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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik hochauflösende Temperaturmessung


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Autor: Snoopy (Gast)
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Hallo,

ich möchte eine hochauflösende Temperaturmessung aufbauen. Die 
vorherigen Threads hab ich gelesen, es geht nicht um gute Genauigkeit, 
sondern um Auflösung: Temperaturänderungen von 1mK möchte ich messen 
können, ob sich diese allerdings bei einer absoluten Temperatur von 12°C 
oder 12,5°C abspielen ist dabei egal.

1) Welchen Sensor kann man hierfür am besten benutzen? Z.B. der AD590 
sieht ja nicht so verkehrt aus, eine Stromausgabe ist auch bestimmt 
genauer als eine Spannungsausgabe würd ich sagen!? (datasheet: 
http://www.datasheetcatalog.org/datasheet/analogde...) 
Habt ihr Erfahrung damit ob Thermistoren oder temperaturabhängige 
Widerstände genauer sind?

2) Die Messschaltung muss ein bisschen entfernt vom Sensor stehen 
(~50cm). Mit welcher Schaltung misst man so kleine Signalunterschiede, 
die durch eine Veränderung der Temperatur um 1mK hervorgerufen werden, 
am besten? (Vierkanal, Wheatstone, Thomson,...?)

Aus dieser Messung soll auch später mal eine Regelung werden, für Ideen, 
die über einen normalen PI-Regler hinausgehen, wäre ich auch dankbar!

Danke,
Snoopy

Autor: gast (Gast)
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Was bringt dir ein hochgenauer alaloger Temperatursensor, wenn du dann 
bei der AD- Wandlung einen riesen Fehler "einbaust".

Nimm gleich einen digitalen Temperatursensor mit I2C o.ä. da gibt es 
schon ganz gute (z.B. die DS75 Reihe von MAXIM - ich hab den DS7505 mit 
+-0,5°C).

Autor: Ing.e (Gast)
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Kann mich meinem Vorredner nur anschliesen:

Was bringt dir eine Genauigkeit von 5 Stellen hinter dem Koma wenn dein 
Sensor nur +/-3°C Genauigkeit hat?
Es muss schon beides passen.

Autor: Jörg S. (joerg-s)
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TSic506 (digital) = 0,034°C Auflösung

Autor: Stefan Salewski (Gast)
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@gast

Wenn Du die Frage nicht lesen willst, dann spare dir doch die Antwort.

Er will 1mK Auflösung -- welcher digitale (bezahlbare) Temperatursensor 
kann das? Und ja, es kann sinnvoll sein, z.B. wenn man die Wärmemenge, 
die bei einer ch. Reaktion frei wird, messen möchte. Nicht einfach.

Autor: Zapp (Gast)
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>Was bringt dir eine Genauigkeit von 5 Stellen hinter dem Koma wenn dein
Sensor nur +/-3°C Genauigkeit hat?

Ich schliesse mich meinen Vorrednern nicht an. Es gibt Faelle wo man 
an Aufloesung interessiert ist, und weniger an der absoluten 
Genauigkeit.

Nimm einen NTC fuer das. Der bringt besser als 1mK Aufloesung mit einem 
16bitter.

Autor: Peter Dannegger (peda)
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Mit dem SMT160 kriegt man ne hohe Auflösung hin:

http://www.hy-line.de/co/sensor-tec/hersteller/sma...

Ich hab nur 10mK Auflösung benutzt und die stehen wie ne Eins.
1mK sollte daher kein Problem sein, notfalls über 1s integrieren.


Peter

Autor: Stefan Salewski (Gast)
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@Peter Dannegger

Interessant, werde ich mir mal merken...

Kannst Du ganz grob sagen was der kostet?

Autor: Arc Net (arc)
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Snoopy wrote:
> Hallo,
>
> ich möchte eine hochauflösende Temperaturmessung aufbauen. Die
> vorherigen Threads hab ich gelesen, es geht nicht um gute Genauigkeit,
> sondern um Auflösung: Temperaturänderungen von 1mK möchte ich messen
> können, ob sich diese allerdings bei einer absoluten Temperatur von 12°C
> oder 12,5°C abspielen ist dabei egal.
>
> 1) Welchen Sensor kann man hierfür am besten benutzen? Z.B. der AD590
> sieht ja nicht so verkehrt aus, eine Stromausgabe ist auch bestimmt
> genauer als eine Spannungsausgabe würd ich sagen!? (datasheet:
> http://www.datasheetcatalog.org/datasheet/analogde...)
> Habt ihr Erfahrung damit ob Thermistoren oder temperaturabhängige
> Widerstände genauer sind?

Thermistoren sind temperaturabhängige Widerstände ;-)
Davon ab sind gute Widerstandsthermometer genauer und langzeitstabiler 
als alles was es z.Z. an IC-Sensoren gibt.

> 2) Die Messschaltung muss ein bisschen entfernt vom Sensor stehen
> (~50cm). Mit welcher Schaltung misst man so kleine Signalunterschiede,
> die durch eine Veränderung der Temperatur um 1mK hervorgerufen werden,
> am besten? (Vierkanal, Wheatstone, Thomson,...?)

Vierleiterschaltung mit Widerstandsthermomethern (Vergleich von 
Widerstandsverhältnissen).

> Kann mich meinem Vorredner nur anschliesen:

> Was bringt dir eine Genauigkeit von 5 Stellen hinter dem Koma wenn dein
> Sensor nur +/-3°C Genauigkeit hat?
> Es muss schon beides passen.

