Hallo zusammen,
für mein Praxissemester muss ich eine Vier-Achsen-Fräsmaschine thermisch
untersuchen, die zur Finishbearbeitung von Großteilen verwendet wird.
Diese wird durch thermische Einflüsse im Laufe eines Tages immer
ungenauer (µ-Bereich). Thermische Einflüsse sind unter Anderem Zugluft
(gerade im Winter von Bedeutung). Gemessen werden sollen alle vier
Achsen, sowie das Maschinenbett und andere Komponenten, die Einfluss auf
die Fertigungsgenauigkeit haben. Zur Verwendung kommen dabei PT1000
Widerstandssensoren zur Oberflächenmessung.
https://www.sensorshop24.de/temperaturfuehler/oberflaechenfuehler/oberflaechenfuehler-mit-anlegeklotz/oberflaechenfuehler-bis-105-c/
Soweit ich richtig recherchiert habe weisen diese sehr hohe
Genauigkeiten und Langzeitstabilität auf und sind auch nicht groß
Störanfällig. Benötigt werden mindestens 8 davon (besser 10 aber 8 auch
ausreichend). Die Genauigkeit sollte bei etwa +/-0,3 °C liegen (besser
+/-0,1 °C). Die Kabellänge wird etwa 10m sein und deswegen auch
4-Leitrig. Der Messbereich liegt bei grob 20°C - 80°C.
Ich studiere Fahrzeugtechnik und habe leider nicht viel Ahnung von
Elektrotechnik, deswegen traue ich mir nicht zu eine eigene Schaltung
zum Auswerten der PT1000 Sensoren zu bauen. Habt also bitte etwas Gnade
mit mir :)
Deswegen habe ich einige fertige Teile zusammen gesucht und brauche Rat
ob ich mit dieser Zusammenstellung zu einem Ergebnis komme.
Als Messumformer hab ich diese im Netz gefunden:
http://www.pollin.de/shop/dt/NTU4OTgxOTk-/Bausaetze_Module/Bausaetze/Bausatz_PT1000_Messwandler.html
(Dem traue ich keine hohe Genauigkeit zu ist aber recht günstig :) )
alternativ:
http://www.lkmelectronic.de/deutsch/produkte/Schienenmontage.html
(LKM 214 teuer aber vermutlich viel besser als der obere, evtl. auch der
LKM 254 falls 3-Leitrige Sensoren ebenfalls ausreichen würden und auch
etwas günstiger)
Als ADC habe ich diese gefunden:
http://www.electronic-software-shop.com/hardware/spannung/usb-messwerterfassung-komplettset.html
(sehr günstig und mit USB-Anschluss zur Auswertung am Rechner +
Software)
alternativ:
http://de.rs-online.com/web/p/datenlogger/6668154/
(bin mir nicht sicher ob ich den Verwenden kann, hat allerdings
12-Kanäle ist aber auch teurer)
Wie gesagt bin ich ein Leihe was das Thema angeht und bin auch für
alternativen offen und brauche dazu eure Hilfe.
Kosten sollten natürlich so gering wie möglich gehalten werden :) Falls
weitere Informationen benötigt sind einfach Fragen.
Ich bedanke mich schon mal im Voraus
MfG
Mehlhaff schrieb:> Wie gesagt bin ich ein Leihe was das Thema angeht
Was Leihe angeht, es wäre sicher besser sich eine professionelle
Ausrüstung zu leihen.
Der Wandler von RS hat eine Genauigkeit von bestenfalls 0,5 %, für die
Bastelplatine von Pollin gibt es erst garkein Datenblatt.
Mehlhaff schrieb:> Die Genauigkeit sollte bei etwa +/-0,3 °C liegen (besser> +/-0,1 °C).
Das ist mit dem was du ausgesucht hast völlig aussichtslos. In der
Preisklasse wirst du summa summarum eher auf 1..2 Grad kommen. Man kann
zwar auch Billigstschaltungen durch Kalibrieren noch etwas verbessern,
aber dafür fehlt dir ja auch die nötige Qualifikation, und die
Ausrüstung ebenso.
Georg
PT100 / PT 1000 in Vierleiter passt, nur eigene Auswertung lohnt den
Aufwand nicht.
An einer Hochschule sollte sich ein Systemvoltmeter mit Scanner und
Rechneranschluß (leihweise) finden lassen.
Früher hätte ich Prema gesagt, aber bei Fluke, Agilent, Hameg gibts
fertiges.
