Hallo Leute, ich möchte gerne Temperaturen im Bereich von -40 bis +40 Grad messen. Angestrebte Auflösung: 0.01K, Genauigkeit ebendort. Soweit ich nach Querlesen dieses Forums beurteilen kann, wird für diesen Zweck fast ausschliesslich zu Platin-RTDs geraten, bei so einer Genauigkeit also PT100 oder noch besser PT25. Von NTCs wird überwiegend abgeraten, andererseits gibt es hervorragende "Precision Thermistors" mit Auflösungsvermögen weit besser 1mK. Als Argument gegen die NTCs wird immer die mangelhafte Langzeitstabilität angeführt (die mit steigenden Temperaturen immer schlechter wird), mir ist aber in den letzten Jahren zumindest ein Hersteller (YSI, wuerden aber später übernommen, von TE glaube ich) bekannt, der seine Thermistoren für eine Drift von weniger als 0.01K pro 100 Monaten (das sind mehr als 8 Jahre) bei 70 Grad (Celsius) spezifiziert hat. Für einen Thermistor spräche daher die einfachere Auswertung ggü. Platin, andererseits "muss ja etwas dran sein", wenn jeder davon abrät. Meine Frage geht daher in Richtung: Wie sieht's mit der Drift/Alterung von Platinsensoren aus? Ist ein PT100 in diesem Punkt wirklich wesentlich besser als ein Präzisionsthermistor? Ich kenne den Unterschied zwischen Auflösung und Genauigkeit. Mir geht es wohlgemerkt nicht um die konkrete elektronische Data-Aquisition (also OpAmps, ADCs, etc.) oder um Thermospannungen, Platinen-Layout oder Ähnliches, ich interessiere mich wirklich nur für "den Sensor an Sich" - ich habe aber kein besseres Unterforum als Analogtechnik gefunden, hoffe das passt. Und ja, mir ist klar, dass das Ganze Mumpitz ist, solange ich nicht überprüfen kann, ob meine gemessenen Werte überhaupt stimmen. Hintergrund ist der, dass ich sehr selten (also alle paar Jahre) Zugriff auf Fixpunkt-Zellen hätte, gegen die ich mein Thermometer dann gerne kalibrieren würden. Genau deswegen suche ich auch einen möglichst Alterungsstabilen Sensor. Danke, Janina
Janine Herberz schrieb: > Meine Frage geht daher in Richtung: Wie sieht's mit der Drift/Alterung > von Platinsensoren aus? Ist ein PT100 in diesem Punkt wirklich > wesentlich besser als ein Präzisionsthermistor? Ja, zumindest wenn man einen (vorgealterten) Präzisionssensor nimmt. M.W. sind Platinsensoren die einzigen, die man für Kalibrierzwecke verwendet. Wobei es da teilweise um Abweichungen von weniger als ein mK geht.
Auf der Seite von BetaTherm gibts genug über Thermistoren zu lesen und die Selektieren auch auf Kundenwunsch. http://www.meas-spec.com/product/t_resources.aspx?id=592# z.B. "Long Term Thermistor Stability"
Also mit den Anforderungen bist Du schon im Bereich Sekundaerreferenz und dann kostet nur der Pt100 schon gerne vierstellig: http://us.flukecal.com/products/temperature-calibration/probessensors/secondary-reference-prts/5616-secondary-reference-p-0 Bei 0.01K Genauigkeit gibt es da keine Alternative.
Janine Herberz schrieb: > Ist ein PT100 in diesem Punkt wirklich > wesentlich besser als ein Präzisionsthermistor? Vor allem nimmt man wegen der geringeren Eigenerwärmung besser einen Pt1000.
