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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Lufttemperaturmessung


Autor: Rankine aka JJJ (Gast)
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Hallo Forum!

Ja, ja, das Thema Lufttemperaturmessung ist schon öfters im Forum 
beleuchtet worden. Es gab immer schöne Diskussionen, manchmal spannend, 
manchmal informativ und manchmal auch emotional, aber auf alle Fälle 
unterhaltsam.

Genu gelabert.

Meine Frage: Hat jemand Erfahrung mit einer Lufttemperaturmessung durch 
Messung der Schallaufzeit?

Die üblichen Messungen mit NTC, PTC, PT100 etc. haben alle den Nachteil, 
das eigentlich nicht die Lufttemperatur, sonder die Temperatur des 
Sensors gemessen wird. Darüber hinaus muss man sich mit 
Nichtlinearitäten, Offsets und sonstigen aufbaubedingten Messfehlern 
rumärgern.

Wie schaut's denn damit aus die Temperatur der Luft direkt zu messen. 
Lt. Wikipedia (http://de.wikipedia.org/wiki/Schallgeschwindigkeit) ist 
da ein berechenbarer Zusammenhang zwischen der Schallgeschwindigkeit in 
Luft und deren Temperatur.

tnx

Autor: Klaus (Gast)
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Habs mal mit Amplitudenmodulation und Phasenmodulation probiert.

Die US-Schwinger (40kHz) schwingen nicht schnell genug an. Die 
Empfangsamplituden bei einer Messstrecke von 1m waren zu gering 
(Rauschen).
Auch bei einem Abstand von 20cm war es mir nicht möglich, eine erste 
Schwingung genau zu erkennen.

Klaus

Autor: och (Gast)
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Einfach die im Wiki angegebene Formel umstellen.

Autor: Alex Bürgel (Firma: Ucore Fotografie www.ucore.de) (alex22) Benutzerseite
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>Auch bei einem Abstand von 20cm war es mir nicht möglich, eine erste
>Schwingung genau zu erkennen.

Wenn ich dich richtig verstehe hast du versucht einen Impuls zu senden 
und an der anderen Seite gewartet bis dieser Impuls ankommt. Wäre es 
stattdessen nicht auch möglich die Phasenverschiebung zu messen zwischen 
einem Signal aus einem Signalgenerator und einem Signal, welches eine 
definierte Strecke Luft durchlaufen hat?

Autor: Uhu Uhuhu (uhu)
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Die Schallgeschwindigkeit wird nicht nur von der Temperatur beeinflußt, 
sondern auch vom Luftdruck und der Luftfeuchtigkeit.

Deswegen ist sie als Meßmethode für die Temperatur wohl nicht so gut 
geeignet.

Autor: Alex Bürgel (Firma: Ucore Fotografie www.ucore.de) (alex22) Benutzerseite
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>Die Schallgeschwindigkeit wird nicht nur von der Temperatur beeinflußt,
>sondern auch vom Luftdruck und der Luftfeuchtigkeit.

Da muss ich dir widersprechen (habe es aber selbst gerade erst in der 
Wikipedia gelesen):

"Der Adiabatenexponent κ (...) hängt auch für die meisten realen Gase 
über weite Temperaturbereiche nicht vom Druck p ab, (...). Deshalb hängt 
die Schallgeschwindigkeit in idealen Gasen nur von der Wurzel der 
(absoluten) Temperatur ab."

sowie:

"Die Luftfeuchtigkeit beeinflusst im Gegensatz zur Temperatur die 
Schallgeschwindigkeit nur geringfügig."

Autor: Helmut S. (helmuts)
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Die Empfindlichkeit von 0,18% je °C ist nicht gerade berauschend. Das 
riecht nach ziemlich viel Aufwand um da was vernünftiges zu messen.

