Temperatursensor

2007-05-15T18:38:29Z

91.4.33.93:

Will man mit einem [[Mikrocontroller]] Temperaturen messen, dann braucht man
* einen Messwertaufnehmer, der z.B. die Temperatur in eine Spannung oder einen Strom umwandelt
* einen [[AD-Wandler]], der das Signal digitalisiert. Der kann durchaus auch schon auf dem Mikrocontroller integriert sein.

Dies gibt es nun in allen möglichen Varianten. Vom temperaturabhängigen [[Widerstand]] bis zum fertig abgeglichenen All-in-one-Bauteil mit digitalem Ausgang.

== PT100 ==
Unter einem PT100 versteht man einen Platinwiderstand mit 100 Ohm.
Platinwiderstände sind temperaturabhängige Widerstände mit hoher Wiederholgenauigkeit und Konstanz. Die Widerstände sind als PT100 oder PT1000 genormt und in vielen Bauformen erhältlich. Wegen der relativ geringen Widerstandsänderung ist etwas mehr Schaltungsaufwand erforderlich.
Im industriellen Umfeld stellen Sie die 1. Wahl dar.

Vorteil:
* genormt
* hohe Linearität
* hohe Wiederholgenauigkeit
* einfach austauschbar

Nachteil:
* sind nicht ganz billig
* brauchen aufwendigere Interfaceschaltung

== NTC/PTC ==
NTC (Heißleiter) und PTC (Kaltleiter) sind temperaturabhängige Widerstände. Um den Widerstandswert zu messen, schaltet man sie mit einem normalen Widerstand oder einer Konstantstromquelle in Reihe und misst dann den [[Spannungsfall|Spannungsabfall]]. Eine Beispielschaltung findet sich [http://www.mathar.com/msp_thermo1.html hier].

Vorteil:
* billig (Reichelt 0,29 EUR)

Nachteil:
* müssen abgeglichen werden
* brauchen A/D-Wandler
* sind nicht linear

== LM335 ==
Ein [[IC]], das pro Kelvin 10mV ausgibt. In verschiedenen Bauformen erhältlich. Beispielschaltungen finden sich im Datenblatt.

Vorteile:
* auch ohne Kalibrierung Genauigkeit von einem Grad (bei 25°C)
* relativ billig (Reichelt ab 0,87 EUR)

Nachteile:
* benötigt A/D-Wandler
* bei längerer Anschlussleitung wird sehr viel Brumm induziert

== LM334 ==
Ein [[IC]] ähnlich dem LM335 mit dem Unterschied, dass der durch das IC fließende Strom proportional von der Temperatur abhängt. Mit einer "Schaltung" (zwei Widerstände) aus dem Datenblatt kann man dann den Strom in einer Weise wandeln, dass pro Kelvin 10mV ausgegeben werden. Da die Strom/Spannungswandlung auf der Platine (und damit nahe am AD-Wandler) stattfindet und die Messung durch einen Strom stattfindet, ist die Störung durch Netzbrumm etc. viel geringer als beim LM335

Vorteile:
* auch ohne Kalibrierung Genauigkeit von einem Grad (bei 25°C)
* relativ billig (Reichelt 0,90 EUR)

Nachteile:
* benötigt A/D-Wandler
* Bereich 0°C-70°C

ähnliches IC: AD592 (Ausgangsstrom 1µA pro Kelvin (absolute Temperatur))
Conrad 174912 8,50 Euro

== SMT160-30 ==
Ist ein Zwischending zwischen Digital und Analog: sein Ausgang ist ein digitales PWM-Signal, zu dessen Messung man am besten den Capture-Eingang eines Timers verwendet. Man kann ihn also wie einen analogen Sensor nur indirekt (statt über einen AD-Wandler nämlich über einen Timer) auslesen.
http://www.hy-line.de/co/sensor-tec/hersteller/smartec/smt-160-30/index.html

Vorteile:
* Digitales PWM-Signal ist unempfindlich gegen Einstreuungen
* gibt es in SO8, TO18, TO92 und <b>TO220 TO-220</b> (gut befestigbar, z.B am Kühlkörper)
* linear
* kein Abgleich nötig

Nachteile (viele):
* benötigt Timer
* Jittert extrem, genaue Messungen nur über Mittelung / Filterung möglich
* nicht nur das PWM-Verhältnis, sondern auf die Frequenz ist temp-abhängig (1-4kHz)
* teuer (Farnell 10,90 +16%, Conrad 9,xx , www.hy-line.de ??).
* TO92 ist günstiger, dafür weniger genau

== DS1621 ==
Der DS1621 ist Temperatursensor und A/D-Wandler in einem. Er gibt seine Daten per [[I²C]]-[[Bus]] aus. Ein Schaltplan für einen elektronischen Thermometer mit diesem IC findet sich [http://www.myplace.nu/avr/thermo/ hier].

