Hallo,
ich möchte 5 NTC gleichzeitig auslesen und brauche kurz eure Hilfe bei
der Schaltung.
Dazu sind die Werte der Widerstände eigentlich egal. Mir geht es nur
darum, ob ich die NTC so wie auf dem Bild im Anhang verschalten kann
oder ob ich für jeden NTC + Festwiderstand eine extra
Spannungsversorgung benötige.
Ziel ist es die NTC-Widerstände bzw. die Temperatur so genau wie möglich
zu bestimmen.
Dazu werden die Spannungen U_N1 bis U_N5 mit einer Messbox von NI mit
16-bit gemessen.
Habe ich irgendwelche Vor- bzw. Nachteile mit den aufgezeigten
Schaltungen?
Vielen Dank und beste Grüße
Dave
Ingo Less schrieb:> In der unteren Schaltung ist die Spannung über den NTCs die Selbe,> wie> willst du da auf 5 Temperaturen rückschließen können?
Ja, da hast du recht...
Oh Gott wie dämlich...
Ok, dann vergessen wir mal die 2. Schaltung auf dem Bild und gehen mal
nur von dem Vergleich zwischen der ersten Schaltung mit den 5 NTC +
Festwiderstand parallel mit einer 5V Spannungsversorgung und dem Fall,
dass jeder NTC + Festwiderstand eine eigene 5V Spannungsversorgung hat,
aus.
Wobei das ja dann eigentlich egal sein sollte oder? Solang meine 5V
Spannungsquelle genug Strom liefern kann, spielt das ja keine Rolle?
Evtl. ist es dann so sogar genauer, weil die Abweichung der einzelnen
Spannungsquellen dann keine Rolle mehr spielt?
Es ist sinvoll, einen 6. Pfad mit zwei Festwiderständen zu haben, dann
kannst du eine ratiometrische Messung, unabhänig von der
Versorgungspannung und deren Ungenauigkeit durchführen.
Die 1. Schaltung ist in Ordung.
Ob PT1000, KTY81 oder NTC, nachfolgende Schaltung eignet sich für alle
diese Sensoren: Beitrag "Temperatursensor KTY81 am ATmega328 (Arduino UNO), 1-6 Kanäle"
Die Berechnung muß an die Kennlinie angepasst sein.
Peter D. schrieb:> Dann kommt nur die Vierleitermessung in Frage,
Erst einmal abwarten auf wieviel K es genau sein soll, nicht, daß
nachher noch die Thermospannungen kompensiert werden müssen ;-)
Dave schrieb:> Ok, dann vergessen wir mal die 2. Schaltung auf dem Bild und gehen mal> nur von dem Vergleich zwischen der ersten Schaltung mit den 5 NTC +> Festwiderstand parallel mit einer 5V Spannungsversorgung und dem Fall,> dass jeder NTC + Festwiderstand eine eigene 5V Spannungsversorgung hat,> aus.>> Wobei das ja dann eigentlich egal sein sollte oder? Solang meine 5V> Spannungsquelle genug Strom liefern kann, spielt das ja keine Rolle?
Wenn du das mit einem separaten ADC mißt, dann muß deine 5V Spannung
nicht nur genug Strom liefern können (was trivial ist, weil man durch
einen NTC gar nicht viel Strom schicken will - Stichwort
Eigenerwärmung). Sondern deine 5V Spannung muß vor allem genau und
stabil sein. Der Wert der 5V Versorgungsspannung geht ja direkt als
Faktor in den Meßwert ein.
Du machst dir das Leben sehr viel einfacher, wenn der ADC einen Eingang
für die Referenzspannung hat und du den dann mit den 5V verbindest. Oder
alternativ, wenn der ADC einen Ausgang mit seiner Referenzspannung
bietet, wenn du diese Spannung zur Versorgung deiner Halbbrücken
verwendest. Das nennt man dann eine ratiometrische Messung.
Alternativ kannst du wie vorgeschlagen, deine 5V Spannung mit zwei
Festwiderständen teilen und die runtergeteilte Spannung mit einem 6.
Kanal des ADC messen. Dann die NTC-Meßwerte durch diesen Meßwert
dividieren. Diese Variante ist etwas schlechter, weil du die Drift der
beiden Widerstände mit mißt. Und deine 5V Spannung muß mindestens
kurzzeitstabil sein (darf sich zwischen den Messungen nicht ändern).
