PCB Wasserfest "machen" (Vergießen?) Erdfeuchtigkeitssensor

Der chaotische Hauptfaden

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Farbe
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PCB Wasserfest "machen" (Vergießen?) Erdfeuchtigkeitssensor

Beitrag von Farbe »

Hallo Leute,

ich verwende seit einiger Zeit ein paar dieser "Capacitive Soil Moisture Sensor" -> https://www.ebay.de/sch/i.html?&_nkw=ca ... ure+sensor.

Das sind kleine PCBs die man zu 75% in z.B. Erde steckt um dann die Feuchtigkeit selbiger zu messen.
Funktionieren tut das mit einem NE555 der nen ca 100khz Rechteck auf 2 Leiterbahnen (bilden einen Kondensator in der Erde) gibt.
Danach wird dann chargebucket mäßig die Kapazität in eine Variable Spannung gewandelt die man dann Auswerten kann.

Da ich immer meine Blumen vertrocknen lasse steckt in jedem Topf so einer.

Leider gibt es da ein großes Problem:
Die Dinger verrecken regelmäßig an Korrosion.

Die Leiterbahnen die den Erd-kondensator bilden lösen sich auf.
Ich habe die Teile jeweils schon mit Epoxi eingestrichen, leider scheint das Wasser aber auch dort runter zu kriechen.
Nach 3 Monaten fängt der Sensor an zu driften und stribt dann recht schnell.
Plastik 70 hätte ich zwar hier, ich vermute aber das es da ähnlich ist.

Zu dick darf der Verguss nicht sein, ansonsten ist die Kapazitätsänderung zu klein.

Trockene Erde hat wohl eine Permittivität von ca 4, Nasse hingegen liegt bei 80. Das läßt sich also gut messen. Wenn die Vergussmasse jetzt aber sehr dick wird und/oder eine hohe Permittivität hat würde das den Ausgabebereich vom Sensor stark reduzieren und damit sehr ungenau machen.

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

Danke
Farbe
Zuletzt geändert von Farbe am Do 17. Dez 2020, 23:40, insgesamt 1-mal geändert.
D2O
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Re: PCB Wasserfest "machen" (Vergießen?)

Beitrag von D2O »

Sind die "Sensorbahnen" einfach nur 2 lange gerade Stücke?
Dann teste doch bei einem kaputten mal, ob du die nicht durch 2 Edelstahl-/Kupferstäbe ersetzen kannst.

Im Zweifel kannst du da gleich starre Einzeladern mit Mantel nehmen, dann ist das wasserdichter. Unten mit Schrumpfschlauch mit Heißkleber zu machen, vor dem Schrumpfen einen Knoten rein.
Oder jeden Draht als U führen, mit den offenen Enden oben.

Alternativ das Board in eine dünne Plastiktüte?

EDIT: Und erzähl, wenn du magst, ruhig was zu deinem Messaufbau, das Thema steht auch auf der Liste.
j.o.e
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Re: PCB Wasserfest "machen" (Vergießen?)

Beitrag von j.o.e »

Gleichstrom vermeiden!
Sind beide Leiterbahnen über leckstrom-freie Kondensatoren angekoppelt? (Schaltung posten)

Hast mal versucht, die ins Erdreich reichenden Leiterbahnen z.B. mit KFZ-Unterbodenschutz zuzugloddern?

-joe
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Finger
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Re: PCB Wasserfest "machen" (Vergießen?)

Beitrag von Finger »

Edelstahl und AC, alles andere kriegt man nur schlecht langzeitstabil. Lass mal Aufbau und Schaltung sehen bitte.
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Bastelbruder
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Re: PCB Wasserfest "machen" (Vergießen?)

Beitrag von Bastelbruder »

Vergiß die Platine! Zwei Stück zur Haarnadel gebogene (nicht so weit daß der Lack absplittert) Kupferlackdrähte könnten etwas länger funktionieren. Ich kenne keine Vergußmasse in Verbraucher*qualität die annähernd diffusionsdicht ist.
*darf durch beliebige Begriffe ersetzt werden wie man sie beispielsweise im Pollinkatalog findet.

Es gibt allerdings auch Schaltungen, die deutlich empfindlicher sind und die auch mit relativ dick isoliertem Draht funktionieren. Guck mal nach Tankanzeige oder so.
ch_ris
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Re: PCB Wasserfest "machen" (Vergießen?)

Beitrag von ch_ris »

ich werfe Titan ins Spiel?
Farbe
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Re: PCB Wasserfest "machen" (Vergießen?)

Beitrag von Farbe »

Hey Leute,

danke für die vielen Antworten.

Also erstmal die Schaltung:
STnWP.png
(im Netz geklaut)

Die China Sensoren sind alle ein wenig anders, teilweise andere Frequenz, teilweise noch nen Linearregler davor. Machmal ist auch noch ein OP als buffer dahinter.
Probe_GND und Probe_Vin bilden den Kondensator:
Bildschirmfoto 2020-12-17 um 11.10.31.png
Wie man sieht ist da also nix mit AC. Der Kondensator der sich aus den Leiterbahnen in Verbindung mit dem Dielektirkum Erde/Wasser bildet wird nur regelmäßig auf und entladen, er ist Teil eines RC Gliedes.

Ich habe ein Paper zu dem Thema gefunden. Darin ist noch eine andere Schaltung gezeigt:
https://www.researchgate.net/figure/Soi ... _323720878

Die Idee von D2O und Bastelbruder ist genial einfach.
Man könnte einfach ein PCB fertigen bei dem kein Sensor enthalten ist. Dann wird als Elektrode einfach zu Schlaufen gebogener CuLackdraht verwendet.
Das PCB kann dann komplett vergossen werden und nur der Lackdraht ist im feuchtem.
AC ist dann aber immer noch keins drauf.

Wenn ich ein PCB mache, würde ich gleich die Schaltung aus dem paper nehmen. Die sieht mir Empfindlicher und stabiler aus (OP am Ausgangs -> unabhängig von der "Last").
Ob es jetzt einen großen unterschied macht das der Kondensator bei jedem Zyklus geleert wird?

Wenn jemand eine Idee hat wie man das ganze besser umsetzen kann (mit AC?) bin ich natürlich froh, das ist bestimmt haltbarer.

Ich würde aber bei Kapazität bleiben, von diesen Elektroden "Widerstands" Sensoren halte ich nix, da misst man doch mehr den Salzgehalt/Leitfähigkeit als den Wasseranteil?

Zur Auswertung hängt das ganze am ADC von einem ESP8266. Auf diesem läuft ESPhome was wiederum die Daten an meinen PC sendet. Auf dem läuft Homeassistant.
Damit kann man sich dann Nachrichten aufs Handy schicken, oder auch nur ne Leuchte blinken lassen.
Ich benutze Homeassistant eh schon für andere Sachen. (Lichtsteuerung, Morgenroutine, Lichtwecker, Beleuchtung per Smartphone steuern) daher hat es für mich sinn gemacht das ganze dort einzubinden. Ich habe einen ESP für 3 Pflanzen, der selbe ESP steuert auch noch Pflanzenbeleuchtung (das Basilikum steht sehr dunkel und wächst ohne nicht so recht) und misst Temperatur der Küche.
Das Schöne ist das das ganze auch tolle Graphen aufs display zaubert und so alte Tablets zur Wetterstation machen kann.
Bildschirmfoto 2020-12-17 um 11.29.06.png
Bildschirmfoto 2020-12-17 um 11.27.26.png
Das ist natürlich overkill, vollanalog mit Komperator und einer LED würde reichen. Oder man nimmt nen Atiny. Alternativ nen ESP Modul mit Telegram Bot. Dann gibts sobald ein Wert unterschritten ist eine Nachricht aufs Handy.
Flip
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Re: PCB Wasserfest "machen" (Vergießen?)

Beitrag von Flip »

Ich benutze in einem Abwasserhebewerk 2 Adern aus nem NYM kabel, am unteren ende habe ich die Isolation etwas geschoben und mit dem lötkolben zugeschweißt. Läuft jetzt seit 2 Jahren, wird als Proportional-Füllstandssensor-RC Zeitglied an einem µC Pin betrieben.
j.o.e
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Re: PCB Wasserfest "machen" (Vergießen?)

