Dichtemessung in Flüssigkeiten?

  • Hallo


    nachdem ich nun die wichtigsten Wasserparameter über den Raspberry Pi2 messen und erfassen kann ist die nächste Größe dran. Dichte im Wasser. Es gibt Messgeräte im Industriebereich, die Kosten dafür sprengen aber den privaten Rahmen bei Weitem.


    Es gibt diverse Diskussionen im Netz aber ein Ergebnis war bei keiner Diskussion erreicht worden.


    Meine Idee ist eine Messsäule zu bauen in der eine bestimmte Menge Wasser eingefüllt wird, dort schwimmt ein Aerometer welches je nach Dichte "verdrängt" wird und somit mehr oder weniger oben aus dem Wasser schaut. Die Aerometer sind eingermaßen geeicht und messen recht genau. Es geht hier um Meerwasser, d. h. die Dichte wird immer irgendwo zwischen 1.023 und 1.024 liegen. Kein großer Unterschied und genau das macht die Messung schwierig.


    Den Messwert müsste man also nehmen indem man den Abstand der Spitze des Aerometers zum Wasserspiegel misst. So sehen die Dinger aus wenn sie im Wasser sind. Je weniger Dichtebildner im Wasser sind desto tiefer steht das Aerometer im Wasser.


    [Blocked Image: http://www.bs-wiki.de/mediawiki/images/Araeometer.png]


    Meine Idee war jetzt am Aerometer einen 2mm breiten Ring aus spiegelndem Klebeband aufzubringen und optisch zu messen wie hoch oder tief der steht. Aber wie setze ich die optische Messung um. Evtl. mit LED und einen Fotowiderstand? Keine Ahnung, daher frag ich mal hier in die Runde wie ihr den Abstand bzw. den Pegel des Aerometers messen würdet.


    Vorab: es gibt kurze Aerometer, die haben kaum Hub der messbar wäre. Meine Aerometer sind recht lang, der Hub der entsteht wird ca 0,3cm betragen bei einer Dichteänderung von 0.001 kg\m³.


    Danke für jeglichen Input. :thumbs1:

  • cam und Bildauswertung?

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    (ich kann leider nicht schneller fahren, vor mir fährt ein GTi)

  • Hallo 4zap,


    im Rahmen der Entwicklung eines Programms, das die Farbcodierung von Widerständen auswertet, habe ich mich recht intensiv mit Farben und deren Erkennung beschäftigt.


    Ohne das am konkreten Beispiel gemessen zu haben, gehe ich davon aus, dass der Meniskus der stehenenden Wassersäule durch otische Methoden wird erkennbar sein. In unmittelbarer Nähe des Meniskus wird die Kontraständerung am größten sein.


    Praktisch stelle ich mir das so vor, dass eine Kamera über eine Linearführung bewegt wird - Pixel für Pixel aufwärts. Die Höhe mit der größten Kontraständerung zweier benachbarter vertikaler Pixel entspricht dann der Höhe des Meniskus (bzw. das Minimum dieser Punkte).


    Du kannst die Kamera dabei entweder ein Video aufnehmen lassen - und dann daraus Bildformate erzeugen lassen - oder auch direkt Bilder aufnehmen. Jedenfalls werden nur kleine Bildausschnitte ausgewertet. Sobald der Menuskus voll abgebildet wird, kannst Du über die Höhe der Kameraführung und der y-Koordinate des Meniskus Aussagen über die Höhe des Meniskus und damit zur Dichte machen.


    Deine Idee


    Meine Idee war jetzt am Aerometer einen 2mm breiten Ring aus spiegelndem Klebeband aufzubringen und optisch zu messen wie hoch oder tief der steht. Aber wie setze ich die optische Messung um. Evtl. mit LED und einen Fotowiderstand? Keine Ahnung, daher frag ich mal hier in die Runde wie ihr den Abstand bzw. den Pegel des Aerometers messen würdet.


    wird so wohl nicht funktionieren können, da der Klebestreifen die Masse des Aerometers verändert und somit eine größere Dichte vorgaukelt. Wenn ein Hub von 3 mm einer Konzentrationsänderung von 1g/m³ entspricht, dann verbieten sich solche Manipulationen geeichter Aerometer.


