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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Temperatur eines Coaxkabels messen


Autor: Luky S. (luky)
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Für eine eher theoretische Überlegung suche ich eine Möglichkeit die 
Temperatur eines 10m langen und mit 50 Ohm abgeschlossenen Koaxkabels 
auf +-2.5° genau zu bestimmen.
Der DC-Widerstand liegt im Bereich von 3-10Ohm/km, ist also 
wahrscheinlich viel zu gering um seine Änderung auszuwerten.
Hat jemand eine andere Idee oder sowas schonmal gemacht?
(ohne externe Temperatursensoren, also wirklich die mittlere 
Kabeltemperatur)

Autor: Benjamin S. (recycler)
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Am einfachsten ist, wenn du dir überlegst, was du messen kannst. Auf den 
Widerstand bist du schon gekommen. Vlt baust du eine Widerstandsbrücke 
mit dem Kabel als R_Kabel auf. Mit einem guten Opamp könntest das schon 
hinbekommen, wenn sich die Temperatur nicht großartig ändert, kannst 
einen schönen Tiefpass verwenden. Aber bedenke, jeglicher Strom erhöht 
die Temperatur des Kabels.

Wie wäre es mit Kapazitätsmessung bzw. das Kabel in einen Schwingkreis 
einbauen und die Änderung der Frequenz messen. Wie dort die Temperatur 
eingeht, kann ich dir leider nicht sagen.

Wenn du an den Draht rankommst, dann bau einen Temperatursensor drauf, 
das wäre die einfachste Möglichkeit :)

Das wären meine Anregung.

Autor: Luky S. (luky)
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Ich habe Zugang zu einer Seite des Kabels, der Rest soll eben vergraben 
sein. Viel ändern wird sich die Temperatur nicht, höchstens insgesamt um 
30°

Autor: Benjamin S. (recycler)
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Kannst du erklären, was du genau machen willst und wieso du es über das 
Coaxkabel messen willst. Du könntest auch Sensoren vergraben. Oder 
willst du das Kabel überprüfen? Das Kabel liefert nämlich nur einen 
Durchschnitt.

Autor: Luky S. (luky)
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Es geht eben wie beschrieben um eine (noch) theoretische Überlegung. Das 
Kabel liegt bereits irgendwo unzugeänglich vergraben und gesucht ist 
seine (eben mittlere) Temperatur

Autor: Falk Brunner (falk)
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@Luky S. (luky)

>Temperatur eines 10m langen und mit 50 Ohm abgeschlossenen Koaxkabels
>auf +-2.5° genau zu bestimmen.

Schon sportlich.

>Der DC-Widerstand liegt im Bereich von 3-10Ohm/km, ist also
>wahrscheinlich viel zu gering um seine Änderung auszuwerten.

Nöö. Das Zauberwort heisst Vierdrahtmessung, damit kann man MikroOhm 
messen.

http://de.wikipedia.org/wiki/Vierdrahtmessung

Und da Kupfer einen recht grossen Temperaturkoeffizioenten von 0,4%/K 
hat, sollte man da schon einiges machen können.

Muss das Ding wirklich mit 50 Ohm abgeschlossen werden? Wozu? Was ist 
der Sinn der Gesamtanordnung?

MFG
Falk

Autor: Thomas B. (yahp) Benutzerseite
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Luky S. wrote:
> Für eine eher theoretische Überlegung suche ich eine Möglichkeit die
> Temperatur eines 10m langen und mit 50 Ohm abgeschlossenen Koaxkabels
> auf +-2.5° genau zu bestimmen.

Das Verhältnis Kabelwiderstand zu Abschlusswiderstand ist für eine 
Widerstandsmessung natürlich deutlich zu deinen Ungunsten. Selbst wenn 
man mal annimmt, dass der TK des Widerstands zwei Größenordnungen besser 
ist als der vom Kabel, bestimmt immer noch der Abschlusswiderstand das 
Verhalten, da die Änderungen dort immer noch 5 mal höher sind als die im 
Draht. Der Abschlusswiderstand ist das Thermometer...

Autor: Stiefel (Gast)
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Könnte man nicht zusätzlich den Widerstand des Abschlusswiderstandes 
bestimmen?

Autor: Falk Brunner (falk)
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Ne.