Beitrag von j.o.e »

Farbe hat geschrieben: Do 17. Dez 2020, 12:31 Wenn jemand eine Idee hat wie man das ganze besser umsetzen kann (mit AC?) bin ich natürlich froh, das ist bestimmt haltbarer.
Danke für die Schaltung. Sowas hatte ich mir schon fast gedacht ...

Fest-C in Reihe zum Sensor (PROBE_VIN) und der DC ist weg. Hatte ich aber doch schon geschrieben.

State of Art sind direkt-digitalisierende Verfahren, also C-to-f Converter. Frequenz auswerten geht ja recht einfach mit uC.

-joe
Farbe
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Re: PCB Wasserfest "machen" (Vergießen?)

Beitrag von Farbe »

j.o.e hat geschrieben: Do 17. Dez 2020, 14:56 Fest-C in Reihe zum Sensor (PROBE_VIN) und der DC ist weg.
Klar einfach nen C in Reihe, das hab ich übersehen :roll:.
Ich würde dann sogar beide "Platten" so entkoppeln.
Schaden kanns nicht. Ich geh mal davon aus das die Kapazität vom Sensor nicht mehr als 100p sein wird. Dann reichen 100n Folie auf jeder Seite locker um quasi keine Kapazität vom Sensor zu "verlieren". Das wären dann 2% weniger.
Als Kondensator würde ich dann Keramik NP0 vorsehen, Temperatur unempfindlich und geringer Leckstrom (100GOhm) oder ist das übertrieben und Keramik in X7R reicht locker? Immerhin ist der Isolationswiderstand bei X7R (wenn man mechanisch große nimmt >0805) auch bei 100GOhm.

Was sagt ihr zur Schaltung aus dem Paper? Der Impendanzwandler am Ausgang kann auf jeden fall nicht schaden wenn man längere Leitungen hat / ein wenig last am ende.
Ansonsten bin ich mir nicht sicher ob die besser ist. Die Funktionsweisen beider Schaltungen verstehe ich soweit.
Ich habe auch mal die entstehenden kurven aufgezeichnet und bin zu dem Schluss gekommen das die China Schaltung sogar empfindlicher ist, weil der Sensor Kondi nicht entladen wird, ergibt sich mehr Spannungsänderung bei gleicher Kapazitätsänderung. Ist meine Schlussfolgerung Korrekt?
Die Diode klaut dann je nach Temperatur wieder 0,7V das ist nicht ideal. Wenn ich den Doppel Op eh einbaue kann auch die Diode idealisiert werden.
Aber macht das Entladenetzwerk sinn?

Ich glaube ein C zu F Wandler macht hier keinen sinn. ADC ist eh vorhanden, der Wandler brauch bestimmt mehr Bauteile als die "billig" Variante und der Sensor ist gleich anfällig. Ich würde da nur Vorteile bei Extra langen Leitungen und großen anlagen sehen, (keine ADCs nötig, unempfindlicher gegen V drop/einstreuungen).

Ich würde mich dann mal hinsetzen und nen PCB draus machen. Ich kann die Daten dann gerne Posten.
Jannyboy
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Re: PCB Wasserfest "machen" (Vergießen?)

Beitrag von Jannyboy »

2 Schichten Polyurethanlack und nach dem 2 mal trocken ca. 2-3 Stunden bei 80°C backen damit sich der Lack vernetzen kann.

Grüße Jan
j.o.e
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Re: PCB Wasserfest "machen" (Vergießen?)

Beitrag von j.o.e »

So -- jetzt oute ich mich mal ...
Kann mir bitte wer die Funktion der Schaltung (die 'einfache Version', so wie oben abgebildet) erklären?

- joe
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Bastelbruder
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Re: PCB Wasserfest "machen" (Vergießen?)

Beitrag von Bastelbruder »

Das ist ziemlich einfach: Aus dem 555 kommt ein fast symmetrisches Rechtecksignal 0V / VCC minus 1 V, das geht über 10 k zum Sensor und weiter durch die Diode zum Ausgang. Dort wird die positive Signalhälfte, abzüglich etwas Verlust in der Diode, in den 1 µF-Kondensator gespeichert. Ich schätze mal VCC -1,6 V. Der 1 Meg-Widerstand ist dafür da, daß die Spannung am Kondensator später auch wieder kleiner werden kann.

Wenn jetzt an den Sensoranschlüssen ein Kondensator angeschlossen wird, nimmt die Wechselspannung ab und die Diode kann nicht mehr so hohe Spitzen weiterleiten, die unteren "Spitzen" werden eh nicht berücksichtigt. Die Spannung am Ausgang sinkt etwas.

Wenn ein unendlich großer Kondensator am Fühleranschluß hängt, ist dort die Spannung eine Gleichspannung von VCC-halbe minus 0,5 V, davon nochmal etwas Diodenverlust weg (die Spitzen fehlen jetzt, der Gleichspannungsabfall ist etwas kleiner), also VCC halbe minus 1 V.

Besonders effektiv ist das tatsächlich nicht, es liegt korrosive Gleichspannung am Sensor (die sich mittels Serienkondensator entschärfen läßt).
edit:Ich hab noch die beiden Extremwerte hervorgehoben.
noch ein edit: der Kondensator 23 nF ist eine besondere Herausforderung. Den Wert habe ich in Natura noch nie gesehen. Und 1,6 Kiloohm sind auch nicht so verbreitet. 40 nF gabs mal in den 70ern als keramische Scheiben ...
Farbe
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Re: PCB Wasserfest "machen" (Vergießen?)

Beitrag von Farbe »

Huch?
Wenn der Kondensator unendlich groß ist sollte die Spannung an Probe_Vin auf GND Niveau liegen da egal wie viel Strom reingepumpt wird die Spannung nicht steigt. Also bleibt nach der Diode Garnix übrig. Ausgangsspannung 0V
Übersehe ich etwas?
j.o.e
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Re: PCB Wasserfest "machen" (Vergießen?)

Beitrag von j.o.e »

Also, ich meine, dass sich nirgendwann über dem 1u Kondensator eine Spannung von rund 4,5 V einstellt (H-Ausgangsspannung des 555 vereinfacht auf 5V festgelegt). Und das unabhängig von der Sensorkapazität.

Spice ist etwas präziser, schätzt das "irgenwann" auf ~ 250 ms -- ist aber auch der Ansicht, dass sowohl 80 als auch 100pF grad egal sind.

Spicefile:
CTF.zip
(585 Bytes) 105-mal heruntergeladen
-joe

edit: Screenshots angefügt:
Screenshot from 2020-12-17 21-07-05.png
Screenshot from 2020-12-17 21-08-27.png
grün = Spannung über 80pf
blau = Spannung über 1uF

edit2: der 80pF verrundet etwas die Ecken des Rechtecks ...
Zuletzt geändert von j.o.e am Do 17. Dez 2020, 22:14, insgesamt 2-mal geändert.
Farbe
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Re: PCB Wasserfest "machen" (Vergießen?)

Beitrag von Farbe »

Huch?
Wenn der Kondensator unendlich groß ist sollte die Spannung an Probe_Vin auf GND Niveau liegen da egal wie viel Strom reingepumpt wird die Spannung nicht steigt. Also bleibt nach der Diode Garnix übrig. Ausgangsspannung 0V
Übersehe ich etwas?

EDIT:
Ja ich übersehe was: Die dann auch Unendliche Zeit!
Nach unendlicher Zeit sollte sich durch die gleiche auf und entlade zeit natürlich rund 1/2VCC einstellen. Ein bisschen weniger da ja noch der 1M nach masse ein wenig entlädt. Das der Dutycyle aber eh bei 52% liegt kann man auch von rund 1/2VCC ausgehen.
(merke: erst denken dann schreiben..) :D

EDIT2: das sollte eigentlich nur ein Edit werden und kein neuer post...

