Füllstand Regentonne ermitteln

  • Wo diese Lösung steht, ich muss nochmal lesen. Ansonsten siehe meine Signatur.


    Okay, ich finde es nicht bzw. kanns nicht lesen. Was in einer Hebeanlage über Jahre funktioniert, geht 100%-ig auch in einer Regentonne.

    Edited once, last by flyppo ().

  • Das Problem hier war, dass der angedachte Luftdrucksensor (3 EURO) bei 1100 hPa schluss macht, und der alternative Sensor, der sogar schon einen solchen Schlauchanschluss hat, bei CONRAD 25 EURO Kostet. Im Unterschied zur Rohr-Loesung kann der Schlauch wohl auch unten geschlossen sein. Das loesst ggf. das Problem mit der sich im Wasser lösenden Luft. Das hatte ich übersehen und ist eine gute Idee, eine Mischung aus Luftballon und Rohr ohne die jeweiligen Nachteile. Seufz, einfach waere die Lösung, aber der Sensor ist teuer. Immerhin das beste bisher.


  • Was allerdings funktionieren könnte: Sensor in eine Metallkiste einschweißen, Leitung durch Gehäuseöffnung führen, mit Heißkleber gut abdichten. Dann dringt kein Wasser hinein (wenn das größte Loch kleiner als ca. 3 µm ist). Auf einer Seite der Kiste ist ein Loch, das mit einer Folie (Frischhaltefolie) absolut dicht verschlossen wird. Die Frischhaltefolie ist so dicht, dass Sauerstoff und Stickstoff nicht permeieren können (das meiste also dauerhaft drinnen bleibt). Die Poren in der Frischhaltefolie sind so klein, dass auch kein Wasser eindringen kann.


    Was aber dagegen spricht: Diese Konstruktion ist sehr temperaturabhängig und hat deswegen immense Auswirkung auf den Messwert. Temperatur-korrigiert sollte es aber reproduzierbar messen können.


    Kannst Du diese Konstruktion noch mal genauer beschreiben? Die erschließt sich mir noch nicht. Und wenn es tatsächlich hinreichend gasdichte Folien gibt: Wäre dann ein Ballon aus solch einer Folie nicht die Lösung?



    Hallo Manul,


    nach dem allg. Gasgesetz, Gay-Lussac, Avogadro und wie sie alle heißen, folgt immer eine Abhängigkeit Druck bzw. Volumen zu Temperatur von 1/273 K. Bei 10 ° Temperaturänderung, die Du nachts % tags hast, sind das dann schon rund 4%.


    Sehe ich anders: Bei gegebener Stoffmenge ist das Produkt aus Druck und Volumen in der Tat von der Temperatur abhängig. Da der Druck aber durch den Wasserdruck in der Umgebung vorgegeben ist, erfolgt die Variation in diesem Fall über eine Volumenänderung. Der Ballon dehnt sich aus oder zieht sich zusammen, bis der Gasdruck im Inneren dem äußeren Wasserdruck entspricht. Bleibt als Einfluß der Temperatur auf den gemessenen Druck nur noch die Variation des Wasserdrucks. Die sollte der Temperaturabhängigkeit der Wasserdichte entsprechen und liegt m.W. damit im Promillebereich.

  • Das Problem des 3.- EUR Sensors sehe ich weniger im Messbereich (der lässt sich durch Eintauchrohrdurchmesser, Schlauchlänge und durchmesser bis zum Sensor, max. Tonnenfüllstandshöhe voraus berechnen), sondern in der Tatsache, dass der Sensor ein Absolutsensor ist, d.h. der Referenzwert (Luftftdruck >10.000 m) ist im Sensor fest eingestellt. Im Gegensatz zu einem relativen Drucksensor, als dessen Referenzwert an einem zweiten Sensorauslass meistens der gerade akuelle Luftdruck dient.


    Da, je nach Wetterlage, die Luft über der Regentonnen ständig verschieden stark auf den Wasserspiegel drückt, müsste dies zumindest durch einen zweiten gleichartigen Sensor ausgewertet und mitberücksichtigt werden. Ein gewisses Temperaturproblem sehe ich auch, da sich bei zunehmender Erwärmung der Messluftdruckstrecke der Druck, bei gleichbleibender Füllstandshöhe, erhöht (und umgekehrt)



    Servus !

