Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Brauche Hilfe bei Pt100 Kalibrierung


von Gandi (Gast)


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Hallo,

Ich habe folgendes Problem:

Ich verwende mehrere Pt100 Temperaturfühler, jedoch sind diese nicht 
kalibriert und haben zeigen bei gleicher Raumtemperatur unterschiedliche 
Werte an.
Nun möchte ich diese Fühler kalibrieren.
Ich habe mich scho erkundigt wie ich das bewerkstelligen kann:
1. Bei 4-5 Temperaturen eine Messung vornehmen
2. Differenz zum Wert aus der Tabelle bilden
3. Regressionskoeffizienten erzeugen
4. Formel T = m_ohm + a + m_ohm*b + (m_ohm*c)² verwenden

Mein Problem liegt in der Regression. Wie verwende ich die Werte richtig 
um die richtigen Koeffizienten zu bekommen.
Versucht habe ich es bis jetzt mit y = Solltemp und x = Differenz 
(Soll-Ist)

von Harald Wilhelms (Gast)


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Gandi schrieb:
> Hallo,
>
> Ich habe folgendes Problem:
>
> Ich verwende mehrere Pt100 Temperaturfühler, jedoch sind diese nicht
> kalibriert und haben zeigen bei gleicher Raumtemperatur unterschiedliche
> Werte an.
> Nun möchte ich diese Fühler kalibrieren.
> Ich habe mich scho erkundigt wie ich das bewerkstelligen kann:
> 1. Bei 4-5 Temperaturen eine Messung vornehmen

Das beste ist, Du schreibst Deine 4...5 Werte in eine Tabelle
und interpolierst dazwischen. Wenn Du den Fühler tauschst, musst
Du natürlich neu kalibrieren. Es lohnt sich also, vorsichtig mit
seinen Fühlern umzugehen. :-)
Gruss
Harald

von tt2t (Gast)


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Gute PTxxx-Fühler haben eigentlich einen genormten gleichen Verlauf, 
theoretisch braucht man die nicht zu kalibrieren. Wie das bei 
Billig-Teilen ist, entzieht sich meiner Erfahrung.

von AKKS (Gast)


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Wasser kocht bei 100° und friert bei 0°.
Damit kann man auch kalibrieren.

von Dennis (Gast)


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tt2t schrieb:
> Gute PTxxx-Fühler haben eigentlich einen genormten gleichen Verlauf,
> theoretisch braucht man die nicht zu kalibrieren.

Ist eigentlich Sinn der Sache...hast du Fühler ohne oder mit Elektronik?

von Gandi (Gast)


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Der Bereich ist zwar genormt, dennoch haben sie eine gewisse Toleranz 
und diese möchte ich so gut wie möglich reduzieren.

Toleranz laut Wikipedia:
Klasse A: dT = ± (0,15 °C + 0,002 · |T|)
Klasse B: dT = ± (0,30 °C + 0,005 · |T|)

Es sind nur die Fühler, 4-Leiter Ausführung.

Gemessen wird mit einem NI RTD Modul.

von Peter R. (pnu)


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AKKS schrieb:
> Wasser kocht bei 100° und friert bei 0°.
> Damit kann man auch kalibrieren.

Das gibt es, zumindest bei der Siedetemperatur, nur im Märchen.

Beim Schmelzpunkt benötigt man fein verteiltes Eis in Wasser, Schnee zum 
Beispiel, bei möglichst konstanter Temperatur 
(Thermosflasche/Dewargefäß) da jede Zu-Abfuhr von Wärme 
Temperaturdifferenzen entstehen lässt.

Beim Siedepunkt ist die Temperatur ganz stark vom Luftdruck abhängig. 
Auf 500m über n.N. (z.B. in München) dürfte der Siedepunkt schon bei 97 
Grad liegen. Da ist Korrekturrechnung notwendig.

Im siedenden Wasser gibt es durch Wärmetransport Temperaturunterschiede 
von einigen Graden. Man nimmt daher normalerweise die Temperatur bei 
Kondensation des Wassers, mit entsprechenden rechnerischen Korrekturen 
für Höhe und Luftdruck, wenn es auf Zehntel Grade ankommt.

