Hallo,
ich würde gern die Temperatur mit einer 1N4148 oder mit einer KTY 84-130
Diode messen.
Meine Problem ist nun folgendes:
Fall 1:
Ist es besser einen Konstantstromquelle zu nehmen und dann mit einem
Widerstand und der Diode einen Spannungteiler aufbauen. Mittels
Impedanzwandler und Nicht-Invertierdenden OPV Spannung abgreifen,
verstärken und auf den ADC vom AT-Mega 8 digitalisieren (10Bit)
Fall 2:
Die Referenz-Spannung vom ADC mittels Impedanzwandler auf den
Spannungsteiler (Widerstand + Diode) geben und wie bei Fall 1 Spannung
abgreifen, verstärken und digitalisieren.
Vorweg ist noch zu sagen, dass nur die Diode über Leitungen zum
Messobjekt geführt werden. Der rest der Schaltung befindet sich
außerhalb der Wärmequelle.
Welcher Fall ist der bessere? Die Temperatur sollte auf 1° messbar sein
muss aber nicht.
Brauch ich überhaupt eine Verstärkung? Der ADC schafft ja 4,8mV als
Auflösung und die Diode hätte 5mV/K
Welchen OPV nehm ich da am besten? Wär ja gut wenns ein OPV für VCC und
GND wäre, dann müsste man nicht auf die Pegel am ADC achten.
Danke im Vorraus.
AndyII schrieb:> Hallo,> ich würde gern die Temperatur mit einer 1N4148 oder mit einer KTY 84-130> Diode messen.>
Nimm auf jeden Fall den KTY 84-130. Das ist wenigstens ein echter
Temperatursensor. Ein Konstantstrom ist nicht nötig, eine stabile
Spannung ist OK. Du wirst so und so den Temperaturverlauf ausmessen
müssen. Es ist ja eben kein Platinsensor.
mfg klaus
Ein KTY84 wäre eine Möglichkeit, ein PT1000 eine andere und für höhere
Temperaturen geeignet. Die Beschaltung für die Messung kann spartanisch
ausfallen, wenn man eine ratiometrische Messung macht.
Mein Vorschlag für Schaltung inkl. LCD-Anzeige und Programm, welches
auch für einen ATmega8 passend ist:
http://www.mino-elektronik.de/7-Segment-Variationen/LCD.htm#lcd7
Mit dem KTY84 wählt man üblicherweise einen Spannungsteiler. Mit einem
passenden Widerstand kriegt man die Kennlinie einigermaßen linear. Je
nach Anforderungen muss man nicht unbedingt verstärken, vor allem wenn
man die Ref. Spannung noch per Spannungsteiler runter (etwa 1/2 der
Versorgung) setzt.
Bei der Diode ist es relativ egal ob man einen wirkliche Stromquelle
oder nur einen Widerstand zu einer genügend hohen Spannung nutzt. Die
Spannung an der Diode hängt nicht so stark vom Strom ab. Der Tk der
Dioden liegt üblicherweise bei etwa -2 mV/K, man kann aber ggf. 2 oder 3
in Reihe schalten. Wegen der Eigenerwärmung wählt man eher wenig Strom
(z.B. etwa 10 µA).
Je nach Ref. Spannung ist die Auflösung beim AVR auch besser als 5 mV.
Beim Mega 8 kann man auf rund 2 V runter gehen und hätte damit rund 2 mV
Auflösung, was gerade so für 1 K reicht.
Wenn man verstärken will, sind die Anforderungen an die Verstärkung
nicht so hoch - da kann auch ein LM358 ausreichen - als günstiger
Rail-Rail OP, etwa ein MCP6002. Den Absolutwert der Spannung muss man
bei der einfachen Schaltung ja so oder so abgleichen - etwa einmal bei 0
C messen.
Für die Diode als Sensor reicht meist auch nur eine nicht invertierende
Verstärkung - der Bereich geht dann halt bis etwa 300 C hoch - sofern
die Diode mitmacht. Beim KTY8x wäre eher eine Brückenschaltung
angebracht - auch da reicht 1 OP.
