Hallo zusammen,
ich experimentiere ein wenig mit einer 1N4148 an einem Atmega328 um hohe
Temperaturen >200°C zu messen. Die Diode habe ich über 1k an +5V
gehängt. Zusätzlich zwischen A0 und GND 100nf. Ich habe den ADC wert an
A0 bei Raumtemperatur gemessen (20,5°;ADC Wert: 141) und bei 300°C (mit
Hilfe eines geregelten Lötkolbens, ADC Wert: 77).
Die Differenz sind also 279,5°C bzw. 64 für den ADC Wert.
Wenn also mein ADC Wert sich um +/-1 verändert, bedeutet das einen
Temperatursprung von 4,36°C (279,5/64).
Gibt es eine Möglichkeit die "Auflösung" zu verbessern? Optimal wäre ja
theoretisch, ein höherer ADC Wert bei Raumtemperatur.
Viele Grüße,
Lukas
Lukas schrieb:> ich experimentiere ein wenig mit einer 1N4148 an einem Atmega328 um hohe> Temperaturen >200°C zu messen.
Daß die nur max 175°C haben darf, weißt Du aber?
Lukas schrieb:> Gibt es eine Möglichkeit die "Auflösung" zu verbessern? Optimal wäre ja> theoretisch, ein höherer ADC Wert bei Raumtemperatur.
Du musst den Spannungsbereich, der dich interessiert auf den Messbereich
des ADC skalieren. Das ist eine Rechenoperation (Offset+Verstärkung).
Solche analogen Rechenoperatinen werden mit passend beschalteten
Operationsverstärkern erledigt.
Also: welchen Spannungsbereich willst du auf welchen Spannungsbereich
anpassen? Welche Versorgungsspannung hast du zur Verfügung?
> 1N4148 ... hohe Temperaturen >200°C
Dir ist schon klar, dass dieses Bauelement damit weit ausserhalb seiner
Spezifikation betrieben wird. Die Langzeitstabilität wird darunter
leiden...
Lothar Miller schrieb:> Also: welchen Spannungsbereich willst du auf welchen Spannungsbereich> anpassen? Welche Versorgungsspannung hast du zur Verfügung?
Ich habe +5V zur Vefügung. Optimal wäre 5V bei 300°C und 0V bei sagen
wir mal 25°C.
> Dir ist schon klar, dass dieses Bauelement damit weit ausserhalb seiner> Spezifikation betrieben wird. Die Langzeitstabilität wird darunter> leiden...
Ja, ist mir klar. Die Diode wird ja nicht für ihren "eigentlichen Zweck"
eingesetzt. Es gibt diverse Beispiele wo die 1N4148 zu Temperaturmessung
>200° auch lange Zeit eingesetzt wird. Die Langzeitstabiltät spielt
keine Rolle, ich möchte nur ein wenig experimentieren.
VG/Lukas
@ Lukas (Gast)
>Ich habe +5V zur Vefügung. Optimal wäre 5V bei 300°C und 0V bei sagen>wir mal 25°C.
Ja.
>keine Rolle, ich möchte nur ein wenig experimentieren.
Sicher.
Da muss man ein wenig nachdenken und rechnen.
Bei 25°C und 1mA hat man vielleicht 700mV Flußspannung, der
Temperaturkoeffizient liegt bei ca. -2mV/K. Sprich, bei 300°C sind es
nur noch ~100mV (ist das wirklich so? Wann wird das nichtlinear und geht
in die Sättigung?).
Egal. Du musst also eine Spannungsänderung von ~600mV auf 5V verstärken,
macht eine Verstärkung von ~8,3. Der Offset von 100mV bei 300C ist so
klein, den muss man nicht subtrahieren, der Gewinn an Auflösung ist
nicht sonderlich hoch. Also braucht man nur einen nichtinvertierenden
Vrstärker mit der Verstärkung von ca. 7, denn 0,7*7 = 4,9V. LM358 ist
dein Freund, wenn du mehr als 7V als Betriebsspannung hast. TS912, wenn
du nur die 5V hast.
Lukas schrieb:> EDIT: 5V entspricht einem ADC Wert von 1024, 0V einem ADC Wert von> 0.
Und, warum nimmt man da nicht die innere eingebaute Analoge
Referenzspannung von 1,1V oder 2,5xxxV (gerade keine Lust ins Datenblatt
zu schauen)
Damit ließe sich die Genauigkeit schon mal mindestens verdoppeln.