Handhabbare "Normale" sind Eis-Wasser in Thermosflasche. 
Fieberthermometer haben bei 40 Grad Temperaturtoleranzen im 
Zehntel-Grad-Bereich.

von Harald Wilhelms (Gast)


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tt2t schrieb:
> Gute PTxxx-Fühler haben eigentlich einen genormten gleichen Verlauf,
> theoretisch braucht man die nicht zu kalibrieren. Wie das bei
> Billig-Teilen ist, entzieht sich meiner Erfahrung.

Billigfühler sind teilweise genausogut. Teuer werden die Fühler
durch den Abgleich im Werk. Wenn man diesen Abgleich selbst billiger
machen kann, lohnt es sich, billige Fühler zu kaufen.
Gruss
Harald

von Harald Wilhelms (Gast)


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AKKS schrieb:
> Wasser kocht bei 100° und friert bei 0°.
> Damit kann man auch kalibrieren.

Den  0° Punkt kann man gut nachbilden, den 100° Punkt
schon schlechter. Bei Messung von Raumtemperaturen kann
man als 2. Vergleichspunkt bei ca. 40° gut ein Fieber-
thermometer nehmen.
Gruss
Harald

von Harald Wilhelms (Gast)


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Gandi schrieb:
> Der Bereich ist zwar genormt, dennoch haben sie eine gewisse Toleranz
> und diese möchte ich so gut wie möglich reduzieren.

Es ist (fast) nie sinnvoll, so genau wie möglich zu messen.
Man misst so genau wie nötig.
Gruss
Harald

von Reinhard Kern (Gast)


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Hallo,

du kannst zwar die Abweichungen eliminieren (nur so zum Spass, Sinn hat 
es nicht wirklich), indem du sie nebeneinander in ein Wasserbad tauchst 
und alle auf die gleiche Anzeige einstellst. Das hat aber nichts mit der 
Messgenauigkeit zu tun, kalibrieren könntest du nur, wenn du ein Labor 
mit einem Präzisionsthermostaten hast, der auf 0,1 K oder besser 
arbeitet. Mit Haushaltsmitteln kommst du kaum unter 1 K Genauigkeit 
(bitte nicht wieder Auflösung und Genauigkeit durcheinanderwerfen).

Es spielt auch keine Rolle, ob du eine der hier immer wieder 
propagierten Superschaltungen baust, die den Widerstand auf mOhm oder 
µOhm messen - das ist zwar toll, aber völlig am Thema vorbei, denn es 
ist ja die Temperatur gefragt.

Gruss Reinhard

von Gandi (Gast)


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Hallo,

vielen Dank für eure Antworten.

Habe das Problem folgendermaßen gelöst:

1. 5 Messwerte werden aufgenommen
2. Die Temperatur bei diesen Messwerten wird mit einem Fluke Thermometer 
gemessen
3. Der Widerstand bei dieser Temperatur wird aus der Formel errechnet
4. Dann wird die Differenz gebildet, für alle Messpunkte.
5. Nun wird mit Hilfe der Polynomregression 2. Grades eine Funktion für 
den Fehler aufgestellt.
6. Zum Messwert addiert man schlussendlich den Fehler und erhält den für 
die diese Temperatur entsprechenden Normwiderstand.

Bsp.:
Bei 0°C hat ein Pt100 100Ohm, gemessen wurden allerdings 101,2 Ohm. 
Rechnet man nun auf die Temperatur zurück erhält man nicht die 0°C 
sondern 3,07°C.
Durch die Formel wird der gemessene Widerstand auf seinen, der 
Temperatur entsprechenden Widerstand, gebracht (Fehler liegt hier bei 
1,2) und das Ergebnis ist 0°C.

von citb (Gast)


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Und, passt das mit der Klassifizierung zusammen?
Ohne mich jetzt naeher damit befasst zu haben, erscheinen mir 3 Grad 
Abweichung doch etwas viel, so dass ich da sehr genau hinsehen wuerde, 
ob da nicht ein systematischer Fehler in meinem Messaufbau ist.

citb

von Gandi (Gast)


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Das ist nur ein Beispiel, hab mit den Werte ein bisschen übertrieben.
Sorry.

von Harald Wilhelms (Gast)