Sehe gerade Hameg HMC8012 kann PT1000, dann halt Scanner / Umschalter
davor.
Butzo
Klaus B. schrieb:> PT100 / PT 1000 in Vierleiter passt, nur eigene Auswertung lohnt den> Aufwand nicht.
Ja, aber da muss er die entsprechende Genauigkeitsklasse einkaufen. 0,3
oder 0,1 Kelvin ist schon sehr anspruchsvoll, selbst wenn die Elektronik
keinen weiteren Fehler beisteuert. Alle Sensoren selbst auf 0,1 Kelvin
zu kalibrieren dürfte auch die Möglichkeiten vieler Unis übersteigen.
Georg
ich glaube kaum, das er die temperatur absolut zu 0 kelvin auf 0,1°
erfassen will ;-). eher die relative veränderung. das wird mit
ausreichend genauem pt1000 und wandlung zwar nicht auf 0,1°
funktionieren, aber die angegebenen 0,3° sind da schon realistisch.
cu zipp
Mehlhaff schrieb:> http://www.lkmelectronic.de/deutsch/produkte/Schienenmontage.html> (LKM 214 teuer aber vermutlich viel besser als der obere, evtl. auch der> LKM 254 falls 3-Leitrige Sensoren ebenfalls ausreichen würden und auch> etwas günstiger)
Bei den Anforderungen und Leitungslängen reicht eine
Drei-Leiter-Schaltung aus.
Zu den beiden AD-Wandler-Karten:
Der PT1000 macht bei den, um Selbsterwärmung möglichst zu minimieren,
üblichen 100 uA etwa: 0.00385 Ohm/Ohm/K * 1000 Ohm -> 3.85 Ohm/K * 100
uA = 385 uV/K
Picolog löst etwa 2.5 V / 4096 ~ 610 uV, der andere etwa ~1.5 mV auf.
Die müssten bei +-0.3 °C allerdings 385 uV/K * 0.3 K = 115.5 uV, bei 0.1
°C min 38.5 uV auflösen können. Und zwar mindestens und das rauschfrei
d.h. das RMS Rauschen der Wandler muss kleiner 5.8 uV RMS bzw. 17.5 uV
sein. Bei 0 V - 2.5 V Eingangsspannungsbereich wäre das eine Auflösung
von
etwa 19 Bit bzw. 17 Bit...
Oder das Signal der PT1000s muss entsprechend vorverstärkt werden.
Ohne Kalibrierung der Sensoren reichen auch die 1/3 DIN B (entspricht
seit einigen Jahren der Klasse AA) nicht: (0.1 + 0.0017 |t|) für t = 80
°C sind das +-0.236 °C. Die 10 Stück könnten zwar alle ähnlich liegen
und damit die Anforderungen erfüllen, müssen aber nicht... zudem kommen
noch die Fehler des Wandlers/der restlichen Schaltung hinzu.
1/10 DIN B würden unkalibriert reichen +-(1/10 * (0.3 + 0.005 |t|)) = +-
0.07 °C, wenn der Rest mitspielt.
Eine Möglichkeit wären 10 * MAX31865 mit etwas, das SPI kann und per USB
an den PC angeschlossen wird (Arduino irgendwas z.B.)
https://datasheets.maximintegrated.com/en/ds/MAX31865.pdf
Hallo,
> Mehlhaff schrieb:> für mein Praxissemester muss ich eine Vier-Achsen-Fräsmaschine thermisch> untersuchen, die zur Finishbearbeitung von Großteilen verwendet wird.
Ja, ein interessantes Problem.
> Diese wird durch thermische Einflüsse im Laufe eines Tages immer> ungenauer (µ-Bereich). Thermische Einflüsse sind unter Anderem Zugluft> (gerade im Winter von Bedeutung).
Wo hochgenaue Maschinen arbeiten, sollte Zugluft und alle Einflüsse,
welche Temperaturänderungen verursachen grundsätzlich vermieden werden.
Deshalb werden Präsisionsmaschinen eingehaust und thermostatiert.