Autor: Rankine (Gast)
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Nein keine Impulse, sonder ein kontinuierliches Signal am Sender. 
Gemessen wird die Phasenverschiebung. Etwa so:


+--------+                              +-----------+
! Sender ! >>>>>>>>Schallwelle>>>>>>>>> ! Empfänger !
+--------+                              +-----------+
     ^                                        !
     !                                        v
+-------------------+                   +---------------------------+
! Sinus- Oszillator !                   ! Detektor steigende Flanke !
+-------------------+                   ! und Nulldurchgang         !
     !                                  +---------------------------+
     v                                                       !
+---------------------------+                                v
! Detektor steigende Flanke !
! und Nulldurchgang         !---> Start-Timer           Stop Timer
+---------------------------+

Autor: STK500-Besitzer (Gast)
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Bei Windstille...

Autor: Rankine (Gast)
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Der Schall braucht so 3ms je Meter. Ich denke das ich so 0,1us auflösen 
kann. Das sind dann 30000 Schitte => 15 bit. das reicht doch für 0,18%.

Nur bei ortogonalem Wind zur Messtrecke. ;)

Autor: STK500-Besitzer (Gast)
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Wie wäre es mit eine schwarzen Pappkarton als Windschutz?
Wenn man den auch noch mit Salz füllt, könnte man sogar eine konstante 
Luftfeuchte erreichen...

Autor: Helmut S. (helmuts)
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Rankine schrieb:
> Der Schall braucht so 3ms je Meter. Ich denke das ich so 0,1us auflösen
> kann. Das sind dann 30000 Schitte => 15 bit. das reicht doch für 0,18%.
>
> Nur bei ortogonalem Wind zur Messtrecke. ;)

Na das möchte ich mal sehen wie du bei 1kHz Messfrequenz die 100ns 
vernünftig messen willst. Das digitalisierte Messsignal wird wohl wegen 
Rauschen um 1%(10us) hin und her jittern. Da ist also eine Menge 
Mittelwertbildung notwendig. Von Fremdgeräuschen wollen wir da mal gar 
nicht reden.

Bau es halt und berichte dann von deinen Ergebnissen.

Autor: ah (Gast)
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Nein, das macht man anders. Die Anregungen macht man mit einem sinus von 
40kHz, oder was der Transducer hergibt. Mit dem Sensor laesst man einen 
PLL laufen, der setzt sich auf die optimale Phase und mittelt diese. 
Dann braucht man nur noch die Phase zwischen der Anregung und dem PLL zu 
messen. Da diese Phase relativ stabil sind, muss man nicht ueber eine 
Periode messen, sondern kann zB ueber 1000 Perioden messen.

Autor: Helmut S. (helmuts)
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ah schrieb:
> Nein, das macht man anders. Die Anregungen macht man mit einem sinus von
> 40kHz, oder was der Transducer hergibt. Mit dem Sensor laesst man einen
> PLL laufen, der setzt sich auf die optimale Phase und mittelt diese.
> Dann braucht man nur noch die Phase zwischen der Anregung und dem PLL zu
> messen. Da diese Phase relativ stabil sind, muss man nicht ueber eine
> Periode messen, sondern kann zB ueber 1000 Perioden messen.

Da ist aber die Wellenlämnge unter 1cm.
Wenn man da eine Temperaturänderung von 10°C misst, dann gibt das bei 1m 
Strecke mehr als 360° Verschiebung. Sowas macht die Auswertung nicht 
einfacher.

Autor: MaWin (Gast)
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Es gibt billige Ultraschall-Entfernungsmesser,
die bestimmen Laufzeit und Phasenverschiebung besser als 1% genau.
Dazu messen die die Temperatur und rechnen Korrektur.

Im Prinzip ist dein Ding nur umgekehrt gebaut,
wenn man den uC darin also umprogrammiert und
es genau 50cm vor eine Wand stellt...

Autor: Markus K. (markus-)
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Autor: Rankine (Gast)
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@Markus: dein Link hilft enorm weiter. Großartig!

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