Grüß euch, jaja ich weiß, immer wieder das alte schon 1000mal durchgekaute thema, trotzdem ein paar fragen :-): Also ich möchte die Temperatur eines Wasserboilers mit einem bereits montierten NTC (typ unbekannt) und einen ATMEGA 128 messen. Nun hab ich schon hier im Forum gelesen, dass eine Konstantstromquelle eigesetzt werden sollte.Habe auch ca. 1m Leitung zw. NTC und ADC-Eingang des µC's. Wie sollte diese Stromquelle den aussehen? Hab bereits versch. Varaiationen z.B. Transistor mit nem Emitterwiderstand und ne LED als Referenzspannung (http://www.elektronik-kompendium.de/public/schaerer/currled.htm) bis hin bis hin zu FET als Konstantstromquelle. Wenn ich nun die Schaltung im oben gen. link aufbaue (transe+led) muss ich den NTC in die Kollektorleitung reingehängt oder. Welchen Strom soll ich nun einstellen damit der NTC sicher funktiniert, viele meinen 1mA, aber der NTC hat bei 25°C ca. 10k d.h. mein Emitterwid. müsste ja viel höher sein als der NTC-max. Wert, da kann ich aber keine 1mA mehr zur verfügung stellen bei 5V Versorgung(RE>>RL) Solche NTC's sind ja nun sehr nichtlinear, jetzt hab ich von der Steinhart-hart gleichung gelesen--> 1/T=A+B*ln(R)+C*ln(R)³, wenn ich nun 3 referenz messungen z.B. bei 0°C, 25C und 90°C mache kann ich mir die A,B,C Konstanten für das Polynom leicht ausrechnen (3 Gleichg. und 3 Unbekannte) und mich ziemlich genau der originalen NTC-Kennlinie anzunähern, ist das so ok? Ein Vorwid. soll ja auch schon etwas linearisieren, oder nur bei PTC's ?(http://www.sprut.de/electronic/temeratur/temp.htm#ptc) Will halt eine ziemlich genaue messung machen und mir keine Störungen durch Kabellängen (ca. 1m!!! antenne!!) usw. einfangen. Bin euch für ein paar Tipps sehr dankbar !!! mfg Manfred
Hallo Manfred, ich habe ohne Konstantstromquelle mit einem Lastwiderstand mit dem selben Widerstandswert wie der NTC (Metallfilm 1%) auch ganz gute Ergebnisse erzielt. Gruß Otto
Entscheidend ist die Genauigkeit der Konstantstromquelle zur Messung, da damit die Genauigkeit steht oder fällt. Dafür gibts einige spezielle ICs, eine einfache Schaltung nur mit Transistoren würde ich nicht nehmen, die sind nicht so präzise. Es gibt auch gute Varianten mit einem OPV und einer Referenzspannung. Als Strom reicht eigentlich ein Wert von 0,1mA, da bei 10kOhm dann immer noch 1V abfällt, was zur Messung reicht (Größenordnung ADC eines µCs). Wenn man die Spannung dann über ein RC-Glied mit einer sehr niedrigen Grenzfreuqenz filtert (großes R, großes C - R*C>100ms), dann hast du keinerlei Probleme mit Störungen auf der Leitung. Die Kurve eines NTC ist einigermaßen linear, bei Reichelt gibts zu den angebotenen NTC ein Datenblatt, da ist eine allgemeine Gleichung für die Kurve zu finden, die sollte auch für deinen einigermaßen genau sein: http://www.reichelt.de/ACTION=7;LA=6;OPEN=1;INDEX=0;FILENAME=B400%252FNTC-02_Serie.pdf Zur Sicherheit noch mal mit einem ausreichend genauen Thermometer einige Temperaturen nachmessen.
Stromquelle macht nur Sinn bei linearen Fühlern, wenn man das Signal direkt analog weiterverarbeiten möchte (PT100/PT1000 z.B.) NTC und PTCs sind alles andere als linear, man muss also sowieso korrigieren. Einfacher Spannungsteiler genügt völlig, den Rest macht die Software.