Kommt auf die Anwendung an. Beispiel: Ölbad zur Kalibrierung. Dort ist 
die absolute Temperatur weniger wichtig (da diese sowieso mit einem 
Referenzthermometer gemessen wird und bei Bedarf nachgeregelt werden 
kann), als die Stabilität und Uniformität.

Autor: Andrew Taylor (marsufant)
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Snoopy wrote:
> Hallo,
>
> ich möchte eine hochauflösende Temperaturmessung aufbauen. Die
> vorherigen Threads hab ich gelesen, es geht nicht um gute Genauigkeit,
> sondern um Auflösung: Temperaturänderungen von 1mK möchte ich messen
> können, ob sich diese allerdings bei einer absoluten Temperatur von 12°C
> oder 12,5°C abspielen ist dabei egal.

Diese Messung mit 1mK Auflösung ist einfach. Wenn es reproduzierbar sein 
darf:

1. Quarz mit geeignetem Kristallschnitt (kein AT, etc)
KVG führt sowas beispielsweise.

2. Pt25 Fühler, dazugehörige Meßapparatur z.B. Firma Burster, Gernsbach.

3. AD 590 macht für 10mK Auflösung Sinn, darüber (1mK) eher weniger.



> http://www.datasheetcatalog.org/datasheet/analogde...)
> Habt ihr Erfahrung damit ob Thermistoren oder temperaturabhängige
> Widerstände genauer sind?

Genauer nicht, aber oft preiswert. Es wurden in den 80ern gerne 
Präzisionsthermistoren angepiesen. Aber heute: s.o.

>
> 2) Die Messschaltung muss ein bisschen entfernt vom Sensor stehen
> (~50cm). Mit welcher Schaltung misst man so kleine Signalunterschiede,
> die durch eine Veränderung der Temperatur um 1mK hervorgerufen werden,
> am besten? (Vierkanal, Wheatstone, Thomson,...?)


s.o.

>
> Aus dieser Messung soll auch später mal eine Regelung werden, für Ideen,
> die über einen normalen PI-Regler hinausgehen, wäre ich auch dankbar!

Tja, hängt nicht unwesentlich von dem was geregelt werden soll ab (d.h. 
Art der Reglestrecke, etc.).

Lös erstmal erfolgreich den Temperaturmeßaufbau, das andere kommt dann 
später.

>
> Danke,
> Snoopy

Lucy läßt grüßen.


hth,
Andrew

Autor: Jochen .. (nevtag)
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Ich kann Peter Dannegger (peda) nur zustimmen, der SMT160 ist gut und 
läßt sich dank des digitalen Ausgangssignals auch sehr einfach auswerten 
und über einen Multiplexer können mehrere Meßstellen abgefragt werden.

Gruß
Jochen

Autor: Andrew Taylor (marsufant)
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Peter Dannegger wrote:
> Mit dem SMT160 kriegt man ne hohe Auflösung hin:
>
> 
http://www.hy-line.de/co/sensor-tec/hersteller/sma...
>
> Ich hab nur 10mK Auflösung benutzt und die stehen wie ne Eins.
> 1mK sollte daher kein Problem sein, notfalls über 1s integrieren.
>

Tja:Das Datenblatt liefert nur eine Abschätzung für 5 mK (oder besser).

Wieviel besser, muß der TE ggfs. Probieren.
1 mK ist zumindest nicht spezifiziert.

Autor: Arc Net (arc)
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Peter Dannegger wrote:
> Mit dem SMT160 kriegt man ne hohe Auflösung hin:
>
> 
http://www.hy-line.de/co/sensor-tec/hersteller/sma...
>
> Ich hab nur 10mK Auflösung benutzt und die stehen wie ne Eins.
> 1mK sollte daher kein Problem sein, notfalls über 1s integrieren.
>
>
> Peter

Ließt man das Datenblatt, disqualifiziert sich der Hersteller selbst. 
Beispiele Long term drift in °C spezifiziert (Welcher Zeitraum?).
Repeatability = 0.05 °C 1. Wie gemessen? 2. Kann die Genauigkeit dann 
nicht besser als 0.1 °C sein. Beispiel: erste Messung bei 100.000 °C, 
Sensor liefert 100.005, Sensor wird auf eine andere Temperatur gebracht 
und danach wird wieder bei 100.000 °C gemessen, Sensor liefert 100.055 
°C, nächster Zyklus: Sensor liefert 99.955 °C, 100.055 °C - 99.955 °C = 
0.1 °C Noise 0.005 °C (Was? RMS oder peak-to-peak) usw.

Autor: Snoopy (Gast)
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Danke schonmal an alle! :-)

Mit dem SMT160 müsste es doch gehen, wenn ich lange genug mittel?

@Andrew Taylor: Mit dem pt25 scheint man echt sehr gut messen zu können. 
Hast du Erfahrung damit ob es bei der Elektronik dahinter irgendwelche 
Stolperfallen gibt (scheint bei kommerziellen Geräten ziemlich komplex 
zu sein)? Würde ich den sinnvollerweise lieber mit einer 
Konstantspannungs - oder -Stromquelle betreiben (der Rest der Elektronik 
ist 50cm vom Sensor entfernt, d.h. eine Strommessung wäre bestimmt 
geeigneter als eine Spannungsmessung)?

