4-20mA Drucksensor am Analogeingang?

[Martin]

Hallo zusammen,
Endlich Urlaub und Besuch beim Pool! Und gleich eine neue Idee: Seit einiger Zeit bastele ich (und andere) im Homematic-Forum an fortschrittlicheren (Homebrew-) Lösungen für die Füllstandsanzeige in Zisternen und anderen Flüssigkeitsbehältern. Beste Lösung momentan scheint der Einsatz eines Drucksensors zu sein, den es -Aliexpress sein dank - mittlerweile für relativ kleines Geld gibt.
Diese Sensoren bekommen 24 Volt und liefern je nach Druck einen Strom zwischen 4 und 20 mA zurück, aus dem man dann mit den Abmessungen des Beckens den Füllstand berechnen kann.
Ich habe damit derzeit zwei Lösungen als Prototypen umgesetzt: eine mit einem Wemos, die den Wert über Wifi schickt und auch Standalone funktioniert, die andere mit einem Arduino Pro Mini, die den Wert über BidCos an eine Homematic CCU sendet.
Nun fiel mir ein, dass ich mir den ganzen Aufwand ja vermutlich hätte sparen können und zumindest hier, wo die Trinkwasserzisterne in der Nähe des Poolcontrollers ist, den Drucksensor an einen Analogeingang desselben hängen könnte bzw. über einen geeigneten Widerstand die Werte auslesen und in Liter umrechnen könnte.
Das Prinzip ist hier ganz gut dargestellt: https://circuits4you.com/2016/05/13/ard ... rent-loop/
Kann ich dafür ADC 2...3 nutzen? Da steht in den Specs etwas von bis 20 mA. Und wenn ja: wie müsste ich die beiden Drähte des Drucksensor anschließen - über einen Widerstand?
Danke für Tipps & sonnige Grüße
Martin

Edit: Grad fiel mir ein, dass Drucksensoren ja auch am Pool genutzt werden und habe daher mal im Forum gesucht... da gibts ja einiges, sorry...

Edit 2: Und jetzt auch noch die Abb. 72 im Manual gefunden. Da bin ich erstmal versorgt...

[Martin]

Bevor ich zur Verdrahtung schreite, wollte ich noch meinen Plan für die Stromversorgung des Drucksensors (24 Volt) zur Abstimmung stellen, der ja vielleicht auch für Drucksensor-Betreiber am Filter. Ich würde das so machen wie in meinem Arduino-Pendant, nämlich mit einem Step-Up-Booster, der aus (z.B.) 5 Volt 24 Volt erzeugt. Ich habe diese: https://www.amazon.de/gp/product/B07KW61VYM/
Das Ganze würde dann so aussehen wie in der Zeichnung im Anhang.
Ist das ok? Ich war mir nicht ganz sicher, ob Minus aus dem Boost Converter an GND des ACC 3 gehört, vermute aber mal: ja?
Danke für Euren Rat & viele Grüße
Martin

[Alex]

Ja, würde passen wenn der Sensor 4..20mA 2-Draht ist.
Ob der Booster dazu taugt... keine Ahnung. Musst ausprobieren. Rein von der Ausgangsspannung passt es.

[Martin]

Danke Alex. Ja, es ist ein 4-20 mA 2-Draht Sensor, und im Arduino- und wemos-Setup funktioniert der Booster perfekt. Mal sehen.
Der Sensor ist BTW einer von denen, die in der Leitung noch ein Schläuchlein mitführen, um den Außendruck in die Berechnung einzubeziehen. So was wie https://de.aliexpress.com/item/32791153600.html
Meiner hat eine max. Eintauchtiefe von 5 Metern.
Grüße
Martin

[Martin]

So, wieder da, alles verkabelt, und prinzipiell klappt das. Allerdings "fehlen" rund 2.000 Liter in der Anzeige, und ich kann es mir nicht erklären. Ich denke, ich habe in Sachen Gain und Offset alles richtig gemacht:
Becken hat 420 x 340 cm und eine maximale Füllhöhe von 195 cm, was folgende Fülllmengen ergibt:
- 27.846 Liter real
- 71.400 Liter bei einer hypothetischen Füllhöhe von 500 cm (Messbereich bzw. maximale Eintauchtiefe des Drucksensors)

Der mit Peilstab gemessene Wasserstand ist aktuell 130 cm, sodass rund 18.500 Liter im Becken sein müssten. Angezeigt werden aber nur 16.300.
Nun kann ich natürlich die hypothetische maximale Füllhöhe hochsetzen, bis der Wert passt, aber das macht ja auch keinen Sinn. Evtl. Müsste am Gain geschraubt werden (worauf basiert dieser eigentlich?),
Habe ich vlt. doch einen Konfigurationsfehler gemacht?
Danke für Tipps & Viele Grüße
Martin

[Alex]

Ne OFFset und GAIN passen schon zu den Herstellerangaben und zu dem was Du an Volumen ausgerechnet hast
Wenn was anderes rauskommt - ist dieser Sensor halt nicht wirklich exakt.... oder steht nicht ganz am Boden?
Musst über den OFFset solange korrigieren bis der angezeigte Messwert dem realen entspricht.... also wenn 2200l "fehlen", dann eher -15650 als OFFset.

