Die abgebildete Schaltung wird zum Regeln einer Temperatur an einer 8BIT
MCU ohne ADC verwendet (Kaffeemaschine, Temperaturverstellung laut
Anleitung in 2 Grad-Schritten). PBx sind Logikeingänge mit
Schmitt-Trigger. Ich nehme an, dass man da misst, wie sehr der
Kondensator C7 durch den NTC aufgeladen wurde: entladen und auf
Pegelwechsel warten. Kann man von so etwas brauchbare Mess- und
Regelqualität erwarten?! Wie schnell wird so eine Schaltung in heisser
Umgebung ungenau, weil der Elko an Kapazität verliert? Welche
Wandlungszeit kann man damit wohl realisieren?
Da werden Dur An/Abschalten der Pins PB0..PB2 Vegleichsmessungen
gemacht. Es gibt 3 RC-Glieder:
NTC1/C
NTC2/C
R/C
R ist dabei der Referenzwert. Der Absolutwert von C spielt dann keine
Rolle
Nimm mal an, PB3 ist der Eingang mit dem Schmitt-Trigger und hat eine
Einschaltschwelle, die von Chip zu Chip unterschiedlich und vor allem
temperaturabhängig ist. Dann könnte man mit dem PB2-Ausgang ein
PWM-Signal mit lansagmen wachsenden Tastverhältnis erzeugen. Als Folge
davon entsteht am PB3-Pin eine ebenfalls langsam wachsende DC-Spannung.
Irgend wann schaltet der Schmitt-Trigger, wenn seine Umschaltschwelle
erreicht ist. Aus dem Tastverhältnis des PWM-Signals kann man dann auf
die DC-Spannung und damit auf die Umschaltschwelle schließen.
Auf diese Weise könnte man den Temperaturgang und die Langzeitdrift der
Umschaltschwelle des Schmitt-Triggers auffangen.
Als nächstes könnte man bei vollständig entladenem Kondensator C7 den
PB2-Ausgang auf High schalten und die Zeit messen, bis die Spannung an
C7 die soeben bestimmte Umschaltschwelle erreicht hat. Daraus ließe sich
die Kapazität C7 bestimmen. Auf diese Weise könnte man den
Temperaturgang und die Langzeitdrift der Kapazität C7 auffangen.
Mit dem gleichen Verfahren bestimmt man dann anschließend die
NTC-Widerstände. Also, den PB0- bzw. PB1-Ausgang bei vollständig
entladenem Kondensator C7 auf High schalten und die Zeit messen, bis die
Spannung an C7 die soeben bestimmte Umschaltschwelle erreicht hat. Bei
bekannter Kapazität C7 ließe sich daraus der genaue NTC-Widerstand
bestimmen.
Und was ist mit der Toleranz und Langzeitdrift der NTCs? Die können sehr
präzise gefertigt werden und haben teilweise verbnachlässigbare
Langzeitdriften. Im Mikrocontroller befindet sich sicher eine
Umrechnungs-Tabelle, mit der von dem gemessenen Widerstand auf die
Temperatur geschlossen werden kann.
Damit das Ganz funktioniert, müssen sich die Pins PB0, PB1 und PB2 von
kräftigen Push-Pulls-Ausgängen auf sehr hochohmige Eingänge umschalten
lassen.
Was mich an der Geschichte aber stört, ist die Niederohmigkeit von R24.
Da spielen die endlichen Push-Pull-Ausgangswiderstände eine nicht
vernachlässigbare Rolle. Auch läßt sich damit ein ripple-freies
PWM-Signal nur mit sehr hoher Frequenz erzeugen. Vielleicht ist R24 in
Wirklichkeit ja größer und der Schaltplan dort fehlerhaft? Oder man
erzeugt das PWM-Signal nicht mit dem PB2-Ausgang, sondern mit dem
PB1-Ausgang? Dieser NTC wird ja wohl nicht so heiß und dürfte damit
einen Widerstand haben, der deutlich über R24 liegt.
Kai Klaas
>Auch läßt sich damit ein ripple-freies>PWM-Signal nur mit sehr hoher Frequenz erzeugen.
Du brauchst kein PWM. Es werden lediglich Lade(Bzw. Entlade-) Zeiten
gemessen.
>Du brauchst kein PWM. Es werden lediglich Lade(Bzw. Entlade-) Zeiten>gemessen.
Und wie bekommst du dann die genauen Umschaltschwellen heraus? Das
sollen ja Logik-Eingänge mit Schmitt-Triggern sein, die bekannt sind für
ihre starken Toleranzen. Außerdem gibt es da eine obere und untere
Umschaltschwelle...
Du scheinst ja mehr über die Schaltung zu wissen als ich. Was ist denn
das für ein Mikrocontroller?
Kai Klaas
Kai Klaas schrieb:>>Du brauchst kein PWM. Es werden lediglich Lade(Bzw. Entlade-) Zeiten>>gemessen.>> Und wie bekommst du dann die genauen Umschaltschwellen heraus?
Gar nicht. Wenn im Labor beim Labormuster das Ganze so einigermassen
ausgemessen wurde, reicht das.
Das ist eine Kaffeemaschine und kein Präzisionsthermometer!
Wenn die 3 Temperaturstufen "kurz vor dem Gefrieren", "mässig Warm" und
"so heiß das du dir die Zunge verbrennst" hat, dann reicht das. Alles
andere und insbesondere die Einstellbarkeit in 2° Schritten sind ein
Schmäh. Auf eine Anzeige kann ich viel draufschreiben. Aber das aber
irgeneinen Bezug zu einem tatsächlichen Messwert hat, ist eine andere
Geschichte.