Autor: Snoopy (Gast)
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grad erst gemerkt: so ein pt25 ist ja ganz schön riesig, ich suche 
eigentlich etwas möglichst kleines von den Ausmaßen eines normalen 
elektronischen Bauteils...

Autor: Arc Net (arc)
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Snoopy wrote:
> Danke schonmal an alle! :-)
>
> Mit dem SMT160 müsste es doch gehen, wenn ich lange genug mittel?

Je nach Anwendung, nein, siehe oben Stichworte: 
Wiederholgenauigkeit/Repeatability, Langzeitdrift/Long term drift.

> @Andrew Taylor: Mit dem pt25 scheint man echt sehr gut messen zu können.
> Hast du Erfahrung damit ob es bei der Elektronik dahinter irgendwelche
> Stolperfallen gibt (scheint bei kommerziellen Geräten ziemlich komplex
> zu sein)?

Bei einem PT25 entspricht eine Temperaturänderung von einem Kelvin einer 
Änderung des Widerstands von etwa 0.09625 Ohm d.h. bei einem milliKelvin 
sind das 96.25 uOhm was bei einem üblichen Messtrom von 1 mA einer 
Spannungsänderung von 96.25 nV entspricht. Das ist lösbar, aber alles 
andere als trivial.

1. Frage: Welche Messgeräte, Kalibrierbäder, Referenzsensoren etc. 
stehen zur Verfügung?

> Würde ich den sinnvollerweise lieber mit einer
> Konstantspannungs - oder -Stromquelle betreiben (der Rest der Elektronik
> ist 50cm vom Sensor entfernt, d.h. eine Strommessung wäre bestimmt
> geeigneter als eine Spannungsmessung)?

Siehe oben. Vierleiterschaltung, Stromquelle, ratiometrisch.

> grad erst gemerkt: so ein pt25 ist ja ganz schön riesig, ich suche
> eigentlich etwas möglichst kleines von den Ausmaßen eines normalen
> elektronischen Bauteils...

Die gibt's auch als 2 mm x 2 mm große Dünnschichtelemente
z.B. 
http://www.hygrosens.com/deutsch/shop/single.html?...
oder 1.6 mm x 1.2 mm von IST http://www.ist-ag.com
oder als Drahtelemente z.B. 10 mm x 0.8 mm
http://www.t-d-i.co.uk/pdfs/tdi-cat.pdf

Autor: Peter Dannegger (peda)
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Snoopy wrote:
> Mit dem SMT160 müsste es doch gehen, wenn ich lange genug mittel?

Ja, das muß man sogar, da ein niederfrequenter Jitter auf dem Signal 
liegt.
Ich messe z.B. über 256 Perioden, das ergibt etwa 15 Meßwerte pro 
Sekunde.
Man kann also noch höher gehen.

Der SMT160 hat den Charme, daß man ne hohe Auflösung erreicht, ohne ein 
Analog-Experte zu sein.
Man programmiert nur die Input-Capture Funktion des AVR.

Allerdings hat das auch seinen Preis:
http://de.rs-online.com/web/search/searchBrowseAct...


An analogen Sensoren irgendwelche Nanovolts zu messen, dürfte für nen 
Anfänger dagegen illusorisch sein.
Und mit den nötigen Präzisions-OPVs, Referenzquellen, 
Spezialwiderständen liegt man preislich noch höher.
Und beim Schaltungs- und Platinendesign muß man natürlich drauf achten, 
daß sich Thermospannungen möglichst kompensieren.


Peter

Autor: Michael Waiblinger (wiebel42)
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Der AD7794 hat recht präzise Stromquellen (10µA, 210µA oder 1mA) und 
alles Nötige (Buffer, Amps) für eine 24bit Wandlung an Bord. In 
Verbindung mit einem NTC kann der Wandler zeigen was er kann. Zwei 
Widerstände einen NTC und der AD7794 reichen aus.
Aber 1mK ist egal wie eine Herausforderung.

Autor: Zapp (Gast)
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Mit 16 bit am ADC kriegt man 1mK locker hin. Ein 10k NTC, mit 10k in 
Serie, Vierleitermessung, passt. Ein AD7794 zB sollte 16 bit bringen. 
Die Integrationszeit laesst sich ja einstellen, zB auf 250ms oder so.

Autor: Oliver Döring (odbs)
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Angehängte Dateien:

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Seite 36...

Pt100 + LT1028 Operationsverstärker + LTC2400 24-bit-A/D-Wandler.

Autor: Michael (Gast)
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Nun, einige Sensoren wurden ja schon genannt aber auch 16 Bit bzw. mehr 
hinzubekommen, dass es ordentlich läuft, ist auch schon eine 
Herausforderung. 50 cm vom Sensor soll die Auswertung sitzen? Wie warm 
wird es denn da? Für die Referenz des AD-Wandlers nicht grade 
uninteressant ;)

Autor: Snoopy (Gast)
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> Wie warm wird es denn da?

Der Sensor wird so grob bei 10-15°C liegen, die Auswertung eher bei ca. 
25-30°C. Das wird schon alles ziemlich temperaturstabil sein, 
fluktuieren sollte da also ziemlich wenig, vor allem wenn man einen high 
precision Widerstand von Vishay oder so nimmt...