Danke erst mal für die rasche und umfassende Antwort!
Mein Problem ist, dass ich einen Sensor in Form einer Diode bräuchte und
den pt1000 gibt's so ja glaube ich nicht.
KonstantSpannung hätte ich ja wenn ich die aref vom ATmega benutze...
Die Zuleitung würde sich ja eigentlich als Offset im spannungswert
bemerkbar machen??
Die BrückenSchaltung wären dann 3 festwiderstände und die Diode dann die
Spannung zwischen beiden spannungsTeiler abgreifen
Dachte die Dioden sind bei kleinen Strom annähernd linear?!
Der KTY84-130 ist nicht linear, kann aber mit einem Widerstand
linearisiert werden. Über 1K6 nach +5V ergeben sich folgende Eckpunkte:
0°C: 1,1868V
100°C: 1,9230V
Die Kennlinie dazwischen ist recht linear.
AndyII schrieb:> Die Temperatur sollte auf 1° messbar sein
Kannst du kalibrieren, also deine Schaltung nach dem Aufbau bekannte
Temperaturen (0 GradC, 37 GradC) messen lassen und die Anzeige
entsprechend anpassen ?
Dann geht das so.
Muss aber die Schaltung direkt nach dem Aufbau auf 1 GradC genau sein,
geht es auch beide Arten nicht, weil die Sensoren zu ungenau sind und
deine Referenzspannungsquelle erst recht.
> Brauch ich überhaupt eine Verstärkung? Der ADC schafft ja 4,8mV als> Auflösung und die Diode hätte 5mV/K
Meine 1N4148 hat -2mV/K.
Und 2mV bei ca. 0.7V Durchlassspannung macht 1/350tel, die Auflösung
wäre also ausreichend. Nimm 3 Dioden in Reihe, dann musst du nicht
verstärken.
AndyII schrieb:> Mein Problem ist, dass ich einen Sensor in Form einer Diode bräuchte und> den pt1000 gibt's so ja glaube ich nicht.
Dann nimm den KTY84.
Du brauchst weder eine Brückenschaltung noch einen OPV, um mit einem
ATmega8 auf 1 K Auflösung zu kommen. Auch ist kein Widerstand zur
Linearisierung notwendig; er würde eher die Auflösung verschlechtern.
Mit einem µC ist es kein Problem, die Kennlinie anhand von Tabellen
auszuwerten.
Wichtiger ist, daß der eff. Strom durch den Sensor gering gehalten wird,
um Eigenerwärmung zu vermeiden. Beim obigen Programmbeispiel liegt der
eff. Strom im einstelligen µA-Bereich.
Noch ein Link auf einen kleinen PT1000:
http://www.reichelt.de/Temperatursensoren/PCS-1-1503-10/3/index.html?&ACTION=3&LA=2&ARTICLE=85067&GROUPID=6672&artnr=PCS+1.1503+10
Ja ich sagte ja auch auf 1 Grad genau MUSS aber NICHT...
Oh Sorry ich meinte natürlich 2mV/K
3 dioden in Reihe ist leider nicht möglich, da der platz dafür nicht
vorhanden ist...
Mit Tabellen auswerten?! Das wär dann wohl interpolation?!
Aber jetzt mal zum vorgegeben Beispiel...
Bei einer Diode (kty) muss ich verstärken damit ich mit vollaussteuerung
den adc optimal nutzen kann oder?!
KonstantStrom brauch ich sicher nicht???
Erwärmt die Diode sich so stark bei zb 1 mA?! Ich mein über 5K werden
das doch nicht sein oder? Allerdings sollte es ja kein Problem sein den
Strom gering zu halten... Der Strom des opvs wird dadurch interessant,
da der ja auch in diesen dimensionen liegen sollte und der für die
umrechnung ja heraus gerechnet werden muss oder?!
AndyII schrieb:> Mit Tabellen auswerten?! Das wär dann wohl interpolation?!
Ja.
> Aber jetzt mal zum vorgegeben Beispiel...> Bei einer Diode (kty) muss ich verstärken damit ich mit vollaussteuerung> den adc optimal nutzen kann oder?!
