Hallo zusammen!
Ich bin noch relativ unerfahren im Umgang mit Microcontrollern. Daher
bitte ich um eine generelle Einschätzung von erfahreneren Mitgliedern zu
folgendem Thema:
Mithilfe eines Thermoelements vom Typ K möchten wir Temperaturdaten mit
einer Abtastrate von mind. 500 Hz generieren bei möglichst geringem
Platzbedarf des Senders und kabellos auf einen Computer übertragen. Auf
dem Markt gibt es leider keine Systeme mit hoher Abtastrate und geringem
Bauraum des Senders zusammen.
Nun meine Frage: Ist es möglich beispielsweise mit zwei Arduinos diesen
Datenaustausch zu vollbringen? Und welche Komponenten oder andere
Lösungen empfehlt ihr? Ich habe schon nachgelesen, dass der MAX31865
beispielsweise eine maximale Abtastrate von 5-10Hz hat.
Vielen Dank im Voraus!
Mit freundlichen Grüßen
Tim
Wie genau soll die Temperaturmessung sein? Wie groß ist „geringer
Bauraum“? Wie wird der kabellose Sender mit Strom versorgt? Wie lange
muß das ohne nachladen laufen?
Oliver
Wie heiß bzw. kalt wird es denn? Wie schnell ändert sich die Temperatur?
Brauchst du wirklich 500Hz Abtastrate?
Zu deiner Frage:
> Ist es möglich beispielsweise mit zwei Arduinos diesen> Datenaustausch zu vollbringen?
Nicht ohne weitere hardware - ein Arduino bringt von sich aus keine
drahtlose Kommunikationsöglichkeiten mit. Es gibt aber Shields
(Platzbedarf!) oder Arduino-kompatibele Boards die das haben.
Tim schrieb:> Mithilfe eines Thermoelements vom Typ K möchten wir Temperaturdaten mit> einer Abtastrate von mind. 500 Hz generieren bei möglichst geringem> Platzbedarf des Senders und kabellos auf einen Computer übertragen. Auf> dem Markt gibt es leider keine Systeme mit hoher Abtastrate
Das liegt daran, das die Anbieter wissen, das sich normalerweise
die Temperatur nie so schnell ändert.
Tim schrieb:> Auf> dem Markt gibt es leider keine Systeme mit hoher Abtastrate und geringem> Bauraum des Senders zusammen.
Wird wohl am fehlenden Bedarf liegen.
Typisch benötigt das Aufheizen oder Abkühlen eines Sensors eine gewisse
Zeit. 500 Messungen/s dürfte daher weitgehend sinnfrei sein.
Solch hohe Meßraten kann man vielleicht mit Strahlungsmessung
(Pyrometer) erreichen.
Hallo Oliver,
vielen Dank für die schnelle Antwort!
Oliver S. schrieb:> Wie genau soll die Temperaturmessung sein?
Es sollen hohe Temperaturen gemessen werden (300-700°C). Da kommt es
nicht auf ein oder zwei °C an. Eine Abweichung um 10 oder 20°C wäre
allerdings doch zu viel.
Oliver S. schrieb:> Wie groß ist „geringer Bauraum“?
Generell möglichst gering. Aber etwa nicht größer als 10cm x 6cm x
1,5cm.
Oliver S. schrieb:> Wie wird der kabellose Sender mit Strom versorgt?
Geplant ist bisher eine Batterie.
Oliver S. schrieb:> Wie lange muß das ohne nachladen laufen?
mindestens 45 min wären gut. Falls der Bauraum keine größere Batterie
zulässt ist die Laufzeit das kleinste Problem.
Danke und Gruß
Tim
Tim schrieb:> Mithilfe eines Thermoelements vom Typ K möchten wir Temperaturdaten mit> einer Abtastrate von mind. 500 Hz generieren
Natürlich kann man beliebig viele Messwerte "generieren", aber welche
Zeitkonstante hat denn das Thermoelement?
Oder andersrum: bringt es was, wenn du alle 5 Minuten zum Briefkasten
schaust?
Überdenke nochmal deine Anforderungen, insbesondere die Abtastrate. So
schnell können nicht einmal Gase ihre Temperatur ändern und messen kann
man so schnell erst Recht nicht.