Bei 1,1 sogar vervierfachen.
Ganz ohne ZusatzOPs
Peter Dannegger schrieb:>> ich experimentiere ein wenig mit einer 1N4148 an einem Atmega328 um hohe>> Temperaturen >200°C zu messen.>> Daß die nur max 175°C haben darf, weißt Du aber?
Nun, die 175° gelten natürlich dann, wenn die Diode ihren Job,
nämlich effektiv gleichrichten, machen soll. Für andre Zwecke
kann man durchaus darüber gehen. Bei 300° dürfte aber langsam
das Gehäuse Probleme machen und auch die Alterung der Diode
nimmt stark zu. So oder so ist die Auswerteschaltung von Lukas
aber nicht geeignet. Man sollte zumindest einen festen Strom
nehmen; noch besser zwei verschiedene, umschaltbare, um den
ohmschen Anteil rauszurechnen. Dann ist eine Diode ein erstaun-
lich genauer Temperatursensor.
Gruss
Harald
chris_ schrieb:> Dann dreh sie doch herum und vergrößere den Widerstand.
Die Temperaturabhängigkeit ist nur bei der Flussspannung reproduzierbar
und einigermaßen linear.
Helmut Lenzen schrieb:> Ausloesung != Genauigkeit.
jaja, ihr habt recht
war aber trotzdem ein sinnvoller Rat,
ich setz noch einen drauf: es gibt auch AVR mit internem Verstärker
Falk Brunner schrieb:> Bei 25°C und 1mA hat man vielleicht 700mV Flußspannung, der> Temperaturkoeffizient liegt bei ca. -2mV/K. Sprich, bei 300°C sind es> nur noch ~100mV (ist das wirklich so? Wann wird das nichtlinear und geht> in die Sättigung?).
Nein das ist nicht so. Der Tk ist selbst von der Temperatur abhängig und
nimmt mit der Temperatur ab.
http://de.wikipedia.org/wiki/Diode#Temperaturabh.C3.A4ngigkeitLukas schrieb:> Wenn also mein ADC Wert sich um +/-1 verändert, bedeutet das einen> Temperatursprung von 4,36°C (279,5/64).
Nein. Die Kennlinie ist nicht linear.
> Ich habe den ADC wert an> A0 bei Raumtemperatur gemessen (20,5°;ADC Wert: 141) und bei 300°C (mit> Hilfe eines geregelten Lötkolbens, ADC Wert: 77).
Klingt wie 10Bit-ADC mit 5V Referenz. Also 0,705V bei 20,5°C und 0,385V
bei 300°C. Wäre ein mittlerer TK von -1,14mV/K.
> Gibt es eine Möglichkeit die "Auflösung" zu verbessern?
Ja. Offset abziehen (0,705V), Signal (max. -320mV) verstärken
(5V/-0,32V=-15,6-fach). Dann hast du die maximale Auflösung.
>Die Temperaturabhängigkeit ist nur bei der Flussspannung reproduzierbar
Hier gibt es ein Diagram zur Sperrstromabhängigkeit über Temperatur:
http://www.ne555.at/images/stories/analog/Diode/Ir_data.jpg
Sie ist nicht linear, aber ich sehe keinen Grund, dass sie nicht
reproduzierbar ist.
chris_ schrieb:> Sie ist nicht linear, aber ich sehe keinen Grund, dass sie nicht> reproduzierbar ist.
Die Flussspannung ist von der Physik gegeben. Der Sperrstrom ist stark
vom Herstellungsprozess abhängig.
Du hast insofern Recht, dass man für ein einzelnes Exemplar beide
verwenden kann. Will man es duplizieren können, nimmt man besser die
Flussspannung.
chris_ schrieb:> Sie ist nicht linear, aber ich sehe keinen Grund, dass sie nicht> reproduzierbar ist.
Typical Values, sie kann da muss aber nicht da liegen.
Jede Diode wird alle paar Tage neu eingemessen wegen Alterung.
Nenn ich nicht gerade reproduzierbar.
ArnoR schrieb:> Also 0,705V bei 20,5°C und 0,385V bei 300°C.> Wäre ein mittlerer TK von -1,14mV/K.
Mist, hatte mich vertippt, es sind 0,689V und 0,376V. Der mittlere TK
ist dann 1,12mV/K.