Ja, das ist wohl wahr, ist wesentlich einfacher so bei einem µC. Dann ist die Genauigkeit des Reihenwiderstands entscheidend.
Hallo! Dank euch für die tipps! Also Konstantstromquelle keine gute Idee?? @Michael: Wie genau sollte die Schaltung mit OPV und Referenzspg. den aussehen?? etwa so: http://www.elektronik-kompendium.de/public/schaerer/currop.htm unter Kapitel 3 ist eine Schaltung mit OPV, Refernzspg. und Transistor beschrieben. Also Bandgapref.-diode besorgen und mit RE den Strom auf 0,1mA einstellen. R3 ist bei mir dann halt der NTC Wid. oder? Spags.abfall über NTC zum ADC-Eingang. Es wird ja sicherlich schon fertige IC's geben die alles schon integr. haben oder? Hab keine Ahnung um welchen NTC es sich handelt. nix drauf abzulesen. Ist die Variante mit Steinhart-hart prinzip. ok?? also mit 3 Referenzmessungen die Konstanten ausrechnnen , also R ausrechnen (R=Uadc/Ikonst) in Gleichung einsetzen und T ausrechnen. Um eine hohe genauigkeit der Wandlung zu erzielen sollte die Messspg. den ganzen bereich der Refernzspg. des ADC's ausnutzen (2,56V) oder? lg manfred
Angehängte Dateien:
Ja, der Link ist das, was ich im Prinzip meine. Es geht aber bei geringen Strömen auch einfacher - siehe Anhang. Aber wie schon gesagt mit einem Spannungsteiler mit Konstantspannungsquelle ist es einfacher, wenn man eh einen µC zur Auswertung nimmt. Das rechnet man dann einfach dort wieder zurück. Wenn möglich sollte man den Bereich des ADC schon ausnutzen, aber wie genau willst du denn bitte messen?
Hallo Michael, naja zweckmäßig wären 1°C genauigkeit ausreichend, mich würde aus interesse und lerneffekt eine höhere genauigkeit interessieren als z.B. auf 1/10 genau dabei kommt es halt drauf an um wieviel mV/K die Spannung am ADC EIngang ändert. Wenn ich int. Ref. von 2.56V nehme kann ich eine min. Spgs.-änderung von 2,5mV wahrnehmen und wenn ich den ADC Bereich voll ausnutze also z.B. 0°C=0V und 100°C=2.55V hätte ich eine geuaigkeit von 0,1°C. Wenn ich eine einafche "konstant" Spgsquelle verwende wäre es dann nicht sinvoll NTC und ADC-Referenz mit der selben Spgs.-quelle zu versorgen. Wenn Schwankungen auftreten, würden die auf beiden Seiten d.h. auf NTC und ADC wirken und man würde davon nix mitbekommen also z.B. 5V konst. Spsgsquelle welche den NTC-Spagsteiler und die ext.Referenz des ADC's versorgt. oder reicht es aus die Versorgung des µC mittels großen LC-Filter zu "reinigen" um damit den NTC&ADC_Ref zu versorgen oder halt nur den NTC und int. Referenz. Was sollte ich sonst am besten für die separate konst.-spg. nehmen? nen einf. spgsregler? 7805, LM317 ... zum berechnen des Temp. würde ich die Steinhart-hart gleichung verwenden wie oben schon erwähnt. lg manfred
hallo nochmals, habe diese schaltung gefunden: http://www.umnicom.de/Elektronik/Mikrokontroller/Atmel/AtFan/AtFan.html Ist nun die Berechnung mittels der NTC-Gleichung besser oder nach Steinhart? Den serienwid. zum NTC muss ich in beiden Fällen gleich berechnen oder also Rs=(Rm*(Ru+Ro)-2Ru*Ro)/(Ru+Ro-2Rm), wie auch imma man auf die gleichung kommt, KEINE AHNUNG :-) Probleme bereitet mir bei der NTC-Gleichung der B-Wert, habe kein Datenblatt und keine sonstigen Typbezeichnungen des NTC's also berechnung nach Gleichung : http://www.umnicom.de/Elektronik/Schaltungssammlung/Temperatur/Ntc/Ntc.html, könnte dann aber genauso die steinhart-hart-methode verwenden... wofür genau ist eigentlich der Alpha-Wert und der Multiplikator der bei manchen Datenblätter angegeben ist? Alpha ok für R=R0*(1+Alpha*DeltaT) ist aber ja nur für nen linearen Fall.... und für was der multipikator?? vielleicht hat auch noch wer tipps bezüglich meines oberen beitrags !! mfg manfred