    RTFM = Read The Factory Manual, oder so

  • Ich hake mal nach: Es geht um den Füllstand einer Regentonne, die zu was genutzt wird? Zweckgebunden um Regenwasser zu sammeln?

  • RTFM: Eine Korrektur über einen (zweiten) Luftdrucksensor ist kein Problem, der ist schon in Betrieb. Wie sich der Messbereich aber erweitern laesst, sehe ich nicht.
    @flyppo: ja, maximale Wasserhoehe 1,20m
    Man kann überlegen, ob es auch in der Kaffeemaschine funktioniert, dann haette man aber noch andere Probleme (Materialbestaendigkeit bei Hitze, Lebensmittelechtheit etc...) Aber das ist momentan nicht mein Ansinnen. Es koennte noch weitere Anwendungen geben, Im Toilettenspuelkasten, Badewanne, Bierzapfanlage (war glaube ich mal hier im Forum ein Thread), Als Sensor im Wasserbett, in der Luftmatratze, oder allgemein in Luft-Möbeln, Vielleicht sogar zum Messen des Grundwasserpegels (wenn man den Schauch vertikal in den Boden einbuddelt), als Regensensor (Schlauch im Garten vergraben), als Waage, etc... Das mit dem Grundwasser könnte mir noch gefallen...

  • Bevor eine endgültige Festlegung erfolgt, hätte ich noch eine Variante:


    Kapazitive Füllstandsmessung:
    (Das ist jetzt mal eine Ableitung des "Erdfeuchte"-Messprinzips, ist aber schon nahezu ideal:)


    Ein (dünnes) Metallrohr mit Löchern, in dem Metallrohr einisolierter Draht: Beides zusammen bildet einen Kondensator, dessen Kapazität sich von dem zwischen Draht und Rohrwandung befindlichen Medium (Wasser, Öl usw) abhängt.
    Die Schaltung ist sehr simpel und sehr zuverlässig, ich hatte damit spasseshalber mal eine Füllstandsanzeige für einen Hydrotopf gebastelt... sehr präzise..


    Das Ganze ist, wenn das Rohr mit Lack geschützt ist, sehr robust... und einfach in der Handhabung, keine Dichteprobleme usw...

  • Quote from wend


    @flyppo: ja, maximale Wasserhoehe 1,20m


    Danke. Ne, es geht mir um die Sinnhaftigkeit des Anliegens generell. Wenn ich meine Pflanzen im Garten gießen will, gehe ich mit der Gießkanne an die Regentonne und hol Wasser. Ist keins drin, dann ist das so.
    Man kann sehr vieles mit Computern machen, aber muss man das auch? Wenn es nur ums Lernen geht, akzeptiert, ansonsten...