Autor: Andrew Taylor (marsufant)
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Snoopy wrote:
>> Wie warm wird es denn da?
>
> Der Sensor wird so grob bei 10-15°C liegen, die Auswertung eher bei ca.
> 25-30°C. Das wird schon alles ziemlich temperaturstabil sein,
> fluktuieren sollte da also ziemlich wenig, vor allem wenn man einen high
> precision Widerstand von Vishay oder so nimmt...


Du hast bereits einige Jahre Erfahrung mit Präzisionselektronik (20 Bit 
oder mehr Auflösung, long term drift im ppm/ppb Bereich, etc.)?

Ist nicht ketzerisch gemeint, sondern einfach um Deinen background 
erfassen zu können.

Zu den übrigen Fragen: Nimm den Vorschlag mit dem Quarz. Alles andere 
wird sonst etwas längerer Entwicklungsaufwand. Zeitlich und finanziell.

Ich setze jetzt mal voraus das Du WIRKLICH die 1mK haben willst. Und 
nicht irgendwann rauskommt das 10 bis 20 mK genügen täten ;-)
Denn in letzterem Fall gibt's natürlich mehr Varianten, die billiger 
sind.

Also, um es nochmals eindeutig einzugrenzen: Wir wollen wirklich 1mK 
ja/nein?


hth,
Andrew

Autor: Peter Dannegger (peda)
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Andrew Taylor wrote:

> Ich setze jetzt mal voraus das Du WIRKLICH die 1mK haben willst. Und
> nicht irgendwann rauskommt das 10 bis 20 mK genügen täten ;-)

Er will doch regeln und dazu ist eine höhere Auflösung nötig.

Wenn Du z.B. auf 10mK regeln willst und Du hast aber nur 10mK Auflösung, 
dann hast Du ne klassische 2-Punkt Regelung, also ordentlich 
Schwankungen.


Peter

Autor: Andrew Taylor (marsufant)
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Oliver Döring wrote:
> Seite 36...
>
> Pt100 + LT1028 Operationsverstärker + LTC2400 24-bit-A/D-Wandler.


Tja, da steht lediglich "...offers a POTENTIAL resolution of 1 mK..."

Ob es erreicht wurde/wird, ist dort nicht klar ausgedrückt.

Wenn ich etwas Zeit habe will ich es gerne mal aufbauen und nachmessen. 
Ich schätze aber die erzielbaren Daten um dne Faktor 5 bis 10 schlechter 
ein

Autor: Andrew Taylor (marsufant)
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Peter Dannegger wrote:
> Andrew Taylor wrote:
>
>> Ich setze jetzt mal voraus das Du WIRKLICH die 1mK haben willst. Und
>> nicht irgendwann rauskommt das 10 bis 20 mK genügen täten ;-)
>
> Er will doch regeln und dazu ist eine höhere Auflösung nötig.

Ich will das garnicht wegdiskutieren ob es nötig ist.

Es geht mir nur darum nochmal klar zu bekommen, ob es gebraucht wird für 
seine Anwendungen.

Wir haben hier im Forum reihenweise Threads im nV/sqrt(Hz), in denen 
Traumdaten gefordert werden, aber nach einigen zig Postings alles auf 
mV/...  herausläuft.

Mir geht's darum zu vermeiden dass wir hier die handdesignte platinierte 
Bugattiversion entwerfen, wenn es ein Skoda von der Stange auch getan 
hätte.

Klar nun?

Autor: Snoopy (Gast)
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>Also, um es nochmals eindeutig einzugrenzen: Wir wollen wirklich 1mK ja/nein?


eindeutiges ja!

> Du hast bereits einige Jahre Erfahrung mit Präzisionselektronik (20 Bit oder
> mehr Auflösung, long term drift im ppm/ppb Bereich, etc.)?

> Ist nicht ketzerisch gemeint, sondern einfach um Deinen background erfassen zu
> können.

Ich selber habe noch nicht sehr viel Erfahrung, aber gerade beim 
Zusammenbau kenne ich Leute mit wesentlich mehr Erfahrung als ich habe, 
die mir helfen können.

Autor: Michael Waiblinger (wiebel42)
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Ich glaube Andrews Äußerung hat sehr viel weniger mit dem "Zusammenbau" 
von irgendetwas zu tun als sehr viel mehr mit handfesten 
Layoutüberlegungen. Bei >20bit musst du dein Analoges Signal auf 
goldenen Tellern mit Samthandschuhen zum Wandler transportieren. Die 
Auswahl der richtigen Koaxialkabel zu dem eigentlichen Sensor sollte 
nicht zufällig geschehen und natürlich auch nicht dessen Verschaltung. 
Die Platine dafür wirst du sehr viel mehr als einmal neu machen dürfen 
bis es dann endlich passt ich hoffe du hast nicht an eine 
Lochrasterlösung gedacht. Bei dem AD7794 hast du immerhin nicht so viele 
Möglichkeiten was falsch zu machen. Wenn du den Verstärker aber extra 
hast wird das richtig fies. -wiebel

Autor: Andrew Taylor (marsufant)
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Snoopy wrote:
>>Also, um es nochmals eindeutig einzugrenzen: Wir wollen wirklich 1mK ja/nein?
>
>
> eindeutiges ja!
>

Ok. Dann schau mal nach Qurz. KVG hat sowas z.B.
Du suchst Dir einfach einen Kristallschnitt der eine deutlichen 
Temperaturgang hat. Der Rest ist dann ein Oszilator und die 
Frequenzmessung.
Da fertige hochwertige Frequenzzähler mit Rechnerschnittstellen 
heutzutage preiswert gebraucht erhältlich sind, würde ich soetwas 
wählen. Philips, HP/Agilent, Racal-Dana 1998 etc. sind Beispiele

Die Auswertung der Daten und den Regelalgorithmus kann dann im Rechner 
hinterlegt werden.  Du kannst dafür natürlich auch einen uC selber 
proggen, das ganz nach Belieben.

