PCB Wasserfest "machen" (Vergießen?) Erdfeuchtigkeitssensor

[j.o.e]

Ich bin mir nicht sicher, ob es Sinn macht, den Messbereich unnötig einzuschränken - nur um sich irgendwelche Linearität vorzugaukeln. Im Endeffekt wirst du ja nur eine Schwelle einstellen, bei der du nachgießen willst.

Werte für das εr von Dreck hatte ich dir ja geschickt. Die Wikipedia listet unter "Kapazitiver Sensor" für trockene Erde ein εr = 3.9.

Du kannst auf jeden Fall mit Luft (εr = 1), trockenem Quarzsand (εr = 2 ???) und Wasser (εr = 80) mal Theorie und Praxis vergleichen ...

Habe mir mal die Kurve für Luft raus vergrößert...

Im Bereich zwischen t = 0 ... 29 usec ist der Ausgang des 555 auf 5V und Csens wird geladen. Danach wird Csens für ~ 7usec mit etwa gleicher Zeitkonstante entladen. Ich vermute, dass hier die Entlademimik mit den 2 Transistoren nicht richtig funktioniert (*). Anschließend wird Csens über Q1 auf den Startwert von ~ 0V entladen.

Wenn man deine aktuelle Dimensionierung wüsste, könnte man Csens berechnen. Ich vermute aber stark, dass der Eingangswiderstand deines Scopes mit rein spuckt.
Mit einem ausgedachten Wert des Lade-R von 100k komme ich auf ein Csens von 130pF. Passt das irgendwie?

(*) was aber kaum was ausmachen dürfte, da du weit von C7*R6 entfernt bist

[Bastelbruder]

Wenn das ein realistischer Boden ist, dann liegt in Reihe zum Wasserkondensator mit dem variablen εr noch ein Widerstand. Und der dürfte auch noch vom Salzgehalt abhängig sein.

Wie schön hätten es die Funkamateure, wenn es da einen genormten Boden ohne diesen Verlustwiderstand gäbe ...

[j.o.e]

Weitere εr (zum Kalibrieren) gibt es hier:

https://www.vega.com/-/media/PDF-files/ ... ste_DE.pdf

Öl, Ethanol, Isopropanol, Salz, Kristallzucker, Quarzsand - alles leicht beschaffbar

[j.o.e]

Wenn das ein realistischer Boden ist, dann liegt in Reihe zum Wasserkondensator mit dem variablen εr noch ein Widerstand. Und der dürfte auch noch vom Salzgehalt abhängig sein.

Da hast Du nicht ganz unrecht - und eben dies propagiere ich seit Do 17. Dez 2020, 21:38 ...

Im aktuellen Fall würde ich aber meinen, der Dreckeffekt lässt sich besser als Parallel- denn als Serien-Widerstand beschreiben. Aber ich weiss es nicht. Und ohne genauere Oszillogramme und Kenntnis der Umstände der Messungen kann zumindest ich das nicht entscheiden.

Dass diese Art von Sensoren funktioniert (zumindest ohne C1 und C2 - also ohne Lack-am-Draht), glaube ich einfach mal. Aber dies an ein Kapazitätsänderung von C(Dreck) von 1 pF festmachen zu wollen - mit einem Single-Slope-Verfahren - ich halte das für ziemlich sportlich.

[Farbe]

Im Bereich zwischen t = 0 ... 29 usec ist der Ausgang des 555 auf 5V und Csens wird geladen. Danach wird Csens für ~ 7usec mit etwa gleicher Zeitkonstante entladen. Ich vermute, dass hier die Entlademimik mit den 2 Transistoren nicht richtig funktioniert (*). Anschließend wird Csens über Q1 auf den Startwert von ~ 0V entladen.

Das die Entladeschaltung recht langsam ist, ist mir auch aufgefallen. Das ist bewusst alles Recht hochohmig ausgelegt (Stromverbrauch). Da die Schaltung es in der Aus zeit vom NE555 aber locker schafft den Csense auf masse zu ziehen, sehe ich da garkein problem. Hauptsache der Kondi wird nie voll.

Wegen dem R-Wasser. Wieso macht dann Destilliertes Wasser zu Salzwasser keinen unterschied am Ausgang? Ich hatte schon dramatische Änderung erwartet, es läßt sich aber quasi keine Änderung feststellen. Übersehen ich da was?

Dass diese Art von Sensoren funktioniert (zumindest ohne C1 und C2 - also ohne Lack-am-Draht), glaube ich einfach mal.

Die Sensordrähte vom erstem Experiment hängen immer noch in aggressiver Lösung, angeschlossen an 60V rum.
Der Isolationswiderstand hat sich noch nicht geändert. C1 und C2 existieren also. (Den Lackdraht am Sensor hab ich auch getestet)

Ich vermute aber stark, dass der Eingangswiderstand deines Scopes mit rein spuckt.

Nur ein klein wenig. Ich Habe am Ausgang vom Sensor ein DMM angeschlossen, wenn ich den Tastkopf anschließe sinkt die Ausgangsspannung um rund 10mV (0,3V -> 0,29V) wenn der Sensor ganz im Wasser ist. An der Oberen Messbereichsgrenze sinds dann ca 100mV (1,3V -> 1,2V).

Schaltung, die hab ich gestern Vergessen:

Ich komme bei Luft auf rund 20p (28us zu 95% geladen über 470k = 28u/(3x470k) ).
bei pitschnass sinds dann 445p (28u zu Uc=0,62V U0 = 5V über 470k)
420p Unterschied, schon ne menge.
Hab ich mich verrechnet? Das passt ja garnicht mit der Theorie / errechneten Kapazität zusammen?

[j.o.e]

Hi Farbe,

hab dir das mal schnell simuliert

Das Transistorgedöns durch einen Schalter ersetzt und jeweils nur eine Perisode anzeigen lassen.