Nein.
> KonstantStrom brauch ich sicher nicht???
Nein.
> Erwärmt die Diode sich so stark bei zb 1 mA?!
Ja.
> Der Strom des opvs wird dadurch interessant,> da der ja auch in diesen dimensionen liegen sollte und der für die> umrechnung ja heraus gerechnet werden muss oder?!
Man braucht keinen OPV.
Hast Du es nicht gefunden?
http://www.mino-elektronik.de/progs/avr/PT1000_KTY81/PT1000_KTY81.c
Der KTY84-130 ist nicht linear, kann aber mit einem Widerstand
linearisiert werden. Über 1K6 nach +5V ergeben sich folgende Eckpunkte:
0°C: 1,1868V
100°C: 1,9230V
Die Kennlinie dazwischen ist recht linear.
Doch hab ich gefunden aver ich versteh Grad nicht wirklich wie man den
TemperaturVerlauf ohne ne passende Auflösung des adc richtig
quabtisieren kann?!
Und das nächste Problem wäre der zusätzliche Widerstand am messObjekt
den bekomm ich da auch nicht ran... Bzw wollte ich nur mit 2 Drähte an
das messObjekt nicht mit 3
Ein ntc wäre auch akzeptabel die gibt's ja auch in diodenForm allerdings
sind dir ja auch nicht linear
AndyII schrieb:> Doch hab ich gefunden aver ich versteh Grad nicht wirklich wie man den> TemperaturVerlauf ohne ne passende Auflösung des adc richtig> quabtisieren kann?!
Ein 10 Bit ADC löst auf ca. 0,1% auf. Der Sensor ändert sich um ca.
0,6%/K. Durch die ratiometrische Beschaltung ergibt sich am ADC-Eingang
eine Änderung von rund 0,15%/K. Damit ist die Auflösung <= 1 K. Für
Deine Anforderungen doch völlig in Ordnung oder nicht?
> Und das nächste Problem wäre der zusätzliche Widerstand am messObjekt> den bekomm ich da auch nicht ran... Bzw wollte ich nur mit 2 Drähte an> das messObjekt nicht mit 3
Der zusätzlich Widerstand kann mit auf der Platine sein, sodaß extern
nur eine zweiadrige Leitung anzuschließen ist. Im Schaltbild ist er nur
extern eingezeichnet, weil (beim modularen Aufbau) zwischendurch ein
Steckverbinder liegt.
m.n. schrieb:> AndyII schrieb:>> Doch hab ich gefunden aver ich versteh Grad nicht wirklich wie man den>> TemperaturVerlauf ohne ne passende Auflösung des adc richtig>> quabtisieren kann?!>> Ein 10 Bit ADC löst auf ca. 0,1% auf. Der Sensor ändert sich um ca.> 0,6%/K. Durch die ratiometrische Beschaltung ergibt sich am ADC-Eingang> eine Änderung von rund 0,15%/K. Damit ist die Auflösung <= 1 K. Für> Deine Anforderungen doch völlig in Ordnung oder nicht?>>> Und das nächste Problem wäre der zusätzliche Widerstand am messObjekt>> den bekomm ich da auch nicht ran... Bzw wollte ich nur mit 2 Drähte an>> das messObjekt nicht mit 3>> Der zusätzlich Widerstand kann mit auf der Platine sein, sodaß extern> nur eine zweiadrige Leitung anzuschließen ist. Im Schaltbild ist er nur> extern eingezeichnet, weil (beim modularen Aufbau) zwischendurch ein> Steckverbinder liegt.
Achsoo!
Na dann wäre dieses Projekt ernstahft in betracht zu ziehen... Danke!
Hast du erfahrung mit dem Aufbau und dem Code bzw ein Feedback dazu?
Walter Braun schrieb:> Der KTY84-130 ist nicht linear, kann aber mit einem Widerstand> linearisiert werden.
Der Widerstand muss aber genau für den gewünschten Bereich passen. Wie
groß der Widerstand sein muss und wie groß der Fehler wird, kann man mit
der Excel-Tabelle im Link berechnen.
