Capaciteit sensor meten.

Momenteel heb ben ik meetapparatuur voor een proefopstelling aan het maken. De opstelling bestaat uit een bak met water (hoogte tussen de 2 en de 5 cm) waarvan de waterhoogte bepaald moet worden. De waterhoogte veranderd met een periode van ongeveer 7 sec tussen de minumum en maximum waarde.
Als sensor hiervoor heb ik 2 metalen plaatjes met een halve cm tussenruimte, welke in het water hangen. Afhankelijk van de waterhoogte veranderd de capaciteit van de sensor. Wat ik wil bouwen is een schakeling welke de waterhoogte omzet in een spanning.
De overige meetapparatuur kan alleen spanningen metingen, en haalt elke 0.05 sec een sample binnen.

Ik heb tot nog toe de hele middag op internet gezocht en ben momenteel zover dat ik weet dat de capaciteit te meten is met een sin/blokgolf van redelijke frequentie (10 mHz). Om de capaciteit te bepalen is het faseverschil tussen ingaande golf en uitgaande golf van belang. Echter weet ik niet hoe ik een faseverschil om kan zetten in een spanning.

Uiteindelijk is het doel dus om de waterhoogte om te zetten in een spanning mbv. een capacitieve sensor. De precieze schaalfactor is niet van belang, zolang een hogere waterstand maar met een hogere spanning overeenkomt.

Elex beschreef hier ooit (februari 1993) een ontwerpje voor rond een TLC555 (snelle CMOS 555) als timer met de meet C als C en een 4060 + xtal als klokgenerator.

Vervolgens het ontstane PWM signaal filteren, ontdoen van offset en meten, exact weet ik het niet meer uit mijn hoofd.

[Bericht gewijzigd door Aart op (28%)]

Er zijn inderdaad meerdere methoden; je kunt de condensator opnemen in een RC of LC kring, en daar de periode of frequentie van meten. Je zou er ook een PWM signaal van kunnen maken, met een vast periode, dan heb je alleen nog maar een low-pass filter nodig.

Een faseverschil meten kun je doen met een Phase Locked Loop, waarvan je de fase detector gebruikt.

Ik hoop dat je geisoleerde metalen plaatjs gebruikt anders verstoort de geleidbaarheid van water te veel.
Bedoel je echt met de frequentie 10 milliherz?
Ook met geisoleerde plaatjes blijft de geleidbaarheid van het water een probleem. Wat je krijgt is een parallelschakeling van een weerstand en een kleine capaciteit.
De stroom door die capaciteit is 90 graden in fase verschoven tov de stroom door die weerstand. Door nu fasegevoelig te detecteren kun je alleen de stroom door de condensator meten.

[Bericht gewijzigd door floppy op (53%)]

Hallo, het is misschien wel logischer met een ultrasoonsensor (afstandssensor) te werken. Die kan je boven het wateroppervlak ophangen en geeft je een analoog signaal terug.
Dit is natuurlijk een kant-en klaar oplossing. Misschien vind je het leuker iets zelf te brouwen ;-)

Je zou gewoon een spanningsdeler kunnen maken met als elementen die "condensator" en een weerstand. Zelfs met gewoon 50Hz lukt dat al.

Schatting: plaatjes 5cm hoog, 2cm breed, 0,5cm uit elkaar.
Capaciteit zonder water: 2pF. Met water (5cm hoog): 140pF.

Reactantie bij 5cm waterhoogte en 50Hz: 22MΩ
Neem als weerstand: 1MΩ
Stel, je voedt dit met 23V. Er komt dan 1V uit bij 5cm waterhoogte. Het verloop is zo goed als lineair.

Mocht het water enigszins geleidend zijn, dan is de condensator niet ideaal. Maar het verloop is evengoed praktisch lineair. Wel de plaatjes isoleren, anders wordt de meting te wiebelig.

Als eerste wil ik mij verontschuldiggen dat het een tijdje geduurd heeft voordat ik tijd had om alle replies te lezen, en uit te zoeken wat er precies bedoeld word. Aangezien mijn elektronica kennis niet geweldig groot is, kost het me toch een paar uurtjes uitzoekwerk om te begrijpen wat jullie geschreven hebben.

Elex beschreef hier ooit (februari 1993) een ontwerpje voor rond een TLC555 (snelle CMOS 555) als timer met de meet C als C en een 4060 + xtal als klokgenerator.

Vervolgens het ontstane PWM signaal filteren, ontdoen van offset en meten, exact weet ik het niet meer uit mijn hoofd.

Ik heb een tijdje op internet gezocht, maar het betreffende artikel niet kunnen vinden. Weet jij of het nog ergens te koop is?

Er zijn inderdaad meerdere methoden; je kunt de condensator opnemen in een RC of LC kring, en daar de periode of frequentie van meten. Je zou er ook een PWM signaal van kunnen maken, met een vast periode, dan heb je alleen nog maar een low-pass filter nodig.