@j.o.e.
Mach mal den Kondi noch weit kleiner, dann sollte es gehen.
Ganz simpel betrachtet ist das ganze ja ein RC filter. Umso kleiner der (Mess) Kondensator umso höher die Grenzfrequenz. Wenn die Grenzfrequenz über der Einspeise Frequenz liegt dann Filtert der Filter nicht mehr und es kommen "spitzen" durch (das Signal am Messkondensator bekommt einen AC Anteil = der Messkondensator wird über den Widerstand aufgeladen und entladen = die Spannung ändert sich). Die Diode lädt diese Spitzen dann direkt in den Ausgangskondensator C2 und nach einer gewissen Zeit ist dieser "Voll". Die Ausgangsspannung steigt also mit sinkender Kapazität.
j.o.e
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Re: PCB Wasserfest "machen" (Vergießen?)

Beitrag von j.o.e »

@Farbe: Du vergisst die Diode. Der 1u läd sich dadurch auf den Spitzenwert der Spannung über dem 80pF auf.

Imoh ist die ganze Schaltung komplett daneben dimensioniert. 10k+80pF ergibt eine Zeitkonstante von 0.8 us, das 80pF-C läd sich bei einer H-Zeit (555) von ~ 80us immer voll auf.

Man müsste imho mit dem 10k rauf und/oder der Taktfrequenz.

-joe
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Bastelbruder
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Re: PCB Wasserfest "machen" (Vergießen?)

Beitrag von Bastelbruder »

Jetzt wäre bloß noch interessant wie der Sensor tatsächlich aussieht. Abmessungen, Isolation undundund. Vielleicht ist die Kapazität viiel größer?
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zauberkopf
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Re: PCB Wasserfest "machen" (Vergießen?)

Beitrag von zauberkopf »

Da ich immer meine Blumen vertrocknen lasse steckt in jedem Topf so einer.
Eine andere Idee wäre, auf eine Regelung / Sensorik komplett zu verzichten.
Also hier mal ein Tip, den ich selber mal vor Jahren entdeckt habe :
Eine Pflanze wird z.B. 2-4 mal täglich automatisch durch ein Gardena Bewässerungssystem.. ( oder einer kleinen Pumpe/Ventil) minimalst bewässert.
Und das meine ich so. Wirklich ganz wenig. So das die Erde trocken ist, aber nicht ausgetrocknet ist.
Wichtig für die Mikroorganismen im Boden.
Mit einem geringen aber kontinuierlichen Wasserbedarf kommen die meisten Pflanzen ganz gut klar, weil diese dann die "regelung" übernehmen.
d.H. z.B. wenn es denen etwas zu trocken ist, dann verschließen sie ihre poren, und verbrauchen auch weniger wasser.. wachsen aber auch langsamer.
j.o.e
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Re: PCB Wasserfest "machen" (Vergießen?)

Beitrag von j.o.e »

Hi - ich glaub ich habs!

Die Schaltung wertet NICHT die Kapazität der Sensor-Struktur raus, sondern ganz profan deren Widerstand!
Mit vorgeschaltetem C wird es daher nicht funktionieren, und auch nicht mit eingepackten VA-Elektroden.

Aber ich lasse mich gerne auch eines Besseren belehren.

-joe
Farbe
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Re: PCB Wasserfest "machen" (Vergießen?)

Beitrag von Farbe »

@j.o.e.
Ich glaub du hast dich irgendwo verrechnet.
Mit den in der einfachen Schaltung angegebenen Werten komme ich auf 27khz Frequenz bei 21us high und 16us low.
Sensorkapaziät ist keine angegeben, ich hab selber auch nicht nachgemessen (Hast du mit der Plattenfläche gerechnet?)
10K und 1n ergeben ca16Khz -3dB
Bei <900p Sensorkapazität stellt sich die Volle Ausgangsspannung ein. Bei über >3,5n die halbe Ausgangsspannung. Das ist dann also der Messbereich: 900p-3,5n

Du hast aber Recht! Sogesehen wertet die Schaltung die Impedanz des Kondensators bei fixer Frequenz aus (= Kapazität).
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zauberkopf
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Re: PCB Wasserfest "machen" (Vergießen?)

Beitrag von zauberkopf »

Edit : Ich habe gerade noch mal meine erinnerung befragt..
Das Setup sah wirklich so aus, das ich mittels Zeit Schaltuhr 4 mal täglich bewässert habe.
Weil die originalpumpe nur einen 24h timer eingebaut hatte.
In meinen (Regenwald) Terrarien habe ich das später auch so gehandhabt : Weniger ist mehr, aber dafür öfters.
Sowas wie einen "ablauf" z.b. hatte ich geplant, der glasbohrer dafür liegt aber immer noch originalverpackt hier herum.
Farbe
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Re: PCB Wasserfest "machen" (Vergießen?)

Beitrag von Farbe »

Ich hab nebenbei das Layout für die "Verbesserte" Version gemacht.
Mit Entladeschaltung. Ich hab das auch mal schnell mit Spice durchgespielt, mit Entladeschaltung ist es "empfindlicher" bei sonst selben Daten ändert sich der Messbereich von 900p-3,5n (3,94V->2,2V) zu 900p-2,5 (3,91V ->1,5V).
Bildschirmfoto 2020-12-17 um 21.50.55.png
Bildschirmfoto 2020-12-17 um 21.50.36.png
Mein Plan ist 1,5mm Cu Lackdraht in die gezeichnete form zu biegen, auf beiden Seiten mit dem PCB zu verlöten und dann noch zusätzlich mit Plastik70 einzujauchen.
Die Türkisen Teile sollen 3D gedruckt werden und den Draht in from halten. Vielleicht mach ich da auch eine komplette "Schale" in die der Draht eingeklipst wird.
Die Stecker und die PCB sind dann im Trockenem. Zur Sicherheit wird das PCB vergossen. Im Idealfall werden die Sensorleitungen so lang das die PCB nicht mehr auf der Erde aufliegt sonder am Rand vom Topf runterhängt.
Vielleicht reicht es auch die CuL Drähte zu verzwirbeln, ich glaube aber das dann die Kapazitätsänderung zu gering ausfällt.

JLC ist der Wahnsinn, 25PCBs in rot für <5€. Ich hab grad eh ne Bestellung laufen also hab ich die noch Schnell dazu gepackt.
Wenn bedarf besteht kann ich auch nen paar Boards abgeben, 25 brauch ich nie im Leben.

Anbei jetzt auch die Eagle Dateien, falls jemand die brauch.
Dateianhänge
Plant_sensor.zip
(61.42 KiB) 112-mal heruntergeladen
j.o.e
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Re: PCB Wasserfest "machen" (Vergießen?)

Beitrag von j.o.e »

Ich hatte mit 100pF gerechnet (frag mich nicht, wie ich da drauf gekommen bin), später dann unter der geposteten URL die Angabe CSENS = 20pF gesehen.
Die Leiterschleife aus deiner Konstruktion schätze ich auf "einige pF" in Luft. In Dreck/nassem Dreck müsste man mal Tests fahren.

Und lass den Lack weg - imho.
Ob die Pflanzen mit dem Kupfer klar kommen? Absolut keine Ahnung ...

-joe

Farbe hat geschrieben: Do 17. Dez 2020, 22:39 @j.o.e.
Ich glaub du hast dich irgendwo verrechnet.
Mit den in der einfachen Schaltung angegebenen Werten komme ich auf 27khz Frequenz bei 21us high und 16us low.
Sensorkapaziät ist keine angegeben, ich hab selber auch nicht nachgemessen (Hast du mit der Plattenfläche gerechnet?)
10K und 1n ergeben ca16Khz -3dB
Bei <900p Sensorkapazität stellt sich die Volle Ausgangsspannung ein. Bei über >3,5n die halbe Ausgangsspannung. Das ist dann also der Messbereich: 900p-3,5n

Du hast aber Recht! Sogesehen wertet die Schaltung die Impedanz des Kondensators bei fixer Frequenz aus (= Kapazität).
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Re: PCB Wasserfest "machen" (Vergießen?) Erdfeuchtigkeitssensor

Beitrag von zauberkopf »

Ob die Pflanzen mit dem Kupfer klar kommen? Absolut keine Ahnung ...
jein.. also kupfer ist schädlich für die Mikroorganismen im Boden.
Pilze, etc.. versorgen die Wurzeln mit Nährstoffen.

