Füllstandsmessung - mal anders !

[Papa Romeo]

Es gibt ja hier schon ein paar Thread´s,  die das Thema ,,Füllstands-Messung" behandeln

u.a. hier:    https://forum.fhem.de/index.php/topic,99987.msg933999.html#msg933999

oder hier: https://forum.fhem.de/index.php/topic,93308.msg859510.html#msg859510

und immer wenn dieses Thema wieder zu Sprache kommt,  fällt mir spontan mein Brunnen im Garten ein.

Diesen hab ich vor Jahren mit motorgesteuerten Ventilen, Durchfluss-Sensoren, Pumpen, einem 2,4 Ghz Fernsteuerempfänger und einer Micro-Controller-Steuerung bestückt. (Bilder 01 - 05)

Das System entlüftet sich selbstständig und befüllt dann über ein 6m-Saugrohr einen Wasserbehälter mit 80 cm Durchmesser und etwa 1m Höhe mit Grundwasser, sofern meine Solaranlage gerade Strom liefert.

Zur Füllstands-Kontrolle bediene ich mich dabei einer ähnlichen Technik, wie sie in der Luftfahrt zur Geschwindigkeitsermittlung genutzt wird.
Was horizontal geht, geht auch vertikal.

Ein an der Behälterinnenwand angebrachtes, oben geschlossenes Kunststoffrohr (Bild 00) mit etwa 40 cm Länge und 5 cm Durchmesser dient dabei als ,,Staurohr".  Der steigende Wasserpegel komprimiert die Luft in diesem Rohr und über einen  am oberen Ende angebrachten dünnen Luftschlauch, wird diese Luft auf einen Druckschalter einer ausrangierten Waschmaschine geführt. Ist der Behälter nun gefüllt und somit der Abschaltdruck erreicht, wird die Pumpe abgeschaltet. Der Abgleich für den richtigen Schaltpunkt erfolgte durch Bohrungen  in entsprechender Höhe im Kunststoffrohr.

Das Ganze funktioniert eigentlich nun schon über Jahre weg tadellos und ich hatte immer automatisch einen vollen Wasserbehälter....einziges Manko, sobald  eine Kanne voll Wasser entnommen wurde, fällt der Druck im Staurohr ab und die Pumpe beginnt, sofern die Sonne scheint, sofort wieder mit dem Befüllen des Behälters, denn die einzige Aussage die ich bezüglich des Füllzustandes meines Wasserbehälters erhalte ist:  --> Behälter voll.

Also hab ich mir Gedanken gemacht, ob das Ganze vielleicht nicht doch mit aussagekräftigeren Messwerten zu lösen wäre.

Ultraschall wäre z.B eine Option, aber der Deckel des Behälters ist nicht immer geschlossen und egal wo man dann den Sensor auch anbringt, er ist doch immer im Weg und der Sensor aus dem oben angesprochenen zweiten Thread, schien mir dann doch, für einen Gartenbehälter mit knapp 500 l Wasser, mit Kanonen auf Spatzen geschossen und das Ding liegt dann irgendwo da unten am Boden rum und das Kabel muss auch irgendwie nach oben geführt werden.

Also bleibt´s wohl bei der ,,Staurohrtechnik".  Die in diesem ,,Staurohr" befindliche Luft wird durch den steigenden Wasserspiegel unter Druck gesetzt. Also gilt es diesen Druck zu messen und dann in cm oder Liter umzurechnen, was nicht zu aufwendig wäre, da 1 mbar oder auch 1 hPa etwas über 1 cm Höhendifferenz bedeutet. Multipliziert man dann diese Höhe mit der Grundfläche des Behälters erhält man den Inhalt in Liter.

Als Test-Staurohr nutze ich ein 16 mm Installationsrohr, an dem am oberen Ende unter dem ,,luftdichten Abschluss" ein BMP280 angebracht habe (Bild 06). Dieser misst den Druck in diesem Rohr.

Ein weiterer  Drucksensor (BME280) liefert mir die Umgebungswerte des Luftdrucks, der Luftfeuchte und der Temperatur. Die beiden letzteren Werte sind Zugaben, die hier eigentlich nicht benötigt werden.
Die Differenz dieser beiden Drücke ist nun ein Maß für den Wasserstand im Behälter (Testgefäß war eine 1,5 Liter Flasche mit etwa 8 cm Grundfläche).

Als Auswertesoftware habe ich diesen Sketch https://github.com/elmo-space/esp01-bme280-oled an meine Bedürfnisse etwas angepasst.

Ein Manko hat diese Messung allerdings. Die maximale Mess-Höhe im Behälter ist abhängig vom Einsatzort. Da laut Datenblatt die Druckmessung  einen  maximaler Druck von 1100 hPa ausweist und ich nicht weiß ob der Messbereich der Module eventuell doch größer ausfällt, muss ich davon ausgehen , dass z.B  bei mir die maximal messbare Höhe, (1100 hPa – Ortsdruck) bei etwa 145 cm liegen wird. Bei höher gelegenen Gebieten dann entsprechend mehr.

Papa Romeo

[Papa Romeo]

...ich habe das Staurohr heute mal ein bisschen unter "Druck" gesetzt.

Ab etwa 495 mbar entsprechend dann ca. 530 cm bleibt die Anzeige konstant, auch wenn der Druck weiter erhöht wird.

Würde heißen, dass doch über 5 m Höhe gemessen werden könnte. Ob die Messwerte allerdings weiterhin linear
verlaufen kann ich nicht sagen.

[eldrik]

Moin Papa,

interessante Variante, die ich wahrscheinlich demnächst auch einmal ausprobieren werde.