    Beste Grüße


    Andreas

    Ich bin wirklich nicht darauf aus, Microsoft zu zerstören. Das wird nur ein völlig unbeabsichtigter Nebeneffekt sein.
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    Edited once, last by Andreas ().

  • Hallo Jar


    das wäre natürlich eine sehr elegante Lösung. MIt Bildauswertung hab ich mich bislang noch nicht gar nicht beschäftigt und hab keinen Plan wie das gehen soll. Kannst du mich mal in die richtige Richtung schubsen und evtl. einen Link posten wo ich sehe wie das gehen soll? Tools wie imagemagik etc. stehen bereit. Dank dir.


    Andreas: Die Sorge das der Klebestreifen das Aerometer schwerer macht stimmt natürlich. Da müsste natürlich vorher eine Kalibrierung erfolgen, das wäre das kleinere Problem. Ich hab auch ein Rerfratkometer womit sich die Dichte sehr genau bestimmen lässt, also an Referenzen mangelt es mir nicht.


    Für die Bildauswertung müsste ich den Messbereich am Aerometer sauber erfassen können. Da sehe ich ein Problem drin, erstens die Oberflächenspannung auf dem Wasser führt dazu da sich die Wasseroberfläche imner biegt am Rand im Messgefäß, wenn ich von der Seite her abfilme sieht das immer schwammig aus. So wie hier zu sehen muss man auch manuell aufpassen wie man reinschaut zum Ablesen. Das muss die Webcam dann können. btw. Webcam ist schon dran am Raspberry und läuft auch schon von Anfang an, ich vermute aber ich sollte mir mal ne Neue gönnen, die besser auflöst.


    [Blocked Image: http://www.tropic-marin.com/wp-content/uploads/2015/10/ablesen-des-messzylinders_d_web.jpg]

  • ich weiss nichts über motion auf dem PI evtl. andere,


    aber eine Webcam fest ausgerichtet evtl. mit Linsenvorsatz Lupe dürfte doch auf Pixelebene ausreichend sein.

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  • Hallo 4zap,



    Für die Bildauswertung müsste ich den Messbereich am Aerometer sauber erfassen können. Da sehe ich ein Problem drin, erstens die Oberflächenspannung auf dem Wasser führt dazu da sich die Wasseroberfläche imner biegt am Rand im Messgefäß, wenn ich von der Seite her abfilme sieht das immer schwammig aus. So wie hier zu sehen muss man auch manuell aufpassen wie man reinschaut zum Ablesen. Das muss die Webcam dann können. btw. Webcam ist schon dran am Raspberry und läuft auch schon von Anfang an, ich vermute aber ich sollte mir mal ne Neue gönnen, die besser auflöst.


    Deswegen schreibe ich ja auch von "Meniskus". Der tiefste Punkt der Wasseroberfläche entspricht der Höhe des Meniskus - und korreliert mit der Dichte. Der Rest ist Mechanik und (ein wenig) Programmieren.


    Als "Kamera" würde ich als Erstes ein USB-Mikroskop testen. Da sind die Bilder bzw. Filme gleich verfügbar.


    Beste Grüße


    Andreas

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  • Hallo DS


    das ist wesentlich komplexer. Die Stoffe die die Dichte beinflussen bestehen nicht nur aus Salz. Hier spielt Calcium, Magnesium usw. eine große Rolle. Also die Summe der Erdalkaliionen steht in Relation mit dem Leitwert, lässt sich aber nicht genau bestimmen. Der Leitwert im "sauberen" Meerwasser beträgt ca. 5000microsiemens/quadratcentimeter, dafür kriegt man keine Sonde die noch bezahlbar wäre. Das hat ich ja mit dem Mikrocontrollerboard versucht mit eurer Hilfe. Messungen bis 2000microsiemens sind recht genau, alles drüber kann man vergessen.



    So eine USB Mikroskopkamera hab ich sogar noch, aber nur mit einer Auflösung von 640x480.. wäre aber einen Versuch wert. Ich schau mal was da geht.

    Edited once, last by 4zap ().

  • Hi Dreamshader,


    leider mein.