Autor: Benjamin S. (recycler)
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Der ist wahrschlich mitvergraben und müsste doch die gleiche Temperatur 
haben wie das Kabel.


R_ges = R_Leiter_innen + R_50_OHM + R_Leiter_aussen

Allerdings bekommst du immer eine Mittelung über die 10m

Autor: holger (Gast)
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>Könnte man nicht zusätzlich den Widerstand des Abschlusswiderstandes
>bestimmen?

Der 1.ste April ist erst morgen in unserer Zeitzone.

Autor: Thomas B. (yahp) Benutzerseite
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Benjamin S. wrote:
> Der ist wahrschlich mitvergraben und müsste doch die gleiche Temperatur
> haben wie das Kabel.

Das ist noch nicht raus, ob der mitvergraben ist. Trotzdem würde er 
einen stärkeren Effekt bewirken, als das Kabel...


>>Könnte man nicht zusätzlich den Widerstand des Abschlusswiderstandes
>>bestimmen?
>
> Der 1.ste April ist erst morgen in unserer Zeitzone.

Naja, man könnte schon, wenn man noch zusätzlich eine Vierdrahtmessung 
an den Terminator dranpappt und das Koaxkabel dann zur Messung jeweils 
offen lässt. Ist aber eher nicht im Sinne des OP.

Autor: Stiefel (Gast)
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>Der 1.ste April ist erst morgen in unserer Zeitzone.

Der musste aber schon heute sein... ;)

Autor: Andreas K. (derandi)
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Hm, wäre interessant zu wissen ob sich der Wellenwiderstand des Kabels 
bei Temperaturänderung auch verändert, und wenn ja, um wieviel.

Der Abschlusswiderstand stört da ungemein...

Autor: Luky S. (luky)
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Also es handelt sich um ein theoretisches Szenario -was wäre wenn der 
Kabel eingegraben wäre und man nur an einem Ende messen könnte-
Der Wellenwiderstand ändert sich über die Temperatur (ist z.B. mit 
50Ohm+-2% über dem gesamten Temperaturbereich spezifiziert.
Nur sind solche kleinen Änderungen extrem schwer messbar.
Da bräuchte es schon einen hochwertigen NWA...

Autor: Thomas B. (yahp) Benutzerseite
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Vergrab doch einfach eine geeignete Glasfaser, damit kannst du dann die 
Temperatur gleich noch ortsaufgelöst messen :)

Schlüsseltechnologie des 21. Jahrhunderts ist schliesslich Optik, 
Elektronik ist out ;->

Autor: Falk Brunner (falk)
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@Luky S. (luky)

>Der Wellenwiderstand ändert sich über die Temperatur (ist z.B. mit
>50Ohm+-2% über dem gesamten Temperaturbereich spezifiziert.

Das sagt erstmal GAR NICHTS! Das ist das, was der Hersteller im 
Datenblatt garantiert, aber nicht das, was die Physik sagt. Auch wenn 
ich nicht sonderlich fit in Maxwellschen Gleichungen bin würde ich mal 
behaupten, dass bei 30C Temperaturschwankungen der Wellenwiderstand 
deutlich unter 1% schwankt.

>Nur sind solche kleinen Änderungen extrem schwer messbar.

Quark. DU hälst sie für schwer messbar.

>Da bräuchte es schon einen hochwertigen NWA...

Schönes Wort, was?

Autor: Luky S. (luky)
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@falk:
Ich zähle mich zu denjenigen, die öfters mit einem hochwertigen NWA 
(HP8510) arbeiten und diesen auch ausnutzen. Du auch?

Kleine Änderungen des Wellenwiderstandes SIND schwer messbar, vor allem 
wenn es robust und zuverlässig sein soll.
Nur mit einem Powermeter und einem Richtkoppler ("Poor Man's NWA") kommt 
man da nicht sehr weit...

Autor: Falk Brunner (falk)
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@Luky S. (luky)

>Ich zähle mich zu denjenigen, die öfters mit einem hochwertigen NWA
>(HP8510) arbeiten und diesen auch ausnutzen.

Benutzen heisst noch lange nicht verstehen oder wissen. Siehe deine 
erste "qualifizierte" Aussage.