Hier läuft das R2 von 50k bis 500k, C1 liegt fest auf 50p.
Die Schaltung wertet ja nur die Spitzenspannung aus, zeigt also Werte von 1.95 bis 3.15V

Das C1 läuft von 10pF bis 100pF, R2 habe ich auf 1Meg festgelegt (und nicht 100Meg wie im Schaltbild).
Damit ergeben sich Sensorwerte von 3.05 bis 3.7V. Bei 10pF (grün) ist die Spannung kleiner als bei 20pF/30pF (blau/rot)

Das gleiche noch mal, allerdings R2 = 250k.
Mehr Verluste und man erhällt 2.6 bis 2.7V. Interessant: der Spitzenwert steigt erst an und fällt dann wieder.


Also ein bunter Mix von Messwerten ... "Irgendwie dimensionieren" wird wohl nicht hinhauen.

Wie es zu dieser "Umkehr" kommt, darfst selber mal ausknobeln.
Und untersuche auch mal, was passiert wenn C2 einen anderen Wert annehmen würde (habe ich ja grob abgeschätzt aus unbekanntem Lackmaterial und Lackdicke). Ich dachte da an z.B. 50nF (CU- statt CUL-Draht).

Aber vielleicht stimmt ja das Modell nicht und R2 liegt, wie von Bastelbruder vorgeschlagen, in Serie zum C1?


Hier mein PSpice Modell. Runter laden und .pdf-Endung entfernen:

CTF-20201229S.asc.pdf

(1.31 KiB) 139-mal heruntergeladen

(Bin mir nicht sicher, ob das ASC-File reicht. Gibts dazu Tipps?)

Edith ist aufgefallen, dass ich das falsche File hochgeladen hatte.

[Farbe]

Huhu j.o.e.
Danke für die Simulation.
Ich hatte auch schon mit spice gespielt.
Unser Ersatzschaltbild vom Sensor muss komplett daneben liegen. Sonst wäre definitiv ein Unterschied zwischen Salzwasser (geringer R2) zu destilliertes Wasser (hoher R2)
vorhanden.
Beim Salzwasser zeigt mein Mulitmeter rund 10k an, beim destilliertem eher >300k.
Widerstandsunterschied ist also auf jeden Fall da. Nur scheinbar macht’s nichts aus?
Ich würde vermuten das der Kondensator nur/fast nur aus dem Lackdraht besteht. Das Wasser ist vielleicht immer Leitfähig genug so das der Kondensator vernachlässigt werden kann?

Immerhin seh ich ja das der Sensor, der hier auf dem Tisch liegt, funktioniert und gleiche Werte liefert egal ob Leitfähiges Wasser oder nicht.
Mit der angegebenen Dimensionierung bin ich recht zufrieden. Er steck jetzt in nem Einblatt und misst vor sich hin (alle 20min für 2s Strom dran).
Wenn die ausgebuddelte Erde sich gesetzt hat weiß ich mehr. Das dauert in der Regel 1-2 gieß Zyklen.
Ich melde mich dann wieder.

[j.o.e]

Ich würde vermuten das der Kondensator nur/fast nur aus dem Lackdraht besteht. Das Wasser ist vielleicht immer Leitfähig genug so das der Kondensator vernachlässigt werden kann?

Das vermute ich schon lange...

Dein Kondensator (mit εr = 1/ Luft) hatte ich ja mal auf 1,5pF berechnet. Im Dreck ( εr = 3.9) sind es auch nur 6pF -- und das ist und bleibt sehr sehr sportlich.

Hi - ich glaub ich habs!
Die Schaltung wertet NICHT die Kapazität der Sensor-Struktur raus, sondern ganz profan deren Widerstand!

Das war zwar noch auf die alte Schaltung gemünzt, aber scheints hat mich mein Bauchgefühl schon da nicht getäuscht.

"Capacitive Soil Moisture Sensor" wäre dann eben gelogen - so einfach ist das.

[Farbe]

Nach einer weile weiter grübeln versteh ich jetzt wie sich der ESR (R-Wasser) auswirkt und was du meinst mit "das misst eigentlich den Widerstand".
Da hab ich wohl vorher in die falsche Richtung gedacht.

1-2 Simulationen später ergibt der Praxisversuch dann aber trotzdem keinen sinn.
Wenn der Kondensator nur 6p in Erde zu 120p in Wasser hat sollte sich der ESR viel stärker auswirken. So wie du sagst nämlich zum Hauptanteil.
Die Praxis zeigt das der Wassergehalt der Erde eindeutig Einfluss auf die Ausgangsspannung hat. Die Leitfähigkeit des Wassers aber nicht sonderlich.
Der ESR !MUSS! zwangsweise kleiner werden wenn Salz im Wasser ist. Wieso ändert Salzwasser dann im Vergleich zu destilliertem nichts am Ausgang..
Das heißt das Ersatzschaltbild ist mindestens unvollständig wenn nicht sogar komplett falsch.

Man sieht am Oszillographen auch nicht den Typischen Spannungsanstieg am Anfang des Rechteck impulses (siehe Oszillation Bilder) was auf keinen/zu kleinem ESR hinweist.

Vielleicht hängt es irgendwie mit der Dipolen Natur des Wassers zusammen. Davon hab ich aber absolut keine Ahnung. Im Netz finden sich dazu nicht viele infos.

Hirngespinst (Laut nachgedacht): Wenn sich die Dipolen Moleküle nur ausrichten und sich dafür nur drehen aber nicht bewegen müssen. Kann es dann sein das der Widerstand ESR kaum relevant ist da die geladenen Teilchen nicht wie bei "normalen" Kondensatoren zu den Platten wandern. Beim bewegen müssten sie sich "durch" den Widerstand bewegen somit wäre der Widerstand relevant. Beim drehen der Moleküle passiert das vielleicht nicht?
Das ist nur eine Idee, kann auch absolut garnichts mit der Wirklichkeit zutun haben.