Schnittblumen z.B. kann man länger frisch halten, wenn man in die Vase ein Stückchen Kupfer legt.
ch_ris
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Re: PCB Wasserfest "machen" (Vergießen?) Erdfeuchtigkeitssensor

Beitrag von ch_ris »

deshalb schrub ich Titan.
Frage: würde, wer auch immer, Kupferwasser saufen.(retorischesfragezeichen), Prost ;)
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Bastelbruder
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Re: PCB Wasserfest "machen" (Vergießen?) Erdfeuchtigkeitssensor

Beitrag von Bastelbruder »

Auch das doch recht zähe Titan läßt sich galvanisch abbauen, da ist fast kein Unterschied zu Aluminium und Chrom.
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Re: PCB Wasserfest "machen" (Vergießen?) Erdfeuchtigkeitssensor

Beitrag von Flip »

So wie ich das sehe, funktionieren die schaltungen hier alle nur mit gut isolierten elektroden. Also über blankes metall und seine zersetzung ob titan oder kupfer, darf sowieso nicht vorkommen. Lediglich draht mit gut feuchtebeständiger isolierung wäre interessant. (PP, PTFE?)
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Julez
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Re: PCB Wasserfest "machen" (Vergießen?) Erdfeuchtigkeitssensor

Beitrag von Julez »

Es wäre ja auch eine Idee das ganze Messwerk nicht dauerhaft unter Spannung zu setzen, sondern nur alle paar Stunden mal für 10sec oder so.
Farbe
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Re: PCB Wasserfest "machen" (Vergießen?) Erdfeuchtigkeitssensor

Beitrag von Farbe »

Julez hat geschrieben: Fr 18. Dez 2020, 17:53 Es wäre ja auch eine Idee das ganze Messwerk nicht dauerhaft unter Spannung zu setzen, sondern nur alle paar Stunden mal für 10sec oder so.
Das wird schon so gemacht, Ich nehme die Werte alle 10 Minuten auf (das könnte man wohl verlängern) dabei ist der Sensor für 5s an, dann wird gemessen.
Flip hat geschrieben: Fr 18. Dez 2020, 14:47 So wie ich das sehe, funktionieren die schaltungen hier alle nur mit gut isolierten elektroden. Also über blankes metall und seine zersetzung ob titan oder kupfer, darf sowieso nicht vorkommen. Lediglich draht mit gut feuchtebeständiger isolierung wäre interessant. (PP, PTFE?)
Deswegen der Kupferlackdraht, ich habe schon getestet:
IMG_9987.jpg
IMG_9986.jpg
Die braune Brühe da ist Salzwasser + Balsamico Essig (was anderes Saures war nicht da) um eine möglichst Leitfähige und aggressive Umgebung herzustellen.
Am Sensor liegen 60V dc an, mal sehen ob beim Lack was passiert. Jetzt grade (ca 7h nach Testbeginn) liegt der Strom noch bei <10nA, (<0,1mV über 10K) das ist schonmal ein gutes Zeichen.

Die Bauteilwerte der Platine muss ich noch ändern, ich habe nämlich auch den Kapazitätsbereich gemessen:
Trocken ohne erde: <20p (mit Messleitungen und an der grenze meiner Messmöglichkeiten)
In Leitungswasser eingetaucht: 370p
Mit Erde werden es wohl so 270p sein, bei den alten Sensoren war der Ausgabewert mit Nasser Erde immer ca 75% geringer als direkt im Wasser.
Das werd ich dann aber später Kalibrieren wenn die Leiterschleife sich als Korrosionsbeständig herausstellt und ich das ding in die Blumentöpfe stecke.
j.o.e
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Re: PCB Wasserfest "machen" (Vergießen?) Erdfeuchtigkeitssensor

Beitrag von j.o.e »

Hab's mal versucht nachzurechnen...

In https://de.wikipedia.org/wiki/Leitungsbeläge findet sich eine Formel für die Kapazität zweier runder, paralleler Drähte:

C = a * π * ε / arccosh (D/d)
mit arccosh (x) = ln (x + sqrt(x^2 -1))

Mit den angenommenen Werten:
d = Durchmesser des Drähte = 1 mm
D = Abstand der 2 Drähte = 10 mm
a = Länge der Drähte = 50 mm

Mit ε = ε0 * εr, ε0 = 8.854e-12 As/Vm
und εr = 1 (Luft) komme ich auf 0,465 pF.

Reingesteckt in trockenen Dreck (geschätztes εr = 2) wären‘s dann 9,3 pF und im pitsch-nassen Dreck (geschätztes εr = 80 / Wasser) 37,2 pF.

Mit der völlig verkorksten Dimensionierung der alten Schaltung (f = 11kHz, R1 = 10k) wird das also nichts mit „kapazitivem“ Sensor. Der China-Möller hat zwar sicher "irgendwie" funktioniert, halt durch den Ableitstrom in der Blumenerde (ohmscher Spannungsteiler). Mach da Lack drüber, und der China-Möller tut's nimmer.


Farbe‘s neue Dimensionierung scheint dagegen besser zu passen (f = 100kHz, d.h. H-Pulse mit ~5us). Das RC-Glied mit 93k*37pf = 3,4us bzw. 93k*20pF = 1,9us machen auf den ersten Blick jedenfalls Sinn. (Hint: Ich würd ja 100k nehmen...)

Auch die CSENS = 20 pF aus der „verbesserten“ Schaltung (www.researchgate.net/usw.) scheinen damit realistisch.

-joe


@Julez: Ein ATtiny statt dem 555-Geraffel; Puls-Burst-Generator, ein Burst alle Stunde.
Ein AT kann aber auch gleich die A/D-Wandlung übenehmen und dem Master digitale Werte zu morsen...
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Re: PCB Wasserfest "machen" (Vergießen?) Erdfeuchtigkeitssensor

Beitrag von Farbe »

j.o.e hat geschrieben: Fr 18. Dez 2020, 21:26 Hab's mal versucht nachzurechnen...
Ich hab jetzt nicht nachgerechnet, man kann aber vom doppeltem/3fachem Ausgehen, die Schleife ist ca 10-15cm Lang
j.o.e hat geschrieben: Fr 18. Dez 2020, 21:26 Reingesteckt in trockenen Dreck (geschätztes εr = 2) wären‘s dann 9,3 pF und im pitsch-nassen Dreck (geschätztes εr = 80 / Wasser) 37,2 pF.
Komisch, passen tut es dann trotzdem nicht. Ich frage mich wieso mein Multimeter dann >370p misst (nein keine 0 Stelle vertauscht). Das riecht nach Leckstrom.
j.o.e hat geschrieben: Fr 18. Dez 2020, 21:26 Mit der völlig verkorksten Dimensionierung ...
Mach da Lack drüber, und der China-Möller tut's nimmer.
Ich bin mir nichtmal sicher ob die Sensoren von mir exakt diese Bestückungsvariante haben. Das Bild ist nur aus dem Netz geklaut von jemandem der es abgezeichnet hat.

Meine Sensoren haben definitiv funktioniert. Auch am Anfang wo sie Trocken waren. Das erste was ich gemacht hab war die dünn mit Epoxi zu überziehen. (noch vor der allerersten Verwendung)
Selbst mit dem Epoxi gehen sie.

Die aktuelle Dimensionierung ist direkt aus dem Paper, (deswegen die 93K) Ich hab nur die NPNs gegen N-Ch gewechselt weil die da waren.
Ich werde das noch auf meine Messwerte anpassen (50p->270p oder so) und dann mal checken was am Ausgang raus kommt. Da muss ich dann wahrscheinlich nochmal bei.
Mir macht nur sorgen das laut Adam Ries so wenig Kapazität raus kommt, mein MM aber das 10 Fache Anzeigt.
j.o.e
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Re: PCB Wasserfest "machen" (Vergießen?) Erdfeuchtigkeitssensor

Beitrag von j.o.e »

Farbe hat geschrieben: Fr 18. Dez 2020, 21:41 Mir macht nur sorgen das laut Adam Ries so wenig Kapazität raus kommt, mein MM aber das 10 Fache Anzeigt.
Es wäre nicht das erste mal, dass ich mich verrechnet habe...

Kann mal bitte jemand die Rechnung verifizieren, oder auch per "Küpfmüller" nachprüfen, wie weit die genannte Formel auch bei kurzen Leitungen stimmt?