"Der DC-Widerstand liegt im Bereich von 3-10Ohm/km, ist also
wahrscheinlich viel zu gering um seine Änderung auszuwerten."

Autor: Luky S. (luky)
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@ falk:
Na dann erkläre mir doch wie es geht anstatt nur heiße Luft zu 
produzieren...

Widerstände im mOhm-Bereich sind sehr schwer (temperaturstabil, also 
Praxistauglich, nicht nur für den Laboreinsatz...) zu messen und der 
Abschlusswiderstand vereinfacht die Sache leider auch nicht gerade wie 
schon einige hier gesagt haben.
Da es sich um einen HF-Widerstand handelt, hat er normalerweise keine 
überragende Genauigkeit und Temperaturstabilität, hat dafür aber über 
einen breiten Frequenzbereich ein rein ohmsches Verhalten.

Autor: Arc Net (arc)
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Luky S. wrote:
> @ falk:
> Na dann erkläre mir doch wie es geht anstatt nur heiße Luft zu
> produzieren...
>
> Widerstände im mOhm-Bereich sind sehr schwer (temperaturstabil, also
> Praxistauglich, nicht nur für den Laboreinsatz...) zu messen

Wie wär's mit einer Abschätzung
R(T) = R0 (1 + alpha (T - T0))
alpha = TCCopper = 3.9 * 10^-3

Angenommen 3 Ohm/km = 3 mOhm/m hier insg. 30 mOhm
-> deltaR = 117 uOhm / K

IRef = 50 mA
deltaR * IRef = 5.85 uV / K
Die Größenordnung entspricht etwa 0.1 K bei Thermoelementen was im 
Bereich der Genauigkeiten der dafür üblichen Messgeräte/schaltungen 
liegt.

Bei den Abschlusswiderständen kann man, wie bei anderen Widerständen, 
z.B. von einer Toleranz +-5% und einem TK von 100 ppm/K ausgehen.

Zurück zum verbuddelten Kabel.
Angenommen da fließen keine riesigen Ströme d.h. die Selbsterwärmung ist 
vernachlässigbar, dann hängt die Temperatur fast nur noch von der Tiefe 
und der Bodenbeschaffenheit bzw. von der Grundwassertemperatur ab.
Ab ca. fünf Metern Tiefe wird die Genauigkeitsanforderung erfüllt, da 
dort die mittlere Bodentemperatur nur noch um etwa +-2 °C im 
Jahresverlauf schwankt, ab etwa 12-15 Metern kann man diese als konstant 
ansehen +-0.5 °C im Jahresverlauf (dort entspricht das ganze in etwa der 
Jahresmitteltemperatur der Luft d.h. afair irgendwas zw. 9 °C und 10 °C)

Autor: Falk Brunner (falk)
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@Arc Net (arc)

>IRef = 50 mA

Naja, uOhm misst man besser mit mehr Dampf, so 1A passt da schon. Macht 
schlappe 30mOhm*1A^2 = 30mW. Das fällt nicht wirklich ins Gewicht, vor 
allem wenn man nur kurz (100ms) misst und dann lange Pausen macht.

>deltaR * IRef = 5.85 uV / K

Damit hat man auch ein um den Fakto 20 stärkeres Signal, also hier 
~120uV/K.

MFg
Falk

Autor: Arc Net (arc)
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Falk Brunner wrote:
> @Arc Net (arc)
>
>>IRef = 50 mA
>
> Naja, uOhm misst man besser mit mehr Dampf, so 1A passt da schon. Macht
> schlappe 30mOhm*1A^2 = 30mW. Das fällt nicht wirklich ins Gewicht, vor
> allem wenn man nur kurz (100ms) misst und dann lange Pausen macht.
>
>>deltaR * IRef = 5.85 uV / K
>
> Damit hat man auch ein um den Fakto 20 stärkeres Signal, also hier
> ~120uV/K.
>
> MFg
> Falk

Und einen 5 Ohm oder 10 Ohm ölgefüllten Präzisionswiderstand im konstant 
temperierten Ölbad der dann 5 W - 10 W aushalten muss, damit man 
ratiometrisch messen kann...

Die Präzisionsmessbrücken arbeiten auch nicht mit höheren Strömen
http://www.aslltd.co.uk/products/thermometry-bridg...

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