Kapazitive Füllstandsmessung

[Trallala]

Hallo zusammen,

ich befinde mich gerade in einer kleinen Projektphase auf der Technikerschule.
Als Thema würde ich gerne eine kapazitive Füllstandsmessung bauen.
Anstoß dafür war, dass der Kraftstoff in Flugzeugen auch über kapazitive Sensoren gemessen wird um falsche Anzeige durch G-Kräfte zu vermeiden.

Ich wollte eigentlich nur ein kleines Modell zur Veranschaulichung entwickeln mit 2 Sensoren in einem kleinen Becken. So dass man beim kippen des Beckens die G-Kräfte simuliert und sehen sollte das sich an der Anzeige nichts ändert.

Ich habe bereits hier im Forum gesucht aber leider nichts passendes gefunden. Mein Problem beginnt bei einer vernünftigen Schaltung eben mit 2 Sensoren, die ich eigentlich nur durch Kondensatorplatten bauen wollte und geht weiter mit der Anzeige.
Am besten wäre in meinem Fall eine richtige Kraftstoffanzeige, aber vielleicht hat hier jemand noch eine andere Idee.

Für Tipps wäre ich sehr dankbar.

Grüße

[ranke]

Ein mögliches Konzept für eine kapazitive Füllstandsmessung an einem Tank wäre, den gesamten Tank zwischen zwei Platten eines Plattenkondensators zu setzen. Je nach Füllmenge des Tanks ändert sich die Kapazität, weil die Dielektrizitätskonstante von Kraftstoff anders ist, als die Dielektrizitätskonstante von Luft.

Wenn man diese Konzept verfolgt, wäre ein erster Schritt, daß man sich ausrechnet, welche Kapazität man in leerem und in vollem Zustand erwarten kann. Danach sollte man abschätzen, wie und ob man diese Kapazitätsänderung sinnvoll auswerten kann.

Du sprichst von zwei Sensoren, meinst Du damit die beiden Kondensatorplatten (das ergibt dann einen Kondensator und damit einen Sensor), oder willst Du zwei getrennte Kondensatoren aufbauen?

[Trallala]

Hallo ranke,
es sollten 2 getrennte Sensoren sein mit denen ich bei Schräglage eine gleiche Anzeige bekomme.
Es soll wie gesagt nur ein kleiner Versuchsaufbau sein, allerdings bräuchte man auch eine Schaltung,die die verschiedenen Kapazitäten bei Schräglage auswertet.
Falls dies zu kompliziert ist reicht auch eine Messung mit einem Sensor der im Dielektrikum steht.
Da es aus dem Luftfahrtbereich stammt und auch für dieses demonstriert werden soll findet man leider nicht viel Informationen darüber.


Vielleicht hat wer Ideen für so eine Schaltung oder Links wo man darüber etwas finden könnte.

Grüße

[ranke]

Hier mal 3 links von Leuten, die sich schon mal mit dem Thema auseinandergesetzt haben:

http://www.rst-engr.com/kitplanes/index.htm

http://kc4gzx.tripod.com/kc4gzx/project30.htm

http://www.coolcircuit.com/gadgets/2008/02/13/digital-water-level-meter-project/

Ob das einen Wert hat, kann ich auf die Schnelle nicht beurteilen.

[Trallala]

Danke für die Links,

geht schon in die Richtung. Wäre es eigentlich auch möglich 2 Kondensatoren, z.b 2 Zylinder, ins Wasser zu stellen und parallel zu schalten?
Dann würden sich da die Kapazitäten addieren und wenn man dann mit Kapazitätsmessgerät misst, würde doch der eine beim kippen weniger und der andere mehr Kapaziät haben oder?
Mein Problem ist, dass der Unterricht ein reiner Theorieunterricht ist und wir keine Schaltungen bauen und somit hab ich damit keine Erfahrungen.

Es soll wie gesagt nur ein Versuch sein, es muss keine genau Menge gemessen werden.Es soll nur durch kippen eines Behälters gefüllt mit Wasser dargestellt werden das die Kapazität gleich bleibt und somit auch die "Kraftstoffanzeige" im Flugzeug.

Nur das muss irgendwie realisiert werden...

