PCB Wasserfest "machen" (Vergießen?) Erdfeuchtigkeitssensor

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

Beitrag von ch_ris » Fr 18. Dez 2020, 09:14

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 » Fr 18. Dez 2020, 13:18

Auch das doch recht zähe Titan läßt sich galvanisch abbauen, da ist fast kein Unterschied zu Aluminium und Chrom.

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

Beitrag von Flip » 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?)

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

Beitrag von Julez » 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.

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

Beitrag von Farbe » Fr 18. Dez 2020, 21:15

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 » Fr 18. Dez 2020, 21:26

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...

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

Beitrag von Farbe » Fr 18. Dez 2020, 21:41

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 » Sa 19. Dez 2020, 01:15

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 » Sa 19. Dez 2020, 16:15

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 » Sa 19. Dez 2020, 17:31

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 » Sa 19. Dez 2020, 21:04

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 » Mo 21. Dez 2020, 23:35

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 » Di 22. Dez 2020, 00:26

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 » Di 22. Dez 2020, 05:49

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 » Di 22. Dez 2020, 07:04

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 » Di 22. Dez 2020, 08:53

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 » Di 22. Dez 2020, 09:02

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 » Di 22. Dez 2020, 12:20

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 » Di 22. Dez 2020, 16:03

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 » Di 22. Dez 2020, 18:41

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.

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

Beitrag von Farbe » Do 24. Dez 2020, 19:34

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

Beitrag von zauberkopf » Do 24. Dez 2020, 23:02

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 » Fr 25. Dez 2020, 16:36

Bildschirmfoto 2020-12-19 um 19.54.51-mod.png
Bildschirmfoto 2020-12-19 um 19.54.51-mod.png (7.69 KiB) 730 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 » Sa 26. Dez 2020, 13:35

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 » Mo 28. Dez 2020, 22:29

@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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