Manfred, die angegebene Gleichung R=R0*(1+Alpha*DeltaT ist fuer einen Platin sensor. mit alpha 3.85e-3. Der Multiplikator R0 ist der Widerstand bei 0 Grad, oder so. Fuer NTC, schau bei EPCOS nach NTC. Die Gleichung ist von der Form RNTC(T):=RNTC(Tref)*exp(beta*((1/(T+273))-(1/(Tref+273)))) R
Hi rene, ja das dachte ich mir schon mit der Gleichung. achso der multiplikator isr der wid. bei einer best. Temp. im nachhinein eh klar wenn man sich die formel anschaut ist eh nur ein multiplikator drinnen ausser DeltaT :-). Die NTC Formel hab ich eh schon von Epcos. Also soll ich nun eine Konstante Spannungsquelle verwenden und einfach einen Spannungsteiler aus NTC und Wid. den ich mir vorher ausrechne:Rs=(Rm*(Ru+Ro)-2Ru*Ro)/(Ru+Ro-2Rm), ist das eigentlich so exrem wichtig oder kann ich den Serienwid. willkürlich wählen halt so das bei niedr. R_NTC kein zu hoher Strom durch NTC fließt??? Soll ich weiters nun die konst.Spannungsquelle mit NTC UND ADC_ref Eingang des µC's verbinden sodass bei Schwankungen beide Potentiale um den selben Betrag schwanken, oder nur mit dem SPags-teiler also die int.Ref. von 2.56V benutzen?? mfg manfred
Manfred, den Serienwiderstand kann man waehlen. Eine kleine Rechnung, zeigt, dass der Serienwiderstand gleich dem NTC bei der gewünschten Temperatur, zb 10k bei 25 Grad, die maximale auflösung ergibt. Ja, sicher, die radiometrische Messung ist gut. also 10k NTC & 10k an die 5V des AVdd gleich ARef und die mitte an einen ADC. Mit Mitteln kann man uebrigens 13 bit erreichen. Bei 256 Samples ergeben sich schon 4 bit, wovon 3 brauchbar sind. rene
Hi Rene! Alles klar, werd einfach mal ausprobieren mit frei gewählten Vorwid. und ausgerechnetem, muss den Teilerverhältnis halt so hinbekommen das ich den grossteil meiner Referenzspg. beantspruche um max. Genauigkeit zu bekommen.optimal wäre 0°C=~0V und 100°C=ADC_Ref. Das werd ich aber nur mit Brücke zum Abgleich und OPV hinbekommen... manfred
@Rene: Was meinst du genau mit: Mit Mitteln kann man uebrigens 13 bit erreichen. Bei 256 Samples ergeben sich schon 4 bit, wovon 3 brauchbar sin ???????
Ja, ich würde die Referenzspannung schon für beides nehmen, dann spielt die Toleranz wirklich keine Rolle mehr. Dann könnte man sogar einfach die Betriebsspannung nehmen und ein RC-Filter dahinter, damit Störungen abgeblockt werden.
>Was meinst du genau mit: Mit Mitteln kann >man uebrigens 13 bit erreichen. Bei 256 Samples ergeben sich schon 4 >bit, wovon 3 brauchbar sin ??????? Das ist Magie oder Maggi. Viele Leute glauben, wenn man den Mittelwert aus x-beliebig vielen Meßwerten bildet, dann eine höhere Genauigkeit zu erhalten: großer Irrtum. Einfacher ist es, mehr Nachkommastellen mit einem Zufallsgenerator zu erzeugen. Die Aussagekraft ist diegleiche aber die Ergebnisse sind schneller zu ermitteln.
