Die von einem NTC-Sensor gelieferten Werte sollen von einem PIC18F14K22
eingelesen, intern umgesetzt und für eine Temperaturanzeige ausgegeben
werden. Der Sensor hat eine sehr logarithmische Kennlinie und weist im
gewünschten Bereich von 20° C bis 120° C einen Widerstandswert von 2.450
Ohm, bzw. 102 Ohm auf. Über eine Konstantstromquelle mit 2 mA versorgt,
ergibt das Spannungen zwischen ca. 4,94 V und 0,2 Volt. Damit ist der
Adc-Bereich des 10-bit-AD-Wandlers im PIC schon recht gut getroffen.
Die Anforderungen an die Temp-Anzeige sind schlicht: die Wandlungszeit
ist nahezu egal, selbst 3 sec würden reichen, ebenfalls die Genauigkeit
darf einfach sein. Ob das 2°C mehr oder weniger sind, ist in diesem
Fallbeispiel von geringer Bedeutung.
Zwei Fragen:
1) Reicht als Absicherung des Wandlers gegen Überspannung eine Diode,
welche die ÜS bei Temperaturen < 20° C gegen V+ ableitet?
2) Sollte dennoch irgendeine Form der Aufbereitung des vom Sensor
gelieferten Signals vorgenommen werden, z.B. durch Vorschalten eines
oder mehrerer OP‘s?
Oder lohnt sich der Aufwand, die bei diesem PIC mögliche Anlegung von
Referenzspannungen für den unteren Level (0,2V) und den oberen Level
auszuführen, um damit die Nutzung des ganzen Bereiches des AD-Wandlers
mit seinen 1.024 bit zu erreichen?
Grüße, wilhelmT
Be T. schrieb:> 1) Reicht als Absicherung des Wandlers gegen Überspannung eine Diode,> welche die ÜS bei Temperaturen < 20° C gegen V+ ableitet?
Im Prinzip ja.
Allerdings ist da noch eine Frage: woher kommt der Konstantstrom?
Denn wenn die Leitung zum NTC unterbrochen ist, muss dieser Strom ja
über diese Diode in die µC-Schaltung fließen und dort auch verbraucht
werden(!). Denn sonst kann es passieren, dass dann die 5V unzulässig
ansteigen.
Wenn die Zuleitung zum NTC zudem länger ist, solltest du noch
EMV-Maßnahmen einbauen (zumindest einen Serienwiderstand in Richtung
µC-Pin).
> ergibt das Spannungen zwischen ca. 4,94 V und 0,2 Volt.
0,26V/5V = 1/20 mehr Messbereich. Das entspricht einem Gewinn von etwa
1/4 Bit. Oder andersrum: du verwendest gerade etwa 9,7 Bit von 10 Bit.
Der "Zugewinn" rechtfertigt den aufwand m.E. nicht.
> Die Anforderungen an die Temp-Anzeige sind schlicht: die Wandlungszeit> ist nahezu egal, selbst 3 sec würden reichen
Mit etwas Rauschen (das ist sowieso da), mehrfachen Wandlungen und
Mittelwertberechnung lässt sich dieser "Verlust" leicht ausgleichen.
Be T. schrieb:> Über eine Konstantstromquelle mit 2 mA versorgt, ergibt das Spannungen> zwischen ca. 4,94 V und 0,2 Volt.
Warum nicht einfach einen Spannungsteiler? Dann hättest du das Gehampel
mit der zu hohen Spannung nicht.
BTW: PTC haben übrigens initial gern mal eine Abweichung von 5%. Dein
NTC kann also aus der Schublade bei 20°C auch mal 2410 oder 2670 Ohm
haben. Das solltest du dir zur Sicherheit nochmal anschauen. Ggfs. ist
dort ein Abgleich nötig.
Der Konstantstrom kommt von einem LM334, der wiederum an + 10 Volt
betrieben wird.
Sollte die in der Tat längere Leitung brechen, dann würde irgendein
Bauteil – µC oder Regler – defekt werden. Aber mal ehrlich und ohne
unhöflich sein zu wollen, so‘n Prob wäre das nicht.
Warum kein Vorwiderstand anstelle der Stromquelle? Grübel….. kann ich im
Moment nicht sagen!