Was die kabellose Datenübertragung angeht: Mit handelsüblichen Bluetooth
SPP Modulen erreichst du 115200 Baud ohne große Mühen. Das reicht für
etwa 5000 16bit Messungen pro Sekunde.
Viele Bluetooth Module sind programmierbar, was deinen Wunsch nach einer
kompakten Lösung unterstützt.
Tim schrieb:> Es sollen hohe Temperaturen gemessen werden (300-700°C). Da kommt es> nicht auf ein oder zwei °C an.
dazu reichen locker 8 Bit eines Arduinos der sogar 10 Bit kann
8-Bit Wandlung +-5K bei 1200°C Maximal
Beitrag "Re: Temperaturregelung PID auf Zweipunktregler"
aber ob 500 Messwerte pro Sekunde Sinn haben?
bezweifel ich.
ATmega max sample Rate 200kHz?
es würde gehen, aber wozu?
Also dein Thermoelement, Eispunktkompensation, ggffs. noch OPV, ADC
Joachim B. schrieb:> Tim schrieb:>> Es sollen hohe Temperaturen gemessen werden (300-700°C). Da kommt es>> nicht auf ein oder zwei °C an.>> dazu reichen locker 8 Bit eines Arduinos der sogar 10 Bit kann
400 Grad Bereich mit 2 Grad Genauigkeit sind 200 Werte. Das passt zwar
in 8 bit, aber nicht "locker", würde ich sagen. Wenn 5 grad Genauigkeit
reicht, hat du Recht: das passt locker. Dann ist aber eine Abtastrate
von 500Hz relativ zweckfrei.
Eric B. schrieb:> 400 Grad Bereich mit 2 Grad Genauigkeit sind 200 Werte. Das passt zwar> in 8 bit, aber nicht "locker", würde ich sagen. Wenn 5 grad Genauigkeit> reicht
lesen und verstehen!
Ich hatte 8-Bit -> 1200°C / 255 gab eben eine Unsicherheit von +-5K
Ein angefragter Arduino hat 10-bit Wandler und bei entsprechnder
Skalierung bis 700°C kommt man thoretisch auf 700/1024 ... +-1K
Moin,
Mit einer cc430 Plattform sollte sowas doch zu schaffen sein, und sonst
halt mit BLE. Das geht auf einen Daumennagel..
Softwaremaessig holt man mit Kompression auch noch was raus, wenn der
Link zu lahm sein sollte.
Allerdings sieht mir 500 Hz etwas drueber aus, fuer ein normales
Thermoelement. Zeitkonstante schon gemessen?
Tim schrieb:> Mithilfe eines Thermoelements vom Typ K möchten wir Temperaturdaten mit> einer Abtastrate von mind. 500 Hz generieren bei möglichst geringem> Platzbedarf des Senders und kabellos auf einen Computer übertragen. Auf> dem Markt gibt es leider keine Systeme mit hoher Abtastrate und geringem> Bauraum des Senders zusammen.
Und was ist nun genau dein Problem? Die Messung oder die
Datenübertragung? Zur Messung wurde ja schon gesagt, daß 500
Temperaturmeßwerte pro Sekunde sehr fragwürdig sind. Welches Meßobjekt
ändert seine Temperatur denn derart schnell? Welcher Sensor kann dieser
Temperaturänderung ebenso schnell folgen?
Wenn es die Datenübertragung ist: auch bei einer Abtastrate von 500Hz
mußt du trotzdem keine 500 Pakete pro Sekunde verschicken. Einfach
mehrere Meßwerte zusammen in ein Päckchen verpacken und zusammen
verschicken. Das gibt zwar eine Verzögerung, aber die zeitliche
Auflösung bleibt.
Rechnen wir mit 2 Byte je Meßwert, dann entspricht das bei 500 Messungen
pro Sekunde einer Datenrate von 1000 Bytes pro Sekunde. Das ist
lächerlich wenig. Ca. eine UART Verbindung mit 9600 Baud. Ein popeliges
nRF24L01 Funkmodul kann mehr. Und die Arduino-Bastler lieben das Ding.
Hallo zusammen!
Vielen Dank für den regen Diskurs.
@all Die Ansprechzeit des Thermoelements lässt eine solch hohe
Abtastrate zu und die Bedingungen der Umgebung erfordern diese auch.
Daran lässt sich leider nichts ändern.