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Gandi schrieb:

> 1. 5 Messwerte werden aufgenommen
> 2. Die Temperatur bei diesen Messwerten wird mit einem Fluke Thermometer
> gemessen
> 3. Der Widerstand bei dieser Temperatur wird aus der Formel errechnet
> 4. Dann wird die Differenz gebildet, für alle Messpunkte.
> 5. Nun wird mit Hilfe der Polynomregression 2. Grades eine Funktion für
> den Fehler aufgestellt.
> 6. Zum Messwert addiert man schlussendlich den Fehler und erhält den für
> die diese Temperatur entsprechenden Normwiderstand.
>
> Bsp.:
> Bei 0°C hat ein Pt100 100Ohm, gemessen wurden allerdings 101,2 Ohm.
> Rechnet man nun auf die Temperatur zurück erhält man nicht die 0°C
> sondern 3,07°C.
> Durch die Formel wird der gemessene Widerstand auf seinen, der
> Temperatur entsprechenden Widerstand, gebracht (Fehler liegt hier bei
> 1,2) und das Ergebnis ist 0°C.

Du hast uns zwar nicht gesagt, wie genau Du messen willst, wenn Du
aber schon Kurven aufnehmen kannst, sollten diese Kurven als
Berechnungsgrundlage für die Temperatur ausreichen. Die aufwändige
Polynomberechnung kannst Du Dir dann sparen. Wenn du allerdings
genauer als 0,1K messen willst, müssen auch die übigen Bedingungen
wie Vierdrahtanschluss und Eleminierung der Thermospannung stimmen.
Gruss
Harald

von Gandi (Gast)


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Die Berechnung übernimmt Excel und die Widerstandskorrektor Labview.
Es sind 4-Draht Fühler (wurde weiter oben bereits genannt).

Tritt die Thermospannung nicht nur bei zwei unterschiedlichen Leitern 
auf??

von Reinhard Kern (Gast)


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Hallo,

das heisst natürlich, du kalibrierst den Messfehler des 
Fluke-Thermometers in deine Messeinrichtung hinein. Das ist durchaus 
i.O. bzw. es bleibt dir ja nichts anderes übrig, aber du darfst dir 
natürlich nicht selbst weismachen, du könntest genauer messen als durch 
das Fluke vorgegeben.

Gruss Reinhard

von Elena (Gast)


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>Die Temperatur bei diesen Messwerten wird mit einem Fluke Thermometer
>gemessen.

Das ist doch zigfach ungenauer! Du kannst doch eine bessere Referenz 
nicht mit einer schlechteren kalibrieren.

von Wolfgang S. (wsm)


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Ist deine Schaltung kalibriert?

Mit 100Ohm (0,1%), Metallfilm und 110Ohm (o.ä.) sollten die 
Verstärkerschaltungen geeicht und geprüft werden.
Die Verstärkerschaltung mit den o.g. Widerständen in den Kühlschank 
stellen und dann bei 50° in den Backofen stellen. Da liegt dann der Hase 
begraben.

Die Abweichungen die bei diesen Temperaturschwankungen auftreten sind 
wahrscheinlich größer als Ungenauigkeiten beim PT100.

W.

PS. habe noch einige PT100 (Doppelausführung in einem Messkopf für 
hochgenaue Messsysteme), Vierleiterschaltung pro PT100, 10m 
Anschlusskabel abzugeben.

von Wolfgang S. (wsm)


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Die o.g. Thermospannungen treten nur bei unterschiedlichen Metallen auf.
Bei gleichartigen Übergängen an allen Adern kompensieren sich die 
Thermospannungen vollständig.
Das Problem bleibt nur dann bestehen, wenn die sich kompensierenden 
Verbindungstellen eine unterschiedliche Temperaturen aufweisen. Liegen 
diese Verbindungsstellen, z.B. Lötstelllen oder Quetschstellen jedoch 
thermisch abgeschirmt, d.h. keine einseitige Wärmeeinstrahlung, so 
machen Thermostannungen keine Probleme.

