Füllstandsmessung mittels Plattenkondensator?

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Autor
Füllstandsmessung mittels Plattenkondensator?

    







BID = 373669

Enrico

Gesprächig

Beiträge: 188
Wohnort: Erzgebirge
 

  


Hallo,

ich habe einen Brunnen und möchte gern ganz grob wissen, wie viel Wasser darin ist.
Jetzt habe ich mir überlegt, dass ich mir wie eine Art Plattenkondensator baue. Zum Beispiel aus einer relativ starken, isolierten Kupferleitung als die eine Platte und die andere würde dann das Wasser selbst darstellen.

Für die Messung wollte ich ein Amperemeter nehmen und das ganze mit einer kleinen Spannungsquelle (Sinusspannung) in Reihe mit dem Kondensator.
Theoretisch müsste sich doch jetzt der Stromfluss entsprechend der Wasserhöhe anpassen, oder?

Wie sieht das denn von den gesundheitlichen Aspekten aus. Was passiert eigentlich mit dem Wasser wenn über den Kondensator ein Strom fließt?

Vielen Dank.

Grüße
Enrico

BID = 373679

PhyMaLehrer

Schriftsteller



Beiträge: 911
Wohnort: Leipzig

 

  

Eigentlich sollte das funktionieren. Aber das Isolieren des unteren Endes der Leitung nicht vergessen!
Wenn ich das richtig sehe, müßte dieser "Koaxialkondensator" einem Plattenkondesator entsprechen mit der Fläche 'Umfang des Kupferdrahtes x Eintauchtiefe' und dem Plattenabstand 'Dicke der Isolation'. Nun müßte man noch die Dielektrizitätskonstante des Isoliermaterials kennen.

Da die Kapazität nicht sehr groß sein wird, ist der Strom entsprechend niedrig und wird, zumal wenn nur kurz zur Messung eingeschaltet, wohl keine nachteilige Wirkung haben.

BID = 373713

perl

Ehrenmitglied



Beiträge: 11110,1
Wohnort: Rheinbach

Das funktioniert gut.
Weil die Dielektrizitätskonstante von Wasser (81) so viel größer als die von Isolierstoffen (2..5) ist, kann man einfach eine Zweidrahtleitung als Kondensator in einem RC-Generator nehmen und die Periodendauer messen.
Besonders einfach geht das mit einem Microcontroller.
Wegen des großen Messbereichs bei der digitalen Zeitmessung kann man ohne großartige Rechnerei eine "Leer" und "Voll" Kalibrierung vornehmen und anschliessend kann der µC gleich den Füllstand 0..100% errechnen und anzeigen.

Zweckmäßigerweise formt man die Leitung zu einem U, sodaß beide Enden im Trocknen sind.

_________________
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Bei obigem Beitrag handelt es sich um meine private Meinung.



Rechtsansprüche dürfen aus deren Anwendung nicht abgeleitet werden.



Besonders VDE0100; VDE0550/0551; VDE0700; VDE0711; VDE0860 beachten !

BID = 373720

walterm

Gesprächig



Beiträge: 187
Wohnort: Wien
Zur Homepage von walterm

Geht das auch mit Diesel?
Ich habe keine Ahnung von Dielektrizitätskonstanten.

Walter

BID = 373728

nabruxas

Monitorspezialist



Beiträge: 9269
Wohnort: Alpenrepublik

In meiner Sprühwaschanlage ist es folgendermaßen gelöst:

Ein Kunststoffzylinder, oben geschlossen, unten offen.
Im Zylinder ist eine Membran mit einem Druckaufnehmer.

_________________
0815 - Mit der Lizenz zum Löten!

BID = 373763

perl

Ehrenmitglied



Beiträge: 11110,1
Wohnort: Rheinbach


Zitat :
Geht das auch mit Diesel?
Das geht sogar mit flüssigem Helium, allerdings ist das Nutzsignal bei nichtwässrigen Flüssigkeiten geringer, sodaß man mehr auf mechanische Stabilität des Kondensators achten muss.

