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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Öltemperatur im Auto mit PT1000 + OP-Schaltung


Autor: Marel (Gast)
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Hallo Forum-Gemeinde.

Ich will in meinem Auto die Öltemperatur messen. (Etwa 60° bis 170°)
Ich habe gesehen, dass es PT1000 Sensoren gibt, die anstelle der
Ölablassschraube in die Ölwanne geschraubt werden können. Also habe ich
mir einen PT1000 Sensor besorgt, um an einer Versuchsplatine zu basteln.
(AT mega 16)  Ich habe einen Messverstärker nach einer Internetseite
aufgebaut, die ich schön öfters hier im Forum gesehen habe.
http://www.citruspage.de/homepage/tempsen.html Die Seite ist echt gut
erklärt. Ich bin kein Anfänger was das basteln betrifft und es ist
nicht die erste OP-Schaltung die ich "zusammenlöte" aber ich bekomme
es einfach nicht hin. Mit einem Festwiederstand von 1K anstelle des
PT1000 wollte ich die Schaltung testen. Ich habe ein Problem mit dem
Subtrahierverstärker. Am positivem Eingang habe ich die richtige
Spannung von 0.5 V, aber am negativem Pin sind es 0.566 V.
Logischerweise ist dann auch der Ausgang des OP’s nicht 0V, sondern
etwa 0,13V. Ich kann es nicht verstehen wieso. Ich habe die Schaltung
100 mal überprüft. Das einzige was ich nicht testen konnte, ist die
Toleranz der 10K Wiederstände. Ich habe auch verschiedene LM324
probiert. (Ach übrigens, die Schaltung hat keinen +/- 12 V, sondern nur
0V und 12V. Aber das sollte laut Datenblatt kein Problem sein.

Aber auch das wollte ich ausschließen. Also habe ich mir mit einem
NE555 eine Ladungspumpe gebaut. Eine Ladungspumpe brauche ich ja, da
ich im Auto nur 12V zur Verfügung habe. Diese Ladungspumpe liefert mir
eine Spannung von etwa 20V. Um aus diese Spannung +/- 10 V zu machen,
habe ich versucht einen Spannungsteiler mit Wiederstände aufzubauen, um
einen neue Masse zu bekommen.
Na ja, das ging auch nicht.

Also bin ich wieder zurück, um den LM324 nur mit 0V und 12V zu
betreiben. Wie gesagt, das müsste ja laut Datenblatt gehen.

Ich habe die letzten drei Abende (mindestens 12h) versucht den Fehler
zu finden, aber vergebens. Ich war total verzweifelt da ich wirklich
keinen Fehler finden konnte.

Viele Wege führen nach Rom. Also suche ich einen anderen Weg. Wieder
such im Forum. Es gibt den Weg über die Brückenschaltung. Das Problem
ist, dass sich der PT1000 eventuell zu stark erwärmt, da ich ja schon
einen vernünftigen Strom brauche um einen brauchbare
"Brückenspannung" zu bekommen.

Dann viel mir unter anderem der "UTI03" IC oder auch der "XTR106"
IC von "Burr-Brown" im Forum auf. Ich habe nur das Gefühl das dies
auch wieder eine ewige "bastellei" wird, bis es geht!!

Ich weiß, es sind wirklich viele Beiträge über PT100(0) hier im Forum,
(etwa 125) aber ich komme jetzt nicht mehr weiter :o(


Was ich jetzt eigentlich mit diesem Beitrag bezwecken wollte gg

Es gibt doch sicherlich jemanden der schon lange vor mir diese Idee
hatte, und mich würde interessieren wie er das ganze "gebaut" hat.
Ich würde mich freuen wenn mir jemand einen Tipp geben kann, der mich
nach "frustrierenden" Stunden wieder einen positiven Lichtblick
gibt....

Mit dem besten Gruß und einen schönen Abend,

Marcel (",)

Autor: Arno H. (Gast)
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National Semiconductor gibt im Datenblatt als Minimalstrom des LM317,
egal ob L- Version oder TO3- Gehäuse, 3,5mA (max 10mA) an. Nach der
Grafik weiter unten reduziert sich dieser(für 40V Spannungsdifferenz
angegebene) Wert bis auf ca 2mA bei weniger als 10V über dem Regler.
Das heisst, dieser Regler ist für Konstantstromquellen erst ab ca 10mA
geeignet. So stehts auch in den Applikationen des Datenblatts.
Arno

Autor: Christian Büch (Gast)
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Hi,

warum holst du dir die Öltemperatur nicht einfach per K-Line / KWP über
den OBD Stecker? Oder hat das Auto noch kein OBD ?

