Dichte einer Flüssigkeit messen

[mwoidt]

Hallo
Ich muss für ein Projekt die Dichte einer Flüssigkeit, die sich ein einem Tank der Roboters befindet (5L), möglichst genau zu messen. Dazu hab ich mir zwei sachen überlegt.
Einmal über ein Magnetventil flüssigkeit in ein kleineren Behälter so 1L abzuzweigen, den Füllstand genau überprüfen und dann wiegen. Temperatur messen und alles zurücküpumpen. Ist allerdings sehr aufwändig und vermutlich ungenau.
Jetzt ist mir noch eine zweite Idee gekommen. Wenn ich in die flüssigkeit jetzt einen schwimmer einbaue, der nur teils untertaucht und ein bekanntes spezifisches gewicht hat dann kann ich ja durch die eintauchtife die dichte bestimmen. Ich würde mit jetzt einen solchen schwimmer suchen. Z.B. einen Plexiglaszylinder in den ich blei einklebe oder sowas, den dann an einem Stab beweglich lagern, damit er nicht wegschwimmt oder kippt und dann den Abstand messen. Gibt es da evtl. schon solche Sensoren und wenn ja wo und wenn nein wie kann man möglichst einfach den Abstand messen, wobei es robust sein muss und Optisch definitiv ausfällt. Magnetisch oder ultraschall so wäre da schon eher was

[Besserwessi]

Das mit dem Teilwiesen Eintauchen gibt es zum beispiel als tester für Frostschutz oder Batteriesäure. Das Ablesen geht da allerdings noch von Hand. Wenn der Füllstand nicht immer genau gleich hoch ist, dann wird die automatische Messung allerding kompliziert.

Besser wäre wahrscheinlich den Testkörper ganz einzutauchen und die Kraft zu messen, die nötig ist um ihn noch zu halten. Der testkörper muß dazu eine etwas höhere Dichte als die Flüssigkeit haben. Man mißt durch die Kraft dann die Differenz der Dichten. Wenn es sehr genau werden soll muß man auf die Oberflächenspannung und Temperaturgradienten in der Flüssigkeit auchen. Eventuell muß man auch auf die Vertikale ausrichtung achten und während der Messung möglichst nicht fahren.

[Manf]

Die Ochslewaage hast Du vielleicht schon gefunden.
http://www.geist-im-glas.com/oechslewaage_intro.htm
Bei allen Schwimmern und auch bei Kraftessungen kommt es natürlich darauf an, dass der Tank sich nicht zu sehr bewegt.
Hält der Roboter für die Messung an?

[pongi]

Ist wahrscheinlich zu kompliziert, aber bei Laboranwendungen wirds so gemacht (20°C u. Normaldruck vorausgesetzt):
Die zu messende Flüssigkeit (balsenfrei) ist in einem U-Rohr, was dann mit einem mechanischen Impuls (Krafteinwirkung einer Spule aufs Rohr) ausgelenkt wird. Danach wird der Abklingvorgang der Schwingung gemessen, und daraus auf die Dichte geschlossen. Diese Methode ist sehr genau: +-10^-6 g/cm^3.

[Vitis]

man nehme zwei unterschiedlich lange röhren, die man in die Flüssigkeit eintaucht dann misst man im eingetauchten
zustand den Differenzdruck. natürlich ist der höhenunterschied
der beiden Röhren genau zu messen, sonst stimmt nix.

ps: die Mostwaage / Oechslewage / Aräometer sind recht
empfindliche Glasteile n Greifer von nem Robo ist für die
evtl. doch etwas grob

[mwoidt]

Die idee mit dem ganz eintauchenden Klotz und Kraftmessung gefällt mir ganz gut. Das Anhalten damit nichts schwankt ist kein Problem. Wie kann man die benötigte Kraft messen ohne teuer Geld auszugeben? Gibt es irgendwo Kraft sensoren?