Aus der Formel für "C" kann man direkt ablesen, dass Randeffekte am Anfang und Ende der Leitungen nicht berücksichtigt werden. Aber Faktor 10 kann das imho nicht ausmachen.

Hast du mal dein MM bei kleinen Kondensatoren (~50pF) gecheckt?

-joe
Farbe
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Re: PCB Wasserfest "machen" (Vergießen?) Erdfeuchtigkeitssensor

Beitrag von Farbe »

j.o.e hat geschrieben: Sa 19. Dez 2020, 01:15 Es wäre nicht das erste mal, dass ich mich verrechnet habe...
Ich bin aber grad mal dazu gekommen alles einzutippen:
Bildschirmfoto 2020-12-19 um 15.02.09.png
Das sind also 15cm Leitung, 1cm abstand, 1,5mm Leiterdruchmesser.

Trommelwirbel:

1.0285829e-10 = 102pF
mhmm..

Mit deinen Werten komme ich auf 30p nicht auf 37p, ich tippe auf Rundungsfehler.

Ich werd wohl mal mein Multimeter checken, ist aber eigentlich was besseres (Brymen BM235), die Spezifikationen verraten aber 1,5%+8D also Könnens auch 285p sein bei gemessenen 370p.
Trotzdem weit daneben..

Vielleicht meldet sich ja noch jemand mit mehr KnowHow.


EDIT:
Vielleicht liegt es daran das das Wasser garnicht als Dielektrikum betrachtet werden kann?
Bei den Wikipedia Werten wird das Wasser als Kompletter Isolator = Dielektrikum verwendet. (Reines Wasser)
Bei meinem Experiment ist es aber Leitfähig da nur Leitungswasser. (in der Erde erstrecht, salze usw)
Dadurch ist das System vielleicht eher eine Reihenschaltung aus 2 Kondensatoren (Platte1=CU->dielektrikum=Lack vom Lackdraht->Platte2=Wasser) + Widerstand(Wasser).
Das würde den Plattenabstand weit reduzieren und damit die Kapazität erhöhen, könnte das sein?

EDIT2:
Ich bin noch nicht dazu gekommen das MM zu testen, Aber ich hab mal probiert geringere Ströme zu messen:
Messaufbau ist jetzt MM im Spannungsmodus in Reihe zum Kondensator an 65V.
Das MM hat 10M im Spannungsmodus und zeig 0mV an. Das heißt der Strom ist immer noch unter 100pA.
j.o.e
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Re: PCB Wasserfest "machen" (Vergießen?) Erdfeuchtigkeitssensor

Beitrag von j.o.e »

Prüfe bitte nochmals deine Formel.

Auf Anhieb sehe ich, dass die Wurzel falsch ist (das +1 muss noch drunter).

0.01/0.005 verstehe ich auch nicht. 10mm Abstand ist klar, Drahtdurchmesser 0,5mm?

Für "Normalwasser" kenne ich den Wert 80,3, für demineralisiertes Wasser den Wert 29,3.

Mit deinen Werten komme ich auf:
80 1.5 10 150 -> 1.29145e-010, also 129pF
(εr, d [mm}, D [mm] a -> F)

Wenn sich Theorie nicht mit der Praxis deckt, dann stimmt entweder dein Modell nicht, oder deine Messtechnik. Aber genau deshalb macht man ja einen Versuchsaufbau und rechnet parallel dazu mit.

Tatsächlich können schlechte Kondensatoren eine Herausforderung fürs Messgerät sein. Was zeigt denn dein MM bei "schlechten Kondensatoren" an, z.B. 100pF || 10kOhm ?

Wenn das Wasser leitet, hast Du mit der gewählten Schaltung ein anderes Problem. Du misst dann nicht die Kapazitätsänderung (100pF @ 100kHz: Xc = 16k) sondern u.U. den Wert des Verlustwiderstands (10k ?). Es kommt dann halt "irgendwas" raus, bei so einem primitiven Single Slope Verfahren.

Bei lackierten Drähten hast du eigenlich 3 Kondensatoren, der mittlere mit einem verlustbehaftetem Dielektikum (nasser Dreck).

Also:
1. Lackschicht (CuL)
2. Dreck εr 40 (?) und VERLUSTE
3. Lackschicht (CuL)

Den C-Wert unter 1. und 3. könntest mal versuchen zu ermitteln (die vermindern ja u.U. deine Messgröße)
a) rechnerisch
b) Im Prinzip so wie von Dir gemessen, also Draht - Dielektrikum - stark leitender Elektrolyt

Du hast ja den Versuchsaufbau schon. Kannst nicht mal die Spannung überm CSENS auf'm Oszilliskop darstellen?
Farbe
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Re: PCB Wasserfest "machen" (Vergießen?) Erdfeuchtigkeitssensor

Beitrag von Farbe »

Ja meine Formel war falsch.
Bild
Multimeter:
Ich hab mal 51p in Keramik dran gehangen Angezeigt hat es 0,06nF, soweit so gut.
Selbst mit 1M II zeigt es nur 70p an.

Messaufbau:
Irgendwas stimmt da nicht, meine Idee hinter dem Elektrolyt war es ja den Lack vom Draht zu testen. Die Schaltung ist noch nicht dran.
Aber ich konnte grade feststellen das es scheinbar doch mehr Leckstrom als erwartet gibt. Im erstem Test war der Widerstand zu niederohrig (10k). Im 2. Test habe ich das MM im falschem Bereich gehabt (V anstatt mV).
Im mV Bereich zeigt es tatsächlich 1,47mV an. Kombiniert mit dem 10M Messwiderstand sind das dann: 147pA mit den angelegten 65V sind das also schlappe 440GOhm! Sollte also den Kapazitätsmesswert quasi nicht beeinflussen. (siehe oben 1M II zu 51p ergibt 10p mehr gemessen)
Die Frage ist ob ich Mist messe? Die Eingangsleitungen vom MM hängen auf einer Seite ja mehr oder weniger in der Luft.

Nächster Test:
Nochmal das MM im Kapazitätsbereich an den Sensor. Es kommen diesmal 0,47nF =470p raus. Ok jetzt ist das Elektrolyt Leitfähiger (immer noch die Essig/Salz brühe anstatt das Leitungswasser).
Jetzt kommt: Sensor rausziehen ergibt die erwarteten 20p. Wenn ich jetzt den Sensor langsam in die Brühe stecke messe sich sofort 470p sobald die beiden Sensor Elektroden das Wasser berühren. Keine steigende Kapazität beim tieferem eintauchen!
Was geht da den Bitte schief? II R kann es nicht sein sonst würde weit höherer Strom fließen.
Wenn das Wasser leitet, hast Du mit der gewählten Schaltung ein anderes Problem. Du misst dann nicht die Kapazitätsänderung (100pF @ 100kHz: Xc = 16k) sondern u.U. den Wert des Verlustwiderstands (10k ?). Es kommt dann halt "irgendwas" raus, bei so einem primitiven Single Slope Verfahren.
Arg! Das habe ich komplett übersehen!

Damit ergeben sich folgende Ersatzschaltbilder für den Sensor:
Bildschirmfoto 2020-12-19 um 19.54.51.png
Worstcase: Lack wird Leitfähig/blättert ab
Bildschirmfoto 2020-12-19 um 19.56.03.png
(oder hab ich noch was vergessen?)

Im Prinzip ist aber C1/C2 Egal solange wie sie weit größer sind als C3.
Wie kommt man da jetzt sinnvoll an die Erdfeuchtigkeit?

