BME280 Tauwasserschutz mit PTFE-Druckausgleichsmembran

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BME280 Tauwasserschutz mit PTFE-Druckausgleichsmembran

Beitrag von funkleuchtturm » 03.03.2019, 18:32

Nach mittlerweile umfangreichen Erfahrungen mit dem BME280 in meiner Wetterstationen WEATHERMAN und RAINYMAN hat sich gezeigt, daß das BME280-Modul manchmal nach einigen Monaten Aussenbetrieb nicht mehr funktioniert. Teilweise reicht ein Reset und dann funktioniert es wieder, aber manchmal ist das Modul auch dauerhaft defekt. Die Ursache ist meistens, daß der Sensor „Wasser gesehen“ hat. Bisher hatte ich die Ursache darin gesehen, daß bei Regen mit starkem Wind trotz wirkungsvoller Wetterkappe doch irgendwie Wasser an den Sensor geraten ist. Mittlerweile vermute ich aber Tauwasser als Ursache. Insbesondere im Herbst mit hoher Luftfeuchtigkeit und Nebel kann es vorkommen, daß auf dem BME280-Gehäuse sich Tauwasser niederschlägt. Wenn dieses dann durch das kleine Luftloch in den Sensor gerät, dann funktioniert er nicht mehr. Für diese Ursache spricht, daß fast alle „defekten“ Sensoren durch mehrstündiges „Trocknen“ im Backofen bei 60°C wieder funktionierten!

Als Lösung dieses Problems wurde eine PTFE-Druckausgleichsmembrane verwendet, die aber beim BME280 nicht so einfach angebracht bzw. aufgeklebt werden kann. Diese kreisrunden Membranen gibt es in verschiedenen Durchmessern und haben am Rand eine schmale Klebeschicht. Leider lassen sie sich aufgrund der Platinengestaltung nur sehr unbefriedigend langfristig haltbar auf die BME-Modulplatinen aufkleben. Deshalb wurden spezielle Halter im 3D-Druck entwickelt, die das kleine PTFE-Membranteil (1/4 des gesamten Pads wird nur verwendet) auf den BME280-Chip drücken. Die folgenden Bilder zeigen die Montage der Membran am 5V-Modul(schmal):
Folie1.JPG
Folie2.JPG


Und hier ist analog die Lösung für das 3V-Modul:
Folie3.JPG

Wer einen guten 3D-Drucker hat und versiert im Umgang damit ist kann sich die sehr kleinen Halter selbst ausdrucken:
Hier der stl-File für das schmale 5V-BME280-Modul und das breite 3V-Modul:
bme280_membranhalter.zip
(128.15 KiB) 167-mal heruntergeladen
Folie4.jpg
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Re: BME280 Tauwasserschutz mit PTFE-Druckausgleichsmembran

Beitrag von dondaik » 03.03.2019, 19:57

top!
da bin ich ja beruhigt das der effekt doch nicht nur hier war .... :-)
dann kann ich ja "problem 2" angehen: das der esp wohl bei temperaturen unter 0 einfriert ...
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Re: BME280 Tauwasserschutz mit PTFE-Druckausgleichsmembran

Beitrag von dondaik » 04.03.2019, 19:01

fällt mir gerade so auf
dann muss man das ja auch auf die anderen sensoren ( si7021 usw ... ) übertragen ........
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Re: BME280 Tauwasserschutz mit PTFE-Druckausgleichsmembran

Beitrag von spaceduck » 04.03.2019, 20:10

Seit Ihr sicher das die Messergebnisse mit der Folie nicht verfälscht werden? Dadurch wird das Loch im Sensor abgedeckt, das dürfte mindestens einen Einfluss auf die Luftfeuchtemessung haben.
...Tauwasser niederschlägt. Wenn dieses dann durch das kleine Luftloch in den Sensor gerät, dann funktioniert er nicht mehr.
Ich habe mir beim Aufbau meiner Station darüber auch Gedanken gemacht und den Sensor extra so verbaut das die Öffnung nach unten zeigt....

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Re: BME280 Tauwasserschutz mit PTFE-Druckausgleichsmembran

Beitrag von funkleuchtturm » 04.03.2019, 20:58

spaceduck hat geschrieben:
04.03.2019, 20:10
Seit Ihr sicher das die Messergebnisse mit der Folie nicht verfälscht werden?
Der Sensor SHT21 (Temperatur, Luftfeuchte) hat als Option so eine Membran. Verschiedene Messungen damit haben nahezu keine Verfälschung bei der Feuchtemessung gezeigt. Deshalb glaube ich, daß man das auch auf den BME280 übertragen kann.
Allerdings ist das Luftloch beim BME280 nicht so einfach mit selbstklebenden hydrophoben Membranen-Pads abzudecken. Es besteht die Gefahr, daß man mit dem Kleberand das Luftloch zudeckt. Deshalb habe ich ja das kleines Zusatzteil im 3D-Druck entwickelt, das die Membran einfach an den Rändern des BME280-Metallgehäuse niederdrückt.
spaceduck hat geschrieben:
04.03.2019, 20:10
den Sensor extra so verbaut das die Öffnung nach unten zeigt....
Das ist für Taubildung m.E. nicht relevant. Tauwasser z.B. bei Nebellagen kann auch von unten kommen.