[Manf]

ps: die Mostwaage / Oechslewage / Aräometer sind recht
empfindliche Glasteile n Greifer von nem Robo ist für die
evtl. doch etwas grob
Das sind sie, je nach Einsatzzweck, Reinheit und Genauigkeit kann man so ein Gerät aber vielleicht auch bissfest (oder knetbar ?) kostruieren. O:)
So weit sind wir ja noch gar nicht vorgedrungen.

http://tbn0.google.com/images?q=tbn:Lv-a556-OHcT0M:http://upload.wikimedia.org/wikipedia/de/thumb/4/49/Schwimmerventil.svg/300px-Schwimmerventil.svg.pnghttp://tbn0.google.com/images?q=tbn:Lv-a556-OHcT0M:http://upload.wikimedia.org/wikipedia/de/thumb/4/49/Schwimmerventil.svg/300px-Schwimmerventil.svg.png

Vielleicht ist ja eine Kombination aus einer "Mostwaage" und einem "WC Schwimmer" mit Winkelmessung geanuer als eine Kraftmessung.

[Besserwessi]

Für die Kraftmessung wäre es wahrscheinlich am einfachsten eine billige, elektronische Breifwaage anzuzapfen. Es gibt einzelne Kraftsensoren, die sind aber meistens sehr teuer. Wenn man das unbedingt ganz selber bauen will, dann könnte man eine Feder und einen Empfindlichen Positionssensor nehmen.

An der Methode mit der Schwingung im U-Rohr hat auch was für sich, man braucht dann aber noch was, um den Flüssigkeitsstand im Rohr zu messen. Gehen wird das wohl nur gut wenn die Flüssigkeit nicht zu zäh ist.

[Vitis]

Für den Winkelmesser brauchste aber auch den genauen Abstand zur
Flüssigkeitsoberfläche ... natürlich dann ohne Schwimmer,
weil der ja je nach Dichte auch unterschiedlich eintaucht

[mwoidt]

Ich hab auch an die Briefwagenmethode gedacht. 0.5g genauigkeit ist da durchaus für kleines Geld drin. Bei nem entsprechend großen schwimmer ist mir das von der Theorie her durchaus genau genug. Werd mal so ne waage bestellen

[alter Mann]

Wie wäre es mit einem Flügelrad, welches sich in der Flüssigkeit dreht.
Der Motorstrom des Antriebsmotors lässt dann (wahrscheinlich nicht sehr genau, aber das könnte man ja testen) auf die Dichte schliessen. (Oder wäre das dann die Viskosität?)

Eine andere Möglichkeit wäre es vielleicht, die Füllhöhe des Tanks (US-Sensor) und das Gewicht (DMS) zu erfassen und daraus die Dichte zu errechnen.

Florian

[Besserwessi]

Das Flügelrad würde die viskosität messen. Wenn es sehr schnell dreht, geht dann auch die Dichte ein. Die Karftmessung am Testkörper ist wesenlich empfindlicher als den Ganzen Tank zu wiegen. Man mißt dann nämlich nur Differenz der Dichte zwischen Testkörper und der Fluüssigkeit. Gerade wenn es um kleine Unterschiede (z.B. Salzwasser / Süsswasser) macht das einen großen Unterschied.

[mwoidt]

Das wird etwas umständlich. Ich denke die idee einen Probekörper bekannter dichte einzutauchen und dann seine gewichtskraft zu messen führt am ehesten zum erfolg aber mal sehen

[Manf]

Ganz interessant wäre es ja an der Stelle auch mal zu erfahren wie groß der Messbereich für die Dichte etwa sein soll und mit welcher Auflösung gemessen werden soll.

