Wie funktioniert eine elektronische Füllstandsanzeige
für einen Tank?
Vom hydrostatischen Druck bis zum Ultraschall entdecken Sie die wissenschaftlichen Prinzipien, die den Füllstand einer Flüssigkeit in einem Tank messen. Einfache und illustrierte Erklärungen.
Vielleicht verwenden Sie bereits eine Füllstandsanzeige oder ein Messgerät für Wassertanks. Aber haben Sie sich schon einmal gefragt, wie das genau funktioniert? Hinter der Einfachheit der Nutzung stehen faszinierende physikalische Prinzipien.
Ob Sie einen vernetzten Tankio-Sensor oder ein herkömmlicheres System verwenden, das Grundprinzip bleibt gleich: Eine physikalische Größe wie Druck, Laufzeit oder Kapazität wird gemessen und in einen Flüssigkeitsfüllstand umgerechnet.
Inhalt
schema 1. Allgemeines Prinzip einer elektronischen Füllstandsanzeige
Eine elektronische Füllstandsanzeige misst den Füllstand einer Flüssigkeit in einem Tank mithilfe eines Sensors. Im Gegensatz zu einer mechanischen Anzeige mit Schwimmer oder Peilstab wandelt sie eine physikalische Größe in ein elektrisches Signal um, das anschließend von einem Mikrocontroller ausgewertet wird.
Der Prozess besteht aus 3 Schritten:
- Die Maßnahme Der Sensor (Druck, Ultraschall, kapazitiv) misst eine physikalische Größe in Bezug auf den Flüssigkeitsstand.
- Umrechnung: Ein Mikrocontroller konvertiert dieses Maß in einen Pegelwert (cm, Liter, Prozentsatz).
- Übermittlung: Der Wert wird lokal angezeigt oder über LoRa, WiFi oder Bluetooth an ein Smartphone übertragen.
Jede Messtechnik hat ihre Vor- und Nachteile. Die drei wichtigsten sind der hydrostatische Drucksensor, der Ultraschallsensor und der kapazitive Sensor.
water_pump 2. Hydrostatischer Drucksensor
Die hydrostatischer Drucksensor ist die von Tankio verwendete Technologie. Sein Prinzip ist einfach: Der von einer Flüssigkeit am Boden eines Tanks ausgeübte Druck ist direkt proportional zu seiner Höhe.
Wie funktioniert das in der Praxis?
Stellen Sie sich vor, Sie tauchen in einen Pool. Je niedriger du gehst, desto höher ist der Druck auf dein Trommelfell. Genau das nutzt der Sensor. Am Boden des Tanks platziert, misst er den Druck, den die Flüssigkeitssäule darüber ausübt.
Sensorkomponenten
- A Membran: dünne Schicht, die sich unter Flüssigkeitsdruck verformt.
- Eine Wheatstone Brücke: Stromkreis (Stressmessstreifen), der die Verformung der Membran misst.
- Analog-numerische Wandler: das elektrische Signal in einen digitalen Wert umwandelt.
- Ein Mikrocontroller: berechnet das Volumen entsprechend der Form und den Abmessungen des Tanks.
Vorteile
- Außergewöhnliche Genauigkeit (±2 Liter unabhängig von der Menge).
- Unempfindlich gegen Dämpfe, Schaum und Kondensation.
- Die Tankio-Ausführung ist für Wassertanks und andere kompatible Wasservorräte ausgelegt.
- Keine beweglichen Teile, also kein mechanischer Verschleiß.
graphic_eq 3. Ultraschallsensor
Der Ultraschallsensor funktioniert wie ein Sonar. Er sendet eine hochfrequente, für das menschliche Ohr unhörbare Schallwelle aus, die an der Flüssigkeitsoberfläche reflektiert wird. Aus der Laufzeit der zurückkehrenden Welle werden die Entfernung und damit der Füllstand berechnet.
Es wird über der Flüssigkeit platziert und am Mannloch des Tanks befestigt. Es ist nicht in Kontakt mit der Flüssigkeit, was ein Vorteil erscheinen kann, aber nahe an wichtigen Grenzen.
Grenzen von Ultraschallsensoren
- Genauigkeit: ±5% der gemessenen Höhe, d.h. ±150L an einem 3000L Tank.
- Dampfempfindlichkeit: Dämpfe reduzieren das Ultraschallsignal und verringern die Genauigkeit.
- Schaum: Oberflächenschaum absorbiert Ultraschall und verzerrt die Messung.
- Totwinkel: erfordert einen freien Bereich über der Flüssigkeit, was bei komplex geformten Tanks nicht immer der Fall ist.