Wenn ich mir die Kommerziellen Sensoren anschaue z.B.: https://www.elsner-elektronik.de/shop/d ... h-erd.html
Seh ich da ziemlich das selbe Funktionsprinzip. Selbst für 200€ wird's mit nem PCB in der Erde gemacht... Soll man sich da auch alle 3 Monate nen neuen Sensor kaufen?
Macht es etwa kaum einen unterschied das man immer R1 mit misst, vielleicht weil der auch mit sinkender Feuchtigkeit steigt?
Müsste man mal schauen in wiefern die Düngung der Erde da nen Einfluss drauf hat.
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Re: PCB Wasserfest "machen" (Vergießen?) Erdfeuchtigkeitssensor

Beitrag von Sir_Death »

Interessante Lektüre dazu - und ja, normales Wasser hat eine Dielektrizitätskonstante von ca. 80
https://www.digikey.at/de/articles/how- ... ture-level

Ich denke, der Trick ist, dass die Erde nicht schlagartig zu 100% aus Wasser besteht, sondern von trocken (Dielektrizitätskonstante nahe 1 = Luft) in Richtung 80 wandert. Irgendwann braucht man nicht mehr zu messen, um zu wissen, dass es viel zu nass ist - da genügt zu wissen, dass es zu viel ist.

EDIT: https://www.amazon.de/AZDelivery-Bodenf ... B07HJ6N1S4
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Re: PCB Wasserfest "machen" (Vergießen?) Erdfeuchtigkeitssensor

Beitrag von Bastelbruder »

Der Digikey-Artikel ist wirklich interessant und besonders hilfreich.
Eine wirklich nicht abwegige Idee ist es, die Bodenfeuchte mit einem kombinierten Temperatur- und Luftfeuchtesensor zu messen, auch wenn sich die Auswertung solchermaßen mißbrauchter Sensoren ziemlich knifflig darstellt.

"Die Hersteller von Feuchtigkeitssensoren stellen üblicherweise Gleichungen zur Verfügung, um den Sensorausgang in den volumetrischen Wassergehalt umzurechnen. Die Bodenbedingungen oder die Anwendung selbst können dennoch den Einsatz einer Umrechnungsgleichung erforderlich machen, die für die jeweilige Situation besser geeignet ist."

Die Formel zur Umrechnung von relativer zu absoluter Luftfeuchte findet sich in der Wikipedia, sie wird hier aber garnicht gebraucht. Denn wie man relative Luftfeuchte einer vergrabenen Blase in Feuchte der umgebenden Erde umrechnet, ist primär eine Funktion der im Boden enthaltenen Salze und deren jeweiliger Feuchte über gesättigter Lösung. Auf gut deutsch: fast ausschließlich abhängig von Düngerzugaben und Wasserqualität.

Aber Hauptsache man hat verkauft einen nicht billigen Sensor, der als seriöser Feuchtesensor spezifiziert ist.

Und dann ist da noch dieser Absatz:
"Die Notwendigkeit exakter Bodenmessungen
Die Notwendigkeit, den Wassergehalt und den pH-Wert des Bodens auf dem passenden Level zu halten, ist eine Grundvoraussetzung für Pflanzenzüchter jeglicher Größenordnung. Ist der Wassergehalt des Bodens nicht hoch genug, hat dies für jede Pflanze direkt eine reduzierte Photosynthese zur Folge. Weitere biologische Prozesse wie die Stickstofffixierung in bedeutenden Hülsenfrüchten wie Sojabohnen verschlechtern sich ebenfalls."

Die richtige Bodenfeuchte sorgt also vor Allem dafür daß bestimmte Glaubensgemeinschaften (die man wohl gegründet hat um den Kannibalismus einzudämmen) mir meine Leibspeisen nicht streitig machen. Ok, jetzt ich bin damit einverstanden. :D
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Re: PCB Wasserfest "machen" (Vergießen?) Erdfeuchtigkeitssensor

Beitrag von zauberkopf »

Also vieles stimmt.. theoretisch.
Die Notwendigkeit, den Wassergehalt und den pH-Wert des Bodens auf dem passenden Level zu halten, ist eine Grundvoraussetzung für Pflanzenzüchter jeglicher Größenordnung.
Jein.. natürlich kann man das übertreiben.
In der "Hanfszene" gibts da die Einheit : Gramm pro Watt.
Da wird auf PH, EC.. etc.. geachtet.. um der Pflanze möglichst das Optimum zu bieten.

Aber das muss nicht sein !

Deshalb halte ich wirklich nichts von Sensoren nur um eine Shit Fucking Zimmerpflanze am leben zu halten.
Im gegenteil : KISS
Und mit dem Prinzip haben sogar Züchter Erfolg.
Sei es Indoor Growing, oder Terraristik.
Mit ähnlichen Fragestellungen habe ich mich zu Begin meines Regenwaldterrariums auch beschäftigt.
Ich dachte, ich müsste alles kontrollieren.
Ein sehr erfolgreicher Züchter aus Münster hatte mich dann später bestätigt : Ganz simple Technik => Pfeilgiftfrösche vermehren sich => Tropische Pflanzen vermehren sich => Erfolg.

Bei Pollin gibt es für ganz wenig gute Pumpen.
Wenn die Pflanzen in reihe stehen, kann man sich überlegen, ein Gardana Mikrodrip System anzuschaffen.
Oder Urlaubsbewässerung.
Das muss kein komplettes System sein.. die einstellbaren "Düsen" gibts im Baumarkt auch einzeln.
Aber selbst ohne das, würde man mit ner billigen Pumpe und etwas herumliegenden Schrott es leicht schaffen, für ca 10Eur was zu tütteln, was die Pflanze dauerhaft am leben hält.
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Re: PCB Wasserfest "machen" (Vergießen?) Erdfeuchtigkeitssensor

Beitrag von teff »

Bin ich froh, dass meine Chinasensoren immer noch eingeschweißt irgendwo rumvegetieren weil ich es auch diesen Sommer nicht geschafft habe, die in die Balkontomaten zu bauen. :D Ich habs nicht mal zu zauberkopfs robuster Simpellösung geschafft weil Schlauchgedöns und Wassertank auf dem Balkon einfach nicht familienkompatibel sind.

Ich habe aber glaube ich das Problem noch nicht so richtig verstanden - oder sind es eigentlich zwei Probleme? Farbe hatte ja das Problem, dass sich das PCB auflöst. Liegt das nicht einfach nur an der Feuchtigkeit? Während im Thread hauptsächlich die Korrosion der Leiterbahnen bzw im Boden versenkten Drähte diskutiert wurde (AC und so) - was ja eigentlich ein zweites Problem ist, von dem ich immer dachte, es sei durch die kapazitive Messung (im Vergleich zur Widerstandsmessung) deutlich reduziert. Müssten angelötete Drähte nicht das PCB-Schmodder-Problem lösen und wegen der kapazitiven Messung einigermaßen lange halten?

Und zum Sojaproblem: Die größten Anhänger der Glaubensrichtung sind wohl (wenn auch vielleicht nicht ganz freiwillig) Brathähnchen und Schnitzeltiere.
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Re: PCB Wasserfest "machen" (Vergießen?) Erdfeuchtigkeitssensor

Beitrag von zauberkopf »

nicht mal zu zauberkopfs robuster Simpellösung geschafft weil Schlauchgedöns und Wassertank auf dem Balkon einfach nicht familienkompatibel sind.
Das ist eben die Kunst.. also die Technik zu verstecken.
Mit Microdrip, kannste ein schlauchsparendes "Bussystem" bauen.
Das ist besser als die "Sternverkabelung" bei der Urlaubsbewässerung.
Der Tank.. da fallen mir viele kreative ideen ein, wo man einen Tank einbauen könnte..
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Re: PCB Wasserfest "machen" (Vergießen?) Erdfeuchtigkeitssensor

Beitrag von Bastelbruder »

teff hat geschrieben: Di 22. Dez 2020, 07:04... das Problem, dass sich das PCB auflöst. Liegt das nicht einfach nur an der Feuchtigkeit? Während im Thread hauptsächlich die Korrosion der Leiterbahnen bzw im Boden versenkten Drähte diskutiert wurde (AC und so) - was ja eigentlich ein zweites Problem ist, von dem ich immer dachte, es sei durch die kapazitive Messung (im Vergleich zur Widerstandsmessung) deutlich reduziert. Müssten angelötete Drähte nicht das PCB-Schmodder-Problem lösen und wegen der kapazitiven Messung einigermaßen lange halten?
Ein Problem könnte tatsächlich darin liegen dem Sensor zu vermitteln daß er jetzt kapazitiv fühlen soll und den Widerstand gefälligst zu ignorieren hat.