Möglich wäre auch eine Schaltung, in welcher als Vorwiderstand ein
gleich großer wie derjenige des Sensors für den untersten Temp-Bereich
(laut Datenblatt) von 20° C darstellt, also etwa 2,5 kO, eingefügt wird.
Den ganzen Spannungsteiler gleich in die 5 Volt für den µC, und ein OP
mit gut 2-facher Verstärkung bis nahe der V-Plus-Versorgung, dann gäbe
es in der Tat kein mögliches Überspannungs-Prob. Hm….
Wegen der Möglicheit, den PIC-AD-Wandler „unten“ auf eine Ref-Spannung
zu legen: es könnte mich schon reizen, das auszuprobieren. Habe gerade
noch mal gemessen. Bei dem Widerstandswert des Sensors – laut DB – von
112,6 O bei 120° C würden da unten 0,225 V anliegen. Nimmt man eine
Schottky-Diode wie z.B. die BAT48 und gibt da 0,9 mA drauf, dann ergibt
sich eine Spannung von 0,24 V. Etwas weniger mA, dann könnte das exakt
passen. Ist aber erst nur mal eine Überlegung.
Grüße, wilhelmT
Lothar M. schrieb:> Denn wenn die Leitung zum NTC unterbrochen ist, muss dieser Strom ja> über diese Diode in die µC-Schaltung fließen und dort auch verbraucht> werden(!). Denn sonst kann es passieren, dass dann die 5V unzulässig> ansteigen.
Bin diesem möglichen Störfall mal nachgegangen und habe für die
Bedingungen in meiner Schaltung rausgefunden, dass bei dem o.g.
Leitungsbruch wahrscheinlich nichts Ungutes passieren wird. Die Gründe:
Die 5 Volt Betriebsspannung wird durch einen LM317 erzeugt. Der hat laut
Datenblatt einen internen 50 O Widerstand verbaut, welcher Rückströme -
gedacht wurde dabei an einen etwaigen Kurzschluss im Eingangsbereich des
LM317 und demzufolge ein in der Spitze fetter Strom aus dem sich
entladenden Elko auf der 5-Volt-Seite - auffangen soll. Dieser R
verkraftet 100 mA. Die vorgesehene Stromquelle liefert aber nur 2 mA,
was also dann wohl kein Prob darstellen dürfte.
Die Theorie habe ich in der Praxis nachvollzogen, und die
Konstantstromquelle über die vorgesehene Schottky-Diode direkt auf die
5-Volt-Leitung gelegt. Das Spannungsmessgerät mit 3 Stellen hinterm
Komma zeigt null-komma-null Veränderung an, wenn auf die Stromquelle bis
zu 13 Volt gegeben werden.
Es bliebe das Risiko, dass der Eingang des AD-Wandlers mit 0,2 Volt
oberhalb der Betriebsspannung des µC's belastet werden könnte. Wolln mal
hoffen, dass der das ab kann.
Grüße, wilhelmT
Lothar M. schrieb:> Warum nicht einfach einen Spannungsteiler? Dann hättest du das Gehampel> mit der zu hohen Spannung nicht.
Würde ich auch vorschlagen. Einfach eine ratiometrische Messung über
Spannungsteiler der an der Versorgungsspannung des uC hängt. Über die
Referenzspannung muss man sich dann auch keine Gedanken mehr machen.
https://de.wikipedia.org/wiki/Ratiometrisch
Wenn der zu messende Bereich ~100...2500 Ohm umfasst, dann entspricht
das ungefähr Faktor 25. Der Vergleichswiederstand liegt dann wohl am
günstigsten in der geometrischen Mitte, also bei 100 mal Wurzel(25) ->
500 Ohm.
In niedrigsten Fall liegt man dann bei 1/6 und im höchsten bei 5/6 des
Messbereichs. Sind 2/6 oder 1/3 verschenkt, aber das ist immer noch kein
ganzes Bit.
Be T. schrieb:> ebenfalls die Genauigkeit darf einfach sein.
Dann mach es doch so einfach wie möglich ;-)
Be T. schrieb:> Es bliebe das Risiko, dass der Eingang des AD-Wandlers mit 0,2 Volt> oberhalb der Betriebsspannung des µC's belastet werden könnte. Wolln mal> hoffen, dass der das ab kann.
FIGURE 17-6: ANALOG INPUT MODEL
Braucht man bei ratiometrischer Messung zwar nicht,
aber die Schutzdioden sind gewöhnlich eingebaut