[Bastelbruder]

Der ESR des Dreck-Wasser-Kondensators ist eher eine Kombination aus verteiltem Widerstand mit unterschiedlichen Kondensatoren. Da sind praktisch lauter unterschiedliche RC-Glieder parallel geschaltet: 1 pF-10 Ω | 3 pF-31 Ω | 10 pF-100 Ω | 31 pF-310 Ω | 100 pF-1k | 310 pF-3k ... oder so
Wenn man versucht die Kapazität zu messen, kommt mit jedem Meßverfahren und mit jeder Meßfrequenz was anderes raus. Der Spannungssprung am ESR tritt nicht wie erwartet in Erscheinung.

Bei den Goldcaps im Knopfzellenformat ist das ziemlich ähnlich, und bei Sample-hold Schaltungen stellt sich raus daß "normale" Kondensatoren diesen Effekt auch kennen. Und jede Simulation ist bloß so gut wie die verwendeten Modelle. Dafür gibt es "Kunstschaltungen" und, neulich von stitch mal wieder gehört: "Jungle-Chips".

[Farbe]

Der ESR ... ist eher eine Kombination aus verteiltem Widerstand mit unterschiedlichen Kondensatoren. ... 1 pF-10 Ω | 3 pF-31 Ω | 10 pF-100 Ω | 31 pF-310 Ω | 100 pF-1k | 310 pF-3k ...
.. kommt mit jedem Meßverfahren und mit jeder Meßfrequenz was anderes raus. Der Spannungssprung am ESR tritt nicht wie erwartet in Erscheinung.

Das ergibt Sinn!
Wieder ein stück schlauer. Danke!

Hier noch ein Update mit fragwürdigem Ergebnis:

So sieht ein normaler Feuchtigkeits graph über 48h aus. Das Foto habe ich erst gemacht nach dem ich am Basilikum rumgefummelt habe, daher der Sprung.
(die Kurven sind von den China Sensoren)

Der Basilikum hat nämlich grade auch einen neuen Sensor bekommen:

Der alte wurde vor 2 Wochen nochmal mit Plastik 70 "Aufgefrischt" da er keine sinnvollen Messwerte mehr lieferte:

Der Sensor der Vorgestern ins Einblatt gewandert ist reagiert aber komisch:

Ihr müsst wissen das die Pflanze zwischendurch nicht gegossen wurde...

Ich hatte vorher kalibriert indem ich die Spannung in Luft auf 0% und die Spannung in Wasser auf 100% gesetzt hatte. Dazwischen ists linear.
Das heißt also jetzt liegt die Ausgangsspannung bei rund 0,34V und das Obwohl die Erde bald gießen nötig hat.
Ich kann mir nur vorstellen das Durch das trocknen der ESR steigt, das würde aber auch die Spannung steigen lassen.
Ich kann mir grade nicht erklären wieso die Kapazität+Widerstand von nicht sehr trockener Erde R = geringer und oder C = höher ist als vom Wasser..
Der Sensor im Einblatt ist aber schon vergossen = vielleicht hat das Polyesterharz irgendwas beim Aushärten gemacht. Der Sprung ist ca bei der angegebenen Durchhärtezeit vom Harz. Der 2. Sensor ist nicht vergossen, mal sehen was da passiert.
Den "Komischen" Sensor werd ich dann nochmal mit Wasser prüfen. Wenn da der Wert noch gleich ist muss die Änderung in der Erde passiert sein.
Allerdings will ich ihn jetzt nicht ausbuddeln, erstmal sehen wo der Wert liegt wenn die Pflanze gegossen werden muss.

[j.o.e]

Der ESR ... ist eher eine Kombination aus verteiltem Widerstand mit unterschiedlichen Kondensatoren. ... 1 pF-10 Ω | 3 pF-31 Ω | 10 pF-100 Ω | 31 pF-310 Ω | 100 pF-1k | 310 pF-3k ...
.. kommt mit jedem Meßverfahren und mit jeder Meßfrequenz was anderes raus. Der Spannungssprung am ESR tritt nicht wie erwartet in Erscheinung.

[...]

Der Sensor der Vorgestern ins Einblatt gewandert ist reagiert aber komisch:
Bildschirmfoto 2020-12-30 um 14.53.30.png
Ihr müsst wissen das die Pflanze zwischendurch nicht gegossen wurde...

[...]

Den "Komischen" Sensor werd ich dann nochmal mit Wasser prüfen. Wenn da der Wert noch gleich ist muss die Änderung in der Erde passiert sein.
Allerdings will ich ihn jetzt nicht ausbuddeln, erstmal sehen wo der Wert liegt wenn die Pflanze gegossen werden muss.

Bastelbruder hat natürlich recht, bedeutet sein Argument nicht viel mehr, als dass jedes reale Objekt, somit auch ein R-Dreck, mit Fehlern daher kommt. Die Frage ist aber immer, wie genau man ein Bauteil beschreiben muss für eine vorgegebene Anwendung.

Ich habe noch mal nachsimuliert- und weggelassen was man kann, also auch mal alle "störenden" C. Zusätzlich habe ich den 470k habe ich durch eine Stromquelle ersetzt - also in etwa die berechneten bzw. von Dir gemessen Werte.

Testschaltung

Schaue ich mir OUT an, bekomme ich dieses Bild:

Abhängig vom Dreck-Widerstand (die Dreck-Kapazität aug 0 gesetzt) springt OUT erst mal auf einen Wert, nämlich (Stromguelle B1) 10uA * R(Dreck). Anschließend steigt die Spannung, da sich C2 (also dein CUL-Kondensator) aufläd auf dU = 10uA * t / 220pF (linearer Anstieg)

Schon 10pF verrundet die Ecke, so dass man meinen könnte, man würde verschiedene Zeitkonstanten sehen.