Der Vorteil ist bei dieser Konfiguration dass Du viele 
Komponenten/Geräte fertig kaufen kanst und somit Zeit sparst sowie dort 
das Rad (da) nicht doppelt erfinden mußt.

Es macht in meinen Augen wenig Sinn wenn Du einen 20...24Bit A/D-Wandler 
konzipieren willst, wenn Dir die Daten eh in digitaler Form (Oszillator+ 
F-Zähler) einfach zugänglich machbar sind.


So wäre mein Ansatz, andere mögen es anders lösen.

Andrew

Autor: Arc Net (arc)
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Zum AD7794 wurde das schonmal z.T. durchgerechnet...
Beitrag "Re: Sehr hoch auflösender PT100 Messverstärker"
Maximale Verstärkung bei der noch die interne Offset/Gainkalibrierung 
möglich ist = 64, PT100 mit 1 mA ~ 385 uV/K ~ 385 nV/mK.
Der Wandler selbst hat bei der niedrigsten Wandlungsrate P-P-Noise in 
der Größenordnung von 257 nV d.h. man müsste entweder eine ext. 
Stromquelle nehmen, einen PT1000 oder mit Oversampling arbeiten (hierfür 
fehlen allerdings Angaben, um abschätzen zu können, ob das geht).
Ein AD7190 würde hier besser passen: 66 nV P-P-Noise @ Gain = 64 und 
4.17 Hz Updaterate.

Die Quarzlösung dürfte auch nicht gehen, entweder aufgrund der Größe 
(oder sind die klein genug), zum anderen soll die Messung 50 cm von der 
Auswertung entfernt gemacht werden...
> grad erst gemerkt: so ein pt25 ist ja ganz schön riesig, ich suche
> eigentlich etwas möglichst kleines von den Ausmaßen eines normalen
> elektronischen Bauteils...

Autor: Zapp (Gast)
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Ja. die PT100 haben etwas wenig Signal, die PT1000 haben das zehnfache, 
so nebenbei, aber bei hoher Aufloesung ist ein NTC einfach besser 
geeignet.

Der Poster fragt nach Aufloesung, nicht nach Austauschbarkeit und auch 
nicht nach absoluter Genauigkeit. Ein NTC mit 2mm Durchmesser kostet um 
1 Euro, alles andere ist uebertrieben.

Autor: Snoopy (Gast)
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Ein NTC scheint auf den ersten Blick ja schonmal sinnvoller zu sein als 
ein pt100 (Quarz mal außenvor), da die Temperaturabhängigkeit stärker 
ist. Da ich keinen großen Bereich abdecken will ist mir die größere 
Nichtlinearität ja nicht so wichtig. Was wären denn sonst die Vorteile 
des pt100 gegenüber eines NTCs? Habt ihr mit irgendwelchen NTCs 
besonders gute Erfahrungen gemacht?

Autor: Arno H. (Gast)
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Etwas Lesestoff:
http://www.ntb.ch/Pubs/sensordemo/wtm/m_op/LLHB_6_...
Müsste die letzte Auflage sein, bei Keithley selbst ist möglicherweise 
Anmeldung erforderlich.

Arno

Autor: Christoph Z. (rayelec)
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1mK??? VERGISS ES!!!

Wir haben in der Firma dieses Jahr für einen DNA-Analyseapparat eine 
Temperaturmessung entwickelt, welche schnelle Ansprechzeit (ca. 10s bei 
einem Wechsel von 10K) und hohe Wiederholgenauigkeit von 20mK haben 
musste. Absolute Genauigkeit musste 60mK sein.
Wir waren nicht die erste Firma, die sich für diesen Kunden die Zähne 
daran ausgebissen hat!

Es spielt ALLES eine Rolle! Montage des Sensors, Länge und Durchmesser 
der Zuführungen, Spannungsversorgung der Messschaltung etc. etc. Nach 
mehreren Monaten und einem Aufwand von sicher 50k€ haben wir es knapp 
hingekriegt. Wie gesagt, es ging "nur" um 20mK!

Du kannst gerne einen 20-Bit ADC nehmen und ans LSB glauben. Schade nur, 
wenn schon Bit 12 keine Aussage mehr liefert! Alleine der Temperaturgang 
der anderen Widerstände deiner Messschaltung versaut dir die Messung 
komplett, wenn du nicht superteure Teile mit extrem niedrigen 
Temperaturkoeffizienten einsetzt.
Die Zertifizierungsstelle, wo wir unsere Entwicklung ausmessen konnten, 
war übrigens nur in der Lage, bis 30mK zu Messen und 
Referenztemperaturbäder zur Verfügung zu stellen.


Darum nochmals: 1mK ist absolut, komplett und total aussichtslos! Sei 
froh, wenn du zuverlässig an 100mK rankommst!