Meine ersten Überlegungen liefen für den "Sender" auf einen ESP8266 und
einen MAX31865 (der bereits die A/D Wandlung, Kaltstellenkompensation
und Verstärkung übernimmt) mit dem bereits vorhandenen Thermoelement des
Typs K hinaus. Allerdings hat der MAX31865 wohl eine Abtastrate von 5Hz.
Eine Alternative zu diesem Modul habe ich noch nicht gefunden. Oder kann
man gerade wegen der hohen Abtastrate kein fertiges Modul erwarten, dass
diese Funktionen so übernimmt wie der MAX31865?
Danke und Gruß
Tim
Hallo,
Axel S. schrieb:> Und was ist nun genau dein Problem? Die Messung oder die> Datenübertragung?
Meine Frage ist, ob eine derart häufige Messung möglich ist und welche
Komponenten hierzu zu verwenden sind. Ein MAX31865 ist nach meinen
Recherchen nicht geeignet. Allerdings kenne ich keine andere Lösung ein
Thermoelement mit einem ESP8266 zu verbinden, ohne sich dazu auch noch
Gedanken über die Kaltstellenkompensation oder A/D Wandlung zu machen.
gruß
Tim
Tim schrieb:> Ein MAX31865 ...> Allerdings kenne ich keine andere Lösung ein> Thermoelement mit einem ESP8266 zu verbinden
Wo steht denn in dem verlinkten Datenblatt, dass der MAX31865 für
Thermoelemente geeignet sein soll? Ich lese da PT100/PT1000, das ist
ganz was anderes.
Mir scheint, hier sind noch sehr viele Dinge nicht geklärt.
Dieter R. schrieb:> Wo steht denn in dem verlinkten Datenblatt, dass der MAX31865 für> Thermoelemente geeignet sein soll? Ich lese da PT100/PT1000, das ist> ganz was anderes.schenkelklopf
da ich dem MAX nicht gefolgt bin.....
Dieter R. schrieb:> Mir scheint, hier sind noch sehr viele Dinge nicht geklärt.
sehe ich auch so, mangelhafte Recherche, ungenügendes Wissen aber Tempo
machen wollen!
Martin S. schrieb:> Mit einer cc430 Plattform sollte sowas doch zu schaffen sein,
Wie soll die Plattform die Zeitkonstante des Sensorelements verkürzen?
Google Suche "k thermocouple amplifier" spuckt aus:
AD8495
Datenblatt liest sich gut, Rest selber machen. Hätte Tim eigentlich auch
mal selbst suchen können, oder aber uns erzählen, warum der Verstärker
für seine Zwecke nicht geeignet ist.
Es gibt ein Adafruit Breakout Board dafür, Digi-Key Part Number
1528-1407-ND
Eric B. schrieb:> Wenn 5 grad Genauigkeit> reicht, hat du Recht: das passt locker. Dann ist aber eine Abtastrate> von 500Hz relativ zweckfrei.
Wenn er Rauschen draufmischt kann er hinterher großzügig mitteln und
einige Bits an Auflösung wieder rauskitzeln.
Aber die Einzelmessungen muss er nicht übertragen, die kann er direkt an
Ort und Stelle mitteln.
Bernd K. schrieb:> Wenn er Rauschen draufmischt kann er hinterher großzügig mitteln und> einige Bits an Auflösung wieder rauskitzeln.
Wie oben schon vorgerechnet, ist ein 10-Bit Wandler für die geforderte
Auflösung mehr als ausreichend.
Wozu willst du da also Rauschen überlagern und an der Auflösung kitzeln?
Tim schrieb:> @all Die Ansprechzeit des Thermoelements lässt eine solch hohe> Abtastrate zu
Ja? Was ist das den für ein Thermoelement? Typ? Datenblatt?
Industriequalität?
Bleiben wir bei Industriequalität. Das schnellste K-Element das ich z.B.
bei SKF gefunden habe hat eine Reaktionszeit von 0,6s
(Rotations-Temperaturfühler, TDM 2-40).
Leider gibt SKF nicht die verwendete Definition für ihre Reaktionszeiten
an. Typisch sind t90, t63 oder t50. t50-Werte sehen am besten aus, so
dass ich fast vermute, dass es sind t50-Werte sind. Nehmen wir trotzdem
zu Gunsten von SKF an, dass es t90-Werte sind.
