Methangasmessung mit Arduino - Schulprojekt

Hallo, zuerst wollte ich mich kurz vorstellen. Mein Name ist Leon ich bin 16 Jahre alt und Schüler auf einem Gymnasium. Zur Zeit besuche ich die 10. Klasse. Für ein großes Schulprojekt, bin ich gerade dabei, mehrere kleine Biogasanlagen zu bauen. Wir testen, welche Stoffe am besten geeignet sind. Dazu müssen wir aber natürlich auch täglich messen, wie viel Methangas sich in unserem Tank befinden. Da konventionelle Messgeräte leider viel zu teuer sind, habe ich überlegt, ob nicht auch Arduino Abhilfe schaffen könnte. Mit Arduinos habe ich bis jetzt leider nur wenig Erfahrung (Die Streuerung meines 3D Druckers funktioniert mit einem Arduino Mega.) Nun brauche ich eure Hilfe... Die Arduinos sollen die Gaskonzentration durchgehend messen und auf einem kleinem Display anzeigen: Welche Sensoren könnt ihr mir empfehlen? Welchen Arduino kann ich verwenden? Welches Display? Und gibt es irgend wo eine Seite auf der ich mir das Arduino Programmieren beibringen kann? Ich bitte um eure Ratschläge, Kritik und bedenken. Gruß Leon

Ich weiß nicht wie viel Gas bei eurer Anlage anfällt, aber messen kann man das entstandene Gas auch relativ einfach ohne Elektronik..

Entstehendes Gas in ein Gefäß im Wasser umleiten. Das Gas verdrängt das Wasser, je mehr Gas, desto mehr Wasser wird verdrängt und der Wasserspiegel im Gefäß wandert nach unten. Wenn du das Volumen des Gefäßes weißt, weißt du auch die Menge an entstandenem Gas.

Sensor wirst du mal googlen müssen. Genaugenommen gilt das dür alle weiteren Fragen ebenfalls-mit einer Einschränkung: keine Webseite wird dir das programmieren beibringen. :) Das wirst du halt einfach lernen müssen, aber es gibt hunderte Tutorials dazu. Da die heutige Jungend offenbar nix mehr begreift, was sie nicht auf Video sehn kann (jedenfalls so mein Eindruck, jeder Hanswurst muss irgendwelche "Tutorials" auf youtube laden), empfehl ich youtube einfach mal- da gibts auch einen oder zwei recht gute deutsche Einsteiger-Kanäle.

Sensor hab ich auf die Schnelle (Dauer der Suche weniger als zehn Sekunden!) mal das gefunden: http://www.watterott.com/de/Methane-CNG-Gas-Sensor-MQ-4 Wie man das Ding anschliesst, steht dabei. Auswertung analog-auch das kein Problem, wenn man die Grundlagen dazu drauf hat. Was dann weiteres kommt- Display, Datenlogger, richtet sich nach Anforderung und Können. Display-im Grunde sollte nen einfaches LCD ja schon genügen, ich persönlich würde allerdings ein OLED vorziehen-zum einen bekommt man die noch preiswerter (Stückpreis nen Fünfer etwa, und die können zudem auch noch I2C, also echt simpel zu handhaben), zum anderen sind sie deutlich stromsparender, haben locker nen genauso gutes Kontrastverhältnis (wohl eher um Welten besser), und sind einfacher anzuschliessen, wegen dem I2C.

Arduino würd ich nehmen, was grade rumliegt, bzw. halt den billigsten: Pro mini aus China. 8) Andererseits: mit einem Arduino MEGA 2560 kannst du problemlos gleich 16 solcher Sensoren verarbeiten, also reicht einer wohl schon für eueren gesamten Testaufbau. Bei 16 solchen Sensoren wäre dann allerdings ein etwas grösseres Display sinnvoller- z.B. nen 1.8" TFT- da kriegt man, glaub ich, 20 Zeilen drauf. Insgesamt also die preiswerteste Lösung: den Mega 2560 gibts beim Chinesen für ungefähr 15€, dazu nen TFT, für etwa 12 € (die Teile gibt es auch gleich noch mit SD-Kartenslot hinten drauf, so dass man das Ganze durchaus auch noch loggen kann), und dazu dann die nötige Anzahl der Sensoren- bin sicher, auch die kann man noch billiger haben. Stromversorgung dann über nen kleines Steckernetzteil, oder, wenn es mobil sein soll, halt irgendein Akku.

Zur Software ist dann nicht viel dazu: einfach zyklisch alle Sensoren abfragen (ggf. die Ergebnisse noch filtern, ich weiss nicht, was diese Sensoren so treiben) und ab aufs Display damit. Bis zu acht dieser Sensoren sollte auch der Pro Mini noch bewältigen können, aber ob der mit nem TFT noch klar kommt, da musst du dich mal einlesen. Der wäre noch billiger zu haben, so ab 2€ etwa.

