Bestimmung geringer Höhenunterschiede mit Drucksensoren

Die Idee ein Baromter als Höhenmesser zu verwenden ist ziemlich naheliegend: Aus dem Luftdruck lässt sich leicht die ungefähre Höhe errechnen. Die Genauigkeit ist dabei eher gering, aber für einen Bergsteiger zum Beispiel ist sie ausreichend. Für andere Anwendungsbereiche, bei denen die Abstände im Bereich von wenigen Metern liegen, benötigt man dagegen genauere Sensoren und eine ausgefeiltere Auswertung. Die Frage, ob man einen gewöhnlichen elektronischen Drucksensor als Messgerät für kleine Höhendifferenzen verwenden kann, soll in meiner Forschungsarbeit beantwortet werden. Das Ziel dabei ist zunächst ein störungsfreies und präzises Auslesen der Daten und später das Erstellen eines Modells als Beispiel für eine mögliche Anwendung.

 


 März 2014

 Um zu untersuchen, ob sich Drucksensoren zur Messung geringer Höhenunterschiede eignen, werden zunächst geeignete Sensoren benötigt, die – zumindest laut Datenblatt – die nötigen technischen Bedingungen erfüllen. Das bedeutet, die Sensoren müssen Druckunterschiede im Bereich weniger Pascal erkennen können und für normale Luftrücke (ca. ein Bar) ausgelegt sein. Der erste Sensor, den wir auf seine Tauglichkeit untersuchten, ist ein analoger Sensor (der Luftdruck wird als elektrische Spannung proportional zum Druck ausgegeben) vom Typ MPX4115AP.

[Bild Sensor]

Zunächst prüften wir, ob der Sensor generell geeignet ist, Höhenunterschiede festzustellen. Dazu maßen wir mit einem Voltmeter einfach die Spannung die der Sensor in verschiedenen Stockwerken ausgab. Wie sich allerdings herausstellte, waren die Spannungsdifferenzen zu gering, um gemessen zu werden. Eine genauere Messung war zunächst nicht möglich, da die ausgegebene Spannung immer größer als 6V war. Dadurch konnte kein genaueres Messgerät verwendet werden, da die Spannung es beschädigt hätte. Daher verwendeten wir eine Schaltung, die die überflüssigen 6V konstant vom Ergebnis abzog und damit eine präzise Messung möglich machte.

[Bild Schaltung]

Die verbesserte Genauigkeit führte allerdings zu einem neuen Problem: Je genauer das Messgerät, desto stärker fallen Störungen ins Gewicht und desto stärker wird das Rauschen des Sensors.