W.

von Harald Wilhelms (Gast)


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Elena schrieb:

>>Die Temperatur bei diesen Messwerten wird mit einem Fluke Thermometer
>>gemessen.
>
> Das ist doch zigfach ungenauer! Du kannst doch eine bessere Referenz
> nicht mit einer schlechteren kalibrieren.

Was für ein Messgerät verwendet denn Gandi? Es ist ja schliesslich
kein Problem, ein Thermometer mit einer Genauigkeit von wenigen
mK zu kaufen. Was Fluke da allerdigs im Angebot hat, weiss ich nicht.
Es gibt übrigens auch Quecksilberthermometer mit 10mK Auflösung
und etwa 20mK Genauigkeit.
Gruss
Harald
PS: Hallo Gandi! Du hast uns immer noch nicht mitgeteilt, wie
genau Du eigentlich messen willst/musst. Ich habe mich übrigens
schon mit Temp.Messungen im Genauigkeitsbereich weniger mK
beruflich beschäftigt. Der Aufwand ist durchaus überschaubar.
Ich hatte allerdings keine Probleme, mir passende Vergleichs-
thermometer auszuleihen

von Elena (Gast)


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>Bei 0°C hat ein Pt100 100Ohm, gemessen wurden allerdings 101,2 Ohm.
>Rechnet man nun auf die Temperatur zurück erhält man nicht die 0°C
>sondern 3,07°C.

Sogar die schlechteste Genauigkeitsklasse von PT100-Elementen erlaubt 
nur einen Fehler von +/-0,6°C. Da sind deine 3,07°C natürlich um Welten 
schlechter. Das solltest du nicht auf das PT100-Element schieben, 
sondern vielleicht eher auf deine Schaltung! Und wenn die schon so 
falsch mißt, dann dürfte sie auch eine kräftige Drift haben. Dann hilft 
dir nicht mal ein Zwei-Punkte-Abgleich und schon gar nicht eine 
Ausgleichskurve höherer Ordnung...

PT100-Schaltungen sind nicht ohne, vor allem wenn sie genau und driftarm 
sein soll. Da kommen nur erlesenste Bauteile zur Anwendung. Eine 
Billgschaltung mit einer Ausgleichskurve auf hohe Präzision und 
Stabilität hinzutrimmen, kannst du völlig vergessen. Been there, done 
that...

von Gandi (Gast)


Angehängte Dateien:

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vielen Dank für eure Antworten.

Es soll auf 10mK genau gemessen werden.
Dies ist mit den Pt100 durchaus ohne Kalibrierung möglich, jedoch darf 
keine zu große Abweichung zwischen den Sensoren entstehen, da die 
Temperaturen miteinander verglichen werden.

Das Fluke wird jährlich von einem staatlichen Prüfinstitut kalibriert.

Zur "Schaltung", ich habe es bereits mehrfach erwähnt.
Ich verwende ein RTD Modul von National Instruments.

Im Anhang findet ihr meine Kalibriervorlage mit einer richtigen Messung.

von W.S. (Gast)


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Mein lieber Gandi,

du willst tatsächlich Temperaturen von verschiedenen PT100 an 
verschiedenen Meßstellen auf 0.01 Kelvin oder besser miteinander 
vergleichen?

In diesen Gefilden muß man sich eher fragen, wie man den Fühler 
thermisch an sein Objekt gekoppelt hat, welche Temperaturüberhöhung der 
Meßstrom dabei ausmacht und so weiter.

Abgesehen davon reicht bei Platinsensoren eine 1 Punkt Kalibrierung bei 
0 Grad Celsius aus, wenn man beachtet, daß eben auch der Gefrierpunkt 
vom Luftdruck abhängt. Ist längst nicht so viel wie der Siedepunkt, aber 
ein paar Milligrad kommen schon zusammen. Wer dafür eine 
Zweipunkt-Kalibrierung braucht, hat mit Sicherheit ein Nullpunkt- oder 
Linearitäts-Problem in seiner Meßelektronik und nicht beim Fühler.

Aber selbst das Kalibrieren mit dem Gemisch aus destilliertem Wasser und 
Eis aus destilliertem Wasser ist nicht unproblematisch. Sieh dich im 
Internet mal nach Kryoskopen oder Gefrierpunkt-Osmometern um und lies 
dort, was da für Aufwand getrieben wird. O ha!