    forum-raspberrypi.de/attachment/12630/


    Viel Erfolg

  • Zentris: Die Kapazitive Messung gefaellt mir. Man braucht dann nur einen GPIO und zusaetzlich einen Widerstand. Mit zwei Signalkabeln (GPIO, GND) kommt man aus, das ganze ist Störsicher, Potenzialdriften sind egal, Leitungslaenge spielt keine Rolle, genial! Welche Kapazitaet kann man denn erwarten? Ich sehe noch ein Problem: der Ionengehalt des Wassers (entlaed den Kondensator)...
    @flyppo: Sinn oder nicht Sinn, wahrscheinlich ist alles, was zu kompliziert ist, nach einer Weile nicht mehr wartbar. Das stimmt. Aber dann duerfte man ja gar nix zuhause basteln. Es geht mir nicht nur um eine Fuellstandsanzeige, sondern auch um eine Mengen-Messung, wenn man Wasser ablaesst. Das zur automatischen Bewaesserung. (Spart einen separaten Durchflussmesser am Schlauch und man hat die Fuellstandsanzeige auch noch, ausserdem eine Zulaufmesseung=Regensensor). ALso eine einfache Lösung, die viele Messgroessen macht. Fuer eine richtige Home-Automatisierunge also genau das richtige.
    Automatisch zusammengefügt:[hr]
    Man koennte sogar zusaetzlich noch die Leitfaehigkeit des Wassers messen, also wie Sauer bzw Salzig es ist.
    Messprinzip:
    GPIO wird (ueber einen 1kOhm Widerstand) mit Kondensator (also dem Messrohr) verbunden, GND ebenfalls.
    1. Dann GPIO auf OUTPUT schalten und zunaechst mal LOW -- Kondensator entlaed sich.
    2. warte 4 Millisekunden (bis Kondensator wirklich entladen ist)
    3. Dann GPIO auf HIGH für n Mikrosekunden.
    4. GPIO auf INPUT schalten und messen, ob HIGH oder LOW.
    5. Wenn low, erhoehe n um 1, und GOTO 1
    6. Wenn HIGH, schalte wieder auf OUTPUT und HIGH
    7. warte 4 Millisekunden bis Kondensator auf jeden Fall voll ist.
    8. GPIO auf input schalten
    9. GPIO abfragen und Zeit messen, bis LOW kommt.
    Jetzt hat man zwei Zeiten gemessen. Einmal wie lange es dauert, bis der Kondensator über eine Schwelle geladen ist. und andermal, wie lange es dauert, bis sich der Kondensator unter die Scwelle entlaed.
    Beide Zeiten haengen von der Kapazitaet ab und dem Widerstand des Wassers. Beim Laden jedoch weniger, so dass man beide groessen separat bestimmen kann. Muss ich mal eine Formel ausrechen....

    Edited once, last by wend ().


  • Zentris: Die Kapazitive Messung gefaellt mir. Man braucht dann nur einen GPIO und zusaetzlich einen Widerstand. Mit zwei Signalkabeln (GPIO, GND) kommt man aus, das ganze ist Störsicher, Potenzialdriften sind egal, Leitungslaenge spielt keine Rolle, genial! Welche Kapazitaet kann man denn erwarten? Ich sehe noch ein Problem: der Ionengehalt des Wassers (entlaed den Kondensator)...


    Ganz so simpel ist jetzt mit dem RasPi nicht, weil der so langsam ist...:


    Die Kapazität eines Rohrkondensator berechnet sich nach:


    Bei einer Rohrlänge von 1,2m, Drahtdurchmesser=1mm und Innendurchmesser des Rohres von 10mm kommen etwa folgende Kapazitäten zusammen (jeweils Rohr voll mit Luft oder Wasser...):
    Wasser: ca. 1,5nF
    Luft : ca. 0,014nF


    Damit wird die Schmidt-Triggerschaltung so zwischen 100kHz und 1kHz schwingen (Arbeitsannahmen).


    Diese Frequenzen sind mit dem RasPi m.W. schlecht sauber messbar... ein Arduino kann das locker.
    Also wäre das einfachste, einen kleinen Arduino (oder sowas) direkt in den Messkopf auf dem oben Rohrende zu platzieren und ihn die Wandlung vornehmen zu lassen. Der Arduino ist dann per seriellem Kabelinterface mit dem Arduino verbunden.


    Alternativ:
    Ein ESP8266 im Messkopf erledigt alles und sendet es per WLAN an den RasPi, der Messkopf muss nur mit ein bisschen Strom versorgt werden...


    ***denk mal drüber nach***

  • OK, die Kapazitaeten sind tatsaechlich recht klein, auch fuer die oben beschriebene Messung der Lade und Entladezeiten. Abgesehen davon, waere die Entladezeit Proportional zum Produlkt RC, die Ladezeit ist zusaetzlich noch von R abhaengig:


    t2=const2 * R * C
    t1=const1 * R * C


    Aus der Zeit t1 laesst sich also das Produkt bestimmen und aus dem Verhaeltnis t2/t1 , welches dann nich mehr von der Kapazitaet C abhaengt, den Wasserwiderstand R.


    Alles ohne zusaetzliche Bauteile, ohne Arduino, ohne ADC. Allerdings muesste die Kapazitaet etwa 10 nF oder größer sein, damit das geht.
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    Mit einer Schwing-Schaltung sollte man mit dem Raspi bis zu 1 MHz messen können, allerdings nur mit schlechter Aufloesung, vielleicht geht es ja dann doch... Vielleicht gibt es Wege, die Kapazitaet noch etwas zu erhöhen, z.B. zwei groessere rohre ineinander oder so.