Tatsächlich ist Gleichspannung oder auch bloß unsymmetrische Wechselspannung nicht soo gut. Und die Spannung sollte vielleicht deutlich unterhalb derer sein, die eine Elektrolyse verursacht.

Wechselspannung unterhalb 3 Vss ist in solcher Beziehung ganz gut, sowas funktioniert über Jahre sogar mit blanken Drähten aus Edelrost.
Aber dann haben die Fabrikanten nichts mehr zu verkaufen und die Maker bichts mehr zu maken.
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Re: PCB Wasserfest "machen" (Vergießen?) Erdfeuchtigkeitssensor

Beitrag von teff »

Bastelbruder hat geschrieben: Di 22. Dez 2020, 09:02 Ein Problem könnte tatsächlich darin liegen dem Sensor zu vermitteln daß er jetzt kapazitiv fühlen soll und den Widerstand gefälligst zu ignorieren hat.
Ich dachte jetzt vor allem an die Haltbarkeit, wochenlange Dauerelektrolyse ist ja nicht so pralle für die Kontakte. Dass das bei kapazitiver Messung weniger relevant ist ist aber bei mir gefährliches Halbwissen - vielleicht hab ich auch angenommen, dass das in beide Richtungen gemessen wird. Über die Meßproblematik selbst habe ich mir tatsächlich noch keine Gedanken gemacht.
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Re: PCB Wasserfest "machen" (Vergießen?) Erdfeuchtigkeitssensor

Beitrag von j.o.e »

Bastelbruder hat geschrieben: Di 22. Dez 2020, 09:02 Tatsächlich ist Gleichspannung oder auch bloß unsymmetrische Wechselspannung nicht soo gut. Und die Spannung sollte vielleicht deutlich unterhalb derer sein, die eine Elektrolyse verursacht.
Wechselspannung unterhalb 3 Vss ist in solcher Beziehung ganz gut, sowas funktioniert über Jahre sogar mit blanken Drähten aus Edelrost.
Chemie ist nicht mein Fachgebiet -- aber redest du von der "Zersetzungsspannung" (+ ev. Zuschlag für "Überspannung")?
Ich kenne den Begriff "Zersetzungsspannung" nur als Differenz der Potenziale der Elektroden (bestimmt mithilfe der elektrochemischen Spannungsreihe), und die ist meiner Meinung nach bei gleichartigen Elektroden genau null.

Diese ominöse "Überspannung" vermag ich nicht zu berechnen. In welchem Bereich liegt denn die? Milli-Volt oder eher Volt?

Wir sind bisher immer von metallischen Elektroden ausgegangen. Was hältst du stattdessen von "Kohle" (z.B. ausgebaut aus ausgelutschten Zink-Kohle-Zellen)?
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Re: PCB Wasserfest "machen" (Vergießen?) Erdfeuchtigkeitssensor

Beitrag von Bastelbruder »

Es geht natürlich auch Kohle, aber die Spannung muß so gering bleiben daß sich das Wasser nicht in Elektrodenisoliergas verwandelt.
Eine hochsporadische Messung (10 ms alle Minute) oder so, oder mit entsprechend langsamer Wechselspannung die an den Elektroden nur Millisekundenimpulse produziert, könnte natürlich die destruktive Auswirkung von Fehlern reduzieren.
Farbe
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Re: PCB Wasserfest "machen" (Vergießen?) Erdfeuchtigkeitssensor

Beitrag von Farbe »

Hallo Leute,

danke für die vielen Antworten. Ich fasse zusammen:

- Problem 1: Leiterbahnen im PCB Oxidieren / Lötstopp löst sich auf (selbst in komplett mit Epoxi eingegloddertem PCB)
- Problem 2: Oxidation ist beschleunig da die China Sensoren DC auf das "Sensor PCB" geben
- Problem 3: Scheinbar mist die Schaltung eigentlich mist (siehe Diskussion um das Ersatzschaltbild)


- Fix 1: PCB durch CU-Lack Draht ersetzen. (Siehe Bilder weiter oben)

Gestern habe ich nochmal den Messaufbau geprüft: selbe Werte wie am Anfang = Kupferlackdraht ist immer noch nicht im geringstem beeindruckt.
Sieht also so aus als wäre das weit haltbarer als das FR4.
Der Draht hängt jetzt schon seit 6 Tagen mit 65V beaufschlagt im "Wasser" (Salz+Essig) rum und der Isolationswiderstand ist immer noch höher als ich Messen kann >400Gohm (BTW wenn ich die Silikon Messleitung anfasse sinkt der Iso Widerstand dramatisch (Strom steigt), d.h. der Aufbau ist schon sehr empfindlich).

- Fix 2: Serienkondensatoren

Der Schaltung wurden Serienkondensatoren mit >10x größerem Wert, als der Sensor, hinzugefügt. Das sollte DC komplett vom Sensor fern halten und die Haltbarkeit weiter verbessern. Gleichzeitig aber die Empfindlichkeit nicht reduzieren.

-Fix 1 und 2: Sensor nur bei der Messung versorgen. Messung nur sporadisch ausführen.

Ich hab festgestellt das mein Code einen Fehler hat und den Sensor nach der Messung garnicht deaktiviert. Ich hab den Pin nur High gesetzt aber nie Low..
D.h. mein Sensor war nicht wie am Anfang geschrieben nur bei der Messung an, Er war immer an..
Eigentlich war die Spannung aber immer sehr gering, 5V lagen am Sensor an.

- Fix 3: Nicht vorhanden, bzw Theorie des Ersatzschaltbilds nicht bestätigt.

Sobald meine PCBs und Bauteile da sind mach ich mal ne Messreihe mit Wasser ausgewaschener Erde und Erde mit viel Dünger. Das sollte dann ne Idee geben welcher Kondensator/Widerstand vom Ersatzschaltbild wie stark ausgeprägt ist. Immerhin wissen wir noch nicht obs vielleicht egal ist.
(Immerhin gibt es 200€ Sensoren die mit dem selben Ersatzschaltbild klarkommen müssen, und die schaffen angeblich 1,5% Genauigkeit)

Zauberkopf:
Ich versteh die Lösung mit dem dauerhaft nen bisschen gießen schon. Nur ist mir das nicht IGOR genug, ich will Daten :D (BTW seit wann ist ne total übertriebene Lösung für nen Problem hier verpönt? :oops: )
Wahrscheinlich kommt ne Pumpe dann bei bedarf dazu. Stecker wird am uC vorgesehen so das ich im Urlaub einfach nen Eimer und ne Pumpe neben die Betroffenen Pflanzen stellen kann. Ansonsten stehen bei mir die Pflanzen zu weit vom Leitungswasser weg (Wohnzimmer / Schlafzimmer / Küche (da aber die falsche Wand). Das heiß ich müsste Eimer aufstellen aus denen die Pumpe versorgt wird = Die müssen doch dann auch überwacht werden sonst verpenne ich die aufzufüllen.

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Re: PCB Wasserfest "machen" (Vergießen?) Erdfeuchtigkeitssensor

Beitrag von zauberkopf »

Okay.. ich muss noch daszu sagen, das ich gewisse arten von Sensoren hasse.
nämlich die, die mit der Zeit driften.. nichts gegen Temperatursensoren.. etc...
Aber mit Feuchtigkeitssensoren habe ich echt ein persönliches Problem ! ;-)
Das Ding ist auch der, das mit der Zeit nicht nur das Material oxidiert, sondern Bodenlebewesen interagieren mit ihm..
.. Wurzeln...

Eimer ist gut. Anschluss ans Wassernetz ist Risiko pur.
Wasserschaden ist ekelhaft !
Und füllstand zu überwachen ist wirklich einfacher. Je nach dem was Du giest, und wie geizig zu bist, reicht ein Eimer wirklich Wochen.
Und weniger ist hier wirklich mehr. Zu feucht, und die Wurzeln vergammeln Dir weg. Und die Pflanze verdurstet, während sie im Wasser schwimmt...
Ach, was ich noch hatte : Bei mir stand der Wasserbehälter auch auf der Fensterbank. War kein Eimer, sondern ein ähnlich grosses Gefäß auf der Fensterbank.
Dunkel lackiert, damit sich keine Algen bildeten, aber mit einem Sichtfenster für den Wasserstand. Hier kann man mit ner LED auch was machen.
Auch optisch, damit das ggf WAF tauglich ist.
Dafür musste ich allerdings noch ein Ventil noch zusätzlich investieren, weil sonst je nach Wasserstand, das System auch ohne Strom lief...