Übrigens, wir haben NTCs eingesetzt (sehr teure, genaue 
Miniaturversionen, unkalibriert auf +/-150mK genau)

Gruss
rayelec

Autor: Andrew Taylor (marsufant)
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Snoopy wrote:
> Ein NTC scheint auf den ersten Blick ja schonmal sinnvoller zu sein als
> ein pt100 (Quarz mal außenvor), da die Temperaturabhängigkeit stärker
> ist. Da ich keinen großen Bereich abdecken will ist mir die größere
> Nichtlinearität ja nicht so wichtig.

Nun, ic hhatte bisher dne Eindruck Du wolltest die Aufgabe zügig und vor 
allem gut funktioniert lösen. So langsam sieht es aber so aus:

Tja, ich sehe es läuft in Richtung: Wir basteln erstmal an Vorschlägen 
die billig sind aber nicht zum Ziel führen. Wenn dann das Rad neu 
erfunden wurde, fragen wir wieder hier nach und haben uns so einige Zeit 
nett beschäftigt.

Kann man natürlich so machen

> Was wären denn sonst die Vorteile
> des pt100 gegenüber eines NTCs?

Höhere Langzeitstbilität.
Also wenn Du die Anlage nach 2 wochen wieder benutzt sind die Ergebnisse 
dicht an dnen von heute. Etc.

> Habt ihr mit irgendwelchen NTCs
> besonders gute Erfahrungen gemacht?

Es sind alle gut.
Aber an derartigen Apparaturen mit 1 mK Auflösung haben hier wie ich es 
sehe im Forum nur ca. 2- bis 3 Leute gearbeitet. Ich bin einer davon.

Mit Auflösungen um einige 10 mK haben 4-8 gearbeitet (soweit ich das 
hier überschlagsmäßig sehe).

Du startest frisch in dieses Metier.

Gut, damit es nicht abdriftet: Hier sind genug Hinweise gegeben worden 
wie man  es
- zuverlässig macht (z.B. Quarz)
- wie man es probieren könnte (AD590, SMT160...
- wie man nett tüfteln kann (NTCs von YT, etc)


Such Dir also einfach irgendwas aus und probier es selber.
Du kannst dabei wirklich viel lernen.
Es ist ein spannendes Arbeitsfeld, das garantiere ich Dir.

Christoph Z. (rayelec) wrote:

> Darum nochmals: 1mK ist absolut, komplett und total aussichtslos! Sei
> froh, wenn du zuverlässig an 100mK rankommst!

Ich habe da andere Erfahrungen gemacht, und meine deshalb  man kann das 
schon bei 1mK angehen. Nebenbei bemerkt, 100mK sind übrigens zehntel 
Grad, also um es ganz deutlich zu sagen: Peanuts.


hth,
Andrew

Autor: Zacc (Gast)
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Der Frager fragte nach 1mK Aufloesung, nicht Genauigkeit. Ich selber 
verklopp Temperaturcontroller, die machen um die 10mK Aufloesung bei 
einer Genauigkeit von um die 2K. Das 1mK ist machbar. Man muss beim 
Aufbau etwas mehr aufpassen, die Anwendung etwas mehr einschraenken, 
aber gehen tut das, mit einem NTC. Ein 16bit ADC bringt ueber 600 Counts 
pro Grad im optimalen Fall, dh wenn man noch ein Bit zusetzlich 
reinwirft ist man dabei.

Autor: Andrew Taylor (marsufant)
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Zacc wrote:
> Der Frager fragte nach 1mK Aufloesung, nicht Genauigkeit. Ich selber
> verklopp Temperaturcontroller, die machen um die 10mK Aufloesung bei
> einer Genauigkeit von um die 2K. Das 1mK ist machbar. Man muss beim
> Aufbau etwas mehr aufpassen, die Anwendung etwas mehr einschraenken,
> aber gehen tut das, mit einem NTC. Ein 16bit ADC bringt ueber 600 Counts
> pro Grad im optimalen Fall, dh wenn man noch ein Bit zusetzlich
> reinwirft ist man dabei.

Wo kann man das bei Dir kaufen, bitte?

Bzw:

Dein Schaltplan, bitte?

Autor: Snoopy (Gast)
Datum:

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@rayelec

es geht bei mir nicht darum schnell etwas regeln zu können. Vor allem 
brauche ich auch keine Wiederholgenauigkeit. Es geht ja nicht darum 
12,531°C einstellen zu können, sondern eine Änderung von 1mK zu 
detektieren, unabhängig davon, bei welcher Temperatur sich diese 
Änderung abspielt. Deshalb denke ich nach der bisherigen Recherche und 
den bisherigen Beiträgen, dass dies eigentlich doch möglich sein sollte.

Autor: Zacc (Gast)
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>Wo kann man das bei Dir kaufen, bitte?
>Bzw: Dein Schaltplan, bitte?

NTC mit Seriewiderstand der gleich dem NTC Widerstand ist. Beides 
radiometrisch an einen ADC. Beim Seriewiderstand kann man einen
0.1% nehmen, der ist temperaturmaessig besser.

Autor: Andrew Taylor (marsufant)
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Snoopy wrote:
> @rayelec
>
> es geht bei mir nicht darum schnell etwas regeln zu können. Vor allem
> brauche ich auch keine Wiederholgenauigkeit.

Jein. Für das was Du skizzierst benötigst eine Schaltung die weniger als 
1mK zwischen Deinen Messungen driftet.

Denn sonst kannst Du nicht unterscheiden ob Deine abgelesenen "delta 1 
mK " aus der geänderten Medientempratur oder aus der Schaltungsdrift 
kommen/resultieren.

