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
EDIT: 5V entspricht einem ADC Wert von 1024, 0V einem ADC Wert von 0.
Ich nehme an, Du betreibst die Diode in Sperrichtung. Wenn ich mir diese Kennlinien anschaue http://www.elektronik-kompendium.de/sites/grd/0701291.htm dann wäre es wohl am besten, den Widerstand sehr hochohmig zu wählen.
@ 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.
@ chris_ (Gast)
>Ich nehme an, Du betreibst die Diode in Sperrichtung.
Nö. Flußrichtung.
Dann dreh sie doch herum und vergrößere den Widerstand.
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
Ulrich F. schrieb: > Damit ließe sich die Genauigkeit schon mal mindestens verdoppeln. > Bei 1,1 sogar vervierfachen. Ausloesung != Genauigkeit.
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.
>Die Temperaturabhängigkeit ist nur bei der Flussspannung reproduzierbar
Warum?
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.A4ngigkeit Lukas 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.
>Jede Diode wird alle paar Tage neu eingemessen wegen Alterung.
Aha, das wusste ich nicht. Welche Diode und bei welcher Anwendung?
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
:
Bearbeitet durch User
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
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%B6sung_und_Genauigkeit
>> 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.
>Beim Sperrstrom siehst du dann, dass z.B. die Dotierung stark im das >Ergebnis eingeht. Und wieso soll sich die Dotierung stark ändern?
Aufösung vergrößern ja geht ! Beitrag "Erhöhung der AD-Auflösung durch oversampling ?" und hier Beitrag "1 Bit AD-Wandlung - Erhöhung der Auflösung durch oversampling" lies auch bei Atmel nach http://www.atmel.com/images/doc8003.pdfhttp://www.atmel.com/images/doc8003.pdf
chris_ schrieb: > Und wieso soll sich die Dotierung stark ändern? Halbleiter Technologie, 1. Semester oder ein gutes Buch über Grundlagen.
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?
Hier gibt es einen sehr ausführlichen Beitrag zur Temperaturmessung mittels 1n4148: http://forums.reprap.org/read.php?249,157790
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.
Angehängte Dateien:
-
SperrStrom1N4148.png
70 KB
>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.
Thread beobachten
Seitenaufteilung abschalten
Bitte melde dich an um einen Beitrag zu schreiben. Anmeldung ist kostenlos und dauert nur eine Minute.
Bestehender Account
Schon ein Account bei Google/GoogleMail? Keine Anmeldung erforderlich!
Mit Google-Account einloggen
Mit Google-Account einloggen
Noch kein Account? Hier anmelden.