[ranke]

Gelegentlich korreliert die Dichte einer Flüssigkeit auch gut mit der optischen Brechzahl. Diese kann man in einer geeigneten Anordnung (z.B. indem man den Grenzwinkel der Totalreflektion feststellt) messen.
Seite 3 des verlinkten pdf zeigt eine mögliche Meßanordnung, die ohne bewegte Teile auskommt:

http://www.anton-paar.com/ap/servlet/ap.dl.File/dl/CEA6930EA35347E4C12570420028D30E/XDPIE80A-D-Methodenvergleich-DICHTE-RI.pdf

[mwoidt]

Wäre eine Idee. Werd ich mal ausprobieren. Da müsste ich ja mit einer Lichtschranke, die ich um die "Ecke" aufbaue und dann auf einem Servo drehe klarkommen mit. Die Idee find ich auf jeden Fall gut da dabei auch nich unerwünschte Feststoffe wie Schwebteilchen mitgemessen werden. Wenns funktioniert und ich mir ein solches Prisma besorgen kann werd ich das dann vielleicht auch nochmal aufbauen wie im Artikel beschriben:)

[Movie85]

Hi,
ich war gerade auf der suche nach einem Ultraschallsensorenschaltplan, da ist mir dieser Beitrag eingefallen...
Vielleicht kann man mithilfe von einem Ultraschallsensor die Dichte herausfinden, da Schall sich in jedem Medium anders ausbreitet.

Hoffe ich konnte helfen

MFG

Movie

[oberallgeier]

... Ich denke die idee einen Probekörper bekannter dichte einzutauchen und dann seine gewichtskraft zu messen führt am ehesten zum erfolg ...Das hätte ich auch vorgeschlagen. Dazu wirst Du als Aufhängung für den Probekörper bitte einen möglichst dünnen Draht nehmen - in solchen Fällen sind Drähte im Zehntel-Millimeter-Dicken-Bereich üblich.

Ruf doch mal bei Kern & Sohn (http://www.kern-sohn.com/) an und besprich Deine Aufgabenstellung. Meiner Meinung bist Du mit einer Unterflurwaage recht gut bedient - wenn die klein genug ist. Noch pfiffiger wird eine Zugwaage sein, ich könnte mal nachsehen wo (m)eine aus dem Technikum steckt - das ist eine mit RS232 und Aufhängung oben und Aufhängung/Haken unten.

Die Frage mit der Waagenauflösung, dem Wägebereich und der von Dir geforderten Genauigkeit wirst Du eben vorher weitgehend klären. Dazu solltest Du den Prüfkörper in seiner Größe/Volumen und der Dichte variieren, also z.T. auch verschiedene Materialien nehmen - damit wird natürlich Genauigkeit und Wertebereich beeinflusst. Ausserdem solltest Du Dir den Ausdehnungskoeffizienten (bei Temperatureinfluss) des Prüfkörpers und der Flüssigkeit ansehen! Sengspiel (http://www.sengpielaudio.com/UmrechDich.htm) hat dazu einige prächtige Seiten (na ja, er hat VIELE prächtige Seiten). Natürlich kann man die Dichte aus der Schallgeschwindigkeit berechnen - da braucht man aber teilweise etwas viel Eingangsgrössen - guck Dir das hier (http://www.sengpielaudio.com/Rechner-luftdruck.htm) mal an :).

Wichtig wäre auch, ob die von Dir beschaffte Waage nur dann einen Wert ausspuckt, wenn das Gewicht eine bestimmte Weile steht, oder ob Du bei nicht stillstehendem Gewicht messen kannst (dann wären Messungen auch "im Fahren" möglich).

Im Übrigen wird die Dichte von Flüssigkeiten sehr genau mit einem (temperierten) Pyknometer gemessen.

Viel Erfolg

[Besserwessi]

Im Prinzip solle Dichte auch per ultraschall messbar sein. Allerdings wird man dazu die Laufzeit und Amplitude brauchen. Das hat vor allem den Vorteil, da man das auch wärend der Fahrt machen könnte. Wie genau das wird, müßte man aber wohl erst mal ausprobieren.