Ergo sollte Deine Meßanordnung/Schaltung 0.2 oder besser 0.1 mK 
wegdriften (zwischen den Messungen).

Langzeitig darf das natürlich anders (schlechtere Drift) aussehen.

Usf.

> Es geht ja nicht darum
> 12,531°C einstellen zu können, sondern eine Änderung von 1mK zu
> detektieren, unabhängig davon, bei welcher Temperatur sich diese
> Änderung abspielt. Deshalb denke ich nach der bisherigen Recherche und
> den bisherigen Beiträgen, dass dies eigentlich doch möglich sein sollte.

Ja, das sollte möglich sein. Bzw. wird.

Autor: pq (Gast)
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Also ich hab nen SMD NTC hier. Und einen bedrahteten mit 0.2°C 
Grundgenauigkeit.

Den habe ich an einem guten Prema Multimeter (5017).

SMD NTC in Glycerin eingetaucht:

Messwert 25.3387kOhm -  letzte Stelle fällt pro 200ms um ca 2 digits.
12 Digits sind ca. 1mK.

Auch wenn ich die absolute Temperatur nur auf 0.2°C bestimmen kann. Die 
Auflösung von besser 1mK hätte ich. Wenn ich das Glas Glycerin anfasse 
sehe, ich, wie die Temperatur der Flüssigkeit sich ändert.

pq

Autor: Snoopy (Gast)
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> Den habe ich an einem guten Prema Multimeter (5017).

Hast Du das in Vierleiterschaltung geschaltet?

Autor: pq (Gast)
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nein. Das braucht man nicht. Obwohl der 5017 das könnte.

Autor: Zacc (Gast)
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Eine kleine Fehlerrechnung zeigt den Einfluss der Draehte, resp wenn die 
auch Temperaturschwankungen ausgesetzt sind. Muessen sie in einem Labor 
ja nicht zwingend sein ...

Autor: pq (Gast)
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ich glaube nicht, dass man 4 Leiter braucht.

Der NTC hat 25kOhm.
1 Ohm Widerstandsänderung sind grob +- 0.001K Fehler.

Die Zuleitung hat aber schätzungsweise ein paar Milliohm.

Autor: Arc Net (arc)
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@Christoph Z. (rayelec)

Testlauf mit unkalibriertem Gerät, Typ-K Thermoelemente, keine 
Nachfilterung der Messwerte...
Zeitraum 20 Minuten, Messintervall: 4 Sekunden
CJC Avg: 107.808 °C, Min: 107.785 °C, Max: 107.820 °C, StdDev: 0.009 
(die Kaltstellentemperatur steigt hier noch)
TC1: Avg: 58.561 °C, Min: 58.551 °C, Max: 58.572 °C, StdDev: 0.004
TC2: Avg: 58.570 °C, Min: 58.560 °C, Max: 58.579 °C, StdDev: 0.004
TC3: Avg: 58.555 °C, Min: 58.548 °C, Max: 58.562 °C, StdDev: 0.003
TC1 schwankt um +-0.011 °C, TC2 +- 0.01 °C, TC3 +-0.007 °C
Nimmt man nur die Werte wo das Bad wirklich konstant ist, liegt man bei 
+- 0.005 °C (s.z.B. untere Bildhälfte).
Der Test lief in Stufen von 25 °C bis 120 °C Messtellentemperatur.

Autor: Ulrich (Gast)
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Die NTCs haben gegenüber den PT100 und ähnlichen einfach den Vorteil 
eines wirklich hohen Temperaturkoeffizienten. Auch mit einem PT100 
sollte die 1 mK Auflösung möglich sein. Allerdings dann wohl nur mit 4 
Leitertechnik.
Ein Probleme der NTCs ist die relativ große Langzeitdrift und der eher 
kleine Temperaturbereich, da sind die PT Widerstände normalerweise 
besser.

Zur Auswertung für hohe Auflösung benutzt man normalerweise eine Brücke 
mit Wechslestromanregung. Für nur 1 mK Auflösung sollte es aber auch 
noch ohne gehen - der Aufwand ist aber auch nicht so groß. Kann man sich 
z.B. von DMS meßbrücken abschaun, da braucht man die hohe Auflösung 
haufiger.

So ein Temperaturabhängiger Oszillator ist auch nicht schlecht. Die 
Quarze haben vor allem den Nachteil, das die Oszillatorschaltung direkt 
dran sien muß und das man da eher groß und langsam ist. Für eine 
Regelung fällt der Quarz damit eigentlich schon mal aus.

Autor: Andrew Taylor (marsufant)
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pq wrote:
> ich glaube nicht, dass man 4 Leiter braucht.

korrekt, braucht man hier nicht.

>
> Der NTC hat 25kOhm.
> 1 Ohm Widerstandsänderung sind grob +- 0.001K Fehler.
>
> Die Zuleitung hat aber schätzungsweise ein paar Milliohm.


ja, Leitung(en) sind ca. 10 mOhm mit Klemmen. Also wenigen MikroKelvin 
-Fehler (umgerechnet) entsprechend.

Die Drift des prema5017 ist in dieser Messung der bestimmende Faktor, 
dicht gefolgt von der Drift des NTC.

Autor: Snoopy (Gast)
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> Die Drift des prema5017 ist in dieser Messung der bestimmende Faktor,
> dicht gefolgt von der Drift des NTC.