Derzeit habe ich zwei im Erdboden versenkte und mit Beton umspülte IBC Tanks a 1000 Liter, über die das Regenwasser geleitet wird bevor es in dem Sickerschacht versickert.

Den Füllstand überwache ich bisher per Ultraschallmessung, jedoch muss ich in regelmäßigen Abständen das Installationsrohr wechseln, auf dem der Ultraschallsensor sitzt.

Mit der Zeit bilden sich an den Innenwänden des Rohres Ablagerungen, die scheinbar zu Reflexionen führen, mit dem Ergebnis, dass man sich nicht mehr auf die Messwerte verlassen kann.

Greetz
Eldrik

[Papa Romeo]

Hallo eldrik,

wenn´s dann soweit ist und du eventuell den Sketch brauchst, dann gib Bescheid.

[Wernieman]

Löst sich nicht mit der Zeit die Luft im Staurohr, so das der Druck sinkt? Also Langfristig (über Wochen oder Monate) ....

[JoWiemann]

Wir hatten das Thema schon mal im Forum. Bei den Chinesen findet man zu Preisen von 20,- bis 30,-€ fertige Sensoren, die genau auf diesem Prinzip beruhen.

Grüße Jörg

[ext23]

Löst sich nicht mit der Zeit die Luft im Staurohr, so das der Druck sinkt? Also Langfristig (über Wochen oder Monate) ....

Das würde mich auch mal interessieren. Ich hatte ähnliches an einer Wassertonne verbaut und das lief vorne und hinten nicht. Dann habe ich den Drucksensor unten angebaut mit einem Schlauch und seit dem läuft das 1A. Der Sensor hat eine Silikonfläche weshalb eindringendes Wasser unproblematisch ist. (Die aus der Waschmaschine übrigens auch) Man darf die Box mit dem Sensor nur nicht verschieben, das ist wichtig. Also die Höhe muss immer gleich bleiben. Ich benutze übrigens den MPX5010.

/Daniel

[Papa Romeo]

...ich nehme an, unter "Luft auflösen" meint ihr einen Druckverlust. Denn ich weiß nicht, wie sich Luft auflösen soll....wohin....in was....Vakuum? 

...einen Langzeittest über Wochen oder Monaten habe ich mit diesem Aufbau natürlich nicht. Aber über etwa 5 Tage schon.
Hier blieb der Druck im Staurohr konstant.

Das heißt anfangs hatte ich diese Probleme mit dem Druckverlust. Aber die Abnahme erfolgte da dann innerhalb Minuten.
Nachdem ich das Rohr aber oben absolut Luftdicht verschlossen hatte, blieb der Druck konstant.

[Wernieman]

Luft "löst" sich in Wasser, wenn Druck dazu kommt, erst Recht.

Damit kann es sein, das Deine "Luftsäule" mit der Zeit abnimmt. Deshalb war meine Frage nach der Langzeitstabilität ....

[Papa Romeo]

ok...du meinst Sauerstoff und Stickstoff.
Kann nur sagen, dass bei meinem bisherigen Staurohr, diesbezüglich nie Probleme aufgetreten sind. Und da war die Berührungsfläche über 12 mal so groß.
Dann stellst sich auch die Frage wie groß der Druck sein muss, dass da über längere Zeit merkliche oder gravierende Auflösungen stattfinden, bzw. wie stark sich diese auswirken.
Kann auch weiter nur sagen, dass bei meinem Testaufbau die Anzeige seit über einem Tag konstant ist. Zeigt zeitweise eher sogar mehr an.
Ich werd´s irgendwann in nächster Zeit an meinem Brunnen installieren und dann "guck´mr mal" .

[Papaloewe]

Wir hatten das Thema schon mal im Forum. Bei den Chinesen findet man zu Preisen von 20,- bis 30,-€ fertige Sensoren, die genau auf diesem Prinzip beruhen.

Grüße Jörg

Hast du vielleicht mal als Beispiel einen Link für einen solchen fertigen Sensor?
Vielen Dank

[JoWiemann]

Hast du vielleicht mal als Beispiel einen Link für einen solchen fertigen Sensor?
Vielen Dank

z.B: https://www.ebay.de/itm/283054280554?ul_noapp=true oder https://www.aliexpress.com/item/32956105218.html?productId=32956105218&productSubject=Submersible-Liquid-Water-Level-Sensor-Water-Level-Transmitter-Tank-Level-Transducer-4-20mA-Output-DC24V&spm=a2g0o.detail.1000014.17.746473e1KmJ36T&gps-id=pcDetailBottomMoreOtherSeller&scm=1007.13338.112237.000000000000000&scm_id=1007.13338.112237.000000000000000&scm-url=1007.13338.112237.000000000000000&pvid=481fdd47-17e8-4fe1-992a-545ef22ef6d1

Grüße Jörg

[Billy]

Das ist ja genau der Sensor den ich einsetze.
Da gibts die ganzen Probleme nicht mehr.
https://forum.fhem.de/index.php/topic,93308.msg859510.html#msg859510
Billy

[Papa Romeo]

@Billy:...lies mal Thread #1 bzw. den Titel des Projekt´s

[ext23]

...ich nehme an, unter "Luft auflösen" meint ihr einen Druckverlust. Denn ich weiß nicht, wie sich Luft auflösen soll....wohin....in was....Vakuum? 

Die Luft geht durch das Rohr, durch den Sensor und durch das Wasser. Die Säule wird immer kleiner bis das Level der Wasseroberfläche erreicht ist und dann ist Schluss. Für kurzzeitige Messungen ist das vielleicht ok, lange Messungen werden ungenau vor allem wenn zwischendurch nicht immer komplett entlüftet wird. Viele nutzen daher auch eine Aquarium-pumpe um vor der Messung die Luft komplett aus dem Rohr zu blasen.

/Daniel