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[ Diese Nachricht wurde geändert von: perl am 30 Sep 2006 12:25 ]

BID = 373813

Enrico

Gesprächig

Beiträge: 188
Wohnort: Erzgebirge

Hallo,

erst mal danke für eure Antworten. Ich habe jetzt die Theorie erst mal in Kleinformat ausprobiert. Funktioniert soweit auch sehr gut.
Ich habe jetzt allerdings noch ein paar Fragen zu Berechnung des Ganzen:
Die Kapazität lässt sich ja mit folgender Formel berechnen:

\fed\mixonC=gauss((\epsilon_0*\epsilon_r*A)/a)

Der errechnete Wert stimmt im Versuch auch ungefähr mit dem gemessenen überein.
Jetzt habe ich allerdings ein Problem rechnerisch auf den gemessenen Stromwert zu kommen.
Ich bin so rangegangen, dass ich den Blindwiderstand berechnet habe und dann einfach mit I=U/R den Strom berechnet, leider stimmt der bei weitem nicht mit den gemessenen Werten überein?
Als Spannungsquelle verwende ich 11V über einen Trafo vom Netz.

Vielen Dank.

Enrico

[ Diese Nachricht wurde geändert von: Enrico am 30 Sep 2006 16:40 ]

BID = 373878

Onra

Schreibmaschine



Beiträge: 2488

Hallo,
eine direkte Erfassung mit 50Hz Wechselstrom ist bei so kleinen Kapazitäten nicht besonders erfolgversprechend. Der Umweg über eine Verwendung der Kapazitätsänderung als frewuenzbestimmendes Glied in einer Oszillatorschaltung bringt eine höhere Auflösung. Du wertest ja den Unterschied der trockenen zur "nassen" Kapazität aus, die Grundkapazität bleibt fast gleich.
Lesestoff:
http://www.google.de/search?hl=de&a.....ng_de
Viel Spass
Onra

BID = 373898

Enrico

Gesprächig

Beiträge: 188
Wohnort: Erzgebirge

Hallo,

warum sind denn 50Hz nicht so gut geeignet? In meinem kleinen Experiment hat das eigentlich ganz gut funktioniert. Die Kapazität lag dabei bei ca. 2,2 nF. Der gemessene Strom lag zwischen ca. 5mA bis 24mA.

Ich will das ganze nur so einfach wie möglich halten, ich benötige keine 100% genaue Angabe des Wasserstandes, sondern nur ganz grob.
Bei Google findet man zwar einiges, aber so richtig komme ich dann auch nicht weiter. Wie würde denn so eine Oszillatorschaltung aussehen?

Grüße
Enrico

BID = 373901

perl

Ehrenmitglied



Beiträge: 11110,1
Wohnort: Rheinbach


Zitat :
Die Kapazität lag dabei bei ca. 2,2 nF. Der gemessene Strom lag zwischen ca. 5mA bis 24mA.
Aber nicht bei 11V Betriebsspannung !


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BID = 374021

Enrico

Gesprächig

Beiträge: 188
Wohnort: Erzgebirge

Also wenn mein Messgerät nicht spinnt, dann hab ich das schon richtig abgelesen. Der Strom lag im mA-Bereich.
Ist denn die Berechnung des Stromes über den Blindwiderstand und anschließend mit I=U/R richtig? Oder macht man das bei nem Kondensator anders?

Grüße
Enrico

BID = 374085

perl

Ehrenmitglied



Beiträge: 11110,1
Wohnort: Rheinbach

Du kannst das schon so machen, aber irgendetwas stimmt bei der Strommessung nicht.
Größenordnungsmäßig wird eine Zweidrahtleitung um 100pF/m haben und so kommen 2nF für 20m schon hin.

Die haben allerdings bei 50Hz einen Blindwiderstand von 1,6MOhm, was bei 11V einen Strom von 7µA entsprechen würde.

Oder verwendest du etwa keinen isolierten Draht ?
Das darfst du nicht, denn dann würde die elektrolytische Leitfähigkeit überwiegen, die wegen etlicher Störungen kaum zu gebrauchen ist.
Außerdem riskierst du dann, daß dabei Schwermetalle wie Cu, Pb, Sn ins Wasser gelangen. Für Trinkwasser ist das nicht akzeptabel.