Oder kennst du jemanden, der die Temperatur des Kaffess in der Kanne
nachmisst und mit der Anzeige eines NTC, der davon 5 Zentimeter und eine
Glaswand entfernt ist, vergleicht?
Und wenn im Laufe der Jahre, die Kennwerte davonlaufen, ist das ein
guter Grund dafür Service-Gebühren zu verlangen bzw. die Kunden, die auf
dieses Feature stehen dazu zu bringen, eine neue zu kaufen.
Auf die Genaue Schaltschwelle kommt es bei der Zeitmessung nicht an.
Wenn R24 Größer wäre es aber wirklich mehr Sinn machen. Die
Zeitverzögerung durch das RC Glied ist R C f(U), wobei f(U) eine
Funktion der Schaltschwelle ist, die hier nicht weiter interessiert,
außer das die konstant bleibt. Daraus ließe sich dann recht gut das
Widerstandsverhältnis bestimmen.
> Oder kennst du jemanden, der die Temperatur des> Kaffess in der Kanne nachmisst und mit der Anzeige> eines NTC, der davon 5 Zentimeter und eine> Glaswand entfernt ist, vergleicht?
ich denke, die Schaltung ist aus einem Kaffevollautomaten (die NTC sind
an den Erhitzern montiert) und regelt die Temperatur des Dampf- und des
Wassererhitzers - da kommt es schon darauf an, dass die Temperatur des
Wassers für die Kaffeeerzeugung auf keinen Fall zu heiss ist, da
andernfalls der Kaffee verbrannt schmeckt.
Otto
Wer sich für die Theorie interessiert, kann sich ja mal diese Appnote
von TI zu Gemüte führen. Da wird genau dieses Meßprinzip am konkreten
Beispiel eines Thermometers erklärt.
http://www.gaw.ru/pdf/TI/app/msp430/slaa038.pdf
>Das ist eine Kaffeemaschine und kein Präzisionsthermometer!>Wenn die 3 Temperaturstufen "kurz vor dem Gefrieren", "mässig Warm" und>"so heiß das du dir die Zunge verbrennst" hat, dann reicht das. Alles>andere und insbesondere die Einstellbarkeit in 2° Schritten sind ein>Schmäh.
Komm schon, wenn die wirklich so kräftig daneben liegen, was macht dann
die ganze Temperaturmesserei überhaupt für einen Sinn??
Kai Klaas
Kai Klaas schrieb:>>Das ist eine Kaffeemaschine und kein Präzisionsthermometer!>>Wenn die 3 Temperaturstufen "kurz vor dem Gefrieren", "mässig Warm" und>>"so heiß das du dir die Zunge verbrennst" hat, dann reicht das. Alles>>andere und insbesondere die Einstellbarkeit in 2° Schritten sind ein>>Schmäh.>> Komm schon, wenn die wirklich so kräftig daneben liegen, was macht dann> die ganze Temperaturmesserei überhaupt für einen Sinn??
Ich sag nicht, dass es keinen Sinn hat.
Wenn es in der Kaffeemaschine zu kalt ist, dann geht der zuständige Mann
her und dreht die Temperatur höher. Ob da jetzt auf dem Display 62° oder
66° steht, interessiert doch keinen. Die Zahl ist ein Anhaltspunkt dafür
um wieviel er höher gedreht hat, aber kein Mensch wird mit einem
geeichte Thermometer hergehen und kontrollieren ob die Einheit wirklich
66° hat oder ob es dann nicht doch 66.5° sind.
Oder hast du schon mal kontrolliert, ob es im Backrohr wirklich exakt
180° hat, wenn du den Knopf aussen auf 180 drehst?
>Du hast es immer noch nicht verstanden, oder?>>Die Ungenauigkeiten der Schaltschwelle und des Kondensators kürzen sich>raus.
Meine Idee war es, eine Alternativ-Lösung zu finden für den Fall, daß
man dem Referenzwiderstand nicht vertrauen kann, so wie hier. Bei 5V
Versorgunsgspannung fließen durch den 200R Referenz-Widerstand ja 25mA.
Das müßte schon eine ganz besonders starke Push-Pull-Ausgangsstufe sein,
die da keine nennenswerte Ausgangsimpedanz hat. Üblicherweise hat man
dort um die 50R, bei Strömen um die 5mA. 50R wären immerhin 25% von
200R, wobei die Ausgangsimpedanz von Push-Pull-Stufen stark streuen
können. Nicht gerade eine gute Idee, damit auf 2°/90° x 100 = 2% genau
messen zu wollen. Der von Sebastian angegebene Link macht das immerhin
mit einem 10k Referenzwiderstand.
Ich dachte, mit der Idee, die Umschaltschwelle zu bestimmen und mit
einem Auflade- und Entladevorgang C zu bestimmen, R eliminieren zu
können. Habe mich aber geirrt. Ich hätte das vorher auf dem Papier
ausrechenen sollen. Dann hätte ich gesehen, daß RC untrennbar
miteinander verbunden sind.
>Wenn es in der Kaffeemaschine zu kalt ist, dann geht der zuständige Mann>her und dreht die Temperatur höher. Ob da jetzt auf dem Display 62° oder>66° steht, interessiert doch keinen. Die Zahl ist ein Anhaltspunkt dafür>um wieviel er höher gedreht hat, aber kein Mensch wird mit einem>geeichte Thermometer hergehen und kontrollieren ob die Einheit wirklich>66° hat oder ob es dann nicht doch 66.5° sind.
Da gebe ich dir Recht. Man merkt beim Hochdrehen, daß es wärmer wird und
denkt automatisch, daß alles richtig funktioniert.
Kai Klaas
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