Grüße

Autor: Marcel (Gast)
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Hallo Arno,
danke für deine Antwort. Ich habe das auch in meinem Datenblatt
gelesen. Dort steht bei "Lode Regulation" [ 10mA <= Iout <= Imax ]
Und ebenfalls auf der oben genanten Internet-Seite wird noch mal darauf
hingewiesen.

Ich habe direkt am Pin "Out" noch einen 53 Ohm Wiederstand gegen
Masse hängen. Somit ist auf jeden Fall gewährleistet das mehr wie 10mA
fließen....

Grüße Marcel

Autor: Marcel (Gast)
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Hallo Christian,

ich weiß zwar nicht genau was du mit dem OBD meinst, aber das hat er
sicherlich nicht :o)
Es gibt keinen Sensor der mit einen Analogwert der Öltemperatur gibt,
sonst hätte ich das schon anders Probiert.

Gruß Marcel

Autor: Marco G. (stan)
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Hi Marcel,
ich habe auch einen Einschraub-PT1000 von Conrad, momentan ist bei mir
der Stand dass ich einen Spannungsteiler 25k und PT1000 nutze, um den
Strom niedrig zu halten (Heraeus gibt 0,3mA an), und dann mit einem
OpAmp verstärke...

Autor: Uwe Nagel (Gast)
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Hallo,
ein LM324 lässt sich zwar prinzipiell mit einer einfachen
Versorgungsspannung betreiben, aber er kann nie 0V am Ausgang liefern,
wenn auch noch ein Strom aus dem Ausgang fliesst. Das steht übrigens
auch im Datenblatt. Entweder versuchst du es mit einem OpAmp der am
Ausgang wirklich Rail-to-Rail kann, oder, und das ist sicher einfacher,
du besorgst dir eine negative Spannung. Da gibts zum Beispiel
DC/DC-Wandler mit einfach 12V rein und +-12V raus. Oder lass deine
Ladungspumpe nur die negative Spannung erzeugen, dann hast du eine
belastbare Masse.
Vielleicht kannst Du die Schaltung auch so umdimensionieren, das die
OpAmp-Ausgänge nie in die Nähe der Versorgungsspannungen
(0V/12V)kommen, die minimale Spannung also vielleicht nur 1V werden
muss. Kommt halt drauf an, was du am Ausgang rausbekommen willst.
Willst du das Ergebnis mit einem Controller auswerten? Dann sollte es
doch eigentlich ganz ohne Verstärker gehen, die üblichen 10Bit-Wandler
geben eine für diesen Zweck hinreichende Auflösung (ca. 2°C) mit einem
einfachen Spannungsteiler (leider nicht linear). Oder nimm einen
tiny26, der hat einen 20-fach Verstärker. Oder denke mal über andere
Auswerteverfahren nach. Ich hab da zufällig gestern was aufgebaut, das
liefert fast beliebige Auflösung (nicht Genauigkeit!), braucht aber nur
4 Widerstände und einen Kondensator an einem mega8, der allerdings
überdimensioniert ist.

Uwe

Autor: Stefan Seegel (Gast)
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@Christian:

Hast du da einen Link wie man mit einem AVR und OBD die Öltemperatur
(und womöglich noch andere Sachen) auslesen kann ?

Stefan

Autor: Christian Büch (Gast)
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Also am besten einen K-Line / Lin 2.0 Transceiver an einen UART von
einem µController hängen.

Bei Autos mit OBD (On Board Diagnostic) bzw. mit K-Line und
Öltemperaturfühler kann man die Werte über KWP2000 Protokoll abnehmen
(ISO9141 oder so ...)

Autor: Stefan Seegel (Gast)
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Hi,

ok, hab nun ewig gegoogelt, konnte aber keine genaueren Spezifikationen
über diese K-Line (ISO9141-2) Schnittstelle finden. Hardwaremäßig
scheint das wohl eine Art I2C Interface zu sein, eine Daten- und eine
Clockleitung, wobei die Datenleitung bidirektional ist. Die Leitungen
werden jeweils von einer Seite auf Masse gezogen.
Kann das so jemand bestätigen ?
Softwaremäßig konnte ich da aber ÜBERHAUPTNIX finden. Hat da jemand
Infos darüber ?