hallo, ok alles klar werd von der SPannungsversorgung des µC's nen LC-Tiefpassfilter verwenden und auf AVCC und AREF gehen un Störungen zu zu vermeiden. Die selbe Spg. speist dann meinen Spgsteiler bestehend aus 10k+Rntc. Am Ausgang noch einen RC-Tiefpass um eventuelle Störungen entlang des Messkabels zu eleminieren und rein in den ADC_Eingang zum wandeln, danach ADC-Wert ausrechnen-->R draus berechnen--> in Gleichung einsetzen 1/T=A+B*ln(R)+C*ln(R)³ und T draus berechnen, alternativ geht auch RNTC(T):=RNTC(Tref)*exp(beta*((1/(T+273))-(1/(Tref+273)))), alle 20ms mehrere messungen machen und mittelwert bilden. mfg manfred
Die Genauigkeitserhöhung durch Mitteln ist keine Magie, hat aber gewisse Randbedingungen. Vorbedingung ist ein gaussverteiltes Rauschen auf dem Signal. Dann gewinnt man an Signal-to-Noise mit der Wurzel der Anzahl Samples. Bei 256 Samples ist die Wurzel 16, wir gewinnen theoretisch einen Faktor 16, entsprechend 4 bit. Ich hab einen Temperaturregler, der laeuft so auf ein Bit von 13 bits genau. Rene
@Rene: ähm versteh ich jetzt nicht ganz, wie auf 13Bit bei 8Bit Auflösung?? in meinem fall hab ich einen 10Bit also 1024 samples, wie kommt man da jetzt auf ein ergebnis höher 10bits???? manfred
Durch Mittelung, aber dabei muß man auch berücksichtigen, daß während der Mittelung ein konstantes Signal anliegen muß, was sicher nie wirklich der Fall ist, von daher ist die Aussage nicht sehr seriös.
Das ist seriös, das ist Praxis. Das machen viele Firmen so Grüsse Sebastian
Von 8 bit auf 13 bit is moeglicherweise etwas viel. Von 10 auf 13 geht. Der Mega128 hat einen 10bit wandler. Ja, das Signal sollte konstant sein. Ein Temperatursensor bringt das. Rene
Der war gut: "Das ist seriös, das ist Praxis. Das machen viele Firmen so" Viele Firmen geben auch PMPO-Werte ihrer Lautsprecher und Verstärker an - Praxis ist das auch, aber leider nicht seriös...
Sebastian hat durchaus Recht. Die Mittelung über mehrere Messungen bildet von der Wirkung her ansatzweise die Integration bei integrierenden Wandlern (Delta-Sigma) nach. Nicht von ungefähr haben diese integrierenden Bausteine locker 20 oder 24 Bit (zumindest Auflösung), mit SAR-Wandlern dagegen ist derzeit bei 18 Bit Ende der Fahnenstange.
Liebe Fans von Zufallszahlen: Wie wollt Ihr die Linearität eines ADC verbessern ? Durch Rauschen, durch Dividieren großer Zahlen ? Wenn Firmen das so machen, zeigt es nur, daß dort ebenfalls Unverstand regiert. Die Mittelwertbildung bringt nur dann etwas, wenn der ADC bereits eine hohe Grundgenauigkeit liefert. Das ist bei µP-internen Wandler nicht der Fall.
G. Nicht schrieb: > Liebe Fans von Zufallszahlen: > Wie wollt Ihr die Linearität eines ADC verbessern ? Durch Rauschen, > durch Dividieren großer Zahlen ? > Wenn Firmen das so machen, zeigt es nur, daß dort ebenfalls Unverstand > regiert. > > Die Mittelwertbildung bringt nur dann etwas, wenn der ADC bereits eine > hohe Grundgenauigkeit liefert. Das ist bei µP-internen Wandler nicht der > Fall. Lieber Herr Nicht, schon mal was von Sigma-Delta-Modulation gehört? Vielleicht befassen Sie sich mal mit den Grundlagen der Nachrichtentechnik/Signalverarbeitung, bevor Sie hier alle Anderen als Unwissende bezeichnen!
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