Regendauersensor
Das Ziel dieses Sensors ist es, die Dauer des Niederschlages zu erfassen. Der Vorteil ist, dass nun auch kleinste Niederschläge erfasst werden können, die sonst
keinen Wippenimpuls ausgelöst hätten. Desweiteren war es das Ziel den Sensor möglichst einfach und kostengünstig herzustellen. So wurde bewusst auf ein Fertiggerät verzichtet, dass
man nur an einen analogen Sensor anschliessen muss. Die Kosten des reinen Sensors ohne Netzgerät und Sendeeinheit betragen weniger als 8 Euro. Der Sensor wurde mit einer Heizfolie ausgestattet, die Frost und Schneebefall verhindern soll. Ebenso soll die Wärme das Trocknen/
Verdunsten der Tropfen beschleunigen.
Materialien:
Verteilerdose | Baumarkt | 1,10 € |
Lochrasterplatine, Kupferbeschichtet | Conrad | 1,50 € |
Heizfolie 3W | Conrad | 3,69 € |
Printbuchse 2,5mm | Conrad | 0,61 € |
2 Widerstände (2,7 und 5,5 kOhm) | Conrad | 0,20 € |
Schalter | Conrad | 0,79 € |
Verbrauchsmaterialien wie Draht etc. | Diverse | |
Netzgerät 12V; mind.0,3 A | Conrad | |
Poolsensor PS50 (o.ä.) | ELV |
Die Sensorfläche
Die Sensorfläche funktioniert wie ein Schalter, fällt Regen auf die Leiterbahnen wird der Stromkreis geschlossen und dies vom Sensor registriert.
Zuerst muss die Lochrasterplatine nach folgendem Schaubild bearbeitet werden. Dazu werden die Leiterbahnen an jeweils beiden Enden mit Lötkolben
und Lötzinn verbunden. Anschließend muss jede Leiterbahn, im Wechsel an den beiden Enden der Platine, mit einem Dremel (o.ä.) getrennt werden. Das Foto und das Schaubild
verdeutlichen dies.
Es ist besonders darauf zu achten, dass die Zwischenräume der Leiterbahnen nach dem Fräsen frei von leitfähigem Material sind. Diese lassen sich z.B. mit einem
Zahnstocher gut entfernen. Anschließend empfiehlt es sich dies mit einem Voltmessgerät sicherzustellen!
Die Schaltung
Die Wahl der Widerstände ist keineswegs fix, sondern kann natürlich variiert und ggf. verbesert werden. Wichtig ist nur, dass der Messbereich nicht überschritten wird,
denn die Leitfähigkeit der Sensorfläche kann sich während des Regens ändern. Außerdem besitzt die Sensorfläche keinen unerheblichen eigenen Widerstand der mit einkalkuliert
werden sollte. Der parallel geschlatete Widerstand ist dafür da, dem Sensor auch dann einen Wert
zu liefern wenn es nicht regnet. Dieser sollte allerdings höher als der andere Widerstand sein um die Signale "trocken" und "nass" klarer voneinander abgrenzen zu können. Ich
habe mich für einen 5,5 kOhm Widerstand (ungefähr 43° bei Trockenheit) und einem 2,7 kOhm Widerstand entschieden. Mit der Formel
Rges = (R1*R2) / (R1+R2) lässt sich der Gesamtwiderstand zzgl. des Widerstand der Sensorfläche berechnen.
Abweichend von der abgebildeten Schaltung habe ich in ein weiteres Gehäuse eine Kontrolllampe mit dem Schalter eingebaut um die Kontrolle auch
vom Inneren aus kontrollieren zu können.
Gehäuse
Die Heizfolie hat eine selbstklebende Unterseite, mit der sie auf die Unterseite der Sensorfläche geklebt wird. Darüber wird die Sensorfläche mit einigen Milimeter bis Zenitmeter Abstand angebracht.
Als Abstandshalter dienen zwei ca. 1cm lange Plastikröhrchen (diese können aber auch kleiner sein, wenn der Anschluß der Heizfolie dies zulässt).
Der Abstand ist notwendig, damit keine Tropfen an der Kante aufliegen und einen Kontakt auslösen, obwohl es längst nicht mehr regnet. Außerdem sollte die Sensorfläche so angebracht werden,
dass die Leiterbahnen hotizontal verlaufen. Der Vorteil davon ist, dass das Ablaufen der Tropfen dadurch etwas verzögert wird und der Kontakt eher zustande kommt. Zuletzt kann die Verkabelung
in der Box verstaut werden und mit den übrigen Elementen verbunden werden. Im Betrieb sollte die Sensorfläche in einem etwa 45° Winkel stehen, damit die Tropfen ablaufen können.
Ebenso sollte der Standort nicht zu nahe am Boden, unter Dachvorsprüngen oder Ähnlichem sein.
Einbindung in WsWin und Messergebnisse
Die Einbindung des Sensors in WsWin ist sehr einfach. Zuerst merkt man sich den Wert, den der Sensor anzeigt wenn sich absolut keine Feuchtigkeit auf der Sensorfläche befindet. In WsWin unter
Wetterstation -> Spezial Sensoren -> #3 -> Zeit-Sensor den Sensor auswählen, der an dem Regendauersensor angeschlossen ist. Danach nur noch den oben gemerkten Schwellert (plus ein paar Zehntel Grad Toleranz) eingeben
und mit OK bestätigen. Jetzt sollten alle Werte über dem Schwellwert als Niederschlagsdauer interpretiert werden.
Die Diagrammme veranschaulichen wie sensibel der Sensor reagiert. Das linke Diagramm zeigt die absoluten Werte des Sensors und das rechte Diagramm die von WsWin interpretierten Werte. Je
nach Stärke des Niederschlages variiert der Widerstand der Sensorfläche und damit die vom Sensor angezeigten Temperatur. Schon bei geringster Feuchtigkeit spricht der Sensor an.
Anhand des Niederschlagsdiagramm sieht man, dass der erste Wippenimpuls erst einige Stunden später registriert wird, obwohl der schwache Regen viel früher einsetzte.
Weiterer Ausbau
30.12.2009 Die Rückseite der Sensorfläche wurde mit zwei Lagen Alufolie versehen. Dies soll den Wärmeverlust an dieser
Seite verringern.
10.12.2009 Die Kupferbeschichtung der Sensorfläche hat die ersten größeren Regenschauer hinter sich. Bisher sind keine Ablagerungen o.ä. zu entdecken. Es empfiehlt
sich aber, die Sensorfläche gerade nach einigen größeren Regenschauern mit z.B. WD40 zu behandeln, denn dies reinigt die Oberfläche und hemmt die Tropfenbildung.
03.12.2009 Die 12W-Heizfolie wurde durch ein kleinere 3W-Heizfolie ersetzt. Der Vorteil der neuen Folie ist, dass diese nur 0,25 A Strom zieht und direkt unter die Sensorfläche
geklebt werden kann.
Um die Heizung während des Niederschlages automatisch aus- und einschalten zu können, soll zwischen dem Stromkreis des Sensors und dem der Heizfolie ein Relais geschaltet werden.
Ebenso wird sich noch herausstellen müssen wie langlebig die Kuperplatine sein wird. Hier könnte man eventuell mit verschiedenen Materialien oder Behandlungen experimentieren.