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Moeritsen

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1

Samstag, 4. Juli 2020, 13:58

Berührungsloses Messen von Tankinhalten

Moin allerseits,

ich glaube, @norbert-walter: hatte mich drauf gebracht, dass es Sensoren gibt, die auf Ultraschallbasis Tankinhalte messen können. Die in der Regel für Arduinos und Raspberries zu erhaltenden SRF-Sensoren messen Abstände in der Luft.
Aber mit dem Sensor DS1603L gibt es einen, der wie ein Echolotgeber funktioniert.

Ein Youtube-Video hat mich dann weiter bestärkt, solche Sensoren mal auszuprobieren, denn mein GFK-Diesel-Tank sitzt fest angebaut unter dem Cockpitboden. Es gibt also keine Möglichkeit, irgendetwas von oben als Geber einzubringen. Die einzige Chance ist, Löcher von der Seite zu bohren und dann irgendetwas in den Tank zu bringen. Wollte ich nicht.
Mit dem im Video vorgestellten DS1603L besteht die Möglichkeit, den Sensor einfach unten am Tank anzukleben.

Das wollte ich ausprobieren und habe mir 2 Stück in China bestellt, Stückpreis €17,88.

Vor ein paar Tagen sind sie nun angekommen und, was soll ich sagen? Es scheint zu funktionieren!

Ich habe den Sensor mit einem Seriell-USB-Wandler am TTL-Eingang angeschlossen, wie es ein Manual, das im Netz kursiert, gezeigt hat.
In Node-Red braucht man nur einen richtig konfigurierten Serial-In-Node, dann liefert der Node die Werte. die kann man ein wenig aufbereiten und im Dashboard anzeigen.

Dann habe ich eine kleine, sehr unwissenschaftliche Testreihe mit einer Schüssel und einem Kunststoffbehälter gemacht, unter die ich den Sensor gesetzt habe. Sehr wichtig ist die direkte Verbindung mit dem Medium (Schüssel zB). Es wurde sogar eine kleine Tube UV-Gel mitgeliefert, damit geht das wunderbar. Und genau so, wie ich es von Echolotgebern kenne.

Ergebnis der Messreihe: Der Sensor misst ab einem Wasserstand von 30mm nachvollziehbar genau. Darunter produziert er Phantasiewerte. Ab ca. 30mm produziert er Ergebnisse, die recht gleichmäßig in etwa 4-6mm vom gemessenen Wasserstand abweichen. Mit zunehmendem Wasserstand ab 80-90mm scheinen die Abweichungen kleiner zu werden.

Mehr als 100mm habe ich bisher nicht messen können mangels richtigem Behältnis. Aber ich habe mal versuchsweise den Kunststoffbehälter abgedeckt mit einem Kunststoffdeckel. Das hat den Sensor nicht beeindruckt. Übrigens haben sich die Werte von Schüssel und Kunststoffbehälter, obwohl sie eine recht unterschiedliche Form haben, nicht großartig unterschieden. Im großen und ganzen wiederholt das Ergebnis die Testung aus dem Video. Mit dem zweiten Sensor mache ich das auch bei Gelegenheit noch mal, um zu schauen, ob sich die Sensoren untereinander vielleicht unterscheiden.

Im Datasheet ist zudem angegeben, dass der Sensor bis 2000mm messen soll, das sollte für die meisten Behältnisse an Bord wohl reichen.

Insgesamt scheint der Sensor für das berührungslose Messen von Flüssigkeiten in Behältnissen gut geeignet, wenn man nicht aus den letzten Millimeter achten muss. Im Video wird der Sensor genutzt, um den Füllstand in einer Ölwanne zu kontrollieren, auch mit Erfolg, wie mir schien.

Vielleicht interessiert sich der eine oder die andere auch, mit dem Sensor zu arbeiten, dann kann man sich hier weiter austauschen.

Bis dann Michael
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2

Samstag, 4. Juli 2020, 15:07

Das klingt vielversprechend. Das muss ich auch Mal testen. Blöd ist nur die serielle Schnittstelle. Ist die RS232 konform?