    Edited once, last by wend ().

  • Warum denn das alles???
    Wasserwiderstand ??? Ähm, der Draht und das Rohr sind vollisoliert!!


    Schau dir den Erdfeuchte-Thread an (ok, ok, er ist lang), aber in meinem Git-Repo gibt es eine fertige Schaltung mit Sketch, die mit ein wenig Umbau genau dafür taugt... (quasi 95% fertig)...
    Da der Raspi kein Echtzeit-OS ist, wird die Messung von 1Mhz (bzw. auch schon 100kHz)... ohne weitere Hardware ... sage ich's mal so... "'ne grobe Schätzung" sein.... - das Thema hatten wir hier doch schon mehrfach...

  • Tja, ich stand aufm Schlauch. An die Isolierung hatte ich mal wieder nicht gedacht... OK, dann ist es noch einfacher, Dann ist R etwa 50 kOhm, naemlich der Eingangswiderstand des GPIOs und RC ist dann im passablen bereich. Aus einem anderen Projekt (Reflexlichtschranke) weiss ich, dass der Raspi Pulslaengen mit einer Mikrosekunde Aufloesung super messen kann. Die Kapazitaet muesste allerdings so gross sein, dass bei vollem Fass eine Pulslaenge von vielleicht 1 Millisekunde entsteht. Dann haette man ca. 1000 Schritte zwischen leer und voll. Das wi uerde ausreichen.
    Bei 100nF bekommt man 5 Mikrosekunden, bei 20 nF waeren es dann ca eine. Das muss der sensor hergeben.
    Automatisch zusammengefügt:[hr]
    Aus der Formel oben sieht man doch, dass die Kapazitaet groesser wird, wenn die Beiden Radien annaehernd gleich sind. Also innerer Leiter wird zum Rohr, welches nur ca 2 mm kleiner im Durchmesser ist. Dann hab ich schon 20 mal hoehere Kapazitaet.

    Edited once, last by wend ().

  • wend:
    Irgendwie hab ich den Eindruck, dass du es nicht verstehen willst:


    Die Ankopplung der Regenwasser-Rohr-Kapazität direkt an den RP ist aus mehreren Gründen so mit die schlechteste Idee von allen, die bisher gekommen sind (bitte nicht als Beleidigung verstehen!!):


    • Je nachdem, wo der RasPi sich räumlich von der Meßstelle befindet, benötigste du ein mehr oder weniger langes Kabel, dessen Kabelkapazität direkt in die Messung einfließt. Da diese Kabelkapazität aufgrund der Bauform des Kabels und der Länge deutlich größer sein wird als die Kapazität des Rohr-C, kann es passieren, dass du kaum noch eine Veränderung messen könntest.
    • Der RP ist für halbwegs genaue Frequenzmessung im Bereich von mehr als ein paar kHz einfach aufgrund seines nicht echtzeitfähigen OS nicht geeignet. <Punkt>
    • Durch den mehr oder weniger langen Kabelstrang (der ja hochohmig ausgeführt werden muss wegen deines Messprinzipes) fängst du dir jede Menge Störungen ein (EMV-Problematik) - die bis zu heftigen Überspannungen an der RP-GPIO führen kann - der RP wird sich dann über kurz oder lang verabschieden...
    • Jeder Austausch des Verbindungskabels erfordert eine Neueinmessung aufgrund der sich damit ändernden Kabelkapazität.
    • Jedes Kabel hat auch einen Isolationswiderstand, der liegt zwar im MOhm-Bereich, kann bei der notwendigen hohen R-Komponente deines geplanten Aufbaus ebenfalls störend und unkalkulierbar werden.


    Ich habe dir ja nun zwei wirklich nutzbare (und verifizierte) Vorschläge gemacht, der notwendige Hardwareaufwand ist m.E. gering...


    Was du da machen willst, ist ... sagen wir es mal so... ach, du weißt schon.... :lol:


  • RTFM: Eine Korrektur über einen (zweiten) Luftdrucksensor ist kein Problem, der ist schon in Betrieb. Wie sich der Messbereich aber erweitern laesst, sehe ich nicht.