Das aber nur mal am Rande ....

Kann es sein, dass sich der Dreck noch gesetzt hat und dadurch der physikalische Kontakt zu deinem U-Sensor sich geändert hat?

Hast es mal mit 2 Edelstahl-Drähten oder Kohlestiften versucht? Scheint mir mechanisch weniger invasiv, was in Dreck zu drücken statt einzubuddeln. Dann musst du allerdings das C2 als Bauteil zufügen.

Zusatz:
Kuck mal da: http://www.geophysik.de/messverfahren/g ... arisation/
Da wird mit IGOR gearbeitet - natürlich auch auf andere Distanzen.

[Bastelbruder]

Wenn mit so hohen Spannungen gearbeitet wird, dann sollte unbedingt auf Symmetrie der Wechselspannung geachtet werden. Es ist völlig egal ob da ein Kondensator in Reihe zum Fühler liegt, parallel zum ESR ist eine Elektrolysezelle, die spätestens bei 1,8 V anfängt das Wasser zu zerlegen. Der Sauerstoff verschwindet im umgebenden Dreck, der Wasserstoff isoliert eventuell die Elektrode, wie es in Batterien auch üblich ist.

Vielleicht mal eine Diode (rote LED) mit in der Simulation versenken...

[sukram]

Wäre es da nicht zweckmäßiger, beide Sensorpole mit einer kleinen integrierten H Brücke zu befeuern (mit Serien C zum Sensor) ?

[Bastelbruder]

Es reicht eine Gegentakt-Ausgang "Totempfahl" und ein Kondensator in Reihe. Es muß bloß die Ansteuerung symmetrisch über die Zeit sein.
Also 10 µA high und die Spannung nach 10 ms messen, und beim nächsten mal 10 µA nach low und wieder nach 10 ms messen. Wenn dazwischen 10 Sekunden liegen, macht das nichts aus, auch wenn bloß die ansteigende Kurve gemessen wird

Eine Brücke erhöht völlig unnütz die Spannung.

[j.o.e]

Wenn mit so hohen Spannungen gearbeitet wird, dann sollte unbedingt auf Symmetrie der Wechselspannung geachtet werden. Es ist völlig egal ob da ein Kondensator in Reihe zum Fühler liegt, parallel zum ESR ist eine Elektrolysezelle, die spätestens bei 1,8 V anfängt das Wasser zu zerlegen. Der Sauerstoff verschwindet im umgebenden Dreck, der Wasserstoff isoliert eventuell die Elektrode, wie es in Batterien auch üblich ist.

Vielleicht mal eine Diode (rote LED) mit in der Simulation versenken...

Mach mir mal den Farbe nicht kirre ...

Ich hab zwar von Elektrolyse nicht viel Ahnung, aber wenn Du sagst bei 1,8V ist Schluss, dann glaube ich Dir das. Im Umkehrschluss dürften die in der Farb'schen Praxis auftretenden 0.4V also noch nichts / nicht viel ausmachen, oder?

Wozu dann eine LED _in die Simulation_ einbauen? Nur dass die Messkurven durch Dioden-Effekte zur Unkenntlichkeit verdreht werden?

In der praktischen Schaltung könnte das noch gehen, aber um 10uA abzuleiten? Um Über-Spannungen zu begrenzen, die es nicht gibt? Diese 10uA fließen für 30us - in der Gegenrichtung bis zu 30uA für < 3.5us. Ladung die rein fließt in Dreck, die zieht man auch wieder raus. Wir reden hier von 0.3 uAs - so what?

Mein Hinweis auf die Herren von der geopysikalischen Fakultät war ernst gemeint: a) kann man sich da was abkucken und b) mildern vielleicht die Größe der dort verbratenen Ströme die Hysterie hier.

Übrigens: https://www.ggukarlsruhe.de/PDFs/Verfah ... ID98-C.pdf erklärt die Methode nochmals genauer, und listet Leitwerte verschiedener Dreck-Sorten - schweigt sich aber über Dreck-Kapazitäten aus...

[Bastelbruder]

Ich hab die H-Brücke nicht ins Konzept hineingebracht, und auch nicht die wunderhübsch simulierten Kurvenscharen.
Da ist leider nicht zu erahnen daß die Spannung am Sensor kleiner 0,4 V ist.
Meine Antworten sind meist recht spontan auf die letzten Beiträge bezogen, und welche Schaltung aktuell verwendet wird ist wohl irgendwann im Getümmel verloren gegangen.

Die LED (das am schnellsten verfügbare Simulationsbauteil mit etwas höherer "Schwellspannung" als Silizium) als unlinearer Bestandteil des Humus war tatsächlich nur für die Simulation gedacht. Weil die Kurvenform unsymmetrisch ist, wirkt sie an der Stelle wie wenn Gleichspannung überlagert wäre. Und dann kommt die Elektrolyse zum Tragen. Mit schnelleren Flanken verstärkt sich das Problem.

[j.o.e]

Ich hab die H-Brücke nicht ins Konzept hineingebracht, und auch nicht die wunderhübsch simulierten Kurvenscharen.
Da ist leider nicht zu erahnen daß die Spannung am Sensor kleiner 0,4 V ist.
Meine Antworten sind meist recht spontan auf die letzten Beiträge bezogen, und welche Schaltung aktuell verwendet wird ist wohl irgendwann im Getümmel verloren gegangen.