16 Bit sind trotzdem weit übertrieben. Deine NTC haben Toleranzen. Deine
Festwiderstände haben Toleranzen und thermische Drift. Ohne Abgleich
wirst du nicht mehr als vielleicht 10 signifikante Bits bekommen. Der
Rest ist gewürfelt.
Axel S. schrieb:> Oder> alternativ, wenn der ADC einen Ausgang mit seiner Referenzspannung> bietet, wenn du diese Spannung zur Versorgung deiner Halbbrücken> verwendest. Das nennt man dann eine ratiometrische Messung.
Ich habe gesehen, dass mein ADC sowohl 5V Referenzspannung ausgeben kann
als auch einen AI Sense Eingang hat. Also ist damit wohl beides möglich.
Die Temperatur soll in einem kleinen Temperaturbereich bis zu 0,01 °C
genau gemessen werden (erstmal ein Wunsch)
Daher muss wohl auch die Temperaturspannung kompensiert werden.
Peter D. schrieb:> Dave schrieb:>> Ziel ist es die NTC-Widerstände bzw. die Temperatur so genau wie möglich>> zu bestimmen.>> Dann kommt nur die Vierleitermessung in Frage, d.h. Du brauchst 4> Analogmultiplexer 74HC4051.> https://de.wikipedia.org/wiki/Vierleitermessung
Wie würden denn dann die Schaltung mit den MUX aussehen?
Dave schrieb:> Wie würden denn dann die Schaltung mit den MUX aussehen?
ich würde ja den 74HC4051 wählen
https://www.gammon.com.au/images/Arduino/74HC4051_a.png
am gemeinsamen I/O PIN3 käme der pullup R zur VCC oder Aref
an den ersten 5 I/O Pin 13/14/15/12/1 deine 5 NTC nach GND
Der Ausgang am gemeinsamen I/O PIN3 an einen OPV der passend verstärkt
und das verstärkte Signal an den ADC schickt.
Die Kanalwahl welcher NTC gemessen werden soll erfolgt dann mit PIN 9-11
vom µC binär 000-111
wenn der pullup R und der NTC nicht zu klein ist spielt der
Bahnwiderstand des Multiplexers eine untergeordnete Rolle.
wobei gleichzeitig ist nicht, jeder ADC hat einen Multiplexer und jeder
µC arbeitet nur seriell einen Befehl nach dem anderen ab!
Für echte "Gleichzeitigkeit" muss man andere Lösungen wählen.
Dave schrieb:> Die Temperatur soll in einem kleinen Temperaturbereich bis zu 0,01 °C> genau gemessen werden (erstmal ein Wunsch)
Und zwar ein unerreichbarer. Du kannst vielleicht 0,1 Grad erreichen,
aber wahrscheinlich nicht mit NTCs. Und auch das eher als Auflösung,
nicht als Genauigkeit, denn dazu müsstest du die Temperatursensoren,
egal welche, mit einem Bad kalibrieren, das auf 0,01 Grad genau und
stabil ist - das findest du höchstens bei der PTB
(Physikalisch-Technische Bundesanstalt). Und sowas kostet mehr als du in
ein paar Jahren verdienst.
Es gibt vorabgeglichene Sensoren, Pt100 oder digital, mit denen du in
Nähe von 0,1 Grad kommen kannst.
Und lass dir hier von niemand einreden, mit Eiswürfeln und kochendem
Wasser käme man lässig auf Milli-Kelvin.
Georg
Für sehr hohe Auflösung ist auch der SMT172 geeignet. Der Vorteil ist,
daß sämtliche analogen Störquellen wegfallen. Die Auslesung mit einem µC
ist also sehr einfach. Und man braucht keine teuren hochstabilen
Referenzwiderstände.
Dave schrieb:> Ziel ist es die NTC-Widerstände bzw. die Temperatur so genau wie möglich> zu bestimmen
Über welchen Temperaturbereich ?
NTC kann man sehr genau kaufen (Fieberthermometer) aber nur in einem
engen Temperaturbereich. Normale NTC sind sehr ungenau und müssen jeder
einzeln kalibriert werden (also welche Temperatur welchen Widerstand und
in Folge welche Spannung ergibt).
Sie taugen auf Grund ihrer exponentiellen Kennlinie kaum um grosse
Temperaturbereiche (z.B. 0-100 GradC) zu messen, schon gar nicht in
deiner primitiven Schaltung 1.