    Die Leitfähigkeit ist die Summe aller in Wasser gelöster Ionen, die zur Leitfähigkeit beitragen.
    Jedes Ion trägt in unterschiedlichem Maß bei. Der Terminus technicus nennt sich Überführungszahl.


    Populärwissenschaftlich kann man es sich so vorstellen, das ein Ion nicht "nackt" vorliegt, sondern eine unterschiedlich große Wasserhülle mit sich herum schleppt. Diese Wasserhülle behindert die Leitfähigkeit in Abhängigkeit von Ion und Konzentration unterschiedlich, da nicht das Ion sondern die ganze Hülle wandert.



    Ohne Kenntnis der exakten Zusammensetzung inkl. gelöster Gase bleibt nur: No Chance.


    Beste Grüße


    Andreas

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    Edited once, last by Andreas ().

  • Und wenn Du das Gefäß randvollmachst und dann abwiegst? Um auf eine Genauigkeit von 0.001 zu kommen musst Du ja etwa ein Liter auf ein ein Gramm genau messen. Wenns genauer sein soll, entweder mehr Liter oder eine bessere Waage. Aber vielleicht ist es mit dem Schwimmer doch schneller genauer und macht die Apparatur kleiner. Soll das Wasser eigentlich automatisch nachfliessen oder macht man die Befüllung von Hand?


    Ansonsten könnte man die Dichte auch Optisch anhand des sich veraendernden Brechungsindex messen. Das könnte man mit einer normalen Foto-Kamera machen, am besten mit Autofocus.

    Edited once, last by wend ().

  • Servus wend,
    das mit der Waage hatte ich auch als ersten Einfall, aber


    ... betragen bei einer Dichteänderung von 0.001 kg\m³.


    1 Kubikmeter Wasser auf 1g genau oder eben einen Liter aufs mg hinzubekommen, halte ich schlicht für utopisch.
    An Brechung hatte ich auch mal gedacht ... aber da, fürchte ich, wird es sich genau so wie mit der Leitfähigkeit verhalten.


    cu,
    -ds-

  • Hallo zusammen,


    die Ergebnisse der beiden Rechnungen von wend und Dreamshader unterscheiden sich um den Faktor 1000. Dreamshader liegt meiner Meinung nach richtig. Eine physikalische Größe 1:1.000.000 mal einfach so messen zu können, ist beliebig schwierig. Waagen, die ein kg messen, sind schwach darin, Unterschiede kleiner 0,1 g erkennen zu können. Waagen, die im Bereich 1 mg oder kleiner abzuwiegen erlauben, sind so empfindlich gegenüber Luftströmung, Luftdruck, Temperatur, ..., dass das Arbeiten damit keinen Spaß mehr macht.


    Beste Grüße


    Andreas

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  • Waagen, die im Bereich 1 mg oder kleiner abzuwiegenwiegen erlauben, sind so empfindlich gegenüber Luftströmung, Luftdruck, Temperatur, ..., dass das Arbeiten damit keinen Spaß mehr macht.
    Beste Grüße
    Andreas


    da war eine Sendung aus "Bares für Rares" ZDF kann man noch alle sehen, eine alte Apothekerwaage (ca. 100 Jahre) Balkenwaage im Glaskasten sogar mit µg Gewichte, die brauchten das früher auch, fand ich interessant.

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  • Eine Waage auf 10mg genau laesst sich (auch zuhause) machen. Ein Schwimmer hat das Problem, dass er kaum die Kraft hat, noch extern auf einen Sensor einzuwirken. Dichtemessunge im Augapfel weren ja über Schallwellen gemacht, ist aber wohl nicht so genau...

  • Hallo Alle


    schön wie ihr euch hier den Kopf darüber zerbrecht. :)


    Also die Messung über Wiegen fällt flach. Das ist so nicht realisierbar. Die Idee von Jar mit der Kamera gefällt mir bis jetzt am besten und ist auch realistsch.
    Fakt ist das zu jeder Dichtemessung eine Termperaturmessung erfolgen muss. Bei 25°C hat das Salzwasser eine niedrigere Dichte als bei 24°C. Das muss in der Messung mit eingerechnet werden sonst ist das Ergebnis nix.
    Meine Idee ist eine Plexiglasröhre so zurecht zu bauen das das Aerometer mit einer Führung innerhalb der Röhre liegt. Die Röhre muss oben offen sein, ich muss das Aerometer entnehmen können alle paar Tage zu Reinigen. Ansonsten setzen sich dort Biofilme und Algen ab die das Messergebnis negativ beeinflußen. Wasser wird jeweils automatisch eingefüllt und auf einen immer gleichen absoluten Pegel gebracht. So könnte das funktionieren.


