Wasserstand-Messung-US

Mar 27, 2025 Last reply: 1 year ago 45 Replies

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Thema Wasserstand-Messung-US



Die Messung mit den üblichen Verdächtigen Ultraschall Sensoren AJ-SR04M samt irgendeinem Shelly/ESP32... Gedrisse funktioniert bei meinen Wassertanks NICHT!



Weil: Der Sensor ist ein S/E (Sende/Empfang) US mit ca. 40kHz Luftschall.



Der Piezo Kristall wird gepulst und dann wird auf Empfang geschaltet. Das verbraucht Zeit und daher ist der Mindestabstand zwischen Objekt Wasseroberfläche und Sensor ca. 23cm



Bei meinem Tank ist aber nur 10cm Luftstrecke zwischen Deckel und Wasser. Also DN100 Rohr in neuem Deckelloch und Deckel aufs Rohr mit Sensor. Voila 25cm, alles gut... Denkste!



Der Öffnungskegel liegt bei 75° weil der Sensor wohl für Auto (Rückwärts fahren) und zur Überwachung von Parkplätzen entwickelt wurde.



Das steht aber nirgens, nur bei einem Chat habe ich zufällig diesen Hinweis gefunden.



Meine Tanks haben gut 70cm Durchmesser bei rund 0,7 - 1m Höhe. Der grosse Öffnungskegel sieht dann ziemlich schnell die Wände. Drum kann ich nix vernünftiges messen, bei geringerem Wasserstand fängt er an zu spinnen.



Ausserdem ist er so empfindlich (klar man will ja dünne Schilderpfosten erkennen), dass schon das Kabel vom Schwimmerschalter gesehen wird. Schwimmer mit Tricks nahe der Wand halten, bringt nicht den vollen Erfolg.



Das nächste Problem: die Tanks kriegen tagsüber voll die Sonne und nachts kühlen die aus. Also Sensor und Deckel sind mit Kondulenzwasser klatschnass.



Der Sensor ist wasserdicht (Auto), macht also nichts... ODER? Die Tropfen bleiben am Sensor hängen und der fängt dadurch an zu spinnen und zu schielen. Sköne Skeisse (auf Sauerländisch)



Alle Füllstands Applikationen zeigen den Sensor frei hängend in unterirdischen Zysternen mit mehren Metern Durchmesser. Also grosser Abstand zu Wänden und wenig Kondulenzwasser, da die Temperaturen im Erdreich wenig schwanken.



P.S. im Labor frei hängend den Abstand zu Fussboden oder Objekten wird mit wenigen mm Auflösung erstaunlich stabil gemessen. Auch Katzenhöhe lässt sich zuverlässig ermitteln :)


Andere Anwendung mit Galgen überm Tümpel, auch keine Wand und ...



Unterm Strich: US im üblichen Tank funzen nicht!



Viel Zeit und Geld sinnlos verballert!


Saludos (an alle Vernünftigen, Rest sh. sig) Wolfgang


Am 27.03.2025 um 05:19 schrieb Wolfgang Allinger:

[...]

TOF?

z.B.

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Am 27.03.2025 um 08:31 schrieb Eric Bruecklmeier:

bzw.

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Ich habe allerdings keine Ahnung, ob das bei einer Wasseroberfläche was wird... Evtl. bräuchte es noch eine Art Schwimmer auf der Oberfläche.

Wenn es einen Schwimmer braucht, dann könnte man gleich einen mechanischen Füllstandsanzeiger mit Poti zur Auswertung verwenden. Bei hohen Tanks wäre IMO ein Drucksensor am Boden des Tanks eine zuverlässigere Methode.

Danke, hochinteressant, gibs auch evaluation kits von STMicro.

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und hier ein längerer Artikel:

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Ist wohl alles Neuland lt. STMicro

unklar wie das mit Korrosion und Wasser(dampf) ist.

Geht einsperren in Glas/PET/Plastik-Fläschchen?

Also alles mal unter Projekte gebunkert für Zeiten, in denen ich als Rentner mal nix zu tun hab :) Aber irgendwas ist immer. Und sei es nur ein Wasserrohrbruch, Ameisenüberfall, Elektrozaun, Stromversorgung, Materialbeschaffung, Autoreparatur, Apotheken und Arzt, Krankenhaus...

und Miriaden von anderen Zeitfressern.

Bin gerade dabei Druckmesser zu benutzen, teuer aber sieht sehr vielversprechend aus. Ähnlich diesem:

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und der Anzeige:

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Ich werde berichten.