Man kann die Kurve mit einem Parallelwiderstand noch etwas gerade
biegen, aber letztlich wären KTY oder Pt100(0) oder LM335 Sensoren (je
nach Grenztemperaturen) besser für grosse Trmperaturbereiche, bei
Pt100(0) spart man sich sogar das kalibrieren.
Aber jeder wie er will.
https://dse-faq.elektronik-kompendium.de/dse-faq.htm#F.32
MaWin schrieb:> Über welchen Temperaturbereich ?>> NTC kann man sehr genau kaufen (Fieberthermometer) aber nur in einem> engen Temperaturbereich. Normale NTC sind sehr ungenau und müssen jeder> einzeln kalibriert werden (also welche Temperatur welchen Widerstand und> in Folge welche Spannung ergibt).> Sie taugen auf Grund ihrer exponentiellen Kennlinie kaum um grosse> Temperaturbereiche (z.B. 0-100 GradC) zu messen, schon gar nicht in> deiner primitiven Schaltung 1.
Es geht um den Körpertemperaturbereich von 36°C - 42°C.
Als Referenzsensor verwende ich noch einen PT100.
Hier geht einiges durcheinander. Ich versuche mal, etwas Licht ins
Dunkel zu bringen.
NTC-Widerstände ändern sich stark mit der Temperatur. Deshalb ist da
eine Vierleitermessung nicht nötig. Aber die Einhaltung der Werte ist
ungenauer als bei anderen Widerständen (und kann sich auch mit der Zeit
ändern, weshalb Siemens früher neben "normalen" auch "vorgealterte" NTCs
angeboten hat). Deshalb muss zumindest an einem Temperaturwert die
Ausgangsspannung "eingemessen" und der Parameter abgespeichert werden.
Dann ist aber die Auswertung einfach, ein 8-fach Multiplexerm CD4051
oder 74HC4051 reicht zum Umschalten aus. Aber: Mit NTCs lassen sich ohne
Zusatzmaßnahmen Temperaturen nicht auf 0,1° genau messen.
Fieberthermometer haben einen sehr eingeschränkten Messbereich, werden
darauf kalibriert und auch der Temperaturgang des Referenzwiderstandes
ist genau bekannt und im Design berücksichtigt. Wenn für R1 bis R5
Präzisionswiderstände genommen werden, ist eine Genauigkeit von 0,5°
erreichbar.
PT100-Widerstände sind (je nach Güteklasse) sehr genau, ändern ihren
Wert pro Grad Temperaturänderung nur um 0,385%. Deshalb reicht die
Auflösung "normaler" A/D-Wandler nicht aus. Je nach Messbereich muss ein
12- , 14- oder gar 16- Bit A/D-Wandler genommen werden. Bei einem PT100
ist eine 4-Draht Messung zwingend erforderlich, um Einflüsse des
Zuleitungswiderstandes auszuschließen. Aber: Hier gilt die gleiche
Genauigkeitsanforderung auch für den Referenzwiderstand. Da es sich um
eine Widerstandsmessung handelt, müssen Spannung und Strom gemessen
werden, um den Widerstand zu ermitteln - alles mit der notwendigen
Genauigkeit.
Dann gibt es noch diverse Halbleitertemperatursensoren, z.B. der
LM35-Serie, aber auch da wird es schwierig auf mehr als 0,5 V
Genauigkeit zu kommen.
Nicht vergessen habe ich die Thermoelemente, aber hier muss die
Temperatur der Referenzstelle genau gemessen werden, wodurch sich die
Problematik nur verschiebt.
Dave schrieb:> Es geht um den Körpertemperaturbereich von 36°C - 42°C.
Theoretisch geht dann also Schaltung 1 mit temperaturstabilen (50ppm
oder 25ppm) Widerständen, wobei man die Betriebsspannung mitmessen
müsste, Widerstandswert ist ( Rntc(36)+Rntc(42) )/2.
Aber der Aufwand, 6 Messkanäle, ist halt ziemlich hoch.
Es ginge auch 1 Messkanal, wenn man die Masseverbindung der NTC
schaltet, mit MOSFET, Analogschalter, Reedrelais oder inversen
Bipolartransistoren.
Dann braucht man halt 5 Digitalausgänge.