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BID = 374091

Hackes

Gesprächig



Beiträge: 117
Wohnort: Rommerskirchen

Hallo Forengemeinde!

Das Thema interessiert mich auch, da ich schon lange eine Möglichkeit suche, den Füllstand meines im Erdreich eingelassenen Regenwasserbehälters zu erfassen.

Auf die kapazitive Methode wär ich nicht gekommen!

Mein Behälter ist etwa 80cm hoch und faßt 1000 Liter. Habe das versucht in einer Skizze zu zeigen. Hoffe der Upload klappt.

Wenn ich das richtig verstanden habe von Perl lege ich eine Leiterschleife ins Wasser. Die könnte ich ja an einem Installationsrohr z.B. M20 anstrappsen. So wären beide Leitungsenden A und B im Trockenen. Wenn ich richtig verstanden habe, führe ich das Ende A an einen Multivibrator mit R und C. C wird durch meine Sonde gebildet und verändert je nach Füllstand so die Frequenz. Dann müßte ich dahinter noch eine Schaltung setzen, die die Frequenz in eine Spannung wandelt, gleichrichtet und an eine Anzeige (analog) gibt. Einen µP wollte ich nicht nehmen, damit werde ich demnächst erst anfangen zu lernen.

Das Leitungsende B werde ich mit Schrumpfschlauch isolieren. Nun meine Frage, welche Leitung nehme ich?

2-Adrig isoliert, klar! Aber muß es eine "zwillingsleitung" sein oder kann ich auch z.B. H05 VV-F 0,75mm2 nehmen. Bei der Leitung weiß ich ja nicht, wie die Adern in der Leitung miteinander "verdreht" sind. Sprich, muß ich die Adern genau parallel und von oben bis unten nebeneinander verlegen?

Wie genau ist denn solch eine Messung in meinem Fall? Also auf den Zentimeter kommt es mir nicht an! Nur so Pi mal Auge in Prozent!

Gruß, Hackes.



BID = 374122

PhyMaLehrer

Schriftsteller



Beiträge: 911
Wohnort: Leipzig

Bezüglich der Anzeige mit Meßgerät suche mal nach "analogem Frequenzmesser". Dabei wird die veränderliche Frequenz in eine Folge gleichlanger Impulse verwandelt, die einem Zeigermeßgerät zugeführt wird. Bei höherer (tieferer) Frequenz liegen diese näher beieinander (weiter auseinander) und die durchschnittliche Spannung am Meßgerät und damit der Zeigerausschlag ist höher (niedriger).
Die Bezeichnung der Leitung sagt mir leider nichts, aber der Abstand der beiden Drähte müßte schon konstant sein, da sonst der Kapazitätszuwachs pro Länge schwanken würde. Vielleicht kann man auf ein ausreichend langes Stück Plast Stücken von Klemmleisten, wie sie zur Positionierung von Leiterplatten verwendet werden, befestigen und dort zwei Drähte parallel zueinander einklemmen? Oder wäre der kleinstmögliche Abstand da schon zu groß? Bei nur 80 cm Wasserstand könnte man das "Auf und Ab" der Drähte ja auch zwei- oder dreimal machen...



BID = 374151

Enrico

Gesprächig

Beiträge: 188
Wohnort: Erzgebirge

Hallo,

@perl:
ja, ich habe unisoliertes Material genommen. Zum probieren habe ich einfach zwei gleichgroße Alubleche mit ca. 1,5mm Abstand ins Wasser gebracht.
Aber dahingehend war auch meine erste Frage - nähmlich die der gesundheitlichen Aspekte.

Deswegen war wohl auch der Strom mit 25mA relativ hoch.

Also werde ich das mit isolierten Kupferleitungen machen, wo sich aber wieder die Frage nach der Dielektrizitätskonstante der Isolation stellt. Gibt es da einen ungefähren Richtwert (für 4mm² oder 2,5mm² Starkstromkabel)?

Könnte mir das mit dem Multivibrator mal noch jemand etwas genauer erklären. Vielleicht hat auch gleich jemand einen Schaltplan oder etwas Ähnliches, wo ich mir das etwas besser vorstellen kann.

Grüße
Enrico


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