Der abzuziehende Offset ist 0,689V und die Verstärkung -16.
chris_ schrieb:> Aha, das wusste ich nicht. Welche Diode und bei welcher Anwendung?
Keine Anwendung, sowas tu ich mir nicht an Bauteile weit ueber ihren
Specs zu betreiben. Was das Datenblatt sagt ist massgebend. Fuer den
Temperaturbereich gibt es PT100 oder Thermoelemente.
Danke für eure Beiträge.
Ich wollte keine Diskussion à la "Macht das Sinn mit Dioden Temperaturen
zu messen oder nicht". Das war nicht die Frage. Die Frage war: Wie
verbessere ich die Auflösung. Dazu gibt es ja jetzt einige Anregungen.
Zu diesen Thema noch ein Link für alle Interessierten:
http://thomaspfeifer.net/laminator_temperatur_regelung.htm
VG/Lukas
Lukas schrieb:> Gibt es eine Möglichkeit die "Auflösung" zu verbessern?
4 oder 5 Dioden in Reihe.
Lukas schrieb:> Ich habe +5V zur Vefügung. Optimal wäre 5V bei 300°C und 0V bei sagen> wir mal 25°C.
Wenn du -5V hättest, ginge sogar der zweite Teil.
Aber wenn man weder-noch hat, muss man seine Wünsche zurückstecken.
MaWin schrieb:> 4 oder 5 Dioden in Reihe.
Das habe ich auch so gemacht. 4 Dioden in Reihe aufs Heizungsrohr
geklebt und die Referenzspannung auf 2,5 bis 3,5v reduziert. Dann ist
die Auflösung ausreichend groß. Da das Ganze nicht linear ist, habe ich
alle 10°C Kontrollwerte gespeichert und bei der Berechnung der
Temperatur diese Korrekturwerte einbezogen.
Manfred G. schrieb:> Das habe ich auch so gemacht.
Und das alles, weil es bei eBay das 1000er Pack 1N4148 gab und du danach
leider kein Geld mehr hattest für ein paar ordentliche
10kNTC/KTY81/DS1820 ?
MaWin schrieb:> Und das alles, weil es bei eBay das 1000er Pack 1N4148 gab und du danach> leider kein Geld mehr hattest für ein paar ordentliche> 10kNTC/KTY81/DS1820
Wenn man Berge von Dioden (SAY30 z.B.) hat. Warum nicht? Den Rest macht
das Programm. Neukaufen kann jeder, aber das vorhandene Nutzen ist auch
geil.
Hallo zusammen.
Die Idee von MaWin mit der Serienschaltung habe ich schon
eimal realisiert. Dabei ging es darum, einem 8-Bit ADC (PCF8591
und TLC549) etwas mehr Auflösung zu verpassen.
4 St. 1N4148 in Serie, je 2 mechanisch parallel; 2 Drähte daran,
darüber ein Stückchen Schrumpfschlauch, fertig.
Ein wunderbar kleiner Fühler. Gespeist wurde das Ganze von
einer Konstantstromquelle mit einem J-FET.
Soweit der praktische Teil der Sache.
Nun kommen die von mir festgestellten elektrischen Eigenschaften.
Linear mit ca. -2mV/C : es wäre ein Traum.
Diesen Wert findet man ja in vielen Veröffentlichungen.
Man beachte das 'ca.'
Meine Feststellung: Nicht nur, daß die -2mV nur 'ca.' sind, die
Sache ist so etwas von unlinear!
Für einen eingeschränkten Bereich, z.B. 0-50 Grad C bekommt man das
ja mit zufriedenstellender Genauigkeit hin; an ein - zuindest - etwas
Kalibrieren führt selbst da kein Weg vorbei.
Da ist ein KTYxx schon wesentlich besser und vor allen Dingen
einfacher.
Von 25° bis 300°C? Zum Spielen ok, aber Messen ist wohl etwas
anderes.
Bevor ich jetzt hingehe, Kalibriertabellen zu erstellen, diese in einem
EEPROM abzulegen und das ganze Gerödel einem MC anheim zu geben würde
ich doch eher zu einem PT1xxx tendieren.
73
Wilhelm
chris_ schrieb:> Sie ist nicht linear, aber ich sehe keinen Grund, dass sie nicht> reproduzierbar ist.