MfG
Stefan

Autor: eddy (Gast)
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da es probleme mit dem lm gibt (soweit ich es verstanden habe) versuch
doch mal eine andere quelle zu verwenden:
http://homepages.fh-regensburg.de/~cuh39305/pek/pek07.pdf

mfg eddy

Autor: Christian Büch (Gast)
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Also K-Line ist wie Lin eine reine 1-Draht Kommunikation. Bevor man sich
aber jetzt auf K-Line / OBD stürtzt, sollte erst schauen, ob das Auto
ein Ölfühler besitzt (bischen googln ...). Sofern du einen Schaltplan
für einen K-Line Adapter an RS232 oder USB benötigst, sag bescheid.

Es gibt insgesamt 3 Normen für K-Line. Einmal die
Hardwarespezifikation, einmal der Kommunikationslayer und dann KWP2000
(Keyword Protocol 2000) was die meisten Diagnosefunktionen genormt hat
und Herstellerübergreifend ist. Damit kann man die meisten Daten
abfragen (km/h, Drehzahl, Drücke, Temperaturen, Verbrauch etc.).
Eine weitere Norm gibt es dann für KWP2000 über CAN wobei ich das sein
lassen würde, K-Line ist meistens besser/einfacher.

Ab Bj. 2000 muss übrigens jedes Auto über OBD verfügen.

Autor: Marcel (Gast)
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Hallo alle zusammen,

erst mal danke für eure Antworten. Da weiß ich ja gar nicht wie ich
mich entscheiden soll.

@ Marco:
Das mit dem 25K Widerstand hört sich recht einfach an!! Ich glaube das
ist die einfachste und billigste Variante. Wie lange sind deine Kabel
vom PT1000 zum µC??

@Uwe:
Das mit dem DC/DC Wandler habe ich mir auch schon überlegt. Das Problem
ist, dass dieser Baustein doch recht teuer ist. Das würde sich bei mir
wirklich nicht lohnen. Du schreibst das ich von der Ladungspumpe nur
die Negative Spannung benutzen soll. Ich war mir aber nicht ganz sicher
ob das kein Problem geben wird. Nach der Ladungspumpe habe ich ja dann
+12V und –10V. Würde das dann trotzdem gehen?? Das sollte ich mal
probieren. Ob das aber etwas mit dem Problem meines
Subtrahierverstärker zu tun hat?? Egal, es ist ein Versuch wert.
Wie meinst du das mit dem Tiny26?? Zufällig habe ich noch einen hier
bei mir „rumliegen“. Das Problem ist, ich habe bereits einen Mega16 im
Auto (steuert ein Touch-Panal) das heißt ich müsste vom Tiny die Daten
irgendwie an den Mega16 bringen. Aber wie?? USART geht nicht, da ja
schon der Mega16 mit dem Panal kommuniziert. Na ja, und mit SPI oder
andere „Sachen“ kenne ich mich noch nicht aus!!
Du schreibst auch das ich das ganze ohne Verstärkung realisieren
könnte. Wie meinst du das?? (ADC Mega16 hat 10 Bit)

Also jetzt muss ich mich entscheiden :o)

Ne, ich muss mir mal genauere Gedanken machen....

Tausend Dank und Grüße, Marcel

Autor: Marco G. (stan)
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@Marcel:
momentan noch 10cm :D

Vielleciht ist aber ein Pulsen, also nur alle 10 Sekunden mehrere
Milliampere schicken und dann den ADC abfragen besser, dann fallen die
Störungen nicht so ins Gewicht...

Autor: Marcel (Gast)
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@Marco:
Aha, das ist natürlich nicht sehr lang g. Bei mir wird es aber auch
nicht sehr lange werden... so etwa 3m.
D.h. also das du den 25K Wiederstand mit dem PT1000 in Reihe an 12V
legst und dann mit einem OP die Spannung am PT1000 für den ADC
verstärkst, oder?? Sagen wir mal der OP gibt von 60° bis 170° 0-5V
raus. Wie machst du das dann mit der negativen Spannung für den OP??
Hast du eine Ladungspumpe?? Was natürlich am LM324 gut ist, er kann
auch von 0 bis +12V berrieben werden. Wie genau funktioniert denn dann
deine Schaltung??
So, geh mal arbeiten.....

