TL231 - 24V 4-20mA Wasserstandssensor

Übersicht

Der TL231 Wasserstandssensor basiert auf einem Drucksensor welcher die Wassersäule über dem Sensor messen kann. Blog Post

Pascalsches Gesetz

Mit der Wassertiefe steigt der Druck linear an.

$$\Delta p = \rho \cdot g \cdot \Delta h$$

dabei ist $p$ der hydrostatische Druck in Pascal. Und $g$ die Erdbeschleunigung. Normalerweise ungefähr $9.8 \frac{m}{s^2}.$. $\rho$ ist die Flüssigkeitdichte, in $1 \frac{kg}{m^3}$. $\Delta h$ ist die Variable an der wir interessiert sind. Dies ist die höhe über dem Sensor.

$$\Delta h = \frac{\Delta p}{\rho \cdot g}$$

Man kann davon ausgehen, dass $g$ in den 5m Tiefe Konstant ist. Weiterhin ist die spezifische Dichte von Wasser Konstant: $1000 \frac{kg}{m^3}$.

Man sieht nun eine linearität zwischen der Tiefe/Höhe und der Veränderung in Druck. Dies bedeutet, dass immer dann, wenn sich die Wassersäule über dem Sensor ändert, sich auch der Druck an dem Sensor ändert. Die Druckänderung ist also direkt proportional zu einer Änderung in der Höhe der Wassersäule über dem Sensor.

$$\Delta h \sim \Delta p$$

Höhenunterschied interpretieren

Wir wissen jetzt, dass eine Veränderung im Druck eine Veränderung der Wassersäule über dem Sensor bedeutet. Die Druckänderung ist proportional zu dem Strom welcher der Sensor “ausgibt”. Dieser verändert sich von 4-20mA. 4mA ist der Druck kurz unter der Wasseroberfläche und 20mA ist die maximale Tiefe in welcher der Sensor noch funktioniert. Meistens bei dieser Art von Sensor 5m. 20mA “Ausgabe” bedeutet also eine Tiefe von 5m. Alles schön linear, weil sich der Druck auch linear verändert. (Im Gegensatz zum Luftdruck zum Beispiel.)

4-20mA

Die 4-20mA Stromschnittstelle ist sogar ein Industrie Standard. Eigentlich ein recht tolles Konzept, denn mit nur 2 Messadern, kann ein Kabelbruch und eine Fehlmessung detektiert werden, weiterhin spielt der Leitungswiderstand kaum eine Rolle. Strom ist ausserdem noch recht unbeindruckt von Störungen. Nachteil ist, dass man noch eine Stromversorgung braucht für seinen Sensor, meist 24V und weiterhin eben das Strommessmodul auch Umformer genannt mit dem die 4-20mA gemessen werden können. Um das ganze mal zu testen kann man auch erstmal sein Multimeter bedienen. Stromschnittstelle

Verbindung

Verbindungs

Simple Verbindung von einem 4-20mA Sensor

Beispiel

Für das kleine Beispiel oben benötigt man:

Benutzung

Um den Füllstandssensor zu nutzen, braucht man eine Möglichkeit Strom zu messen. Der Sensor verändert seinen Strom proportional zu der Wassersäule über dem Sensor.

Der Sensor lässt sich auch gut mit anderen Flüssigkeiten benuzten. (Ich persönlich würde so einen China Sensor nicht in meinen Heizöl-Tank hängen.)

Code

Für das HW-685 Modul gibt es eine extra Dokumentation. Eigentlich alles wie in dem HW-685 Beispiel verbinden. Mit einem analogRead lässt sich die Spannung am dem ADC auslesen.

analogRead(PIN_NUM);

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