Zumindest rüste ich jetzt bei allen neuen WEATHERMAN und RAINYMAN-Bausätzen die BMP und BME-Module mit der Membran aus. Habe noch weitere Membranen ohne Kleberand bestellt und hoffe, daß die noch besser zu applizieren sind.
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Re: BME280 Tauwasserschutz mit PTFE-Druckausgleichsmembran

Beitrag von dondaik » 05.03.2019, 09:16

oder die aussenstation auf si7021 ( oder ähnlich ) umstellen, wie werden ja zum teil mit folie verkauft, und den luftdruck innen messen ...
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Re: BME280 Tauwasserschutz mit PTFE-Druckausgleichsmembran

Beitrag von funkleuchtturm » 05.03.2019, 15:53

dondaik hat geschrieben:
05.03.2019, 09:16
oder die aussenstation auf si7021 ( oder ähnlich ) umstellen
Ja, das werde ich zumindest als Option programmieren :D
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Re: BME280 Tauwasserschutz mit PTFE-Druckausgleichsmembran

Beitrag von TomT » 06.03.2019, 07:03

Zum BME280 hab ich mal ne Frage Eugen :D
Wie bekommst du mit dem Sensor denn überhaupt annähernd valide Ergebnisse?

Ich habe mir mal einen BME auf Board mitbestellt und bin gelinde gesagt entsetzt, wie weit dieser doch von den echten Daten abschweift.
Selbst nach der Rekonditionierung laut Datenblatt liefert der BME dermaßen falsche Werte, das m.M.n. jeder DHT Sensor genauer ist.

Temperatur +3°C zu hoch, Feuchtigkeit -15% zu niedrig.
Auf dem Board befindet sich mittlerweile nur noch der Levelshifter. Den LDO habe ich schon entfernt, mit 3,3V versorgt und steuere den BME im forced Modus alle 60 Sekunden an.
Und Wasser oder Kondensat hat er auch noch nie gesehen.

Grüße
Tom

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Re: BME280 Tauwasserschutz mit PTFE-Druckausgleichsmembran

Beitrag von funkleuchtturm » 06.03.2019, 07:51

Die grundsätzliche Frage zur Genauigkeit des BME280 darfst Du nicht mir stellen sondern solltest den Hersteller des Sensors fragen. Hier im Forum und auch im Mikrocontroller-Forum ist schon viel diskutiert worden zur Genauigkeit des BME280; klassisch hat dazu viele Versuche gemacht, bei denen der BME280 nicht so schlecht wie von Dir dargestellt aussieht. Wenn man wie beim WEATHERMAN den Sensor (auch den 5V-Sensor) nur mit 3,3V betreibt und im forced mode nur alle 60s abfragt, dann schätze ich die Abweichungen kleiner als 2°C. Mit dem bei mir immer verwendeten vom User einstellbaren Korrektur-Offset habe ich dann über den praktisch vorkommenden Temperaturbereich deutlich weniger als 1°C Abweichung. Damit kann ich leben!

Das Thema Genauigkeit der Feuchtemessung ist noch weitaus komplexer. Wirkliche Messinstrumente kosten ein Vermögen.

In Zukunft werde ich als Temperatursensor auch den SHT21 als optionale Alternative softwareseitig anbieten. Dann kann der ambitionierte User zumindest eine Alternative verwenden. Ob die wirklich besser ist, das kann jeder dann selbst entscheiden.

Die Genauigkeitsdiskussion bei Temperatur und Feuchte ist schon sehr alt. Im Internet sind viele Vergleiche der verschiedenen Sensoren verfügbar, aber ich glaube mit einer Genauigkeit von +-1°C ist man im Hobbybereich schon ganz gut bedient. Zumal die meisten User keine wirklich genaueren professionellen Vergleichsinstrumente verfügbar haben, um wirklich belastbar was zur Genauigkeit der Sensoranzeige zu sagen. :mrgreen:
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Re: BME280 Tauwasserschutz mit PTFE-Druckausgleichsmembran

Beitrag von spaceduck » 06.03.2019, 08:52

Ich habe mir mal einen BME auf Board mitbestellt und bin gelinde gesagt entsetzt, wie weit dieser doch von den echten Daten abschweift.
Gegenfrage: Was hast Du als Referenz, bzw. Vergleichsmessgerät das Du diese Aussage evtl. auch mit Fakten unterlegen kannst? Ich habe hier insgesamt 12Stk. BME280 im und ums Haus verbaut und musste keinen einzigen per Offset nachziehen. Die Abweichung bei der Temperatur war maximal um die +/-0,2°C, bei Feuchte +/-2%. Als Referenz diente ein kalbrierter Sensor von Michell Instruments. Von daher bin ich von den BME wirklich überzeugt - im Gegensatz zu einem DHT Sensor, der war ja jenseits von gut & böse...

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