MaWin schrieb:> Aber der Aufwand, 6 Messkanäle, ist halt ziemlich hoch.
Die NI Box hat 8 Analoge Messkanäle, das ist also kein Problem.
Und da der Messbereich von +- 10V geht, kann ich die 5V
Versorgungsspannung sogar direkt mit dem AD Wandler messen.
Ich habe auch schon passende Präzisionsmesswiderstände rausgesucht
(10kOhm,0805,0.1%,10p pm,125mW,100V) die sollten ja passen
Vielen Dank auch an alle anderen für die Hilfe.
Dave schrieb:> Ich habe auch schon passende Präzisionsmesswiderstände rausgesucht> (10kOhm,0805,0.1%,10p pm,125mW,100V)
0,1 % ist die Genauigkeit des Widerstands bei 20 Grad, das stimmt für
deine 38 Grad eh schon nicht mehr, und hat auch keineswegs eine
Genauigkeit der Temperatur von 0,1 K zur Folge, von 0,01 K bist du
Lichtjahre entfernt.
Aber der feste Glaube ist ja wichtiger als die Physik.
Georg
Peter D. schrieb:> Vierleitermessung
Vierleitermessung ist nur sinnvoll bei sehr kleinen Widerständen, siehe
milli Ohm Messung. Erklärung ab 8:19
https://www.youtube.com/watch?v=LXzG2qk1J6Q
Dave, gibt es einen Grund, warum es 5 NTCs seinen müssen und warum einer
nicht ausreicht ?
Wenn es wirklich mehrere sein müssen, achte darauf, dass sie möglichst
gleiche Kennwerte ohne nennenswerte Abweichung haben.
MaWin schrieb:> wobei man die Betriebsspannung mitmessen müsste
Ich meine, das muss man dann nicht, wenn man die Betriebsspannung
gleichzeitig als Referenz verwenden kann.
Oder alternativ die Anordnung an der Referenzspannung betreibt.
Ratiometrische Messung.
georg schrieb:> 0,1 % ist die Genauigkeit des Widerstands bei 20 Grad, das stimmt für> deine 38 Grad eh schon nicht mehr,
Die Widerstände müssen doch gar nicht absolut genau sein, nur sollte der
Temperaturgang und sonstiger Drift (z.B. Alterung) gegen Null gehen.
Solange er die Widerstände bei einer konstanten Temperatur betreiben
kann (die wären ja eh nicht auf der Messtemperatur), ist deren TK doch
kein erstes Thema.
Wenn andere Vorschläge erlaubt sind, wieso dann nicht DS18B20?
Das funktioniert doch sehr sicher und die kannst du alle an einen Pin
hängen.
Brauchst du nicht einmal selbst programmieren, gibt es satt und
funktionierend im Netz.
Wenn das eine Idee für dich ist, Dave, dann würde ich aber eine
Stromversorgung machen, nicht diesen Parasit Power Mode. Lies das
Datenblatt, das hat auch Vorteile (weiß ich aus dem Kopf gerade nicht so
genau; ich glaube die Abfragegeschwindigkeit war es) in der Anwendung.
georg schrieb:> 0,1 % ist die Genauigkeit des Widerstands bei 20 Grad, das stimmt für> deine 38 Grad eh schon nicht mehr, und hat auch keineswegs eine> Genauigkeit der Temperatur von 0,1 K zur Folge, von 0,01 K bist du> Lichtjahre entfernt.
Diese Widerstände liegen auf der separaten Messelektronik, also haben
diese keine 38°C und ich kann diese bei einer relativ Konstanten
Temperatur betreiben.
Hans-J. schrieb:> Dave, gibt es einen Grund, warum es 5 NTCs seinen müssen und warum einer> nicht ausreicht ?
Das ist die Vorgabe, daran kann ich leider nichts ändern. Meine Aufgabe
ist es nur die 5 NTC so genau wie möglich "auszulesen".
Also sind zwar andere Vorschläge erlaubt, jedoch kann ich das nicht
einfach umsetzten ;)
F. F. schrieb:> Wenn andere Vorschläge erlaubt sind, wieso dann nicht DS18B20?
Dave schrieb:> Diese Widerstände liegen auf der separaten Messelektronik, also haben> diese keine 38°C
Ich spreche vom Widerstand der NTCs, denn davon hat der TO ja die 0,1%
Toleranz angegeben. Und niemand sollte ernsthaft annehmen, dass ein NTC,
dessen Widerstand um 0,1 % abweicht, eine Temperatur auf 0,01 Grad
misst.