    Hallo Wend !



    Wenn Du am oberen Ende eines 1,2 m langen Tauchrohres den Drucksensor montierst, hast Du eine Wasserdruckdifferenz von 120 mbar in der dortigen Luftblase. Es hat sich das Luftvolumen des Tauchrohres auf die Luftblase verringert. Wenn Du am oberen Ende des Tauchrohres aber einen Luftspeicher mit dem 10-fachen Volumen des Tauchrohres anschliesst, steigt jetzt der Druck nur um 12 Millibar für 1,2 m Füllhöhe. In der Praxis wird wohl ein 2-3 mm Kunststoffschlauch vom Tauchrohr zur Messtelle samt DrucKsemsoren führen, dort, oder irgenwo dazwischen kann ein Kanister zur Messdruckminderung stehen.


    Ein 1 Zoll Tauchrohr hat über 120 cm ein Volumen von 2,54 x 3,16 x 120 = 957.072 ccm³, also 0,96 l
    Ein 1/2 Zoll Rohr 0,48 l


    Laut Wetterfrosch habe ich hier gerade einen Luftdruck von exakt 1000 hPa (in 320 m Seehöhe - Tiefdruckwetterlage)


    Laut Bosch Datenblatt 3.5 kann maximal (ulta high res ?) in 1 Pa (=0,01 hPa = 0,01 mbar) Schritten gemessen werden.


    Bei einem 1/2 Zoll Tauchrohr kann dessen Volumen von 0,45 l mit einem 5 l Messdruckminderungsluftkanister um den Faktor von gerundet 10, bei 10 l um gerundet das 20-fache und bei 20 l um das 40 - fache zur Messung gedehnt werden.


    Der relative Wasserdruck - min/max - von 120 mbar verringert sich dann am Sensor durch die zusätzluche Luftmenge auf 12, 6, 3 mBar (=hPA, = 1200/600/300 Pa).


    Bei der heutigen Wetterlage würde der Sensor bei leerer Wassertonnenne 1000 hPa, bei voller Wassertonne 1012/1006/1003 hPa (1) liefern und in der höchsten Auflösung 1200/600/300 verschiedene Messwerte liefern.


    Der Bau mit 1/2 Zoll Tauchrohr mit 5/10/20 l Druckverminderer ist aber Quatsch und ich muss einmal schauen, welche Luftdruckgrenzwerte bei mir zuhause archiviert sind.


    1/4 Zoll Tauchrohrvariante rechne ich erst nach Bekübeln aller Denk- Rechen- und Kommafehler durch, falls überhaupt noch nötig.




    Servus !

    RTFM = Read The Factory Manual, oder so


  • Wenn Du am oberen Ende eines 1,2 m langen Tauchrohres den Drucksensor montierst, hast Du eine Wasserdruckdifferenz von 120 mbar in der dortigen Luftblase. Es hat sich das Luftvolumen des Tauchrohres auf die Luftblase verringert. Wenn Du am oberen Ende des Tauchrohres aber einen Luftspeicher mit dem 10-fachen Volumen des Tauchrohres anschliesst, steigt jetzt der Druck nur um 12 Millibar für 1,2 m Füllhöhe.


    Irgendwie habe ich gerade ein prinzipielles Verständnisproblem - entweder, was die Konstruktion oder was die physikalischen Grundlagen angeht: Prinzipiell müsste doch in Tauchrohr und Luftspeicher, wenn sie miteinander verbunden sind, überall der gleiche Luftdruck vorliegen, oder? Am unteren Ende des Tauchrohrs trifft Wasser auf Luft. Im Wasser herrscht in 1,2m Tiefe ein Druck, der ca. 120 mbar über dem Oberflächenluftdruck liegt. Damit übt die ins Tauchrohr hineinragende Wassersäule eine Kraft von A (Querschnitt des Tauchrohrs)*p(Wasser) auf die Luftsäule aus. Diese setzt dem ihrerseits eine Kraft von A*p(Luft) entgegen. Im Gleichgewicht müssen beide Kräfte und damit auch beide Drücke gleich sein, ansonsten wird die Luftblase expandieren oder kontrahieren bis Druckgleichheit hergestellt ist - unabhängig von ihrem Volumen.