Diese "wunderschönen Kurvenscharen" stammen aus meinem ollen LTSpice XVII (unter SUSE/wine). Die Kurvenscharen mit dem Parameter R(Dreck) zeigen imho recht anschaulich, was in so einer einfachen Schaltung abgeht. Im Speziellen aber auch, dass es gewisse Parameter-Kombinationen (aus Festgrößen R, C, ti) sowie Variablen R(Dreck) und C(Dreck) gibt, bei denen die Schaltung, wenn man ausschließlich die Spitzenspannung an X(Dreck) betrachtet, sehr überraschende Werte liefern kann. Siehe dazu auch die Kurvenscharen unter posting.php?mode=quote&f=14&p=350732#pr350378

Hintergedanke der SPICE-Aktion war, der erlauchten Leserschaft dies Programm, im Besonderen die "Simulator Directives / Dot Commands" näher bringen, hier speziell die ".step"-Direktive. Aber das geht halt nicht mit Klicki-Bunti und ist wohl desshalb bei vielen bäääh...

Die LED (das am schnellsten verfügbare Simulationsbauteil mit etwas höherer "Schwellspannung" als Silizium) als unlinearer Bestandteil des Humus war tatsächlich nur für die Simulation gedacht. Weil die Kurvenform unsymmetrisch ist, wirkt sie an der Stelle wie wenn Gleichspannung überlagert wäre. Und dann kommt die Elektrolyse zum Tragen. Mit schnelleren Flanken verstärkt sich das Problem.

In meiner letzten Simulation hatte ich die Stromquelle spannungsbegrenzt, das aber wieder rausgeworfen, weil damit die Kernaussage "es kommt nur auf R(Dreck) und das Koppel-C (C2) an" verwässert wurde (und man dann auch zu viel erklären müsste - was dann alles vom Kernproblem ablenkt). Gleiches würde imho mit dem Einbau einer LED-rot passieren (ich höre jetzt schon das Gezeter "Die leuchtet aber gar nicht" oder "Blau ist viel schöner" ...).

Die Schaltung ist nicht ganz gelungen - da war Farbe mit seinen Layouts einfach zu schnell. Ich persönlich hätte da vieles anders gemacht - nicht nur elektrisch sondern auch mechanisch. Nun muss man mit der Schaltung leben und das Beste draus machen. Auch H-Brücken und Tristate-Ausgänge sind damit "außen vor".

Ich kann nur versuchen, Farbe zielführende Tipps zu geben - mich hinsetzen und auf dem Schreibtisch mit Blumenerde rumpanschen werde ich ganz sicher nicht. Dazu ist mir das Problem einfach nicht nahe genug...

PS:
Ich habe grundsätzlich nichts gegen eine LED um was zu klemmen - ist allemal besser als 3*1N4148. Aber
a) ist halt LED-rot nicht gleich LED-rot, was im professionellen Einsatz zu beherrschen ist, aber nicht wenn die LED aus der Krabbelkiste kommt.
b) hätte ich Bedenken wegen (beleuchtungsabhängiger) parasitärer Effekte: Eine Gießmaschine auf dem Fensterbrett, die Tags nie gießt, mir aber jede Nacht bei Neumond die Bude flutet? WAF = dunkelrot? Meine XYL schreit jetzt schon divorcio ...

[Bastelbruder]

Die LED war eigentlich bloß als einfacher Simulations-Ersatz des Hoffmann-Apparats gedacht, um den Erdwiderstand nichtlinear zu verunstalten.
Aber lassen wir das.

Weiter oben hab ich schon angedeutet daß jede Simulation bloß so gut ist wie die verwendeten Modelle. Und an denen läßt sich arbeiten.

[Farbe]

Hallo Leute!

Ich hätte nicht gedacht das so ein "einfaches" Problem sich als so Komplex herausstellt.

Die Rote Led versteh ich so: Sie soll im Modell den sinkenden Widerstand der Erde simulieren, wenn die Spannung über rund 1,8V Steigt = das Wasser zersetz wird.
Sie würde also nicht unbedingt in der Schaltung verwendet werden.

Die Schaltung ist nicht ganz gelungen - da war Farbe mit seinen Layouts einfach zu schnell. Ich persönlich hätte da vieles anders gemacht

Da seh ich kein Problem, so ein Layout ist schnell erstellt, die PCBs sind schnell und günstig geordert.
Da was neues zu machen ist kein Problem.

Prinzipiell dürfte das aber garnicht nötig sein, immerhin funktionieren die China Sensor ja. Zugegeben sie verrecken schnell, aber wenn sie noch nicht Korrodiert sind liefern die Plausible werte. (Siehe Kurve vom Basilikum, die Feuchtigkeit sinkt kontinuierlich = sowas würde ich erwarten)
Das Korrosionsproblem scheint durch den CU-Lackdraht behoben zu sein. (Test mit 60V in Salzwasser)

Ok der Sensor misst den Widerstand nicht die Kapazität, die Simulation zeigt das. Die Praxis weicht hier irgendwie ab, bis jetzt kann ich nicht erklären wieso es keinen unterschied zwischen Salzlösung und destilliertem Wasser gibt. Laut Simulation sollte aber, bei der zu erwartenden Widerstandsänderung, eine Spannungsänderung auftreten. Kann mir das jemand erklären?

Der erste vergossene Sensor zeigt ja komisches verhalten...
Erinnerung:

Das die Erde sich setzt und besseren Kontakt zum Sensor herstellt ist verständlich, aber erklärt nicht den geringeren Ausgangsspannungswert gegenüber Wasser.
Ich habe den Sensor jetzt Ausgebuddelt und in Wasser gestellt, dabei kommen auch ca 130% raus -> das waren vorher 100%.
Beim Messen hab ich dann festgestellt das die LED in der Vergussmasse nicht mehr Leuchtet..
Hö wie kann das? -> Ich bin hab den Einschaltstrom komplett unterschätzt.
Ich habe den Sensor einfach an einen uC pin angeschlossen. Im Hinterkopf sagte eine kleine Stimme: "da sind 10u Keramik an der Versorgung, macht das nicht ein Problem?" Ich hab mich dann auf den Leitungswiderstand und Induktivität berufen, ohne zu prüfen, und meine Stimme damit beruhigen können. Den uC aber nicht .
Obwohl 2m dünne Flachbandleitung (sind halt nur 0,8Ohm -> >4A) dran sind hat es den Pin innerhalb von ein paar Stunden gekillt, daher der tolle "Messwert"..
Ich hab jetzt nen 2N7002 davor, das sollte passen.. Daten gibts dann also erst wieder in ein paar Tagen..