Beitrag "Re: Zwischenwerte vom KTY82-210 berechnen"
Einfach mal bei "Rv gewählt" einen abweichenden Wert eingeben - der
Einfluss ist sofort zu sehen.
OK Danke!
noch eine Frage:
Was sind die Paraneter A,B,C der KTY in der Excel Tabelle?? muss ich ja
dann auch ausmessen...
Achja außer den Widerstand muss ich in dieser Schaltung nichts mehr
kalibrieren ???
AndyII schrieb:> Was sind die Paraneter A,B,C der KTY in der Excel Tabelle??
Sieh mal in das Dokument von Philips (war etwas darüber angegeben)
Beitrag "Re: Zwischenwerte vom KTY82-210 berechnen"
da stehen die Parameter drin. Es sind die Polynom-Koeffizienten, die
müssen für KTY84 angepasst werden. Zussätzlich muss noch Rnenn und die
Bezugstemperatur auf den richtigen Wert. Hab ich schon mal gemacht im
Anhang. Man sieht, dass die Angaben von Walter Braun passen. Mit
RV=1k542 noch etwas besser - naja.
AndyII schrieb:> außer den Widerstand muss ich in dieser Schaltung nichts mehr> kalibrieren ???
Je nach gewünschter Genauigkeit:
- gewünschten Temperaturbereich eingeben und Rv auswählen (möglichst nah
dran)
- Rnenn nachmessen und eingeben! Nennwert stimmt nie, da aussortiert.
- T1 und T2 kalibrieren. Aber mindestens eine Temperatur kalibrieren.
Noch ein Hinweis:
man bekommt mit der einfachen Spg-Teiler-Methode einen großen Offset und
damit eine schlechte Auflösung. Z.B. beim letzten Beispiel für 0 bis
100°C einen Spg-Bereich von ca. 1,2 bis 1,9V.
Dazu bietet sich die Differenzmessung der AVR an. Man gibt also auf den
negativen ADC eine Offset-Spg von z.B. 1,0V und kann jetzt am positiven
ADC eine Spg von 1,0V bis 2,1V bei Vref=1,1V messen. Damit hat man die
1024 Bit Auflösung für den tatsächlichen Messbereich, also ca. 0,1°C
über 100°C.
Das geht leider nicht mit jedem AVR, z.B Mega8. Ich habe das gerade mit
einem Tiny861 gemacht. Klappt wunderbar, die ADC-Eingänge können dabei
fast bis Vcc.
Hermann schrieb:> Damit hat man die> 1024 Bit Auflösung für den tatsächlichen Messbereich, also ca. 0,1°C> über 100°C.
Wenn man einen Zufallszahlengenerator nimmt, kommt man sogar auf Werte
von 0,001°. Eigentlich kann man den Sensor auch ganz weglassen, da er
die 'wahren Meßwerte' nur verfälscht.
Hermann schrieb:> AndyII schrieb:>> Was sind die Paraneter A,B,C der KTY in der Excel Tabelle??>> Sieh mal in das Dokument von Philips (war etwas darüber angegeben)> Beitrag "Re: Zwischenwerte vom KTY82-210 berechnen"> da stehen die Parameter drin. Es sind die Polynom-Koeffizienten, die> müssen für KTY84 angepasst werden. Zussätzlich muss noch Rnenn und die> Bezugstemperatur auf den richtigen Wert. Hab ich schon mal gemacht im> Anhang. Man sieht, dass die Angaben von Walter Braun passen. Mit> RV=1k542 noch etwas besser - naja.>> AndyII schrieb:>> außer den Widerstand muss ich in dieser Schaltung nichts mehr>> kalibrieren ???>> Je nach gewünschter Genauigkeit:> - gewünschten Temperaturbereich eingeben und Rv auswählen (möglichst nah> dran)> - Rnenn nachmessen und eingeben! Nennwert stimmt nie, da aussortiert.> - T1 und T2 kalibrieren. Aber mindestens eine Temperatur kalibrieren.
Vielen Dank fürs Eintragen!
übersehe ich Rnenn oder meinst du Rv gewählt??