Gruß Marcel :o)

Autor: black friday (Gast)
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@Marcel:
Du musst auch bedenken, dass du nur sehr selten wirklich 12V im Auto
hast. Die Spannung schwankt während der Fahrt gewaltig.

Autor: Marco G. (stan)
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genau (black friday hat Recht), deswegen hab ich den Spannungsteiler an
5V, und erreiche damit die geforderten 0,3mA für en PT1000.

Und ich hab einen Op gestellt der 0-5V und rail2rail kann, dann sollte
das Problem auch beseitigt sein.
Etwa 3 Meter werden es bei mir auch...

http://www.lrz-muenchen.de/~geislerm

Autor: Christian Büch (Gast)
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Wenn ich einen kleinen Tip geben darf ... bei Schaltungen im Kfz sollten
auch Kfz taugliche Spannungswandler verwendet werden. Alleine Schon
wegen den enormen Peaks im Auto.

Gute Wandler hat Infineon (TLE-Serie) im Programm. Die können meist bis
42V und Peaks bis 2000V (was keine Seltenheit ist). Auch wenn eine lange
Zeit nichts passiert, ist es meist doch nur eine Frage der Zeit bis eine
Überspannung den Spannungswandler zerhaupt. Außerdem darf das Bordnetz
laut Spezifikation bis 14V hoch gehen. Das sollte man auch bedenken.

Die TLEs kann man bei Buerklin gut bekommen.

Grüße

Autor: Marco G. (stan)
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@Christian:
naja ganz so schlimm ist es nicht.
Ich bin Werkstudent bei einen großen bayerischen Autobauer aber 2000V
wird da nicht gefordert.
Außerdem lief der erste Prototyp mehrere Monate problemlos mit einem
7805, und sollte wirklich mal was passieren, die Öltemperatur ist ja
nicht lebenswichtiges, das schon mal ausfallen darf ;)

Autor: Christian Büch (Gast)
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Schön jemanden zu treffen, der auch im Automobilbau beschäftigt ist. Ich
entwickele Steuergeräte (u.a. für Bremsen) und da ist klare
Spezifikation, das Spannungsspitzen von >2000V auftretten KÖNNEN (man
bedenkte nur die Gefahr von ESD). Klar, Sie müssen nicht und je
neuer/moderner ein Auto um so weniger tretten die auf.

Nicht ohne Grund haben die Automotive Tauglichen Spannungswandler diese
Fähigkeiten.

Was machst du denn bei BMW? (im TIS?)

Autor: Hendi (dg3hda) (Gast)
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Hi,

falls der DC/DC Wandler nur den OpAmp und so speisen soll: Ca. 1.8 W
gibts billig aus alten 50 cent BNC-NetZwergkarten, son großer schwarzer
Block ist das, Beschreibungen gibts bei sprut.de, und dannnn:
Boardnetz->Peakabschneideschaltung (Transzorbdiode?)->7805 oder
so->DC-DC-Wandler 5V->9V (galv. getrennt)->-9V und glücklichsein.

Autor: Uwe Nagel (Gast)
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@Marcel
Unsymmetrische Versorgungsspannungen sind eigentlich kein Problem. Man
darf halt mit Ein- und Ausgangspannungen nicht zu nah an die
Versorgungsspannungen drankommen. Also 0V am Ausgang bei negativer
Spannung=0V geht (fast) nicht.
Mit einem einfachen Spannungsteiler 3k9 und PT1000 erhält man einen
recht geringen Spannungshub im gewünschten Temperaturbereich
(1,17V-1,49V) den mit 10 Bit digitalisieren gibt nur etwa 2° Auflösung.
Ein tiny26 hat einen 20-fach Verstärker, damit könnte man 0,1°
erreichen. Aber braucht man das wirklich???
Die Messung ist übrigens auch noch nichtlinear, besser wäre wirklich
eine Stromquelle statt einem Widerstand, dann ist es ziemlich linear.
Die andere Variante, die ich angedeutet habe, misst die Ladezeit eines
Kondensators über den PT1000. Dazu braucht man den Analog-Komparator im
Prozessor und die Input-Capture Funktion, 3 Widerstände, die eine
umschaltbare Vergleichsspannung erzeugen, den Kondensator selbst und
einen möglichst genauen Vergleichswiderstand.
Leitungswiderstände gehen voll im die Messung ein (keine
Virleiter-mesung) und ob es sinnvoll ist Leitungen, die direkt am
Prozessor liegen ungeschützt durch den Motorraum zu ziehen, bezweifle
ich auch.

