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Board-AnsichtFüllstand Zisterne messen (Bauelemente)
verfasst von Hartwig
, 29.05.2017, 20:50 Uhr
(editiert von Hartwig am 29.05.2017 um 22:13)
Hallo,
hier mal ein praktisch berechnetes Beispiel, nur 0-100 wäre ja zu einfach 
:
Dein Sensor sei der MXP5050, ein 500mBar-Sensor, das entspricht 5m Wassersäule.
Für Deine Zisterne nehme ich einen lichten Durchmesser von 1m an, Tiefe etwa 2m.
Du möchtest das Volumen in m³ anzeigen.
Als Anzeige soll ein 3,5-stelliges DVM-Modul dienen, von denen gibt es viele, die haben in den meisten Fällen einen Grundmessbereich von 0-200mV. Alternativ ginge natürlich jedes Baumarkt-Multimeter mit 200mV Messbereich. Natürlich ginge auch ein 2V-Meßbereich, dann weiter unten den Faktor 10 weglassen.
Wie bereits erwähnt, braucht der MXP5050 5V Versorgungsspannung (4,75 - 5,25V). Da aber ein mit 5V gespeistes Bauteil nicht so ohne weiteres ein Ausgangssignal von 0-5V zur Verfügung stellen kann, gibt es eine kleine Einschränkung beim MXP5050: Statt 0V beträgt die minimale Ausgangsspannung im Mittel etwa 200mV, nach Datenblatt 88mV bis 313mV. Dieser Offset ist für das jeweilige Exemplar typisch und konstant. Man könnte ihn elektronisch oder rechnerisch ausgleichen. Desweiteren erreicht der Ausgang nich die vollen 5V bei Maximaldruck. Für eine Druckdifferenz von 500mBar ändert sich das Ausgangssignal um 4,5V. Dies ist bei der Signalverarbeitung zu berücksichtigen.Für eine direkt Anzeige in mBar wäre die Ausgangsspannung des MXP5050 also mit 1,111 zu multiplizieren.
Fangen wir mit der Offsetkompensation an: nehmen wir an, Dein Sensor zeigt eine Nullwert von 180mV. Das ließe sich elektronisch (durch Subtrakion einer Spannung von 180mV) ausgleichen. Wenn Du darauf verzichten kannst, in deiner Zisterne wirklich den letzten Rest zu messen, kannst Du eine "mechanische" Korrektur vornehmen. 180mV x 1,111 = 199,9mV, also etwa 200mV = 20mBar. das entspräche 0,2mWs. Lässt Du jetzt den Schlauch 200mm über dem Boden der Zisterne enden, hättest Du eine Offsetkompensation mit dem Nachteil, nicht bis "0" messen zu können. Natürlich läßt sich die Kompensation einfacher mit einem µC erreichen. Eine weitere Möglichkeit zur Offsetkompensation bestünde darin, ein "massefreies" DVM-Modul zu verwenden (wie es z. B. auch das Billig-DVM vom Baumarkt ist) und dieses mit dem -Pol auf eine Spannung über Masse zu legen, die gleich der Offsetspannung Deines MXP5050 bei 0 mBar entspricht. Dabei ist natürlich der Spannungsteiler zu berücksichtigen.
Für welche Lösung Du Dich entscheidest, ist eine Frage der Anforderungen an die Schaltung und Deiner Möglichkeiten.
Für 1m³ wäre in Deiner Zisterne ein Wasserstand von 1,27m erforderlich. Multiplizierst Du die Anzeige mit dem Kehrwert von 1/1,27 = 0,785, dann erfolgt die Anzeige also in m³.
Wir haben also das Ausgangssignal, korrigieren es mit 1,111 und normieren es auf m³ für 1V/m³:
Ua = Usensor x 1,111 x 0,785 = Usensor x 0,872
Mit dem Faktor 0,872 würde jetzt bei 1m³ in der Zisterne 1V zur Verfügung stehen, für Deine Zisterne und das 200mV Meßgerät wären aber 100mV besser, also alles durch 10 teilen, der Faktor ist dann 0,0872. Wir brauchen also einen Spannungsteiler auf 0,0872:
Bei bei voller Ausgangsspannung dürfen dem MXP5050 max. 100µA entnommen werden - wir nehmen mit Sicherheitsabstand mal 50µA. Damit bekomme ich einen Spannungsteiler von 100kOhm Längswiderstand. Da die DVMs oft 10MOhm Eingangswiderstand haben, vernachlässigen wir diesen. Wir bräuchten einen Spannungsteiler von 91,28 kOhm und 8,72 kOhm - mit den Normwerten 6,8kOhm, 82kOhm und einem Trimmer von 20kOhm ließe sich das aufbauen (Werte als Beispiel).
Für Deine Prozentuale Anzeige wäre das Potenziometer so anzupassen, dass bei max. Füllstand eben 100mV oder 1V zur Verfügung gestellt werden.
Das wäre alles......
Viel Erfolg
Hartwig
Gesamter Thread:
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