> Gemessen werden sollen alle vier> Achsen, sowie das Maschinenbett und andere Komponenten, die Einfluss auf> die Fertigungsgenauigkeit haben. Zur Verwendung kommen dabei PT1000> Widerstandssensoren zur Oberflächenmessung.> https://www.sensorshop24.de/temperaturfuehler/oberflaechenfuehler/oberflaechenfuehler-mit-anlegeklotz/oberflaechenfuehler-bis-105-c/
Grundsätzlich solltest du überlegen, ob du irgendwo irgend einen
Billigramsch kaufen must. Die Maschinen kosten hunderttausende € und die
Produktionsumsätze liegen noch viel höher. Da sollten paar hundert € für
Sensoren und Auswertung doch wohl drin sein, sofern man das ganze Thema
ernst nimmt, oder?
Ich kaufe so was meist bei der Fa. Rössel Messtechnik. Da bekommst du
auch Beratung zum ganzen Meßpaket.
http://roessel-messtechnik.de/webro-wAssets/docs/product-information/german/pi-070-mwt_de.pdf
Evt. brauchst du auch keine Mantelelemente sondern kannst die PT1000
auch gleich an den Messstellen mit 2K-Kleber festmachen.
Mantelelemente sind aber natürlich viel einfacher in der Handhabung und
bei den Leitungslängen sollten es auch geschirmte Leitungen sein.
Dann kannst du die Sensoren auch rel. einfach in einem Wasserbad
vergleichen. Die absoluten Temp. wird wohl gar nicht so entscheidend
sein, sondern die Änderungen und Differenzen,oder?
> Soweit ich richtig recherchiert habe weisen diese sehr hohe> Genauigkeiten und Langzeitstabilität auf und sind auch nicht groß> Störanfällig.
Jo, das ist richtig.
> Benötigt werden mindestens 8 davon (besser 10 aber 8 auch> ausreichend). Die Genauigkeit sollte bei etwa +/-0,3 °C liegen (besser> +/-0,1 °C). Die Kabellänge wird etwa 10m sein und deswegen auch> 4-Leitrig. Der Messbereich liegt bei grob 20°C - 80°C.
Ein PT-Element ändert seinen Wert pro Grad um ca. 0,39%.
0,1K entspricht also ca. 0,04% Änderung. Das ist nicht viel.
Um den Fehler durch Eigenerwärmung minimal zu halten, sollte der
Messtrom eher klein gehalten werden. Bei guter thermischer Kopplung der
Sensoren ist das aber nicht ganz so kritisch. Da mußt du nur drauf
achten, das die Kopplung an allen Stellen etwa gleichwertig ist.
Mit angenommen 100uA am PT1000 bekommst du so ca. 90...130mV, also ca.
40uV pro 0,1K.
Mit Sensorstrom um 1mA ist zwar die Spannung um Faktor 10 größer, aber
dafür auch der Fehler durch Eigenerwärmung. Auch der Einfluss von
Thermospannungen den ist dann aber weniger kritisch.
Vermutlich wirst du also mit ca. 1mA besser fahren.
Eigenerwärmung kannst du ja rel. einfach kontrollieren, indem man das
Einschwingverhalten nach dem Anschluss eines Sensors beobachtet.
> Ich studiere Fahrzeugtechnik und habe leider nicht viel Ahnung von> Elektrotechnik,
Aber Mathematik und allg. Grundlagen der Physik sollten doch vorhanden
sein, oder? Die Hinweise, die ich dir hier gebe sind sehr allg. Art und
sollten vorn dir eigentlich schon überdacht worden sein.
> Als Messumformer hab ich diese im Netz gefunden:> http://www.pollin.de/shop/dt/NTU4OTgxOTk-/Bausaetze_Module/Bausaetze/Bausatz_PT1000_Messwandler.html> (Dem traue ich keine hohe Genauigkeit zu ist aber recht günstig :) )
Dein Mißtrauen ist begründet.
Irgend welche Widerstände haben einen TK von 100 oder schlechter.
da heißt 100ppm pro 1K -> bedeutet jeder Widerstand in der Schaltung
kann schon bis 0,01% pro 1 K Änderung der Umgebungstemp. bewirken.
Da sind aber ca. 10 Widerstände in der Meßschaltung, die einen Einfluss
haben werden. Dazu kommt der Offset und die Offsetdrift des OPV und der
für Präsisionsanwendungen eher wenig geeigente Spannungsregler 7805, der
auch für die Stabilität des Messtroms verantwortlich ist.
Ich meine, bei rel. konstanten Umgebungsbed. kann man damit ca. 1K und
evtl. etwas besser erreichen, aber kaum 0,1K.