Ich bin aber Trotzdem dran interessiert eine besseren Sensor zu bauen.
Also hab ich nochmal rumgespielt:

Das ist mein neues Ersatzschaltbild. Mit Elektrolyse Dioden.

Ich denke es macht Sinn das C - CuLack sinkt wenn die Feuchtigkeit der Erde sinkt, da ja weniger der Drahtoberfläche mit Wasser in Berührung kommen. Ich schätze also das die eine Platte des Kondensators "kleiner" wird. Ich hab hier mal von 100p - 500p gerechnet (25cm Draht verbuddelt -> max 500p).
Re (Widerstand Erde) wird gleichzeitig mit der steigender Trockenheit Steigen. Das habe ich also auch eingebaut (10k -> 300k).
Ce (Kapazität Erde) wird auch sinken also auch mit rein.

Raus kommt das:

Mhm ja ok Aber was bringen mir die Kurven jetzt? Ich kann in der Realität nicht prüfen ob mein Ersatzmodell stimmt. Es ist jetzt mit Sicherheit besser als vorher, allerdings ists mit ziemlicher Sicherheit auch noch Meilenweit von der Praxis entfernt.
Ich vermute da machen empirische Tests mehr Sinn.

Oder bleibt nur das Sensorkonzept komplett verwerfen?

[j.o.e]

Folgende Zitate habe ich ganz frech aus https://de.wikipedia.org/wiki/Elektrolyse kopiert.

Bastelbruder bezieht sich imho auf die Aussage: (B, Du korrigierst mich bitte, wenn ich Bockmist verzapfe)

"Die Spannung, die zur Elektrolyse mindestens angelegt werden muss, wird als Zersetzungsspannung (Uz oder Ez) bezeichnet. Diese oder eine höhere Spannung muss angelegt werden, damit die Elektrolyse überhaupt abläuft. Wird diese Mindestspannung nicht erreicht, wirkt der Elektrolyt beziehungsweise seine Grenzflächen zu den Elektroden, die auch elektrochemische Doppelschicht genannt werden, isolierend."


Werte für die Zersetzungsspannung werden auch genannt:

"So lässt sich durch das Redoxpotential berechnen, dass die anodische Sauerstoffbildung bei der Wasserelektrolyse von Wasser in basischer Lösung (Zersetzungsspannung: 0,401 V) unter geringerer Spannung abläuft als in saurer (Zersetzungsspannung: 1,23 V) oder neutraler (Zersetzungsspannung: 0,815 V) Lösung..."

Ich habe das Sensormodell erweitert umd die Komponente HoffA, parametrisiert durch
.step param EZ list 0.401 0.815 1.23

Den RV habe ich mal festgelegt auf 50k
.param RV = 50k

Die Aufgabe wäre nun, dieses Verhalten mal nachzuprüfen und die Konstanten möglichst zu fixieren. V10 und R10 sind die speisende Quelle.


Dann habe ich noch folgende Aussage gefunden:

"Es gibt nur wenige Anodenmaterialien, die während der Elektrolyse inert bleiben, also nicht in Lösung gehen, z. B. Platin und Kohlenstoff."


Als Messobjekt eignet sich z.B. Blumenerde, die definiert mit Wasser versetzt wird.

https://webofproceedings.org/proceeding ... E19075.pdf
zeigt in Kapitel "3.1 Drying method", wie man da vorgehen könnte.

SensorV2.asc.pdf

(1.13 KiB) 90-mal heruntergeladen

Umbenennen in SensorV2.asc !!!

Hier noch Modell / Testschaltung:

SensorV2.raw_ps-pdf_jo-job_564.pdf

(23.01 KiB) 102-mal heruntergeladen

SensorV2.asc_ps-pdf_jo-job_563.pdf

(27.58 KiB) 98-mal heruntergeladen

[Farbe]

Hallo Leute!

Ich habs nicht aufgegeben, ich war nur beschäftigt. (Urlaub vorbei)

Jetzt habe ich aber Ergebnisse Vorzuweisen:

Was gibts da jetzt zu sehen?

Die 3 Sensoren: Peter (klein Petersilie aktuell wenig Blätter), Basilikum (ca 45cm buschig) und Ecki (Einblatt ziemlich groß ca 60cm).
Sie sind, bis aufs Einblatt, gleich bestückt und auf gleiche Spannungswerte Kalibriert.

Man sieht beim Basilikum 2x gießen über einen Zeitraum von 5 Tagen. Peter ist nicht so durstig, ist ja auch weit kleiner, daher wurde er nur einmal gegossen.
Der Sensor im Einblatt ist definitiv beschädigt. Er ist sehr rauschig, zeigt aber noch das Gießen an (1x).

Ich bin mir ziemlich sicher das dass an meinem stümperhaftem vergießvorgang zusammenhängt.
Der im Faden erwähnte Port Pin wurde nicht (nur!) vom Einschaltstrom/Ladestrom des Pufferkondis gekillt.
2 Tage später hatte der Sensor einen Kurzschluss.
Der Keramik Kondi an der Versorgung. Ich hab mich dann informiert und herausgefunden das Vergussmassen für PCBs immer gefüllt sind um Mechanischen Spannungen an den Bauteilen zu vermeiden.
Das werde ich auch bei den Zwei anderen Sensoren machen.

Ich habe aber auch die Schaltung noch ein wenig optimiert.

