0...5 V Sensor am Analog-In-Sensor

[Chris M.]

Aus der Anleitung bin ich nicht ganz schlau geworden (die hat viele Seiten, aber keine Info zur exakten Klemmen-Belegung), daher frage ich mal hier

Ziel: Ich möchte den Füllstand meiner Regentonne per Drucksensor messen. Für kleines Geld gibt es einen der 0...10 psi (also 0...0,69 bar bzw. 0...6,9 Meter Wassersäule) auf einen Signalausgang mit einem Spannungswert von 0,5...4,5 Volt legt und selber eine Spannungsversorgung von 5 Volt benötigt.
D.h. ich möchte diesen Messwert mit dem Multi-IO / 0-10V Sensor (Art-Nr. 294) einlesen.

Ist dies nun eine korrekte Beschaltung? Kann/darf/muss ich das Gnd auf der Mess-Seite offen lassen? Oder muss ich es brücken?


Auf dem TWS im Geräte-Manager werden mir nun zwei Spannungen angezeigt:

Ich vermute, dass die obere Spannung (die 1,43 V) der Messwert des Sensor-Eingangs ist und die untere Spannung (die 5,03 V) die am Sensor anliegende, seitens des 1Wire bereitgestellte, Versorgungsspannung ist.
Ist das richtig?
Klicke ich auf das jeweilige "mV" Feld kommt ein Pop-Up, dass diese Vermutung erhärtet.
In dem Pop-Up steht als Einheit übrigens "V" und nicht "mV", obwohl auf der Hauptseite in der Spalte "Applikation" ja "mV" steht. Der angezeigte Messwert ist auch in "V" und nicht "mV"?!?
Naja, egal. Wichtig wäre da dann aber zu wissen ob beim Sende-Filter das Delta nun in "V" oder "mV" berechnet wird, also ob ich (bei diesem Screenshot) alle 0,25 mV oder doch alle 0,25 V einen neuen Wert bekomme.

[maggyver]

Hallo Chris,

die rechten Anschlussklemmen sind gedacht für 0-10V Sensoren aufzunehmen. Das Bezugspotential ist GND, also theoretisch egal, aber technisch bezüglich der eingebauten Filter auf der Platine dann eventuell nicht.

Ich habe einen Drucksensor 4-20mA in der Zisterne verbaut und an einem 1-Wire Adv. Multi IO mit 6 IOs / Temp. / 0-10 V / Licht über einen 500 Ohm-Widerstand angeschaltet. Das hat den Vorteil, das man mitbekommt ob der Sensor noch funktioniert, falls Drahtbruch oder die Verosrgungsspannung des Sensors ausfallen sollte.

4-20mA V2.pdf

Wichtig wäre da dann aber zu wissen ob beim Sende-Filter das Delta nun in "V" oder "mV" berechnet wird, also ob ich (bei diesem Screenshot) alle 0,25 mV oder doch alle 0,25 V einen neuen Wert bekomme.

Die Baugruppe hat am 0-10V Eingang eine Auflösung von 10mV.

[Chris M.]

Mit bisschen Praxis-Erfahrung kann ich sagen, dass das Messprinzip gut funktioniert.

Hier nochmal der Aufbau:
Die Regentonne hat unten die Entnahme, in der Mitte geht der Überlauf nach oben und oben ist die Befüllung, sowohl vom Dach des Gartenhauses als auch eine Wasserleitung mit freiem Auslauf zum Befüllen:

Die Leitungen werden dann in der grünen Box entsprechend geroutet. Hier ist auch der Drucksensor an der Entnahmeleitung so wie der 1Wire Multisensor zur Messwerterfassung sichtbar (ja, das ist testweise ein KNX-Kabel als provisorischer YStY-Ersatz)


Die Frage wie ich Masse zu verschalten habe ist aber noch offen.

Denn wenn ich mir nun die Messwerte ansehe, so sieht das z.B. so aus:

Man sieht super wann und wie viel aus der Regentonne entnommen wurde.
Man sieht aber auch, dass dann, wenn der Pegel konstant ist, der Messwert leicht hin und her driftet, mit einer Peak-zu-Peak-Spannungsdifferenz von bis zu 0,05 V.

Nun muss man natürlich ehrlich sein und akzeptieren, dass Spannungsmessungen von Hundertstel-Volt in freier Umgebung eher anspruchsvoll sind. Und 0,01 V einer Wasserstandsänderung von gerade mal 1,7 cm entspricht (folglich 0,05 V = 8,6 cm) - bei ca. 1,5 Meter nutzbarem Regentonnen-Inhalt.
Aber die Versorgungsspannung ist ja sauber (vgl. auch dem Messwert in dem Diagramm, der auch vom Multisensor kommt).
Und an einen thermischen Effekt im zu messenden Wasserstand mag ich auch nicht glauben, denn die Wärmeausdehnung macht sicher keine 8-9 cm Wasserhöhe aus.

=> Kann ich noch etwas an der Schaltung optimieren (wie z.B. Masse durch verbinden) um hier die Drift etwas zu reduzieren?

[Robert_Mini]

Hallo Chris!

Danke für deine Einblicke, sieht super aus.
Hast du für den Druckfühler auch noch einen Link/Bezugsquelle?

Danke
Robert

[Chris M.]

Hast du für den Druckfühler auch noch einen Link/Bezugsquelle?