Een zoektocht op interner leerde mij dat een PWM (puls with modulated) signaal, in principe een signaal is wat lijkt op een blokgolf. Door deze te integreren kon het oorspronkelijke signaal gereconstrueerd worden. Echter snap ik niet hoe een PWM signaal mij gaat helpen bij mijn meting.

Een faseverschil meten kun je doen met een Phase Locked Loop, waarvan je de fase detector gebruikt.

Van wat ik tot nog toe gezien heb, ziet deze optie er veelbelovend uit

Hallo, het is misschien wel logischer met een ultrasoonsensor (afstandssensor) te werken. Die kan je boven het wateroppervlak ophangen en geeft je een analoog signaal terug.
Dit is natuurlijk een kant-en klaar oplossing. Misschien vind je het leuker iets zelf te brouwen

De opstelling is al helemaal klaar (niet door mij gebouwd). De huidige sensoren zijn lekker simpel, en goedkoop te vervangen als ze stuk gaan.
Het probleem is de electronica die erbij zit. Deze is inelkaar gehobbybobt, en totaal niet betrouwbaar. Nu kan ik heel lang gaan uitzoeken hoe het allemaal werkt, of een nieuwe schakeling ontwerpen waarna ik precies weet hoe alles werkt.
Mocht ik nog geen sensoren hebben, was het idd een goede optie geweest.

Ik hoop dat je geisoleerde metalen plaatjs gebruikt anders verstoort de geleidbaarheid van water te veel.

Ze zijn niet geisoleerd. Verstoord de geleidbaarheid van het water zo erg dat er geen goede meting te doen is dan?

Bedoel je echt met de frequentie 10 milliherz?

Is een tikfoutje van mijn kant. Moest kiloherz zijn.

[Bericht gewijzigd door Henry S. op (27%)]

Ze zijn niet geisoleerd. Verstoord de geleidbaarheid van het water zo erg dat er geen goede meting te doen is dan?

Als de sensors niet geïsoleerd zijn, is de capaciteit tussen beide plaatjes onbetekenend in vergelijking met de ohmse weerstand tussen beiden.

Als de geleidbaarheid van het water constant is , kun je ook de weerstand meten. Dat is een stuk eenvoudiger.

Of een spanningsdeler met condensator ipv weerstand. Of nog mooier een brug. Hoef je geen fase te meten maar alleen de ( piek) spanning ten opzichte van de referentie spanning.

Ik denk dat mijn oplossing zo simpel is dat-ie eenvoudig niet geloofd wordt..
Toch meten we op de club ook (draai-)condensatoren op die manier. Het is heel simpel en werkt goed

Als de geleidbaarheid van het water constant is , kun je ook de weerstand meten. Dat is een stuk eenvoudiger.

Geen goed idee IMHO. Bij de opstelling van de TS --tussen 2cm en 5cm waterhoogte-- ga je weinig verschil in ohmse weerstand tussen de beide sensors merken.

Als je echter beide sensors voorziet van een dun, isolerend laagje (plastic-spray, lak), dan vormen ze beiden een capaciteit met het water als gemeenschappelijk deel. En dan gaat de totale capaciteit gelijke tred houden met de waterstand.

[Bericht gewijzigd door pros op (14%)]

In mijn vorige post zeg ik immers ook al dat de plaatjes geïsoleerd moeten zijn. :)
/e: Voor-vorige, van deze uit gerekend..

[Bericht gewijzigd door Frederick E. Terman op (20%)]

Op 17 oktober 2008 20:57:18 schreef Frederick E. Terman:
In mijn vorige post zeg ik immers ook al dat de plaatjes geïsoleerd moeten zijn. :)

Dat is zo, maar het dringt blijkbaar niet door... :-)

Akelig spul trouwens, water. Als het moet geleiden doet het dat slecht; maar als je het niet wil, best wel goed.
De vraag is- hoe weet het water dat?! ;)

Op 17 oktober 2008 21:04:20 schreef Frederick E. Terman:
Akelig spul trouwens, water. Als het moet geleiden doet het dat slecht; maar als je het niet wil, best wel goed.
De vraag is- hoe weet het water dat?! ;)

Omdat water bewustzijn heeft ;-)

Dom artikel. Geen woord over de invloed van Handel's "Water Music" op water. Bah!

http://www.parallax.com/Portals/0/Downloads/docs/cols/nv/vol1/col/nv27…

misschien bruikbare info.

groetjes Lowa1

Op 17 oktober 2008 21:00:58 schreef pros:
[...]

Dat is zo, maar het dringt blijkbaar niet door... :-)

Sensor aanpassen is helaas geen optie. De sensoren die er zijn moeten behouden blijven. Daarnaast worden de opstellingen voor demonstraties gebruikt. Dit betekend dat er niet heel netjes mee omgegaan word, en er snel krassen op de sensoren zullen ontstaan.

Afgelopen week een paar uurtjes gemeten.
Echter blijk met een spanningsdeler van de sensor en een weerstand van 50K bijna de volledige spanning over de weerstand te staan. Bij veranderende waterhoogte was er geen meetbare verandering van de spanning. De geleiding via het water is dus best redelijk goed.