Ob das so viel Spaß bringt, dem µC beizubringen, über - vorsichtig
geschätzt - mehr als fünf Größenordnungen den Sperrstrom vernünftig zu
messen?
Ich habe die Referenzspannung mal auf 1.1V gesetzt. Jetzt habe ich mit
dem 10Bit ADC und einer 1N4148 eine Genauigkeit zwischen Raumtemperatur
und 250°C von ca. 2 bis 3°C. Das reicht für meine Zwecke vollkommen aus.
Es sollte ja auch kein geeichtes Messgerät werden, sonder eine kleine
Spielerei ;-)
VG/Lukas
>> Sie ist nicht linear, aber ich sehe keinen Grund, dass sie nicht>> reproduzierbar ist.>Ob das so viel Spaß bringt, dem µC beizubringen, über - vorsichtig>geschätzt - mehr als fünf Größenordnungen den Sperrstrom vernünftig zu>messen?
Es ist sicher eine sehr gute Lösung für die praktische Anwendung,
mehrere Dioden in Serie zu schalten, um die Auflösung zu erhöhen. Mich
interessiert aber die vielleicht "akademische" Frage genauer, warum man
nicht den Sperrstrom verwenden kann.
Oben hat Georg folgendes geschrieben
>Die Temperaturabhängigkeit ist nur bei der Flussspannung reproduzierbar
ohne diesen Satz belegen zu können. Ich vermute, dass er falsch ist und
die Kennlinie für eine fest eingebaute Diode über Lebensdauer relativ
gleich bleibt.
Wenn ich die Kennlinie hier richtig interpretiere
http://www.ne555.at/images/stories/analog/Diode/Ir_data.jpg
verläuft der Strom exponentiell bezüglich der Temperatur, d.h. die
Auflösung der Temperaturmessung über den Sperrstrom würde bei hohen
Temperaturen besser. Das ist ja der Bereich, der den TO interessiert.
MaWin schrieb:> Lukas schrieb:>> eine Genauigkeit zwischen Raumtemperatur und 250°C von ca. 2 bis 3°C.>> Du hast sicher noch nicht den Unterschied zwischen Auflösung und> Genauigkeit verstanden. Also noch mla zurück auf Los.>> http://www.mikrocontroller.net/articles/Aufl%C3%B6...
Doch, habe ich verstanden. Ich meine damit, dass mein Messergebnis von
einem geeichten Thermometer um nicht mehr als 2-3 Grad abweicht.
chris_ schrieb:> ohne diesen Satz belegen zu können. Ich vermute, dass er falsch ist
Ich kann es schon belegen. Die Frage ist nur, ob es hier im Forum Sinn
macht. Du gibst zu, dass du nur vermutest. Den Schluss daraus erspare
ich uns.
Wenn du lesen würdest, hättest du weiter oben im Thread diesen Link
gesehen: http://de.wikipedia.org/wiki/Diode#Temperaturabh.C...
Dort siehst du, dass die Flussspannung auf das Material bezogen nur vom
Bandabstand abhängt. Der Rest sind Naturkonstanten.
Beim Sperrstrom siehst du dann, dass z.B. die Dotierung stark im das
Ergebnis eingeht.
@ Lukas (Gast)
>Doch, habe ich verstanden.
Nö.
>Ich meine damit, dass mein Messergebnis von>einem geeichten Thermometer um nicht mehr als 2-3 Grad abweicht.
Falsch! Dazu müsstest du MINDESTENS einmal kalibieren, und zwar bei ZWEI
möglichst weit auseinander liegenden Temperaturen. Ein geregelter
Lötkolben ist keinesfalls so genau, wie an irgendeiner Anzeige
dargestellt wird. +/-20K sind da locker drin.
Der Thread ist irgendwie wie: Ich möchte aber meine Suppe mit der Gabel
essen, ich will! Ich will! Ich will!
Warum nimmst du nicht eine für die Temperatur geeigneten und bewährten
Sensor wie z.B. ein Thermoelement?
Udo frug:
>Warum nimmst du nicht eine für die Temperatur geeigneten und bewährten>Sensor wie z.B. ein Thermoelement?
Lukas schrob:
>Das reicht für meine Zwecke vollkommen aus.>Es sollte ja auch kein geeichtes Messgerät werden, sonder eine kleine>Spielerei ;-)
MfG Paul
chris_ schrieb:> Ich denke nicht, dass sich die Dotierung einer 1N4148 über die> Lebensdauer ändert.