Wegen Igor.. also fand mein altes Bewässerungssystem, das bis zur Außerbetriebnahme durch umzug perfekt lief, Igor.

Wobei.. 2 Ideen hätte ich wie man Bodenfeuchte sehr driftarm(und dafür IGOR) noch messen kann :
1. Luftfeuchte durch Taupunktmessung, mit Peltierlement, Spiegel, Laser und Photozelle..
2. Wärmeleitung des Bodens, Also Heizung + Temperatursensor + uC. wobei.. hier können auch wieder Wurzeln den Spass verderben

Wurzeln erwähne ich deshalb gerne : Ich habe gemerkt das häuffiges und wenig giesen folgenden effekt hat :
Irgendwann hasste ne Riesen Pflanze einen viel zu kleinen Topf ! Das war echt interessant zu sehen, das wenn man die Pflanze aus dem Top zog, man nur noch wurzeln sah.
Da bröselte keine Erde... da war nur ein einzig grosses Wurzelwerk in form des ursprünglichen viel zu kleinen Topfes.
j.o.e
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Re: PCB Wasserfest "machen" (Vergießen?) Erdfeuchtigkeitssensor

Beitrag von j.o.e »

Bildschirmfoto 2020-12-19 um 19.54.51-mod.png
Bildschirmfoto 2020-12-19 um 19.54.51-mod.png (7.69 KiB) 21817 mal betrachtet
(Die Schaltung von Farbe, etwas modifiziert)

Einige Unbekannte kann man bestimmen: (Herleitung siehe alte Beiträge im Faden)

Code: Alles auswählen

d = Durchmesser des Drahtes
a = Länge des Drahtes
dd = Schichtdicke Lack

εr	d[mm]	dd[mm]	a[mm]	A[m^2]		C[F]
1.4	1.5	0.030	150	0.000707	2.92123e-010
Für C1 und C2 habe ich 290pF errechnet mit d = 1,5mm, a = 150mm, εr = 1.4 (Mittelwert zwischen PU und PP), Schichtdicke dd = 30um.

===

Code: Alles auswählen

d = Durchmesser des Drähte
D = Abstand der 2 Drähte
a = Länge der Drähte

	εr	d[mm]	D[mm] 	a[mm]	a*π*ε		D/d		x+sqrt(x^2-1)	C
Luft	1	1.5	10	150	4.17235e-012	6.666667	13.257907	1.61432e-012
C3 @ ε = ε0 liegt damit bei 1.61 pF

Aus https://www.mikrocontroller.net/topic/335407 konnte ich Werte fürs εr rausziehen:

Code: Alles auswählen

Medium			Frequenz kHz   Mittel	εr 
Frei in der Luft	430 ... 460	445	1
Erde trocken		120		120	3.708333
Erde nass		80 ... 120	100	4.45
Damit:

C3 @ Erde trocken = 6.2 pF
C3 @ Erde trocken = 7.2 pF
D2O
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Re: PCB Wasserfest "machen" (Vergießen?) Erdfeuchtigkeitssensor

Beitrag von D2O »

Ich finde das Tempo, in dem hier gebastelt wird beachtlich. Sehr schön.

Um das ursprüngliche Problem, die Pflanzen vertrocknen, zu lösen gibt es noch einen Ansatz:
Töpfe mit Reservoir und Docht.
Da ist Platz für einigen Vorrat ans Wasser und die Pflanze ist nicht zu nass.
Gerade für Kräuter (Basilikum) oder Chilis funktioniert das bei mir ziemlich gut.

Es gibt die Systeme fertig zu kaufen (z.B. von emsa), bei mir funktioniert das aber auch gut mit etwas Paracord oder einem Streifen Baumwolle (altes T-Shirt). Man brauch nur einen Übertopf, in dem ausreichend Platz ist.
Farbe
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Re: PCB Wasserfest "machen" (Vergießen?) Erdfeuchtigkeitssensor

Beitrag von Farbe »

@D2O
Sowas mach ich immer recht simpel mit Eimer und schnur wenn ich länger in den Urlaub fahre.
Wäre möglich aber:
Denkt doch bitte an den Igor Faktor! :D
(So ein mist das hier soviel Ideen kommen die einfach sind und das Problem komplett umschiffen. Ich wollte doch basteln :))


NEWS:


Meine PCBs sind angekommen:
image1.jpeg
Ich hab sie dann gleich bestückt und mit den Sensor Drähten versehen:
image0.jpeg
Die kleinen Weißen Plastik Stabilisatoren sind 3D gedruckt und halten den Draht erstaunlich gut!

Ich habe erstmal den Messbereich Kalibriert.
Es zeigt sich :roll: das Vgth der 2N7002 zu hoch ist um an 3,3V den Sampel Kondensator zu entladen. Es flogen noch ein paar BC847 rum also sind die rein gekommen.
Um einen Besseren Messbereich zu bekommen hab ich die Frequenz weit gesenkt. 17Khz. Gleichzeitig hab ich den Ladewiderstand vom Sensor Kondensator erhöht damit er länger läd.
So ergeben sich sinnvolle Werte (nicht 93k..).

Das soll bewirken das der Sensor + Widerstand selbst in Trockenster Erde noch bei <tau ist damit die Kurve linearer ist.
Denn ab ca 1/2 Vcc / 50% Uc wird die Kurve sehr krumm weils ja ne normale Ladekurve vom Kondensator ist. Man hätte also 0-2,5V bei 5V Versorgung und 1,65V bei 3,3V als "linear".
Der letzte Spannungsfolger in der Schaltung hätte ruhig noch 2 Widerstände zur Einstellung der Verstärkung bekommen können. Dann hätte man wieder auf VCC hoch gehen können (mit Rail2Rail op) und/oder sogar noch geringere Spannungen am Sensorkondensator fahren können.

EDIT: Ich weiß garnicht wieso ich keine CC Quelle zum laden des Kondensators eingebaut hab, das wäre natürlich viel besser (Linear..).

Soll heißen für "brauchbare" Linearität müsste man auf:
Sensor in der Luft = vcc/2
Sensor voll in Wasser = 0V
kommen.

Ich habe ein bisschen anders dimensioniert.
Der Sensor hängt ja nie in der Luft also habe ich ihn auf:
Knochentrockene (Mikrowelle) Erde = 75% Vcc (Wenns so trocken ist sind die Pflanzen tot)
Triefend Nasse Erde (ala matsch auf dem Gehweg vom Festival nach Regen) = 10% Vcc

Das sollte brauchbar messen und wird jetzt einem Praxistest unterzogen. Man kann warscheinlich R3 (oder C1 verkleinern = höhere Frequenz) noch vergrößern ums so noch einen besseren Bereich hinzubekommen Ich werde jetzt einen Sensor vergießen und den im Basilikum testen. Mal sehen wie die Werte aussehen.

Dazu jetzt noch die Kurven überm Sensor :
Luft.png
Knochen_trocken.png
Wohlfühl_feuchigkeit.png
patsch_nass.png
Das ganze ist bei 5V VCC.

Dann Erstmal testen. In der Praxis die Auswirkungen des "R Wasser" geprüft. Dazu hab ich den Sensor in destilliertes Wasser und in Essig+Salzlösung geprüft. Ergebnis:
R-Wasser macht absolut keinen unterschied. Es kommt am Ausgang des Sensors quasi die identische Spannung raus.
Wenn ich den Sensor mit dieser Konfiguration jetzt in destilliertes Wasser hänge ergeben sich 0,3V am Ausgang.
Bei Salzwasser sinds ganze 0,32V. Der unterschied kann auch von unterschiedlicher eintauchtiefe kommen uns ist mehr Messfehler als R-Wasser.
Aber wieso sich R-Wasser jetzt nicht sonderlich/garnicht auswirkt kann ich nicht sagen. Vielleicht haben ich un Joe noch nen Denkfehler?
Zuletzt geändert von Farbe am Di 29. Dez 2020, 02:59, insgesamt 1-mal geändert.
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