Ja gut Werte passen ja schon fast... jetzt ist das Problem nur, dass der
Strom an die 3mA beträgt. Im anderen Tread wird allerdings geschrieben
er sollte nicht größer als 1mA betragen... dh Spannungsteiler am
Ausgangspin hin und auf 2V runter teilen??
Muss ich dann in der Tabell für das C-Programm etwas ändern? nein oder?
(hab mir das Programm nur mal grob angeschaut)
Ich würde eventuell wegen kurzschlussschutz den R5 und R4 um die 470 Ohm
nehmen... Die könnte ich im Programm doch einfach unter R_Zuleitung
eintragen und die 2 Widerstände dürften keinen einfluss?!
AndyII schrieb:> übersehe ich Rnenn oder meinst du Rv gewählt??
Ich meine den Nennwert von Rkty.
Mit dem Strom hast du Recht, er ist viel zu hoch - ich hatte nur das
Beispiel von Walter Braun genommen. Über dem Diagramm ist die
Eigenerwärmung bei dem geschätzten Rth eingetragen. Also eine viel
kleinere Spannung wählen! z.B 1,25V mit einem LM285. Man hat dann
allerdings nur eine Mess-Spg von 0,23 bis 0,38V.
wird hier wirklich ein OPV benötigt oder kann ich die Spannung vom
Ausgangspin nicht mittel Spannungsteiler auf die 1,25V teilen und dann
der Diode und der Referenzspannung zuführen?
Man kann die Spannung auch einfach per Teiler reduzieren. Allerdings
sind beim Mega 8 nur Ref. Spannungen bis 2 V runter vorgesehen. Beim
Mega88 könnte man bis 1 V runter gehen.
Um die Eigenerwärmung zu reduzieren könnt man ggf. nur Zeitweise messen.
Wenn man die Linearisierung in Software im µC macht (z.B. stückweise
Linear oder als Polynom) kann man auch den Widerstand direkt von der
Versorgung ausgehen lassen. Das gibt ein noch etwas stärkeres Signal.
Die kleinere Ref. Spannung dient dann nur einer höheren Auflösung.
Ulrich H. schrieb:> Man kann die Spannung auch einfach per Teiler reduzieren.> Allerdings> sind beim Mega 8 nur Ref. Spannungen bis 2 V runter vorgesehen. Beim> Mega88 könnte man bis 1 V runter gehen.>> Um die Eigenerwärmung zu reduzieren könnt man ggf. nur Zeitweise messen.>> Wenn man die Linearisierung in Software im µC macht (z.B. stückweise> Linear oder als Polynom) kann man auch den Widerstand direkt von der> Versorgung ausgehen lassen. Das gibt ein noch etwas stärkeres Signal.> Die kleinere Ref. Spannung dient dann nur einer höheren Auflösung.
Also ist diese Messung mit dem ATmega8 gar nicht möglich??
bräuchte ich nicht auch eine andere Tabelle für den KTY im C-Programm?
Die Linearisierungsformel für PTC Sensoren ist allgemein:
Rlin=(Rm*(Ru+Ro)-2*Ru*Ro)/(Ru+Ro-2*Rm)
Mit:
Ru=Widerstand des Sensors bei unterer Temperaturgrenze Tu von z.B. 0°C
Ro=Widerstand des Sensors bei oberer Temperaturgrenze To von z.B. 100°C
Rm=Widerstand des Sensors bei der mittleren Temperatur von (Tu+To)/2
Die Betriebsspannung kann frei gewählt werden, wobei bei zu geringer
Süpannung der nutzbare Spannungshub sinkt und bei zu hoher Spannung eine
Eigenerwärmung des Sensors zunehmend das Messergebnis verfälscht.
Durch eine OP-Subtrahiererschaltung ist es einfach möglich, den
linearisierten Spannungshub des linearisierten Sensors auf z.B. 0...5V
oder 0...3,3V zu adaptieren. Dann wird die Auflösung des ADCs voll
ausgenutzt.
AndyII schrieb:> Muss ich dann in der Tabell für das C-Programm etwas ändern? nein oder?