> alternativ:> http://www.lkmelectronic.de/deutsch/produkte/Schienenmontage.html> (LKM 214 teuer aber vermutlich viel besser als der obere,
TK < 100ppm/K ist ganz gut.
evtl. auch der
> LKM 254 falls 3-Leitrige Sensoren ebenfalls ausreichen würden und auch> etwas günstiger)> Als ADC habe ich diese gefunden:> http://www.electronic-software-shop.com/hardware/spannung/usb-messwerterfassung-komplettset.html
Ich sehe da keine Angaben zu Genauigkeit und Drift, nur Werbeaussagen
zur Auflösung. Prüfe das genau!
> http://de.rs-online.com/web/p/datenlogger/6668154/> (bin mir nicht sicher ob ich den Verwenden kann, hat allerdings> 12-Kanäle ist aber auch teurer)
Da gibt es Angaben zur Genaugikeit, aber keine Angaben zum
Temperaturbereich in dem das erreicht werden soll.
Falls das nur für die Grundgenauigkeit bei genau 25°C gilt, ist das nich
viel wert.
Gruß Öletronika
Danke für die vielen Antworten.
Um ein paar Dinge zu beantworten:
- Ausrüstung zu leihen geht nicht, da diese in der Firma weiterverwendet
werden soll.
- Die Auswertung soll am PC stattfinden und ein USB-Anschluss wäre von
Vorteil.
- Genaue Temperatur ist "nebensächlich", wichtig ist da eher die
relative Änderung (wobei da auch die Genauigkeit ausschlaggebend ist)
Wie ich aus den Beiträgen lesen konnte würde ich meine Angaben nicht so
leicht erreichen, wenn ich die vorgeschlagenen Teile Verwende (zumindest
die meisten davon). Ich wäre bereit mehr Geld auszugeben und habe einige
fertig Produkte zusammengesucht:
http://www.datatec.de/nocache/Pico-Datenlogger-PT104,w14569119738539.htm
(werden zwei benötigt)
oder wie hier vorgeschlagen:
http://www.temperature-products.de/8-kanal-pt100-te-usb-datenerfassungsmodul.html
(billigere alternative mit 8 Kanälen allerdings steht in der
Beschreibung nur PT100 Elemente)
Wäre das der bessere Weg? Gibt es alternativen zu denen?
MfG
Mehlhaff schrieb:> - Genaue Temperatur ist "nebensächlich", wichtig ist da eher die> relative Änderung (wobei da auch die Genauigkeit ausschlaggebend ist)
Also Genauigkeit ist nebensächlich, aber ausschlaggebend - könntest du
das näher erläutern? Selbst wenn du das widerspruchsfrei hinkriegst, ist
so eine allgemeine Aussage unbrauchbar, die einzig korrekte Aussage dazu
ist eine konkrete Zahl wie z.B. 0,1 Kelvin oder 0,5 Kelvin, was du halt
wirklich brauchst. Sollte für einen angehenden Wissenschaftler
eigentlich schaffbar sein. Mit Angaben wie "genau" und "billig" wirst du
nicht weit kommen.
Georg
Mehlhaff schrieb:> Wie ich aus den Beiträgen lesen konnte würde ich meine Angaben nicht so> leicht erreichen,
Eine hohe Genauigkeit innerhalb eines begrenzten Temperaturbereichs
lässt sich mit geringen Aufwand mit NTCs erreichen (siehe Fieber-
thermometer). Grundsätzlich sind zwar PT-Fühler sehr genau, benötigen
dafür aber auch einen erhöhten Aufwand bei der Auswertung. Das hängt
ganz einfach damit zusammen, das die Widerstandsänderung pro Grad
nur 0,4% beträgt. Dieser Wert ist bei NTCs wesentlich grösser.
Georg schrieb:> Mehlhaff schrieb:>> - Genaue Temperatur ist "nebensächlich", wichtig ist da eher die>> relative Änderung (wobei da auch die Genauigkeit ausschlaggebend ist)>> Also Genauigkeit ist nebensächlich, aber ausschlaggebend - könntest du> das näher erläutern? Selbst wenn du das widerspruchsfrei hinkriegst, ist> so eine allgemeine Aussage unbrauchbar, die einzig korrekte Aussage dazu> ist eine konkrete Zahl wie z.B. 0,1 Kelvin oder 0,5 Kelvin, was du halt> wirklich brauchst. Sollte für einen angehenden Wissenschaftler> eigentlich schaffbar sein. Mit Angaben wie "genau" und "billig" wirst du> nicht weit kommen.>> Georg
Ich gebe dir Recht.