Uwe

Autor: Marcel (Gast)
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Hallo alle zusammen...

@Uwe:
Gut zu wissen das ich mir zuviel Gedanken mit der unsymmetrischen
Spannung gemacht habe... Beim nächsten mal weiß ich es dann. Da hätte
ich mir doch sehr viel Kopfzerbrechen sparen können!!!
Ich habe da noch eine Frage. Du schreibst das du einen Spannungsteiler
mit 3,9K machen würdest. Gehe ich dann richtig in der Annahme dass du
das auf die 5V beziehst?? Dann komme ich auf einen Strom von etwa 1mA.
Das ist echt O.K. Eine Auflösung von 2° wäre auch noch im akzeptablen
Bereich. Du hast aber recht, 0,1° Auflösung mit dem Tiny26 ist
absoluter Blödsinn!!
Weiter schreibst du das man es besser mit einer Stromquelle macht. Das
der LM317 ja jetzt nicht gerade so der Hit ist, habe ich jetzt
festgestellt, oder??
Die andere Variante die Du ansprichst, hört sich schon interessant an,
aber so richtig verstehen tu ich das nicht :) Da bleibe ich lieber bei
dem vorherigem Beispiel. Meine Leitungen sind aber alle abgeschirmt,
das müsste dann doch gehen, oder??

@Marco:
Das ist ja echt gut zu wissen das es bei dir geht. Könntest du mir
sagen was für einen OP du hast?? Der liegt nur an 0-5 V?? Klar,
rail-to-rail, aber geht das ohne Probleme?? Wie groß ist dein
Temperaturbereich und wie kompensierst du die "Unlinearität"??

Grüße aus der nähe Heidelberg,

Marcel

Autor: Marco G. (stan)
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@Marcel:
die OpAmps hat Reichelt noch nicht geliefert, da muss ich noch bissi
experimentieren. Bin aber für Vorschläge offen...
Temperaturbereich dachte ich so -20 bis +150°?
Mit Nichtlinearität meinst du wohl die sich ändernde Steigung des
PT1000? Da hab ich noch nicht so ne gute Idee, vielleicht Wertetabelle
und Zwischenschritte berechnen? Oder gibt es da ne Formel?

Autor: Marcel (Gast)
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So, endlich WE!!!! Hmmm, also das mit dem Temp-bereich habe ich mir auch
schon überlegt. Es ist aber auch so das eine niedrigere Temperatur wie
60° eigentlich nicht nötig ist. Für soetwas hat man ja die
Außentemperatur. Ich würde die Temperatur schon auf etwa 160° erhöhen.
(bei dieser Temperatur wäre dann schon ein Ölkühler norwendig :o) )
Eine Tabelle ist nicht schlecht!! Gibt es aber nicht eine Formel für
nichtlineare Temperatursensoren???? Kann es sein das es da etwas mit
(delta-teta)^2 xx + (delta-teta) xx + xx ????? Oh je, ein riesen
Fragezeichen. Ich sollte mal in meiner Formelsammlung suchen.
Vielleicht verwechsele ich das auch mit irgendwas!!!! (wohl eher g)

In der OP-Welt kenne ich mich gar nicht aus!! Da muss ich dann mal
"googeln"

Also dann mal ein schönes Wochenende...

Grüße Marcel

Autor: Marco Geisler (Gast)
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Autor: Stefan Seegel (Gast)
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Du kannst von allen möglichen Sensoren eine Messreihe aufnehmen
(Temperatur / Widerstand), das in Excel reinhacken und mit ein paar
Clicks eine Ausgleichsformel berechnen lassen, wahlweise Polynom x.
Grades, exponentiel, logarithmisch usw...

MfG
Stefan

Autor: Marco G. (stan)
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@Stefan:
ne Tabelle gibt es ja von Heraeus, und in Excel hab ich die auch, aber
wie mach ich die Formel daraus?!

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