Saludos (an alle Vernünftigen, Rest sh. sig) Wolfgang

Ich probiere es gerade mit so einem Ducksensor... sh. anderes posting

Saludos (an alle Vernünftigen, Rest sh. sig) Wolfgang

Gute Idee, aber was mit Feuchtigkeit... ist, muss noch erforscht werden. Gebunkert!

Saludos (an alle Vernünftigen, Rest sh. sig) Wolfgang

Am 27.03.2025 um 05:19 schrieb Wolfgang Allinger:

Vielleicht solltest du mal ein DÜNNES Rohr probieren. Dann gibt's weniger Reflexionen. Am Besten den Sensor auch noch mit einem Gummi-O-Ring dicht am Rohr befestigen. (Besser FAST dicht, weil der Pegel im Rohr ja der gleiche sein soll wie im Tank.) Dann kommt der Schall nicht mehr aus, sondern kann halt NUR noch im Rohr entlang laufen. Das Rohr könntest du dann evtl. auch schräg einbauen, um die 25 cm garantieren zu können. Luftreibung im Rohr könnte dafür sorgen, dass die Schallgeschwindigkeit etwas langsamer wird. Musst du halt mal ausprobieren.

Mit 75° Öffnungswinkel ruft das System sozusagen in einen große Saal und greift sich den ersten Impuls, der am Sensor ankommt.

Mit dem Dünnen Rohr hast du quasi ein Stethoskop, das sich für die Schalleindrücke von woanders überhaupt nicht interessiert.

Naja, TOF auf ein schwimmendes Objekt wäre halt deutlich einfacher zu realisieren und auch deutlich zuverlässiger, als ein mechanischer Aufbau.

Kunststoffrohr mit Löchern, Tischtennisball rein, oben TOF drauf -> fertich...

Am 27.03.25 um 10:04 schrieb Christoph Müller:

Einen Hohlleiter für 40kHz zu basteln halte ich für schwierig. Im Besonderen die Ein- und Auskopplung. Ansonsten misst man allenfalls die Rohrlänge.

Wenn es unbedingt US sein soll könnte man zwei Dinge versuchen:

  1. dünnes Rohr (Wellenlänge), das bis ganz unten in den Tank reicht. Oben offen und den Sensor mit wenig Abstand davor. Wahrscheinlich muss man für die Einkopplung einen Waveguide basteln. Probleme: erstens ändert das dünne Rohr die Schallgeschwindigkeit - das kann man in Software kompensieren. Zum anderen ist es sehr anfällig gegen Verschmutzung.
  2. Dickes Rohr, wie es schon dran ist, aber diesmal den Sensor nicht oben in einen verschlossenen Deckel, sondern ganz leicht eintauchend am oberen Ende fixieren. Dadurch führen alle Reflexionen im Rohr erst mal vom Sensor weg bzw. liegen in der Totzeit. Auch hier muss man aufpassen, sich keine parasitären Reflexionen von außerhalb des Rohrs im Zeitfenster der Messung einzufangen. Zudem reflektieren auch die Rohrenden zu einem gewissen Grad (so wie jede Diskontinuität). Die einfachste Lösung dagegen ist, wenn das Rohr so kurz ist, dass es komplett im toten Bereich liegt. Das hilft allerdings nicht, gegen Mehrfachreflexionen oben und unten. Spätestens nach 3 Reflexionen am Rohrende muss das Signal so schwach sein, dass es unter der Wahrnehmungsschwelle des Sensors liegt. Das ist mit DN100 bei den paar Millimeter Wellenlänge vmtl. zu schaffen.

Halte ich wie gesagt für schwierig. Ich würde vmtl. erst mal Lösung 2 probieren.

Marcel

Am 27.03.25 um 05:19 schrieb Wolfgang Allinger:

Das fühlt sich nach einer ungeeigneten Messmethode an.

Ich würde einen Drucksensor (hydrostatisch) nehmen. Das ist sehr zuverlässig.

Ein Echolot wird immer alles erkennen, was Schall zurückwirft. Verstecken geht nur durch deutlich kleiner als die Wellenlänge, Absorption oder abgewandte Flächen (wie bei der Stealth-Fliegern). Nichts davon ist hier praktikabel. I.d.R. muss man die letzten beiden sogar kombinieren.

Für große Bassins ist die US-Methode OK. Für so Kleinkram eher nicht. Vor allem ist sie billig.