Norbert

Moeritsen

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3

Samstag, 4. Juli 2020, 15:29

Das weiß ich nicht, ob die serielle Schnittstelle irgendeiner Norm folgt. Über den RS232-Eingang meines USB-Wandlers wollte der Sensor nicht mitspielen. Über den TTL-Eingang dann schon. Ich bin gespannt, wie sich die seriellen Schnittstellen von Thomas' MCS verhalten werden.
Das Datasheet spricht von UART Communication format: TTL, 9600, n, 8, 1 ;

Hilft dir das weiter?

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4

Samstag, 4. Juli 2020, 21:52

Ok, dann ist das keine konforme RS232 sondern nur TTL. Das reicht als Info. Danke

Eine Sache ist mir bei Deinem Verrsuchsaufbau noch aufgefallen. Du verwendest eine recht weiche Kunststoffkiste zur Simulation des Tanks und koppelst über die Außenwand ein. Real wird der aus Edelstahl sein. Der Schalleintrag kann dann durch das steife Gehäuse geringer ausfallen. Das müsste man noch einmal real testen.

Norbert

Moeritsen

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5

Sonntag, 5. Juli 2020, 11:15

Habe vorher mit einer Glasschüssel aus der Küche gemessen, müsste so 2mm Wanddicke haben, das Ergebnis war das gleiche. Hab nur kein Foto davon gemacht. Im Video wird durch eine Ölwanne gemessen. Das scheint alles zu funktionieren. Wenn ich ein geeignetes Edelstahlbehältnis finde, teste ich das auch noch mal.

Klausen

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6

Sonntag, 5. Juli 2020, 14:34

@Moeritsen: Interessantes Projekt! Bin leider IT mässig und elektronisch wenig bewandert, deshalb meine Fragen. Da bei mir sowohl Dieseltankanzeige als auch Wassertankanzeige eher Schätzeisen sind, würde ich gerne so was installieren. Geht das auch über einen Wandler an einen Läppi oder nur über den Pi? Wie kann man den Tanksensor befestigen?
LG Klaus

ArAl

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Sonntag, 5. Juli 2020, 15:41

Real wird der aus Edelstahl sein.

Meinst Du Ultraschall geht durch Edelstahlblech schlechter durch, als durch 5 mm Alu-Guss, wie im Video?

Ich frage mich, ob man den Sensor, oder nur die auswertende Software kalibrieren kann. Mein Dieseltank ist z.B. im Heck, vorne ca. 50 cm hoch und hinten nur ca.. 25 cm. Da muss man entweder Fixpunkte setzen (1/1, 3/4, 1/2, 1/4), oder eine Raumberechnung vornehmen.

Moeritsen

Proviantmeister

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8

Sonntag, 5. Juli 2020, 16:30

@Klausen:

Bin ebenfalls kein Ingenieur, nur interessierter und wissbegieriger Laie, die Elekronik-Cracks sind andere hier....
Zu deiner Frage: Im Prinzip müsste das auch auf einem Windows-Rechner laufen, wenn der USB-Wandler erkannt wird. Denn Node-Red läuft auch auf Windows-Rechnern. Wenn das Wetter weiter so bescheiden bleibt, probiere ich das mal aus und berichte.
Zur Befestigung: Dieser Sensor muss, soweit ich das übersehe, genau so wie ein Echolotgeber behandelt werden. Also am besten mit Kleber (zB Epoxi) am Gefäß möglichst blasenfrei verkleben. Oder eine Konstruktion bauen, in die man den Sensor mit Ultraschall-Gel dauerhaft ohne Luftspalt gegen die Gefäßwand drücken kann.

@ArAl: Den Sensor selbst kann man meines Wissens nicht kalibrieren. Aber wie oben bereits gesagt, ich bin absolut kein Experte. Vielleicht kriegen die Leute, die mit Arduinos und Python arbeiten, das hin. Ich selbst habe auch einen Tank, der trapezförmig ist. Habe mich an meine Schul-Trigonometrie erinnert, was verdammt lang her ist, und versucht, einen Funktions-Node in Node-Red zu bauen, der aus der anzunehmenden Messung eine Volumenberechnung macht. Anzunehmend deshalb, weil ich den Sensor noch nicht am Tank angebracht habe und das Ganze daher noch theoretisch ist.