[ranke]

Ich glaube, daß ein Hauptproblem der Aufgabe darin liegt darin, daß die erreichbaren Kapazitäten für eine solche Anordnung sehr klein sind, damit sind auch die erreichbaren Kapazitätsänderungen durch die Füllstandsänderung sehr klein.
Dazu kommt, daß man eine mechanisch stabile Lösung braucht, weil Änderungen der Geometrie (also z.B. Plattenabstand) einen starken Einfluß auf die Kapazität haben.
Wenn Du Wasser als Demonstrationsmedium verwendest, erreichst Du einen wesentlich größeren Effekt als mit Kraftstoff, weil die Dielektrizitätskonstante von Wasser recht hoch ist. Allerdings mußt Du die Kondensatorplatten elektrisch isolieren, weil selbst Reinwasser eine elektrische Leitfähigkeit hat, die die Ladungsmenge aus einem kleinen Kondensator sofort abfließen läßt.
Als Kondensator würde ich erstmal ein Stück Flachbandkabel ausprobieren, alle geradzahligen Adern ergeben miteinander verbunden Platte 1, die ungeradzahligen Adern Platte 2 des Kondensators. Die beiden Enden sollten nicht im Wasser liegen.
Wenn Du ein geeignetes Kapazitätsmeßgerät hast, kannst Du ja schon mal in Luft und in Wasser messen (Den Wert für Luft sollte man auch im Datenblatt des Kabels finden).

[Trallala]

Das mit dem Kabel ist eine prima Idee. Sonst hätte ich mir als Kondensator eben 2 ineinander geschobene Zylinder, also Rohre, vorgestellt. Somit ändere ich ja nicht die Geometrie sondern nur das Dielektrikum dazwischen beim Kippen des Behälters.
Das Problem bei den Rohren besteht aber wohl darin, dass ich nie 2 Anordnungen mit der gleichen Kapazität bauen kann und somit noch ein Angleich stattfinden muss.

Hast Du eine Idee wie die Schaltung dazwischen funktionieren kann? Denke mir mit einem Addierer sollte das möglich sein oder? Es sollen ja 2 Kapazitäten verglichen und ein Mittelwert gebildet werden. Aufgrund der Trägheit der Anzeige sollte dann bei gleichem Füllstand immer das gleiche angezeigt werden, egal ob gekippt oder normal.

[ranke]

Hast Du eine Idee wie die Schaltung dazwischen funktionieren kann? Denke mir mit einem Addierer sollte das möglich sein oder? Es sollen ja 2 Kapazitäten verglichen und ein Mittelwert gebildet werden.


Das geht am besten mit einer Brückenschaltung, einer Wheatstone Brücke, oder besser gesagt, weil wir keine ohmschen Widerstände haben, sondern Kapazitäten, einer Maxwell-Brücke.
Die beiden Sensoren können dann einfach in Serie geschaltet werden, die kapazitiven Widerstände addieren sich. Je nach Geometrie des Tanks kann man das Flachbandkabel auch einmal innen um den Behälter legen und man kommt somit mit einem Sensor aus.

Hast Du denn ein Kapazitätsmeßgerät zur Verfügung, damit Du einmal messen kannst, ob die Sache mit dem Flachbandkabel überhaupt funktioniert (Daneben könnte man auch mal mit angenommenen Daten rechnen)?

[Trallala]

Ja in Form eines Mutlimeters. Eine etwas besseres aber mal sehen was sich damit anstellen lässt.
Die Geometrie des "Tanks" ist wahrscheinlich ein ausgemustertes Aquarium-

[Trallala]

Aber gehe ich recht in der Annahme das diese Maxwell Brücke nur einen Potentialunterschied mißt? Damit kann ich beide Sensoren zusammenführen aber bekomme keine dauerhafte Anzeige oder?

Ich meine es soll dargestellt werden dass selbst bei kippen des Beckens kein Unterschied zu sehen ist, aber eine Anzeige in Form einer Spannung sollte es sein. Und wenn ich innerhalb der Brücke messe habe ich keine Anzeige oder?

Eben nur wenn sich das potential ändert und diese Anzeige würde sich ja von der ursprünglichen unterscheiden.

[ranke]

Wenn Du ein Multimeter mit Kapazitätsmessung hast, dann ist das natürlich das einfachste. Du brauchst ja nur die beiden Kondensatoren parallel schalten, damit addieren sich die Kapazitätswerte der beiden Sensoren.

[Trallala]

Verstehe ich das richtig dass ich dann keinerlei Schaltung dazwischen brauche?

[Besserwessi]

Stimmt, geht ohne extra Schaltung. Es wird nur etwas Offset in der Anzeige sein, d.h. wenn der Tank leer ist wird nicht 0 sondern z.B. 100 pF angezeigt.