Für einen detaillierten Vergleich siehe unseren Artikel Drucksensor vs Ultraschallsensor.
capacitor 4. Kapazitiver Sensor
Die kapazitiver Sensor misst den Pegel, indem die Variation der elektrischen Kapazität zwischen zwei Elektroden erkannt wird. Da Flüssigkeit und Luft nicht die gleiche Dielektrizitätskonstante haben, variiert die gemessene Kapazität mit dem Füllstand.
Konkret wird eine Elektrode vertikal im Tank platziert. Die Kapazität zwischen dieser Elektrode und der Masse (oder einer zweiten Elektrode) ändert sich je nachdem, ob der Raum mit Flüssigkeit oder Luft gefüllt ist. Durch die Messung dieser Kapazität leiten wir den Pegel ab.
Wo finden wir kapazitive Sensoren?
Diese Technologie ist in der Industrie für bestimmte Anwendungen üblich (Leiterflüssigkeiten, unter Druck stehende Flüssigkeiten), aber es ist nicht geeignet für Tanks Privatpersonen. Temperaturschwankungen, isolierende Natur und die Bildung von Ablagerungen auf der Elektrode machen die Messung weniger zuverlässig.
Darüber hinaus benötigt der kapazitive Sensor genaue Kalibrierung für jede Art von Flüssigkeit und jeden Tank, was es für eine Hausinstallation weniger bequem macht.
star 5. Warum tankio den Drucksensor gewählt hat
Bei Tankio haben wir die drei Technologien getestet, bevor wir uns für den hydrostatischen Drucksensor in unseren vernetzten Sonden entschieden haben. Dafür gibt es folgende Gründe:
Zuverlässigkeit vor allem
Ein Drucksensor liefert unter den üblichen Bedingungen eines Wassertanks stabile Messwerte, auch bei Schaum an der Oberfläche, Kondensation und Temperaturschwankungen. Für eine langjährig genutzte Anlage ist Zuverlässigkeit das wichtigste Kriterium.
Genauigkeit für gezielte Einsparungen
Eine genaue Messung hilft, den Vorrat zu verfolgen, ungewöhnlichen Verbrauch zu erkennen und einen Trockenlauf der Pumpe zu vermeiden. Bei einer größeren Toleranz ist schwerer zu beurteilen, wie viel Wasser tatsächlich verfügbar ist.
Kompatible Wasservorräte
Derselbe hydrostatische Drucksensor eignet sich für Regenwasserzisternen und andere kompatible Wasserbehälter. Bei der Konfiguration werden Form und Abmessungen des jeweiligen Tanks berücksichtigt.
Wir haben unseren Sensor so konzipiert, dass er unter den realen Bedingungen eines belgischen Kellers so zuverlässig wie möglich ist. Kein Kompromiss bei der Qualität.
science 6. Wissenschaft hinter der Messung: P = ρgh
Für Neugierige ist hier die wissenschaftliche Erklärung hinter dem Tankio-Drucksensor. Keine Sorge, Sie müssen diese Gleichung nicht verstehen, um unser Produkt zu verwenden, aber es ist immer interessant zu wissen, wie es funktioniert.
Die hydrostatische Grundformel
P = ρ × g × h
- P = Hydrostatischer Druck (in Pascal)
- ρ (Rho) = Dichte von Wasser, etwa 1.000 kg/m³
- g = Beschleunigung der Schwerkraft (9,81 m/s2)
- h = Höhe der Flüssigkeitssäule (in Metern)
Konkretes Beispiel
Bei einem Wassertank mit einer Füllhöhe von 1,5 Metern beträgt der Druck am Boden:
P = 1.000 × 9,81 × 1,5 = 14.715 Pa (etwa 0,147 bar)
Der Sensor misst diesen Druck mit einer Genauigkeit von ±0,01% des Messbereichs, wodurch Schwankungen in der Höhe der Millimeterordnung detektiert werden können. Durch Multiplikation der Oberfläche des Tanks (abhängig von seiner Form und Abmessungen) wird das genaue Volumen in Litern erhalten.
Die tankio-anwendung macht alle diese berechnungen automatisch. Füllen Sie einfach den Typ und die Abmessungen Ihres Tanks während der ersten Konfiguration aus, und das System übernimmt den Rest.
Bereit für den Wechsel zur Elektronik?
Die hydrostatische Tankio-Technologie bietet einen klaren Überblick über Ihren Wasservorrat. Entdecken Sie die vernetzte Füllstandsanzeige und verzichten Sie auf grobe Schätzungen.