Und warum sollte sie nicht wenn du sie bei 300 Grad braets?
Paul Baumann schrieb:> Lukas schrob:>>Das reicht für meine Zwecke vollkommen aus.>>Es sollte ja auch kein geeichtes Messgerät werden, sonder eine kleine>>Spielerei ;-)>> MfG Paul
Das passt aber nicht zu der Ausssage:
Lukas schrieb:> Doch, habe ich verstanden. Ich meine damit, dass mein Messergebnis von> einem geeichten Thermometer um nicht mehr als 2-3 Grad abweicht.
Das wäre (auf den absoluten Nullpunkt bezogen) eine Genauigkeit von
besser als 0,5%
chris_ schrieb:> Hier gibt es einen sehr ausführlichen Beitrag zur Temperaturmessung> mittels 1n4148:>> http://forums.reprap.org/read.php?249,157790
Da steht doch im Prinzip das gleiche was hier auch schon durchgekaut
wurde, das man die Diode nicht ausserhalb ihres Temperaturbereiches
einsetzen sollte weil sie sich sonst veraendert in ihren Daten.
>nicht ausserhalb ihres Temperaturbereiches>einsetzen sollte weil sie sich sonst veraendert in ihren Daten.
Im Datenblatt der 1N4148 steht allerdings ein Temperaturbereich bis
200°C.
Ich nehme mal an, diese Temperatur kommt durch eine Dotierungsänderung
über Diffusionsprozesse zu stande.
Über die 1N4148 finde ich im Internet den Hinweis, dass es sich um eine
Gold-dotierte Diode handelt.
Nützlich wäre ein Dokument über die Temperaturabhängigkeit der
Diffusionskonstante von Gold.
Dieses Dokument
http://www.fh-kl.de/~kai.schoener/Inhalte/Freimuth/Halbleiter/BA-MST%20Halbleitermaterialien%205.pdf
( Graphik Seit 15 )
zeigt die Diffusionskonstante von Gold in SiO2. Sie ist ab ca.300°C
nenneswert.
chris_ schrieb:> Sie ist ab ca.300°C> nenneswert.
Heist aber nicht das sich darunter nichts tut. Aber von mir aus setzt
deine Diode bei 300 Grad ein, im Prinzip ist hier alles gesagt worden.
Helmut Lenzen schrieb:>> Ich denke nicht, dass sich die Dotierung einer 1N4148 über die>> Lebensdauer ändert.>> Und warum sollte sie nicht wenn du sie bei 300 Grad braets?
Der Reststrom von Dioden ist ein sog. Dreckeffekt, der durch
Fremdstoffe im Silizium entsteht. Deshalb ist er auch von
Diode zu Diode unterschiedlich, da man diese Fremdstoffe nie
ganz verhindern kann. Insbesondere bei höheren Temperaturen
werden auch zusätzlich Fremdstoffe von aussen in das Silizium
eindiffundieren und den Reststrom verändern. Die Temperatur-
messung im Normalbereich kann man dagegen durch Messung der
Durchlassspannung auf etwa 0,2...0,3K genau hinbekommen, wenn
man die Möglichkeit zur Kalibrierung hat und die richtige
Schaltung verwendet.
Gruss
Harald
>Der Reststrom von Dioden ist ein sog. Dreckeffekt, der durch>Fremdstoffe im Silizium entsteht.
Mit Reststrom meinst Du den Sperrstrom?
Im Falle eines Dreckeffektes wäre das für mich das schlagende Argument
gegen die Messung der Temperatur über den Sperrstrom.
Eigentlich sollten die Kennlinien verschiedener Dioden für den
Sperrstrom dann auch extrem stark streuen, oder es wäre ein Hinweis
darauf, das die Verschmutzung im Mittel ähnlich ist.
chris_ schrieb:>>Der Reststrom von Dioden ist ein sog. Dreckeffekt, der durch>>Fremdstoffe im Silizium entsteht.>> Mit Reststrom meinst Du den Sperrstrom?> Im Falle eines Dreckeffektes wäre das für mich das schlagende Argument> gegen die Messung der Temperatur über den Sperrstrom.> Eigentlich sollten die Kennlinien verschiedener Dioden für den> Sperrstrom dann auch extrem stark streuen, oder es wäre ein Hinweis> darauf, das die Verschmutzung im Mittel ähnlich ist.
So ist es.