Wenn sowieso ein Schwimmer drin ist, kannst du nicht dessen Wert abgreifen?

Also ist wasserfeste Technik gefragt.

... wofür er konstruiert ist.

Evtl. kannst du die DN100-Lösung doch noch retten. Siehe meine Antwort auf Christoph. Du musst auf jeden Fall in Wellenleitung denken.

Marcel

Auch die TOFs haben einen Öffnungswinkel...!

Olaf

Was hat Dir denn an der kapazitiven Methode nicht gefallen?

MfG hjs

Am 27.03.2025 um 14:18 schrieb Marcel Mueller:

Wo siehst du die Probleme? US - das sind mechanische Schwingungen. Im Rohr also einfach sich fortpflanzende Druckschwankungen longitudinaner Natur. Der Innendurchmesser des Rohres sollte idealerweise dem Durchmesser des Sensors entsprechen.

Dachte, du hättest schon einen US-Sensor und willst diesen auch verbauen.

nix Wellenlänge. Innendurchmesser entspricht Sensordurchmesser.

Ja.

Ich hätte den Sensor direkt drauf montiert. Evtl. sogar mit Dichtung. Ein bis zwei Zentimeter drunter ein 2mm-Loch zur Rohrentlüftung. Da kommt nicht viel Ungeziefer durch. Am unteren Ende eine Kerbe von vielleicht 2x2mm². Sollte reichen. Kommt auch nicht viel Ungeziefer durch, wenn du das unsere Rohrende dicht auf den Tankboden aufstehen lässt.

Ich hätte da gar nichts weiter gemacht. Wie stellst du dir einen Waveguide für US vor?

Eben. So gesehen sollte das kein Problem sein.

Mit KLEINEN Löchern (ca. 2mm Durchmesser) sollte sich die Verschmutzung in Grenzen halten. Kommt halt drauf an, was alles in der Flüssigkeit rum schwimmt. Bodensatz könnte natürlich schon ein Problem werden.

Na ja - vermutlich wird einfach die Zeit des ERSTEN rückkehrenden Impulses gemessen. Was dann hinterher noch an Hall, Echo, Reflexionen, Resonanzen usw folgt, sollte dem Sensor eigentlich egal sein. Führt nur dazu, dass du eben längere Pausen zwischen den Messungen einhalten solltest, damit dein Sensor keinen undefinierten Klangbrei detektieren muss. Der misst dir dann nämlich alle Hausnummern raus, die du (nicht) haben willst.

Viel Spaß damit! Ergebnis würde mich interessieren.

Der muß halt zum Rohr passen...

Ich stehe hier vor einem ähnlichen Problem... sind diese 1500 ltr-"Öl-Behhälter... meine Idee wäre wohl: Schwimmer-Gewicht mit Seil verbinden und über eine Seilrolle eines 10-Gang-Wendelpotis schlingen... da sollte einfach mit einem AD-Wandler dann die Spannung abfragen.. Hub kleiner 1,7 m.... ist lowtech und robust und außerhalb unterbringbar... nichts elektrisches im Wasser

Da ist der Öffnungswinkel recht klein;-)

Viel Erfolg, Olaf

Die industrielle/professionelle Loesung sind da auch Radarsensoren. Aber da wird dir der Preis nicht gefallen.

Olaf

Am 27.03.2025 um 09:41 schrieb Wolfgang Allinger: ...

... Bei Öltanks (in ähnlichen Größen wie die beschriebenen Wassertanks) wird auch oft mit Drucksensoren gearbeitet, habe selber welche in meinen Öltanks. Genauigkeitswunder darf man nicht erwarten, aber die Abweichungen liegen über alles noch im einstelligen % Bereich, passt IMO.

Soweit bin ich jetzt auch :(

Ja, iss gerade in der Mache.

Stympt, drum der Versuch, aber Versuch macht kluch und ich bin ab davon!

Nein, ist nur ein SicherheitsÖffner, der die Pumpe trennt, damit die nicht trocken läuft.

Der Sensor soll angeblich wasserdicht sein. :O

Nö, für Auto rückwärts, dann merkte man, dass das auch für Parkplätze geht.

Nö, damit bin ich durch.

Trotzdem Danke fürs Mitmachen :)

Saludos (an alle Vernünftigen, Rest sh. sig) Wolfgang

Hab keinen gescheiten Wandler entdeckt.

Saludos (an alle Vernünftigen, Rest sh. sig) Wolfgang

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