Vorteile:
* bereits kalibriert
* kein A/D-Wandler nötig
* da I²C ein Bus ist, kann man mehrere DS1621 und andere I²C-Bausteine zusammen anschließen und braucht dafür trotzdem nur zwei I/O-Ports.
* Genauigkeit +-0,5°
* Auflösung besser 0,01°, wenn man die beiden Zählerregister (Count-Remain und Count-per-C) auswertet

Nachteil:
* teuer (Segor 5,80 EUR; RS 3,95EUR; Conrad 4,99EUR)
* trotzdem die meisten Register non-volatile sind, kann man ihn nicht als Stand-Alone-Thermostat einsetzen, da er erst nach einem Start-Conversion-Befehl zu messen beginnt.

Nachfolger: DS1631, DS1631A (Auto-Start-> Stand-Alone-Thermostat), DS1731

weitere Stand-Alone-Thermostaten: DS1821, DS1629

== LM75 ==
Der LM75 ist so ähnlich wie der DS1621, allerdings nur in SMD erhältlich und nicht so genau. Er ist aber öfters mal auf PC-Mainboards zu finden, so dass man beim Schlachten eines solchen günstig an einen Temperatursensor kommen kann. Einen Schaltplan findet man [http://www.mcselec.com/index.php?option=com_docman&task=cat_view&gid=83&limit=1&limitstart=35 hier].

Vorteile:
* bereits kalibriert
* kein A/D-Wandler nötig
* I²C-Bus Ausgang
* billiger als DS1621 (Reichelt 2,10 EUR; RS 3V: 3,75EUR; 5V: 2,72EUR)

Nachteile:
* nur im SMD-Gehäuse erhältlich
* sehr ungenau (+-2°), kann man jedoch kalibrieren / kompensieren

Compatible Typen: AD7415ART

== DS18S20 / DS18B20 ==
Der DS18S20 (Nachfolger des DS1820) und DS18B20 sind scheinbar Temperatursensoren und A/D-Wandler in einem. Wenn man genauer hinschaut, stellt man fest, dass es sich um direktwandelnde Sensoren handelt. Die Temperatur wird ohne Umweg über eine analoge Zwischengröße (Spannung oder Strom) in ein digitales Signal überführt. Die Datenkommunikation erfolgt über ein 1-Wire-Interface, wodurch man am [[Mikrocontroller]] mit nur einen einzigen I/O-Pin auskommen kann. Außerdem beherrschen sie die parasitäre Stromversorgung, d.h. man braucht für Daten und Stromversorgung zusammen nur zwei Leitungen. Der DS18B20 hat per default 12 Bit Auflösung gegenüber 9 Bit Auflösung beim DS18S20.

Links:
* Einen Schaltplan findet man auf http://chaokhun.kmitl.ac.th/~kswichit/avrthermo/avrthermo.html
* Code zur Ansteuerung auf http://www.mikrocontroller.net/forum/read-4-27035.html.
* Datenblatt DS18S20: http://pdfserv.maxim-ic.com/en/ds/DS18S20.pdf
* Datenblatt DS18B20: http://pdfserv.maxim-ic.com/en/ds/DS18B20.pdf
* Webserver zur Ansteuerung von bis zu 63 Bausteinen: http://www.mikrocontroller.net/forum/read-4-248219.html

Vorteile:
* bereits kalibriert
* Genauigkeit +-0,5°
* 1-Wire-Ausgang

Nachteil:
* ziemlich teuer (Reichelt 5,45 EUR)
* bei http://shop.medhost.at/ für 3,24 (2,70+20%UST) + Versand EU 6,-

== DS1921 / DS1922 ==
Sind wie die DS1821 1-wire-Sensoren mit zusätzlicher Logging-Funktion.
Im iButton-Gehäuse befindet sich eine Lithium-Zelle, eine RTC, CMOS-RAM und der Temp-Sensor. Nach umfangreicher Progammierung startet der Button seine Mission (Aufzeichnung des Temperaturverlaufs).
Gibt es auch mit zusätzlicher Feuchtemessung (DS1923).

== SHT1x/SHT7x (SHT10, SHT11, SHT15, STH71, SHT75) ==
Der SHT1x/SHT7x sind kombinierte Temperatur- ''und'' Feuchtesensoren von [http://www.sensirion.com Sensirion]. Sie unterscheiden sich in Bauform und Genauigkeit.

Vorteile:
* digitale Schnittstelle mit einfacher [[I²C]]-''ähnlicher'' Ansteuerung
* keine Kalibrierung notwendig
* Beispielcode (C, MC51) auf der Sensirion-Seite verfügbar (relativ leicht portierbar)
* interne Heizelemente (Funktionsprüfung, "rauhe" Umgebung)
* Spannungsmonitor ("Battery fail")

Nachteile:
* kann nicht am [[I²C]] Bus betrieben werden, theoretisch gleiche Clockleitung möglich, fixe Adresse
* relativ teuer (Farnell 18,60 EUR)

== Sonstiges ==
Es gibt noch zahlreiche andere ICs für diese Aufgabe und natürlich auch viele andere Messmöglichkeiten.

== Weblinks ==
* [http://www.sprut.de/electronic/temeratur/temp.htm http://www.sprut.de/electronic/temeratur/temp.htm] insbesondere temperaturabhängige Stromquelle und NTC/PTC inclusive Linearisierung

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