Solange die drift linear ist könnte man sie ja herausrechnen!? Ist die 
Genauigkeit der Stromquelle dann nicht das entscheidende? Denn eine 
Konstantstromquelle kann man ja ganz gut selber bauen oder (z.b. mit 
einem LM334)?

Autor: pq (Gast)
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aber wenn ich jetzt nen NTC nehmen würde. Und nen Präzissionswiderstand 
und einen 16Bit ADC ...

Dann habe ich doch nur noch die Drift des Präzissionswiderstandes - und 
die ist bei nem 0.01%er (der ist noch bezahlbar) gering.

Refererzspannung spielt ja keine Rolle.

Was man möglicherweise beachten muss: Eigenerwärmung NTC. Bei 5V und nem 
22k NTC sind das ca. 250µWatt.

pq

Autor: Andrew Taylor (marsufant)
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Snoopy wrote:
>> Die Drift des prema5017 ist in dieser Messung der bestimmende Faktor,
>> dicht gefolgt von der Drift des NTC.
>
> Solange die drift linear ist könnte man sie ja herausrechnen!?

Leider ist sie weder linear noch monoton.

> Ist die
> Genauigkeit der Stromquelle dann nicht das entscheidende? Denn eine
> Konstantstromquelle kann man ja ganz gut selber bauen oder (z.b. mit
> einem LM334)?

Ja, kann man bauen. Man erreicht damit Schaltungen die für so 0.3 K 
Resolution-Lösungen passen. Also 100mK Aktivitäten ;-)

Autor: Oork (Gast)
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>Denn eine Konstantstromquelle kann man ja ganz gut selber bauen oder (z.b. mit 
einem LM334)?

Die Drift der Konstantstromquelle sind im wesentlichen die Drift der 
OpAmp Offsetspannung und die Temperaturdrift des Referenzwiderstandes. 
Auch da wird man sich Muehe geben muessen.

Autor: pq (Gast)
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Du solltest bei einem ntc oder pt100 keine Konstantstromquelle benutzen 
!

Konstantstromquelle hat einen Fehler.
ADC Referenzspannung hat einen Fehler.

Nimm den Sensor + Widerstand (oder eine Brückenschaltung).

Autor: Michael Waiblinger (wiebel42)
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pq wrote:
> Du solltest bei einem ntc oder pt100 keine Konstantstromquelle benutzen
>
> Konstantstromquelle hat einen Fehler.
> ADC Referenzspannung hat einen Fehler.
Deswegen nimmt man doch die Spannung die an einem (präzisen) Widerstand 
abfällt als Referenzspannung. Das kompensiert den Fehler der 
Stromquelle. -wiebel

Autor: pq (Gast)
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wieso braucht man dann eine Stromquelle ? Welchen Vorteil hat die 
gegenüber einem Widerstand?

Sind ja nur zusätzliche Bauteile mit zusätzlichen Fehlern.

Autor: Oork (Gast)
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Braucht man nicht. Es gibt Leute, die wollen die zusaetzlichen 
Berechnungen bei einem NTC/PT100/PT1k in einer Bruecke nicht machen, 
oder haben sie nicht verstanden.

Autor: Snoopy (Gast)
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Beispiel Wheatstone-Messbrücke (Ausschlagverfahren): Da hängt mein 
Messsignal linear von der angelegten Spannung ab und damit auch vom 
Fehler. Egal wie präzise meine Widerstände sind, das Messergebnis wird 
(mindestens) den gleich Fehler haben wie meine Spannungs - oder 
Stromquelle. Genaue Stromquellen sind (soweit ich weißt) leichter zu 
bauen als genaue Spannungsquellen, daher kam die Idee mit der 
Konstantstromquelle.

Autor: Andrew Taylor (marsufant)
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Snoopy wrote:
> Beispiel Wheatstone-Messbrücke (Ausschlagverfahren): Da hängt mein
> Messsignal linear von der angelegten Spannung ab

Yo.

> und damit auch vom
> Fehler.

Jein.


>  Egal wie präzise meine Widerstände sind, das Messergebnis wird
> (mindestens) den gleich Fehler haben wie meine Spannungs - oder
> Stromquelle.

Was hat das mit Wheatstone zu tun? Ich habe den Eindruck Du mixt da was 
durcheinander. Eben gerade bei Wheatstone stehen die Fehler derStrom- 
bzw. Spannungsquellen weit hinten an (eben das ist einer der Vorteile 
der Brücke)

> Genaue Stromquellen sind (soweit ich weißt) leichter zu
> bauen als genaue Spannungsquellen,

Das ist zwar umgekehrt richtig(soweit ich weiß) :-)

Aber da wir noch a bisserl filosophieren bevor hier überhaupt was an der 
Temperaturmessung bauen, ist's scho fei.

> daher kam die Idee mit der
> Konstantstromquelle.

Ok, mit Deienr Prämisse ist Deine Folgerung nachvollziehbar.
Aber nun gibt's ja zumindest eine Gegenstimme ;-)

Autor: Arno H. (Gast)
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Deswegen nimmt man auch dann die Brückenspeisung als Referenzspannung 
des ADC.

Arno

Autor: Gast (Gast)
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Leider akademisch:
"Short- and Long-Term Stability of Resonant Quartz Temperature Sensors"
in
IEEE transactions on ultrasonics, ferroelectrics, and frequency control, 
vol. 55,

0,2mK bei 30s Messfenster mit Quarz

- soll nur zeigen was geht...

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