    Wo ist mein Denkfehler?

  • RTFM: Hm, ich verstehe es glaube ich immer noch nicht. Der Druck ist doch in mit Schlauchen verbbundenen Behaeltern immer gleich, egal wie gross die Behaelter sind.


    Zentris: Ich glaube der Kabelwiderstand ist gegen die Eingangsimpedanz von 50 kOhm des GPIOs vernachlaessigbar. Fast genauso die Kabelkapazitaet (die Leiter eben schön dünn und nicht zu nah zusammen). Störungen bekaeme man hauptsaechlich induktiv, das stimmt. Hab ich aber bei meinen Systemen, die in Betrieb sind, noch nicht beobachtet. Und das kann man durch Verwendung eines abgeschirmten Kabels verhindern. Ich kann noch nicht wirklich sagen, was das ausmacht, aber ein System laeuft schon mit 10m Kabel und 60nF Kondensator super stabil. Die Echtzeitfaehigkeiten des Pis sind auch nicht nötig, denn er hat ja einen 1MHZ Hardware-Timer, den man abfragen kann. Das polling geht mit 6 MHz, also kann ich eine Mikrosekunde ganz gut aufloesen, und wenn der Prozess wegen des Mutitasking mal unterbrochen wurde (fuer meherer Mikrosekunden), dann kann ich das durch meherer Wiederholungen der Messung ausgleichen, denn ich nehme dann immer die kürzeste Messzeit von einer Messreihe mit sagen wir 100 Einzelmessungen. Da ich ja nur Pulse vermesse, bin ich automatisch immer Synchron. Bei einer Frequenzmessung habe ich tatsaechlich mehr Probleme mit der Synchronizitaet, auch hier muesste man also viel mitteln. Aber deshalb ziehe ich Messungen im Zeitbereich denen im Frequenzbereich bei digitalen Inputs unbedingt vor. Die Rechenpower des Pis kann so die nicht-echtzeitfaehigkeit grossteils ausgleichen. Ich bekomme so natuerlich immer nur 1 guten Messwert alle 100 Millisekunden. Fuer die Tonne sollte das ausreichen. Da mich das Messprinzip aber ziemlich überzeugt, baue ich es gerne testweise mal auf.


    Da die Kabelkapazitaet vielleicht doch eine (störende) Rolle spielt muesste man sie halt mal abschaetzen.
    [math]
    C=\pi \epsilon_0 \epsilon_r \frac{1}{arccos(a/d)} * l
    [/math]
    a = Abstand der Leiter
    d= Duchmesser der Leiter
    l=laenge


    Ich komme so in der Größenordnung bei 10m Laenge auf 10 pF.


    Schaltung siehe Bild im Anhang. Und falls es jemand schnell mal nachmachen und ausprobieren will, kommt die Software auch gleich, siehe Anhang.

  • Quote from RTFM


    Ein 1 Zoll Tauchrohr hat über 120 cm ein Volumen von 2,54 x 3,16 x 120 = 957.072 ccm³, also 0,96 l


    Bin ich nicht mit einverstanden. Das Volumen eines Zylinders berechnet sich aus Grundfläche x Höhe.
    Die Grundfläche berechnet sich wie bei der Fläche eines Kreises aus Radius² x Pi, also 1,27² cm² x PI = 5,067 cm²
    Nun noch die Höhe dazu um aufs Volumen zu kommen, also 5,067 cm² x 120 cm = 608,04 cm³

  • Das mit der Leitungskapazitaet hat mich jetzt noch auf eine weitere Idee gebracht: Mit 1000m Doppelleitung bekomme ich eine Leitungskapazitaet von 1nF in Luft, und 100nF, wenn das ganze unter Wasser ist. Die Leitung wickele ich nun schoen auf ein Brett auf und stell das ganze so in die Tonne, dass ein Teil unter Wasser ist. Dann haette ich schon den gewünschten Kondensator, ohne Rohre und ohne Abstandstücke. 1km Kabel sind allerdings nicht so ohne.


    Naja, blöde Idee, ist zu teuer. Dann nehme ich lieber 10 Rohre parallel, um auf die Kapazitaet zu kommen.

    Edited once, last by wend ().