Das ist doch beschrieben. Im Programm sind Tabellen für PT1000 und
KTY81. Du müstest die KTY-Tabelle anpassen (siehe Datenblatt vom KTY84)
und verwenden.
> (hab mir das Programm nur mal grob angeschaut)
Dann ist es Zeit, genauer hinzusehen.
> Ich würde eventuell wegen kurzschlussschutz den R5 und R4 um die 470 Ohm> nehmen... Die könnte ich im Programm doch einfach unter R_Zuleitung> eintragen und die 2 Widerstände dürften keinen einfluss?!
R4 ist ein 'dummy' Widerstand, der auf 1-10 kOhm erhöht werden und je
nach Aufbau als Überspannungsschutz für den ADC-Eingang dienen kann.
Für R5 kann 1 k mit 0,1% genommen werden, der dann als R_REF dient.
Hiermit ist automatisch ein Kurzschlußschutz gegeben.
Noch einmal: das gezeigte Schaltbild bezieht sich auf eine fertige
Schaltung, die vielfach verwendet werden kann. U. a. eben auch für eine
Temperaturmessung.
AndyII schrieb:> Also ist diese Messung mit dem ATmega8 gar nicht möglich??
Natürlich ist das möglich!
Laß Dich doch nicht verunsichern, indem das vermeintliche Optimum aus
Sensor und µC herausgeholt werden soll. Für die von Dir formulierten
Ansprüche ist das überhaupt nicht notwendig und treibt nur den Aufwand
für Schaltung und Abgleich in die Höhe.
Ulrich H. schrieb:> Um die Eigenerwärmung zu reduzieren könnt man ggf. nur Zeitweise messen.>> Wenn man die Linearisierung in Software im µC macht (z.B. stückweise> Linear oder als Polynom) kann man auch den Widerstand direkt von der> Versorgung ausgehen lassen. Das gibt ein noch etwas stärkeres Signal.
In dem oben gezeigten Programm wird das doch Alles schon berücksichtigt.
Ich denke, es ist Alles gesagt.
Zuerst mal Vielen Dank!
m.n. schrieb:> AndyII schrieb:>> Muss ich dann in der Tabell für das C-Programm etwas ändern? nein oder?>> Das ist doch beschrieben. Im Programm sind Tabellen für PT1000 und> KTY81. Du müstest die KTY-Tabelle anpassen (siehe Datenblatt vom KTY84)> und verwenden.
Ja das Programm hab ich schon verstanden das is ja keine große sache...
wusste nur nicht dass die Werte einfach aus dem Datenblatt entnommen
sind dachte die wären berechnet oder so etwas...
>> Ich würde eventuell wegen kurzschlussschutz den R5 und R4 um die 470 Ohm>> nehmen... Die könnte ich im Programm doch einfach unter R_Zuleitung>> eintragen und die 2 Widerstände dürften keinen einfluss?!>> R4 ist ein 'dummy' Widerstand, der auf 1-10 kOhm erhöht werden und je> nach Aufbau als Überspannungsschutz für den ADC-Eingang dienen kann.> Für R5 kann 1 k mit 0,1% genommen werden, der dann als R_REF dient.> Hiermit ist automatisch ein Kurzschlußschutz gegeben.> Noch einmal: das gezeigte Schaltbild bezieht sich auf eine fertige> Schaltung, die vielfach verwendet werden kann. U. a. eben auch für eine> Temperaturmessung.
Ja das das eine fertige Schaltung war die dann dafür modifiziert wurde
ist mit ebenfalls bewusst ;) allerdings wollte ich jetzt nicht
beschreiben wo ich welche Widerstände in reihe schalte wenn doch genau
an dieser Stelle schon welche im Plan eingezeichnet und beschriftet
sind...
R4 muss dann nicht mit einbrechnet werden, da der ADC ja sowiso ziemlich
hochohmig ist und kein Strom fließt oder?
Dh ich geh jetzt auf 2V ReferenzSpannung herunter und brechne mir dann
meinen Widerstand aus der Excel Tabelle... Mit 2 V dürfte der Strom, die
Auflösung und der Fehler noch gerade hinhauen oder?!