[Martin]

Danke Alex, werde ich versuchen. Der Sensor schien bei den Versuchsaufbauten in Deutschland allerdings schon sehr präzise - von der 40 cm hohen Blumenvase bis hin zum Test in 2 Meter langem 50mm-Rohr. Mir ist allerdings das Thema mit dem Druckausgleichsschlauch noch nicht so ganz klar, der ja die Differenz zum Außendruck in die Berechnung einfließen lassen soll. D.h. ob der wirklich ins Freie geführt werden muss oder nur außerhalb des Beckens enden kann (mein Becken ist unter dem Pool, als Fortsetzung von dessen Unterkellerung, also recht tief unter der Erde.
Viele Grüße
Martin

[Alex]

das is egal, der Luftdruck ist ja überall gleich... auch wenn Du im Keller bist.
Abschneiden darfst den halt nicht und einen Filter muss das Röhrchen dran gehabt haben (damit keine Luftfeuchte rein kommt und kein Wasser in diesem Schlauch kondensiert)

[Martin]

Mit dem Offset stimmts jetzt so in etwa, vielen Dank. Das Röhrchen ist ein im zweiadrigen 5-Meter-Kabel mitgeführtes Schläuchlein, das zusammen mit den zwei Adern ungefiltert aus der Ummantelung kommt.
Viele Grüße
Martin

[Alex]

...der Schlauch is einfach so offen?
Dann kannst davon ausgehen das sich da Kondensat drin sammelt und der Messwert entsprechend über die Zeit verfälscht wird

[Martin]

Ich denke, ich werde das Ende der Leitung in einem Gehäuse mit Druckausgleichsventil enden lassen, so etwas: https://www.bdsensors.de/fuellstand/zub ... dukt/kl-2/
Allerdings bin ich mit den Messungen noch nicht zufrieden, denn das ist nicht linear. Bei einem realen Stand von 15 cm wurden 4.000 l angezeigt (statt 2.428). Ich habe das mit Offset /Gain im PC auch noch nicht wirklich verstanden. Offset war für mich bei diesen Sensorgeschichten immer der Wert, der sich aus der Tatsache ergibt, dass 0 Druck/Liter usw. eben nicht 0 mA erzeugen, sondern 4mA. An 150 Ohm wären das 600 mV, wie es ja auch im Handbuch steht. Das wäre m.E. der korrekte Offset bei der Current Loop Messung. S. auch https://circuits4you.com/2016/05/13/ard ... rent-loop/
Wie kann ich denn im PC den Rohwert sehen? Indem ich Offset auf 0 und Gain auf 1 setze? Dann bekomme ich aber einen 5-stelligen Wert angezeigt, was ja nicht den mV entsprechen dürfte?

[Alex]

Wenn du den Füllstand in cm angezeigt haben willst, dann müsste
OFFset: -125.0
GAIN: 0.013020833
sein (wenn der Sensor 500cm Messbereich hat)
siehe: http://www.lembi.de/pd/shareX_182425905.png ...4mA <=> 0 (cm) && 20mA <=> 500 (cm)

Wie genau die Anzeige dann erstmal ist, hängt vom Sensor/Bauform ab. Wenn er den Füllstand zu hoch oder zu niedrig anzeigt, wird das über den OFFset korrigiert.
Welche Grundfläche hat der Behälter? Wenn Du mit 15cm Wasserstand 2.428l angezeigt bekommen solltest... dann müsste der Behälter ja eine Grundfläche von 16,x m² haben ? Ist das richtig?

[Martin]

Der Behälter misst 420 x 340 cm. Maximale Füllhöhe sind 195 cm. Der Sensor ist ein 5-Meter-Sensor, d.h. bei einem Füllstand von 5 m liefert er 20 mA.

[Alex]

Anzeige in m³ wäre dann

OFFset: -17.85
GAIN: 0.001859375
http://www.lembi.de/pd/shareX_182429237.png

[Martin]

Danke Alex. so hatte ich das im PC ja auch berechnet.
Aber damit werden beim aktuellen Wasserstand von 72 cm eben nicht 10.282 l, sondern 9.459 angezeigt.
Wenn ich Gain auf 1,908 ändere, würde es passen. Aber Du meinst ja, das sollte über Offset korrigiert werden.

[Alex]

Wenn Du den GAIN änderst, skaliert er über den ganzen Messbereich falsch.
Anpassung normalerweise nur über den OFFset... wobei Dir beides nicht hilft, wenn z.B. der ganze Sensor nicht linear misst.

[Martin]

Kann man denn irgendwo im PC den Rohwert sehen, der am Analogeingang anliegt? Der müsste bei 72cm Wasserstand in meinem Fall ja 950 mV betragen, s. Tabelle

[Alex]

Den bekommst Du doch in Phase2 mit angezeigt wenn Du unter GRUNDEINSTELLUNGEN -> ADC/BNC Konfiguration auf das "Taschenrechner"-Symbol des entsprechenden ADC klickst.
...siehe die Screenshots die ich hier im Verlauf immer gepostet habe. Da ist jedesmal der Rohwert mit angezeigt!

[Martin]

Ach das waren Screenshots von Phase2...? Mit der habe ich mich offensichtlich noch garnicht so richtig beschäftigt, danke für den Hinweis!