Als erstes hat sie am Ausgang noch einen Serienwiderstand bekommen. In der selben Leitung werden auch 24V mit 400mA max PWM übertragen (Fürs Licht). Das hat den Ausgangs OP zum schwingen gebracht und die Werte versaut wenn das Licht an war. 50R in Reihe haben die Schwingung beseitigt aber die PWM dreck stärker eingekoppelt. Daraufhin kamen noch 10u nach Masse dran-> Problem gelöst.

Danach habe ich festgestellt das der Sensor manchmal Netz dreck misst. Der Schalter vom Küchenlicht (4x 5w LED GU10) hat fast immer spikes erzeugt. Die sind aber nicht auf der Übertragungsleitung sonder im Messkondensator entstanden. Die Negativen Pulse gingen natürlich nicht durch den filter aus D1 C7 und R6, Positive aber schon, die verfälschten dann für >0,5s die Spannung am Ausgang.
Daher hab ich da noch einen Tiefpass eingebaut. = 560R in Reihe zum OP (IC2G1) Ausgang.

R3 wurde auch nochmal geändert um den Messbereich anzupassen. 330k sinds geworden.
Das ergibt dann 0,75V -> 1,7V von zuviel gegossen zu Staub. Bei rund 15% gieße ich menge nach Gefühl, ergibt dann meist zwischen 90/70% Feuchtigkeit.

Ich werde weiter beobachten ob z.b. Dünger drift erzeugt und wie haltbar die Sensoren sind.
Schaltplan gibts bei Gelegenheit.

[j.o.e]

Ich bin mir ziemlich sicher das dass an meinem stümperhaftem vergießvorgang zusammenhängt.
Der im Faden erwähnte Port Pin wurde nicht (nur!) vom Einschaltstrom/Ladestrom des Pufferkondis gekillt.
2 Tage später hatte der Sensor einen Kurzschluss.
Der Keramik Kondi an der Versorgung. Ich hab mich dann informiert und herausgefunden das Vergussmassen für PCBs immer gefüllt sind um Mechanischen Spannungen an den Bauteilen zu vermeiden.
Das werde ich auch bei den Zwei anderen Sensoren mache

Sieht ja richtig stimmig aus! Gratulation!!!

Noch en paar Worte zum Vergießen...

In der 4ma hatten wir mal eine Pampe, die gallertartig "aushärtete". Ich denke mal, dass das die Bauteile von mechanischen Spannungen frei hielt, aber auch von Mikrorissen, über die dann wieder Feuchtigkeit eindringen könnte. War aber eine rießen Sauerei, konnte man aber trochen abknubbeln.
Damit habe ich die Alarmanlage fürs Moped vergossen: Schrumpfschlauch drüber. Untere Seite im Schraubstock zugeklemmt und von oben dann zugegossen. Läuft seit >20 Jahren.

Nagra Kudelski hatte stellenweise die PCBs beschichtet. War ein Horror, wenn Nacharbeit anstand. Sah mir aus nach so einer Art "Plastik 70"-Spray. Wobei ich über diese Art Sprays auch schon Horrorgeschichten gehört habe. Könnte aber auch eine Art Tauchlack gewesen sein.

Für ein Laverda-Moped sollte ich mal einen Laderegler reparieren. Platine war in Aludose, zugegossen > 1cm Harz. Hatten wir dann über Tage schichtweise mit Ameisensäure freigeäzt. Die Platine hat überlebt, viele Bauteile waren entlackt. Jedenfalls konnnte man die Schaltung noch rekonstruieren und die Platine neu bestücken. Das DIng läuft, vergossen hats mein imho Kollege aber nimmer.

Was ich damit sagen will: Vergießen will sehr wohl überlegt sein. --> Vielleicht eigenen Faden starten?

Berichte aber bitte weiter - auch über Langzeiterfahrungen.

[Bastelbruder]

Conformal coating ist der Findbefriff für Google & Co.
Plastikspray ist in der Hinsicht ein trauriger Witz, weil nach Verdunsten des eventuell Bauteile schädigenden Lösungsmittels kein nennenswerter Schutzfilm übrigbleibt. Zumindest Styroflexkondensatoren sind in der Hinsicht sehr empfindlich. Als Hydrophober Schutz- und Isolierlack hat sich seit Entdeckung der statischen Elektrizität übrigens Schellack bewährt. Wasser- und Speichelbeständig, hochisolierend, löslich in Alkohol.

[Finger]

Wie sehen Schaltung und Sensor denn jetzt aus? Also wenn man das quasi mal nachbauen wollen würde?

[j.o.e]

@ Farbe

Google mal Richtung "Gießharz Kabelmuffe" oder besser gleich "3M Scotchcast".

https://www.3mdeutschland.de/3M/de_DE/e ... giessharz/ und
https://multimedia.3m.com/mws/media/239 ... esin-4.pdf könnten auch weiter helfen.

Ein "Irgendwas Harz" würde ich nicht ranschmieren, noch nicht mal Endsieg! Bringt nur Ärger.

Wir hatten so 'ne 3M-Pampe mal im Einsatz, zum Verguss von MacArtney / SubConn Steckern. Ich könnt's raussuchen - bin mir aber sicher, das willst du nicht haben!

[Fritzler]

Curious Marc hat wieder was ausgegraben.
Passend zu diesem Fred: ein Füllstandssensor für Wasser.
https://www.youtube.com/watch?v=0GpT4YlAeTo
Vllt hilfts ja beim erbauen einer ordentlichen Schaltung.

[Finger]

VIGIL OF WAR - Spoon Fed (Official Music Video)?

[Fritzler]

Oh!
Is oben fixed.

[Farbe]

Das Video hab ich noch nicht geschaut.
Da aber der Meister nach Schaltplan und Layout gefragt hat:

Das Layout (Eagle 7.x) hab ich noch schnell für die zusätzlichen Teile korrigiert, ist aber verbesserungsfähig. Ich hab sie einfach so aufs PCB gelötet.

plant_sensor.zip

(135.11 KiB) 74-mal heruntergeladen

Vergossen habe ich auch noch nicht. Der Lackdraht ist bis zum letztem gedrucktem Halter eingegraben. Das PCB ist dann über den Topfrand gebogen und hängt neben dem Topf runter.