Worauf ich hinaus wollte ist, dass die relative Temperaturänderung
wichtiger ist als die Temperatur an sich, bei einer Genauigkeit von
+/-0,3K wie in meinem ersten Beitrag schon beschrieben.
Harald W. schrieb:> Eine hohe Genauigkeit innerhalb eines begrenzten Temperaturbereichs> lässt sich mit geringen Aufwand mit NTCs erreichen (siehe Fieber-> thermometer).
Ich würde die PT1000 dennoch bevorzugen.
Mehlhaff schrieb:> Harald W. schrieb:>> Eine hohe Genauigkeit innerhalb eines begrenzten Temperaturbereichs>> lässt sich mit geringen Aufwand mit NTCs erreichen (siehe Fieber->> thermometer).>> Ich würde die PT1000 dennoch bevorzugen.
Dann musst Du auch mit dem Nachteil des erhöhtem Aufwands leben,
was bei Dir wohl auf den Kauf eines teuren Fertigmessgerätes
hinausläuft.
Mehlhaff schrieb:> Worauf ich hinaus wollte ist, dass die relative Temperaturänderung> wichtiger ist als die Temperatur an sich, bei einer Genauigkeit von> +/-0,3K wie in meinem ersten Beitrag schon beschrieben.
Ich interpretiere das mal so: du brauchst eine Genauigkeit der
Temperatur von +-0,3 K, aber eine höhere Auflösung, und dabei sollte das
Verhalten bei kleinen Änderungen monoton und linear sein. Das ist mit
Pt100/1000 kein Problem, wenn du die entsprechende Genauigkeitsklasse
für 0,3 K besorgst - Sprünge machen die Sensoren nicht, da könnten
höchstens fremde Einflüsse reinspucken wie etwa elektrische Störungen.
Das betrifft dann hauptsächlich die Verlegung der Anschlusskabel.
Die Auswerteelektronik sollte zu dem Fehler der Sensoren nichts weiteres
zufügen, das ist schon recht anspruchsvoll. Da wirst du nicht darum
herum kommen, eine Fehlerrechnung zu machen, um festzustellen, was die
technischen Daten der Auswerteelektronik umgerechnet in K Abweichung
ergeben. Das heisst natürlich implizit, dass nur Geräte in Frage kommen,
für die es entsprechende Angaben gibt, keine Bastlermodule. Mit Sprüngen
in der Verstärkung musst du da auch nicht rechnen, solange du es nicht
übertreibst - wenn du natürlich zur eigentlichen Genauigkeit noch
zusätzliche 5 Dezimalstellen auswertest, sind einige davon nur noch rein
zufällig.
Georg
Harald W. schrieb:> Grundsätzlich sind zwar PT-Fühler sehr genau
Grundsätzlich sind sie genau deswegen gerne verwendet, weil sie so genau
spezifiziert sind, dass man die Alterung im Griff hat und nach einem
Sensortausch nicht neu kalibrieren muss. Besonders letzteres wird bei
einem gemeinen NTC schwierig.
Wolfgang schrieb:> Weil man die Alterung im Griff hat und nach einem> Sensortausch nicht neu kalibrieren muss.
Das gilt aber nur bei eher geringen Genauigkeitsanforderungen
(0,3...0,5K). Bei höheren Anforderungen muss jeder Fühler
einzeln kalibriert werden.
Du gehst die Sache falsch an.
Willst du basteln oder das Messproblem lösen?
Es geht doch um die Messung mit guter Auflösung und zeitliche
Überwachung der Temperaturen. Das bekommst du aus eigener Kraft mit
Sicherheit nicht in vernünftiger Zeit hin. Also brauchst du eine
professionelle Lösung - ein Messgerät mit ausreichend Kanälen, an das du
deine Pt1000 anschliessen kannst, welches an einen PC angeschlossen
werden kann, zu Datenspeicherung und Auswertung. Am Besten wäre hier
LAN.
Eine Vier-Achsen-Fräsmaschine ist bestimmt nicht billig, da sollte auch
die Messtechnik zur Temperaturmessung auch etwas kosten dürfen.
Ich habe lange Jahre mit Modulen der Firma Delphin Technology
gearbeitet, die tun das was du brauchst! Ich kann diese wärmstens
empfehlen und habe beste Erfahrungen damit gemacht.