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9

Sonntag, 5. Juli 2020, 22:24

@Moeritsen: @ArAl:

Hier mal eine Idee wie man beliebige Tankgeometrien "kalibrieren" kann. Dabei wird die Querschnittsgeometrie in Vierecke und Dreiecke zerlegt und darüber das Volumen berechnet. Alternativ kann man auch das Tankvolumen auslitern und über einen Fit-Funktion den Tankinhalt berechnen. Im nachfolgenden Link hatten wir das Thema schon einmal besprochen.

https://www.segeln-forum.de/board194-boo…en/#post1937719

Das ließe sich auch auf den Ultraschall-Sensor anwenden.

Norbert

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Montag, 6. Juli 2020, 17:48

Den Ultraschallsensor kannte ich damals auch schon. Mich hat nur der blinde Bereich von 0...50mm davon abgehalten ihn als Füllstandssensor zu nutzen. Real scheint der blinde Bereich mit 30mm doch besser zu sein. Bei flachen und nicht hohen Tanks wird er vermutlich nicht gut einsetzbar sein. Das war der Grund warum ich den Drucksensor favorisiert hatte.

Eventuell könnte man das Messprinzip ja beibehalten und nur die Auswertung ändern. Ich meine Philippi-Ultraschall-Tanksensoren funktionieren etwas anders und werten die Resonanz des Tanks aus. Je voller der Tank, um so höher die Resonanzfrequenz. Da könnte man den Ultraschall-Sensor aber so nicht verwenden. Zudem muss man das auf den jeweiligen Tank kalibrieren.

Norbert

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Dienstag, 7. Juli 2020, 00:32

Ich meine Philippi-Ultraschall-Tanksensoren funktionieren etwas anders

und angeblich nicht wirklich SOO gut...

gerryvel

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12

Montag, 20. Juli 2020, 22:20

Ich habe mir einen Ultraschall Sensor mit 4-20 mA Ausgang gekauft, ich will meine Schwertstellung an meiner ETAP anzeigen. Aber ich kann es auch mal mit Flüssigkeit testen. Das Ding ist vollkommen fertig und war glaube für 20 Euro im Angebot. Ich werde mal berichten, im Moment lümmelt das Teil auf der Werkbank rum.

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13

Montag, 20. Juli 2020, 23:18

Wie genau willst Du das machen? Soll das Teil unten ans Schwert und Du misst die Wassersäule darüber? Auch eine coole Idee.

Norbert

Dieser Beitrag wurde bereits 1 mal editiert, zuletzt von »norbert-walter« (20. Juli 2020, 23:33)


gerryvel

Leichtmatrose

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14

Dienstag, 21. Juli 2020, 11:48

Die Wasssersäule mit Ultraschall von unter Wasser her? Du kommst auf Ideen :) . Dann doch eher sowas mit 'ner Druckmessung.
Apropos Druckmessung und kleine Füllstände (=Tankinhalt), dort hast du geringe statische Höhen, das wird kompliziert bis ungenau, bei so kleine Tanks wie bei mit mit 15cm Füllhöhe ;-) .
Mmm, ne, das ist zu kompliziert.
Meine Idee ist von oben (die Etap hat einen "Schwertschacht", es wird gerade nach unten gekurbelt) auf das Schwert geschaut. In meiner Haupsteuerung wird das Signal eingelesen, wenn Schwert drin, bekommt es den "45 cm" Offset, damit habe ich meinen Tiefgang direkt angezeigt. Ist alles draussen, müsste irgendwie 1250cm angezeit werden.


Der ist das: https://www.exp-tech.de/sensoren/entfern…a-stromschleife
Das Bild zeigt zwar das Schwert der ETAP22, bei der 20er ist aber fast identisch.
»gerryvel« hat folgende Datei angehängt:

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15

Dienstag, 21. Juli 2020, 12:15

Meine Idee ist von oben (die Etap hat einen "Schwertschacht", es wird gerade nach unten gekurbelt) auf das Schwert geschaut. In meiner Haupsteuerung wird das Signal eingelesen, wenn Schwert drin, bekommt es den "45 cm" Offset, damit habe ich meinen Tiefgang direkt angezeigt. Ist alles draussen, müsste irgendwie 1250cm angezeit werden.

