hallo,

Es gibt neue Bilder vom Projekt.

Mit dem Funkmodul von ELV sind die gemessenen Werte viel stabieler als mit dem Voltmeter.

Rechts: Sender
Mitte: Gehäuse mit Sharp Distanzsensor
Links: Empfänger mit USB Anschluss

LG
Georg!

[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_d/onlineshop/index.html?d_QP1_Vertikal_Schreibpegel_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.


https://www.roboternetz.de/phpBB2/album_pic.php?pic_id=1258

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):
http://www.fineliner.de/Shop/Zeichnen/Lineale/VerstWinkel/a_VerstDreieck.gif
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/detail.php?intId=2538&intSubGroupId=14&strShortName=E6_Friktionsscharnier 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

[Sheridan]

Hallo Pierce466!

danke für deine Antwort.


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....


Die Versorgungsspannung oder die SPS Steuerung ist nicht so sehr das Problem, sondern eher, ob Ultraschall für kleine Behälter und Abstände funktioniert und welche Auflösung (cm genau) hat.

Da ich noch keinen Microcontroller habe, wollte ich mich zuerst informieren, ob Ultraschallsensoren für diese Anwendung überhaupt Sinn machen. Beides (Microcontroller und Ultraschallsensor gibt es ja auf robotikhardware.de zu kaufen).

Für einen ersten Prototypen reicht mir ein IR Distanzsensor, wie ich im in Einsatz habe.



Zur mechanischen Befestigung.... Wie Wäre es wenn du ein normales Scharnier nimmst (so http://www.heyman.de/producten/detail.php?intId=2538&intSubGroupId=14&strShortName=E6_Friktionsscharnier 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.


Ja, so in etwa dachte ich mir das auch. Da ich aber keine Bastlererfahrung habe, wollte ich mal auf Verdacht in die Runde fragen, ob jemand ein passendens Teil weiß.

Auf jeden Fall vielen Dank und

LG
Georg!

[Sheridan]

Ich denke da zB auch an so eine Montagevorrichtung (ist vielleicht für andere Roboterbauer interessant):

http://www.nodna.de/xt_shop/product_info.php?info=p553_qfix-Distanzsensor-Set-Sharp-GP2D12.html

[Sheridan]

Hallo!

Unglaublich, was die Neigung des Sharp Distanzsensor bringt. Habe jetzt einen Messbereich von 3,1V bis 1,05V:

https://www.roboternetz.de/phpBB2/album_pic.php?pic_id=1428

Jetzt fehlt nur noch ein Sicherheitschalter zum Erkennen, ob der Deckel zu oder offen ist.

LG
Georg!

[Sheridan]

Hallo!

Will mal kurz über den Status des Projekts berichten:

Mein Projekt zur Wasserstandsmessung wird langsam fertig.

Hier ein paar Bilder:

Bild der Steuerelektronik (beim Behälter):

Erklärung des Bildes (Bauteile im großen Gehäuse):

* links oben: Schmitttriger mit Relais: Auswertung der Deckelposition (d.h. gemessene Distanz wird nur bei geschlossenen Deckel übertragen). Hier habe ich einen Füllstands-Schalter von Conrad mißbraucht, d.h. ich habe anstelle der Wasserfühler den Reedkontakt (für Alarmanlagen) angeschlossen und die Schmitttriger Eigenschaft ausgenutzt.

* rechts oben: Spannungswandler von 12V auf 5V zur Versorgung des Infrarotdistanzsensors (Fertigmodul von Kemo)

* mitte unten: Funk-Messwertübertragung überträgt Messwerte per Funk an PC

https://www.roboternetz.de/phpBB2/album_pic.php?pic_id=1579

An den Deckel habe ich wie oben beschrieben den Magneschalter einer Alarmanalge (Reedkontakt) montiert:

https://www.roboternetz.de/phpBB2/album_pic.php?pic_id=1580

Auf der Softwareseite schaut die Architektur wir folgt aus:

https://www.roboternetz.de/phpBB2/album_pic.php?pic_id=1582

In ein paar Tagen sollte das Teil in Betrieb gehen.

Nochmals vielen Dank an alle, die mir bei diesem Projekt geholfen haben.

LG
Georg!

[Sheridan]

Hallo!

Hier weitere Bilder vom 1. Systemtest mit der neuen Steuerelektronik:

https://www.roboternetz.de/phpBB2/album_pic.php?pic_id=1592
https://www.roboternetz.de/phpBB2/album_pic.php?pic_id=1593

Wenn ich die Software kompletiert habe, werde ich wieder berichten.

LG
Georg!

[Manf]

Hallo Gerog,
vielen Dank für die weiteren Berichte.
Um noch einmal auf den Sensor zurückkommen, die Kurve für 0-14cm Wasserstand ergibt ja eine sehr schöne Auflösung der Messwerte.
Könntest Du bitte noch dazu angeben mit welchem Abstand des Sensors vom Boden des Tanks Du die aufgenommen hast, und wie groß der Winkel des Sensors dabei war?
Vielen Dank,
Manfred

[Sheridan]

Hallo Manf,

Die Daten sind wie folgt:
- Winkel etwa 14°
- Stärke Plexiglas 4 mm
- Abstand zwischen Sensor und Boden: 17 cm
- Spannung zwischen 3,1 und 0.65 V

LG
Georg!

[Manf]

Ja toll vielen Dank, da kommt bestimmt noch mal jemand drauf zurück wenn es um Wasserstandsmessungen geht.
Manfred

[Sheridan]

Hallo!

@Manf: Der Kurvenverlauf von Spannung und Abstand ist sehr stark von dem Material abhängig. Bekomme in einen anderen Behälter (einfacher Plastikkübel) einen total anderen Verlauf.

@All: Hardware und Software sind fertig.
Werde nächste Woche den Produktivbetrieb aufnehmen.

https://www.roboternetz.de/phpBB2/album_pic.php?pic_id=1632

LG
Georg!

[Sheridan]

Hallo!

Die Wasserstandsanzeige läuft seit 2 Wochen schon recht gut.

Nur recht gut deshalb, weil einerseits der Messort teilweise ein Funkloch ist (ich übertrage ja das Messsignal per Funk) und andererseits der Infrarotsensor doch nicht sehr genau ist (wegen der Wasseroberfläche).

Daher bin ich am überlegen auf Ultraschallmessung umzusteigen und wollte wissen, ob die SFR0X Sensoren durch Plexiglas (4mm) hindurch eine Wasseroberfläche erkennen?

Danke und

LG
Georg!

[Manf]

Ultraschall von diesen Wandlern die den Schall an Luft abgeben, durch Plexiglas und dann wieder durch Luft bis zum Wasser wird nicht gehen. Da kommt praktisch kein Signal mehr zurück.
Manfred

[Sheridan]

danke für die Info, habe mir sowas ähnliches schon gedacht.

Kann man dann die US-Sensoren überhaupt spritzwasseredicht bekommen, oder wird dann alles als Hinderniss erkannt?