Was ist das denn für eine ominöse Anwendung, wo du SOWAS brauchst?

W.S.

von Arc N. (arc)


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W.S. schrieb:
> Aber selbst das Kalibrieren mit dem Gemisch aus destilliertem Wasser und
> Eis aus destilliertem Wasser ist nicht unproblematisch. Sieh dich im
> Internet mal nach Kryoskopen oder Gefrierpunkt-Osmometern um und lies
> dort, was da für Aufwand getrieben wird. O ha!
>
> Was ist das denn für eine ominöse Anwendung, wo du SOWAS brauchst?

So riesig ist der Aufwand für 10 mK definitiv nicht:
Passendes Kalibrierbad z.B. Isotech, Hart Scientific (Fluke), ellab, 
techne
+ Referenzthermometer + ReferenzPT reichen
Möglich sind mit Vergleichsmessungen 1 mK:
z.B. Isotech 915 + restliche Ausstattung

Gandi schrieb:
> vielen Dank für eure Antworten.
>
> Es soll auf 10mK genau gemessen werden.
> Dies ist mit den Pt100 durchaus ohne Kalibrierung möglich,

Nein. 1/10 DIN B erlaubt bei 0°C Abweichungen von 0.03 °C .
Ein paar andere Fehlerquellen kommen dann noch hinzu:
Fühlerkonstruktion, Messgerät, Messaufbau etc.pp.

jedoch darf
> keine zu große Abweichung zwischen den Sensoren entstehen, da die
> Temperaturen miteinander verglichen werden.
>
> Das Fluke wird jährlich von einem staatlichen Prüfinstitut kalibriert.

Welche Messunsicherheiten, wie/wo sollen die Sensoren kalibriert werden 
(welches Kalibrierbad, Homogenität, Stabilität) etc.

von Reinhard Kern (Gast)


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Gandi schrieb:
> Das Fluke wird jährlich von einem staatlichen Prüfinstitut kalibriert.

Hallo,

das besagt so garnichts. Wenn das Ding einen Messfehler von 1 K hat, 
wird das durch Kalibrieren nicht besser, sondern es wird eben auf +-1K 
kalibriert.

Du drückst dich so konsequent um eine Aussage über die Genauigkeit 
deiner Vergleichsreferenz herum, dass man schon vermuten muss, dass da 
der Hund begraben liegt. Dabei bescheisst du dich aber nur selber.

Gruss Reinhard

von Gerd E. (robberknight)


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Ich verwende zum Kalibrieren einen Tsic506: Pt100 und der Tsic kommen in 
eine Plastiktüte und das ganze in eine Thermoskanne mit warmem Wasser. 
Dann werden die Werte von Pt100 und Tsic solange aufgenommen, bis das 
Wasser Raumtemperatur hat. Wenn Deine Messinstrumente in Ordnung sind 
reicht ein Punkt zum kalibrieren und der Rest zur Kontrolle ob es passt.

Wenn nötig kann man das ganze mehrfach wiederholen und dabei die 
Auswert-Elektronik für den Pt100 in einen Wärmeschrank stellen. So kann 
man sicherstellen, daß die Elektronik die gewünschte Genauigkeit auch 
bei verschiedenen Raumtemperaturen halten kann.

Der Tsic506 hat aber nur eine Genauigkeit von 0,1°K, d.h. Deine 
Kalibrierung kann damit nicht besser werden als das. Das ganze ist aber 
dafür noch mit relativ einfachen Mitteln zu machen. Wenn es wirklich 
genauer sein soll geht das richtig ins Geld.

von Harald Wilhelms (Gast)


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Gerd E. schrieb:
> Ich verwende zum Kalibrieren einen Tsic506:

Für ein Wald und Wiesen Thermometer dürfte das reichen. Für
ein Präzisionsthermometer sicher nicht.
Gruss
Harald

von Ralli (Gast)


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Vom Staatlichen Prüfinstitut kalibriert heißt:

Wenn die Fluke auf +/- 10 K spezifiziert ist
- und das zu kalibrierende Gerät dies einhält,
wird der Eichmeister im Institut guten Gewissens
unterschreiben, dass die Spezifikation eingehalten
wurde...

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