Ich versteh noch nicht wie Du das machen willst mit dem Ultraschall-Sensor. Der muss ja irgendwo angekoppelt werden, damit der Schall sich in der Flüssigkeit ausbreiten kann. Was genau würdest Du dann messen? Willst Du über Luft gekoppelt von oben in den Schertkasten auf das Schwert schauen? Dann wäre der Schallsensor aber der falsche. Der funktioniert wohl nur mit Wasser als Koppelmedium.

Norbert

gerryvel

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16

Dienstag, 21. Juli 2020, 23:01

Über die Luft von oben auf das Schwert. Genau. Das Ding muss so gehen, habe gelesen, das andere damit den Füllstand einer Zisterne messen, als über Luft auf die Wasseroberfläche. Wo nimmst du die info her, das es nur im Wasser geht?

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17

Dienstag, 21. Juli 2020, 23:28

Wo nimmst du die info her, das es nur im Wasser geht?

Das liegt an der Schallausbreitung die in Luft (343 m/s) und Wasser (1484 m/s) deutlich verschieden sind. Die Schalllaufzeit ist in Luft gut 5x länger. Damit sind Deine Messbereiche auch um Faktor 5 größer als bei Wasser. Ob die Elektronik und der Mikrocontroller die lange Schalllaufzeit für Luft richtig verarbeiten kann würde ich bezweifeln. Mein Luft-Ultraschall-Sensor ließ sich jedenfalls nicht in Wasser verwenden. Das hatte ich schon einmal getestet.

Ich sehe auch ein Problem im schmalen Schwertkasten, da es dort zu Mehrfachreflexionen kommen wird, die die Signalauswertung erschweren. In einer Zisterne hast Du einen großen Durchmesser ohne störende schmale Wände. Da ist das kein Problem.

Norbert

kutt

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18

Mittwoch, 22. Juli 2020, 04:01

Ich würde die Umdrehungen an der Spindel messen und dann auf den Tiefgang umrechnen

gerryvel

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Sonntag, 26. Juli 2020, 21:08

Das ist auch ne gute Idee, und da ist es ein simpler digitaler Eingang...!

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20

Montag, 27. Juli 2020, 13:59

Bei meiner Dehlya 22 funktioniert das auf die selbe Weise wie bei Deiner Etap 20. Bei 140 Umdrehungen geht der Kiel auf 1,40m. Also je Umdrehung 1 cm. Das Problem ist nur, dass man sich die Spindelumdrehungen für das nächste Mal der Benutzung irgendwie zuverlässig merken muss. Man könnte das z.B. im EEPROM eises ESP32 oder WSP8266 ablegen. Um das System referenzieren zu können muss auch noch ein Nulllagen-Sensor eingebaut werden.

Eventuell könnte man das Ganze auch auf alte konventionelle, mechanisch Art mit einem dünnen Faden und einem mechanischen Bandzählwerk wie bei einem alten Kassettenrecorder machen. Das wäre dann völlig ohne Strom. Die Riemenscheibe muss dann so diemensieoniert werden, dass bei 1cm eine Umdrehung entsteht (d=U/Pi). Also gut 3 mm Durchmesser.

Andere Varinate wäre, man bringe ein Getriebe (186 : 1) an der Kurbel an, das den gesamten Hub in einen Winkel (Drehung) von ca. 270° umsetzt und messe das Ganze mit einem Potentiometer. Das Getriebe liesse sich auch mit einem 3D-Drucker bauen oder ein fertiges Universalgetriebe kaufen.

https://www.pollin.de/p/bausatz-universa…AyABEgIkLfD_BwE

Das könnte so schon genutzt werden.

Das folgende ist so schön klein, dass man es vielleicht in den Getriebekasten der Kielmechanik mit einbauen könnte.

https://www.voelkner.de/products/839472/…8-80-U-min.html


Norbert

Dieser Beitrag wurde bereits 4 mal editiert, zuletzt von »norbert-walter« (27. Juli 2020, 14:25)


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