    Jetzt fehlt mir aber jegliches Wissen zur Auswertung von Bildaufnahmen. Motion halte ich für überzogen, das ist zu mächtig. Aber eine reine Standbildaufnahme auszuwerten wäre sicher eine Idee.
    Weiß jemand wie man Pixel auswertet?`Find das super spannend!


  • ...Die Idee von Jar mit der Kamera gefällt mir bis jetzt am besten und ist auch realistsch.


    freut mich



    Jetzt fehlt mir aber jegliches Wissen zur Auswertung von Bildaufnahmen. Motion halte ich für überzogen, das ist zu mächtig.


    sehe ich auch so!



    Aber eine reine Standbildaufnahme auszuwerten wäre sicher eine Idee.
    Weiß jemand wie man Pixel auswertet?`Find das super spannend!


    nur theoretisch, wir hatten damals fertige Produkte für Prüfgeräte gekauft


    Also Bild machen mit Cam könnte gescriptet werden.
    Das Bild als BMP wandeln auch.
    Das BMP Pixel für Pixel auswerten ist auch möglich weil das BMP Format simpel ist.


    Ich hatte mal einen Bildkonverter von Atari zu PC geschrieben alle Atari Bildformate zu BMP, ist aber so lange her.....
    Genauso ein PNG/GIF zu C-Quellcode


    wer sich reinkniet könnte das schaffen, aber für mich nebenbei ist das ja nichts.
    Die Zeit fehlt mir jetzt, die brauche ich für mich.
    Automatisch zusammengefügt:[hr]
    evtl. noch monochrom Wandlung einfügen, vereinfacht die Auswertung, bedarf aber konstanter Licht, Helligkeit und Kontrasteinstellung, könnte man mit Markerflächen automatisieren, also vorher auswerten.
    Man könnte auch den Messbereich mit einem Rahmen umlegen ins BMP einfügen um leichter im Bild die wichtigen Teile/Pixel zu finden.

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    Edited once, last by jar ().

  • Hallo Jar


    ich erwarte nicht von dir das du mir eine Lösung dazu programmierst. Aber dein Input bringt mich weiter. Danke dafür. Es gibt viele Versuche die Dichte zu messen über diverse Methoden. Bislang scheiterten die aber im DIY Bereich fast alle.


    Das Hydrometer zum Brauen was Ballernacken hier gepostet hat schau ich mir mal genauer an. Leider gibt die Seite nicht viele Infos raus, aber ich schau mal ob ich das mehr drüber finde. Der Preis ist ok wenn das Ding brauchbar wäre.

  • Aus dem Hydrometer werd ich nicht richtig schlau, ich find kaum Angaben zu dem Ding. Ich geh zurück zu der Aerometer Lösung. Wenn man das gut durchdenkt sollte das gehen. Ich lass mir übers Wochenende mal einen Aufbau dafür einfallen. So in etwa weiß ich schon wie ich das aufbaue. Es muss ein offenes System sein, es muss sich alle 14Tage einfach reinigen lassen mit einer Flaschebürste z. Bsp. . Mit Plexiglasrohr und Schlauch, sowie einer Pegelüberwachung per Ultraschall (oder manuellem Schwimmerschalter). Das ganze häng ich dann außen an mein Techikbecken. Vorteil vom Aerometer wäre das es analog ist. Bei der Messung von diversen Werten hab ich eine Verfälschung durch Elektrosmog der Pumpen erfahren müssen. Das würde hier komplett wegfallen. Mit der Kamera nehme ich den Messbereich auf. Falls jemand gute Links hat wie man Pixel auswerten kann (mit Imagemagik oder ähnlichem) bin ich dankbar für Hinweise.