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?
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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
NTC1/C NTC2/C R24/C R25 wird nur ein Serienwiderstand zum eigentlichen Messeingang sein.
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
Du hast es immer noch nicht verstanden, oder? Die Ungenauigkeiten der Schaltschwelle und des Kondensators kürzen sich raus.
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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