Bis jetzt gibts noch keine Neuigkeiten zu berichten, funktioniert immer noch.

[Finger]

So sieht meine Variante aus, das Gehäuse wird mir irgendwas ausgegossen und kommt ins Gewächshaus:

Im Anhang die Daten für die Kunsstoffteile (erstellt mit OpenSCad).

Sensor.zip

(34.31 KiB) 78-mal heruntergeladen

[ch_ris]

Das ist ein gedrucktes Rähmchen das eine Platine aufnimmt.
Das soll IP-outdoor/regen sein.
Es soll transparent vergossen werden, aber reversibel wegen Wartung/Programmierung, die Optik...nicht völlig egal.
hab 2 Möglichkeiten zur Verfügung.
Heißkleber.
der strukturlack der da jetzt drauf ist, ist nicht IPA beständig, aber da gibt's ja bestimmt anderes.
dreck, schmutz, putzen?
oder.
2K PU.
wird sich wohl untrennbar mit dem Rest verbinden, deshalb würde ich vorher Silikon als Trennmittel drauf tun.
Ich werde beides versuchen,
aber vielleicht kann ich im Vorfeld schon DOs machen und DONTs vermeiden?
edit
hab auch keine Idee welche der beiden wasserdichter wird, vielleicht gibt sich's nix.

[Jannyboy]

Hat jemand eine Idee wie ich die PCBs vor Korrosion schützen kann?

Mit Polyurethanlack geht das.
Vor den Lackieren die PCB ausheizen oder in den Trockenschrank, denn das PCB Material nimmt je nach Hersteller 4-6% Wasser auf.
Dann 2 mal lackieren mit ca. 24h Abstand bei Raumtemperatur.
Dann 2-3 Tage trockenen lassen anschließend die PCBs 4h-8h (je nach Lack) bei 80°C backen.
Beim Backen vernetzt sich der Lack. Beim Raumtemperatur dauert der Vorgang mehrere Wochen.
Erst danach ist der Lack "Wasser dicht".

Edit:

Es soll transparent vergossen werden, aber reversibel wegen Wartung/Programmierung, die Optik...nicht völlig egal.

Das mit den Programmieren habe ich bei meinen mit einem Bootloader gelöst.
Und bei den Entwicklungsmustern habe ich die Testpads vor den lackieren mit Kaptonband abgeklebt.
Dort kann man vor den Backen den PU-Lack mit einen Messer vorsichtig einritzen und das Kaptonband wieder abziehen.
Nach den Backen werden die Pads mit Elektronik-Silikon zugeschmiert.
Bei Bedarf kann man dort mit Messnadel durchstechen und die Pads kontaktieren.
Das ganze bleibt dabei relativ Wasser dicht.


Grüße Jan

[ch_ris]

ich vergaß, der Rahmen ist dicker als die doppelseitige Platine
und wird dann verfüllt, so das eine geschlossene und mehr oder weniger ebene Oberfläche entsteht.
so der Plan.

hm, Pu Lack als erste schicht, muss ich mal grübeln, Danke.
für'n Bootloader ist kein platz.
vielleicht ein Trennmittel auf die pins oder kapton.

edit. "polyurethanlack pcb" bei ebay bringt überraschende erste Ergebnisse. bei mir.

[Bumbum]

Hallo,

ich habe sowohl mit Plastik 70 als auch mit Polyurethanlack schlechte Erfarhung gemacht. Die sind beide nicht langzeit wasserdicht. Mir scheint es fast so, als wären die wasserlöslich.

Sehr gute Erfahrungen habe ich mit Cimco Alpagel gemacht.Das ist zwar extrem teuer, aber definitiv richtig dicht, auch dauerhaft und reversibel.
Deutlich günstiger und auch sehr gut ist von RS deren hauseigene Epoxid-Vergussmasse (Artikel-Nr. 851044), dafür aber nicht reversibel.

Viele Grüße
Andreas

[Jannyboy]

ich habe sowohl mit Plastik 70 als auch mit Polyurethanlack schlechte Erfarhung gemacht. Die sind beide nicht langzeit wasserdicht. Mir scheint es fast so, als wären die wasserlöslich.

Das glaube ich Dir gerne.
Plastik 70 ist auch kein Polyurethanlack.
Und 2. Polyurethanlack braucht Wärme zum vernetzen (siehe Antwort weiter oben)

Urethan 71 braucht sogar 24h bei 60°C zum vernetzen.
Ohne Wärme wird das nichts... ist ein 1K Lack.
Industrielacke sind da schneller. Meistens dann 2K und auf Grund der Isocyanit Problematik nicht als Ottonormalo zu bekommen.

Grüße Jan

[Robby_DG0ROB]

Unsere Fertiger lackieren mit Humiseal UV50LV. Nach dem Lackieren muss der Lack mit einer genau definierten Dosis UV-Licht zum Polymerisieren gebracht werden. Wenn die Prozesse mal richtig eingestellt sind, ist das eigentlich sehr brauchbar. Früher hatten wir auch IR-härtende Lacke, aber die Aufwände (Zeit, Energie) sind im Vergleich zu UV-härtenden Lacken nicht mehr zeitgemäß gewesen.

[Dr. Snuggles]

Howdy,
in eine früheren Firma haben wir Solar-/LED-/Elektronikkrempel, der u.a. in Pflastersteinen verbaut wurde, mit einer 2K Silkonkautschukvergussmasse der Firma Böwing vergossen.
Ich meine, es hatte den Name "Elbesil", aber an die genaue Artikelbezeichung kann ich mich nicht mehr erinnern.

Gruß
Doc