Das heißt, deren schnellstes K-Element braucht bei einem
Temperatursprung 0,6s um 90% des Sprungs zu erreichen. Um auf 99% des
Sprungs zu kommen etwa die doppelte Zeit: 0,6s * ln(1-0,99) / ln(1-0,90)
= 0,6s * 2 = 1,2s
1,2s um bis auf 1% an die Temperatur heranzukommen. Für das schnellste
Element. Ein Element, dass noch nicht einmal deine 700 Grad aushält.
Ein TMDT 2-30 von SKF verträgt bis 900 Grad. Reaktionszeit 2,3s. Unter
den gleichen Annahmen wie oben wären das ca. 4,6s um bei einem
Temperatursprung bis auf 1% an die neue Temperatur heranzukommen.
Also, jetzt mal ganz ehrlich, was willst du bei diesen Reaktionszeiten
mit einer Abtastrate von 500 Hz? Was für ein Wunder Spezial 700 Grad
Thermoelement verwendest du?
5 Hz und du siehst noch schön wie die Temperatur spring.
Tim schrieb:> Mithilfe eines Thermoelements vom Typ K möchten wir Temperaturdaten mit> einer Abtastrate von mind. 500 Hz generieren
Das ist völlig unrealistisch, deswegen kann man so etwas nicht kaufen.
Kleiner Hinweis: Atombombenexplosionen simuliert man heute per Software.
Es gibt übrigens sowieso keine Sensoren mit so schneller Reaktion.
Wahrscheinlich eine akademische Schnapsidee.
Georg
Lothar M. schrieb:> Was willst du denn da vermessen? Eine Explosion?
LOL. Mein Gedanke war "der will einem durchgehenden Kernreaktor bei der
Explosion zuschauen" ...
Dieter R. schrieb:> Google Suche "k thermocouple amplifier" spuckt aus:>> AD8495>> Datenblatt liest sich gut, Rest selber machen
Jo. Frequency Response ist bretteben bis 10kHz, da geht also noch mehr
als die verlangten 500Hz. Problem könnte die Messung bis 700°C sein. Der
Käfer linearisiert die TC-Charakteristik nur bis 400°C mit max. 2K
Fehler. Darüber hinaus liefert er zwar Daten, der Fehler steigt aber und
es muß extern (zweckmäßigerweise nach der AD-Wandlung) linearisiert
werden.
Alles Pille Palle,
verabschiede dich von deinem Typ K Sensor und nimm einen
Thermopile Sensor(s.o.) und spezifiziere deine Anwendung mal näher.
Metalle
Keramik
Nicht-Metalle
Kunststoffe PET,PU,PA,....
Metallschmelzen
Flammengase
Messfleck Durchmesser
Abstand Sensor Messfleck
Zeitkonstanten in der Grössenordnung sind ohne weiteres zu realisieren,
allerdings z.T. nur mit gekühlten Bolometern, die aber "dual use" sind
und
teilw. nur in Amerika,Russland zu haben sind. Mit einer entsprechenden
Exportgenehmigung(Kriegswaffenausfuhr Kontrolle) kommt man aber auch da
ran. Oder einfach im Flugzeug ins Handgepäck. Die Dinger werden für u.a.
für das thermal tracking in Raketen benutzt.
THz lässt grüssen.
Aber zurück in die bezahlbare Realität.
Melexis Sensoren aus Belgien eigentlich Schrott, aber für den first
impact
mit einen Arduino zu gebrauchen.
Ansonsten bei www.heimannsensor.com mal anfragen.
Optris ist eigentlich sehr gut und auch bezahlbar und liefert komplett.
https://www.optris.de/produkt-selektor
Für erste Versuche ein USB IR Thermoter z.B. vom Conrad Schrottie
https://www.conrad.de/de/p/voltcraft-ir-1201-50d-usb-infrarot-thermometer-optik-50-1-50-bis-1200-c-pyrometer-1599564.html
Tim schrieb:> Die Ansprechzeit des Thermoelements lässt eine solch hohe> Abtastrate zu und die Bedingungen der Umgebung erfordern diese auch.
Ich rieche Geld. Viel Geld.
Wie passt da ein ESP8266 ins Bild? Welche Zuverlässigkeit ist denn von
Nöten? Mit was für Störungen muss man rechnen, die umschifft werden
müssen?
