mikrocontroller.net

Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Temperaturmessung: was taugt diese Schaltung?


Autor: Dietmar (Gast)
Datum:
Angehängte Dateien:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
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?

Autor: Hannes (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
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

Autor: Hannes (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
NTC1/C
NTC2/C
R24/C

R25 wird nur ein Serienwiderstand zum eigentlichen Messeingang sein.

Autor: Kai Klaas (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
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

Autor: Hannes (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
>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.

Autor: Kai Klaas (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
>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

Autor: Karl Heinz (kbuchegg) (Moderator)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
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.

Autor: ulrich (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
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.

Autor: Otto (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
> 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

Autor: Sebastian (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
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

Autor: Kai Klaas (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
>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

Autor: Hannes (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Du hast es immer noch nicht verstanden, oder?

Die Ungenauigkeiten der Schaltschwelle und des Kondensators kürzen sich 
raus.

Autor: Karl Heinz (kbuchegg) (Moderator)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
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?

Autor: Kai Klaas (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
>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

Antwort schreiben

Die Angabe einer E-Mail-Adresse ist freiwillig. Wenn Sie automatisch per E-Mail über Antworten auf Ihren Beitrag informiert werden möchten, melden Sie sich bitte an.

Wichtige Regeln - erst lesen, dann posten!

  • Groß- und Kleinschreibung verwenden
  • Längeren Sourcecode nicht im Text einfügen, sondern als Dateianhang

Formatierung (mehr Informationen...)

  • [c]C-Code[/c]
  • [avrasm]AVR-Assembler-Code[/avrasm]
  • [code]Code in anderen Sprachen, ASCII-Zeichnungen[/code]
  • [math]Formel in LaTeX-Syntax[/math]
  • [[Titel]] - Link zu Artikel
  • Verweis auf anderen Beitrag einfügen: Rechtsklick auf Beitragstitel,
    "Adresse kopieren", und in den Text einfügen




Bild automatisch verkleinern, falls nötig
Bitte das JPG-Format nur für Fotos und Scans verwenden!
Zeichnungen und Screenshots im PNG- oder
GIF-Format hochladen. Siehe Bildformate.
Hinweis: der ursprüngliche Beitrag ist mehr als 6 Monate alt.
Bitte hier nur auf die ursprüngliche Frage antworten,
für neue Fragen einen neuen Beitrag erstellen.

Mit dem Abschicken bestätigst du, die Nutzungsbedingungen anzuerkennen.