Mit Arduinos habe ich bis jetzt leider nur wenig Erfahrung (Die Streuerung meines 3D Druckers funktioniert mit einem Arduino Mega.) Nun brauche ich eure Hilfe…

Autsch! Da haste dann garnichts gelernt und nur den Gutenberg gemacht. Entscheide dicht erst einmal wie du messen möchtest.
Clees Vorschlag ist nicht mal verkehrt. Hier könnteman ggf. doch sogar mit einem Drucksensor arbeiten. Güngstig wirds bei Drucksensoren meist nicht und auch die Anbindung bedarf ein bisschen elektronisches Verständnis. Typisch sind aus der Industrie 0 oder 4 - 20mA oder 0 - 10V. Wobei letzeres noch über einen Spannungsteiler das geringere Übel ist.

Ja habe mittlerweile mich auch mal ein wenig durchgegoogled, und habe ein paar sinnvolle Sachen gefunden. Danke Clee für die echt gute Idee mit dem Messen. Brauche aber auch die Konzentration, da beim Verrotten nicht nur Methan entsteht. Werde also beide Verfahren benutzen.
@Rabenauge: Sensoren Bildschirm und Arduino sind bestellt. Habe mich für die Lösung mit einem Arduino entschieden und regle damit alles zentral. Vielen Dank für deine Hilfe! (Schaue gerade fleißig Arduino einsteiger Tutorials)

@sschultewolter: Ja, so in etwa könnte man das nennen. Erfahrung mit Elektronik habe ich zum Gllück und Basteln kann ich auch ganz gut (kann Löten, Schaltungen bauen, und sonst haben ich schulisch bedingt immer mit Basic Stamps gearbeitet und zum Beispiel Autos gebaut etc.)

Noch einmal vielen Dank an alle und für weitere Ideen bin ich offen :slight_smile:

Ein Metangassensor ist nicht für hohe konzentrationen gemacht. Ich glaube nicht daß Du direkt das produzierte Gas messen kannst. Kontrolliere mal welche Meßbereich die Gassensoren haben und welche anderen chiemischen Substanzen mitgemessen werden die auch bei der Fäulnis produziert werden (CO2, Wasserdampf) .

Grüße Uwe

Stimmt… hab mir gerade die Beschreibung durchgelesen und es entdeckt… 200-10000ppm also 0,02-1,00 Prozent Gasanteil. Das heißt für mich, entweder muss ich das Gas stark verdünnen was mir jedoch große Verluste bringt, oder ich muss mir eine andere Lösung finden. Danke für den Hinweiß.
Gruß
Leon

Messen an sich sollte kein Problem sein. Ich denke da so an Frigend/Kältemessgeräte in der Industrie. Die werden aber jeglichen Hobbyetat sprengen.

Ein Schulprojekt wird da so nie hinkommen. Wichtig ist nur, dass hr wisst, wieso ihr diesen Weg eingeschlagen habt.

Die Konzentration kann man ja "einstellen" indem man eine definierte Menge Luft zumischt. Das sollte mit relativ geringem Aufwand machbar sein, es muss ja nicht mal allzu genau werden, wenns nur darum geht, rauszufinden, welche Mischung das meiste Gas produziert. Da reicht es, in jeden Probenbehälter die selbe Luftmenge einzumischen. Mit nem Blasebalg zum Beispiel.

Googele mal nach dem Funktionsprinzip des Methangassensors! Dann wirdt du festestellen, das die Dinger zusätzlich zum Methan den Sauersoff brauchen, da an der Oberfläche katalytisch Methan oxidiert wird und dadurch die Leitfähigkeit der Oberfläche geändert wird. Ohne Sauerstoff also auch keine Messung. Der nächste Punkt ist, das du dich auch mal mit dem Thema Explosionssicherheit auseinandersetzen solltest. Du weißt ja: "Bei Gasgeruch bitte klingeln, es wird Ihnen sofort geöffnet!" ]:D Was ist denn im Faulgas alles drin? Ich vermute mal hauptsächlich CO2 und eben Methan und andere brennbare Bestandteile, vielleicht noch ein bisschen Ammoniak, Schwefelwasserstoff usw. CO2, was noch in nennenswerten Mengen anfällt, bekommst du mit Branntkalk oder Natronlauge gebunden. Schwefelwasserstoff ebenso. Der Rest ist dann so ziemlich alles Methan, eventuell noch ein bisschen Ethylen (bei Obst z.B.). Das würde ich entweder so, wie oben beschrieben, volumetrisch messen. Oder wenn es mehr ist, mit einem kleinen Flügelrad. Derartige Sensoren gibts fertig als Gasuhr oder Wasseruhr bereits fertig aufgebaut. Bei kleineren Mengen kann man auch calorimetrisch messen. Googele mal nach dem Stichwort MFC oder massflow controller. Dort wird in einem Rohr mittels eines konstanten Stromes ein Heizelement erwärmt. Je nach durchströmender Gasmenge wird das Heizelement dann wieder abgekühlt. Bei größeren Volumina wird nur ein kleiner Teilstrom gemessen, der proportional zum Hauptstrom ist.

Gruß Gerald