Amazon. Irgend so ein günstiger, chinesischer. Mal schauen wie der über den Winter kommt, der kann bei uns ja durchaus kalt sein. Aber nach der angegebenen Spek (ein ausführliches Datenblatt gibt es leider nicht), sollte der für diesen Anwendungszweck absolut geeignet sein.

[Chris M.]

Mit bisschen Praxis-Erfahrung kann ich sagen, dass das Messprinzip gut funktioniert.

Und mit noch bisschen mehr Erfahrung sieht das dann so aus:

Sehr klar sichtbar sind die Zeiten bei denen es geregnet hat (auch wo es Stark-Regen gab) und die bei denen in Wasser entnommen habe.

Ein Vergleich des Messwertes mit einer manuellen Bestimmung des Pegel zeigt auch die gewünschte (und erwartete) deutliche Korrelation:


Es bleibt aber noch dieser Punkt offen:

Man sieht aber auch, dass dann, wenn der Pegel konstant ist, der Messwert leicht hin und her driftet, mit einer Peak-zu-Peak-Spannungsdifferenz von bis zu 0,05 V.

Nun muss man natürlich ehrlich sein und akzeptieren, dass Spannungsmessungen von Hundertstel-Volt in freier Umgebung eher anspruchsvoll sind. Und 0,01 V einer Wasserstandsänderung von gerade mal 1,7 cm entspricht (folglich 0,05 V = 8,6 cm) - bei ca. 1,5 Meter nutzbarem Regentonnen-Inhalt.
Aber die Versorgungsspannung ist ja sauber (vgl. auch dem Messwert in dem Diagramm, der auch vom Multisensor kommt).
Und an einen thermischen Effekt im zu messenden Wasserstand mag ich auch nicht glauben, denn die Wärmeausdehnung macht sicher keine 8-9 cm Wasserhöhe aus.

=> Kann ich noch etwas an der Schaltung optimieren (wie z.B. Masse durch verbinden) um hier die Drift etwas zu reduzieren?

Was an diesem "Rauschen" nämlich interessant ist, ist die doch relativ vorhersehbare Form. Das Minimum ist immer am späten Nachmittag, das Maximum in der Nacht.
D.h. ein Temperatureffekt ist gut möglich, da der späte Nachmittag der Zeitpunkt ist, wo dort die meiste Sonne ankommt.
Die Volumenvergrößerung durch die Wärmeausdehnung des Wassers (was ja eine berechtigte Messewertveränderung wäre) ist für diese Größenordnung aber nicht plausibel: 1 Meter Wassersäule dürfte sich bei einem (viel zu hoch angenommenen) Unterschied von 10°C auf 30°C nur um 4 mm, verändern. Ich suche aber ungefähr das 20-fache davon.
Daher bleibt als Erklärung für mich eigentlich nur eine Temperaturdrift in der elektronischen Schaltung (inklusive Sensor)

[maggyver]

Hallo Chris,

der Temperaturdrift wäre eine mögliche Erklärung.

Solche Sensoren haben normalerweise neben dem elektrischen Anschluss (Drähte) und zusätzlich einen Kunststoffschlauch, der den Druck der Atmosphäre zum Sensor leitet, damit dies keinen Messfehler verursacht.

Ist halt die Frage ob vorhanden? Wenn vorhanden kann ungehindert der Druckausgleich erfolgen? Wenn nicht vorhanden, wird das im Sensor anhand einer Annäherungsformel durch einen Algorithmus bestimmt. Letzteres ist sehr ungenau und erzeugt zusätzlich Messwertabweichungen.

Wo endet denn das Anschlusskabel bzw. die Anschlussleitung des Sensors? In einer dichten Klemmdose ohne Druckausgleichselement?

[Chris M.]

So ein Druckausgleichsschlauch ist mir bei diesem Sensor nicht aufgefallen. Foto vom eingebauten Sensor ist oben.
Eine Belüftung durch den Kabelbaum wäre zwar grundsätzlich denkbar, aber direkt am Sensor wird der Stecker vom kleinen Kabelschwanz gesteckt und der ist dort mit einem Dichtelement gegen die Umgebung abgedichtet. D.h. auch nach Lieferumfang des Sensors könnte - wenn das der richtige Weg sein sollte - erst am Ende des Kabelschwanz ein Druckausgleich passieren. Der ist bei mir im original ElabNET 1wire Gehäuse, dort aber mit dem Knebel gut zugedrückt => hier glaube ich tatsächlich nicht an einen guten Druckausgleich. Kann mir aber auch nicht vorstellen, dass das der richtige Pfad ist.

Meine Vermutung ist, dass das kein Relativdruck, sondern ein Absolutdruck-Sensor ist, der jedoch auf 1 Bar als Minimalwert kalibriert ist.

Online habe ich leider kein Datenblatt, Spezifikation o.ä. gefunden. Unter dem Namen GS07381 findet man aber ein paar übliche Quellen für den Sensor.

[maggyver]

Hallo Chris,

sollte als eigener Schlauch im Kabel erkennbar sein. Wenn das nicht erkennbar ist dann ist es ein Absolutdruck-Sensor.

Das Rauschen könnte durch einen günstigernen Sensor mit schlechteren Eigenschaften durchaus erklärbar sein. Deine selbst angefertigte Kennlinie spricht für sich und weißt auf einen Nichtlinearität des Senors hin. Die Genaugigkeit des Sensors ist eben eher im letzen Drittel des Mittelfelds zu sehen. Kalibrierung auf 1bar ... nun 1 Meter Wassersäule ist ca. 100mbar (98,0665mbar).