Ist aber auch egal, so weit wie da Anspruch und Realität
auseinanderklaffen.
Georg
georg schrieb:> Und niemand sollte ernsthaft annehmen, dass ein NTC,> dessen Widerstand um 0,1 % abweicht, eine Temperatur auf 0,01 Grad> misst.
Ich kann mir auch nicht vorstellen, dass NTCs so stabil und
reproduzierbar ihre Funktionsgleichung R(Temp) einhalten.
Aber auch hier gilt: der absolute Wert ist zweitrangig. Abgleichen muss
man sowieso jeden einzelnen. Auch das dürfte eine Herausforderung sein
...
F. F. schrieb:> Wenn andere Vorschläge erlaubt sind, wieso dann nicht DS18B20?
Aufgabe nicht gelesen ?
Dave schrieb:> die Temperatur so genau wie möglich zu bestimmen.
Ein DS1820 liegt schon mal 2 GradC daneben. Ein NTC könnte bis 0.005
Grad genau sein wenn er so genaue gekauft hat. Weiss man ja nicht, aber
16 bit bei 3.8% pro GradC erlaubt eine Auflösung bis 0.002 GradC, wäre
also 1000 mal besser als das Kinderspielzeug DS1820
Ich gebe noch den Kalibrationszyklus zu bedenken. Mit Luft (wie in einem
Klimaschrank) wirst Du mit ziemlicher Sicherheitschon mit 0,1°K
gleichmäßiger Temperaturverteilung kämpfen. Da wird es schon ein sehr
gut temperiertes Ölbad sein müssen, um die Sensoren sicher mit der
nahezu gleichen Temperatur zu "versorgen". Da braucht es einen extrem
präzisen Regler und perfekte Isolierung (ich spreche hier von
Relativgenauigkeit).
Wenn Du einen offenen Quarz nimmst, hast Du bessere Changen eine so
kleine Abweichung festzustellen. Kommt halt auf die Umgebungsbedingungen
an, ob er einsetzbar ist.
georg schrieb:> Ich spreche vom Widerstand der NTCs, denn davon hat der TO ja die 0,1%> Toleranz angegeben. Und niemand sollte ernsthaft annehmen, dass ein NTC,> dessen Widerstand um 0,1 % abweicht, eine Temperatur auf 0,01 Grad> misst.
Achso, nee die NTCs haben nicht diese angegebene Genauigkeit, damit habe
ich die Widerstände im Spannungsteiler gemeint.
Hans-J. schrieb:> Vierleitermessung ist nur sinnvoll bei sehr kleinen Widerständen
Nö.
Sie ist immer dann sinnvoll, wenn der Zuleitungswiderstand einen
erheblichen Fehler verursachen würde.
D.h. ob man sie braucht, hängt von Länge und Durchmesser der Kabel im
Verhältmis zur Sensorkennlinie ab.
Dave schrieb:> Die NI Box hat 8 Analoge Messkanäle, das ist also kein Problem.> Und da der Messbereich von +- 10V geht, kann ich die 5V> Versorgungsspannung sogar direkt mit dem AD Wandler messen.
Hallo Dave,
warum nicht gleich diese Information... besser noch sagen welche Box
genau Du hast. ?
Gibt es eine Kostenlimit? (bei nur +-10V Range würden sich ohne
Entwicklungsaufwand Industriemesswandler anbieten ...)
Bei Deiner Anfangsschaltung wäre es entscheidend welchen NTC Du nimmst,
dann den Widerstand entsprechend wählst (Strom, Sebsterwärmung)
Dann checken ob Du noch einen Buffer/Verstärker brauchst( Range,
Genauigkeit der NI-Box, ach ja und Eingangsimpedanz! , die billig NI
600X Boxen haben etwa 110k mit BIAS Spannung und wären für den direkten
Anschluß die schlechteste Wahl)
Wenn es einfach wäre die LCDs von Fieberthermometern auszulesen, wäre
das wohl die günstigste und genaueste Lösung. Die Dinger sind dann auch
schon genau im gewünschten Temperaturbereich kalibriert.
Wie willst Du den Pt100 auslesen?
NTC-Schaltung.png
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