Harald Wilhelms antwortete: >> Ist ein PT100 in diesem Punkt wirklich wesentlich besser als ein >> Präzisionsthermistor? > Ja, zumindest wenn man einen (vorgealterten) Präzisionssensor nimmt. Beim Querlesen des Forums bist Du mir schon als Experte zum Thema der genauen Temperaturmessungen aufgefallen, deshalb freut mich deine Antwort umso mehr. Deshalb auch zwei spezielle Fragen speziell an Dich: Für "normale" Platinsensoren habe ich zur Alterung typische Werte im Bereich von ~10mK/a gelesen. Bleibe ich mit "Platinum out of the box" in diesem Bereich (oder gerne auch besser) bei meinem kleinem Temperatur- intervall, oder sind das sowieso Hersteller-Fantasiewerte im best case? Mit welcher Alterung kann man typischerweise bei von Dir angesprochenen selektierten Platinsensoren rechnen (so ich mir diese leisten könnte)? Da kommt mir in den Sinn: Man könnte die Teile doch auch selbst für sagen wir 1 Jahr bei 80 Grad voraltern, falls sich das auszahlen würde. Hans-Georg Lehnard antwortete: > Auf der Seite von BetaTherm gibts genug über Thermistoren zu lesen > und die Selektieren auch auf Kundenwunsch. > z.B. "Long Term Thermistor Stability" Danke für den Link, das bestätigt genau das, was ich auch anderswo gelesen hatte, nämlich dass NTC (verglast) praktisch nicht signifikant altert und hinreichend genau ist, zumindest bei "höheren Ohmiken", also ab 10kOhm. Mein Einstiegspunkt, weswegen ich überhaupt genauer auf die Thermistoren blicke, obwohl hier "immer" von ihnen abgeraten wird, war dieses Paper (als Ergänzung zu Deiner interessanten Studie): "High-precision measurement using thermistors" von Volker H. Hans http://www.kirj.ee/public/Engineering/2007/issue_4/eng-2007-4-10.pdf Hp M. antwortete: > Vor allem nimmt man wegen der geringeren Eigenerwärmung besser > einen Pt1000. Soweit ich weiss, steigt mit der Drahtlänge (höheren Werten) aber wiederum die Alterung überproportional. Wenn schon, dann würde ich sowieso mittels Diff-ADC ratiometrisch gegen einen "passenden" Referenz-R (tendiere derzeit zu Z-Foil) messen wollen, da gibt sich PT1000 gg. PT100 nicht viel. Aber im Prinzip hast Du natürlich recht. Danke euch, Janina
Wenn ich oben im Fluke-Link Temperature range: –200 °C to 420 °C, Excellent stability: ± 10 mK, Calibrated accuracy ± 0.011 °C at 0 °C lese, klingt das ja ganz gut. Fragt sich nur, ob die zugehörigen Zuleitungen und Meßgeräte nach langer Zeit überhaupt noch in der Lage sind, die selben Werte genau anzeigen können. Ja ich habe gelesen, dieses Fragestellung wurde ausgeschlossen...
Janine Herberz schrieb: > der seine Thermistoren für eine Drift von weniger > als 0.01K pro 100 Monaten (das sind mehr als 8 Jahre) bei 70 Grad > (Celsius) spezifiziert hat Und was passiert bei einer Temperatur Wechselbeanspruchung? Bleibt die Verglasung dicht?
Das passende Budget vorausgesetzt kann man sich auch klaibrierte PTC Widerstaende kaufen. Schaut mal bei http://www.lakeshore.com vorbei. Zur Vermeidung der Selbsterwaermung darf man teilweise nur 2mV anlegen.
Hp M. schrieb: > Und was passiert bei einer Temperatur Wechselbeanspruchung? > Bleibt die Verglasung dicht? Wenn das richtige Material verwendet wird: Ja. Allerdings hat Kovar eine große Thermospannung (39uV/K) gegenüber Kupfer. D.H. man benötigt eine Brücke mit Wechselspannung zur Auswertung. Gruß Anja
Den Link fand ich auch noch recht informativ: www.temp-web.de/cms/upload/pdf/Temperaturkalibrierung.pdf und zeigt die Schwierigkeiten der Kalibrierung. Auf der anderen Seite sind ja die Genauigkeitsklassen der PT-Sensoren bekannt: Klasse A: dT = ± (0,15 °C + 0,002 · T) Klasse B: dT = ± (0,30 °C + 0,005 · T) 1/3 Klasse B: dT = ± (1/3 · (0,30 °C + 0,005 · T)) 1/10 Klasse B: dT = ± (1/10 · (0,30 °C + 0,005 · T)) bzw. nach neuer Definition: Klasse AA: tg = 0,1 °C + 0,0017 · |t| Klasse A: tg = 0,15 °C + 0,002 · |t| Klasse B: tg = 0,30 °C + 0,005 · |t| Klasse C: tg = 0,6 °C + 0,01 · |t| sprich, eine Genauigkeit von 10mK ist erst einmal weit weg von der DIN-Spezifizierung. Entsprechend findet man auch bei den einschlägigen Distributoren oft nur Class A und B, gelegentlich noch 1/3 Class B. 1/10 Class B ist faktisch nicht vertreten und noch genauer, in deinem Fall wäre das 1/30 Class B, schon erst recht nicht. Da die Genauigkeit auch noch temperaturabhängig ist heißt das für mich, dass die Genauigkeit an den Endpunkten 10mK betragen soll und dazwischen noch kleiner sein muss. Wenn ein Hersteller das garantieren soll dürften die ohnehin schon teuren Sensorelemente recht teuer werden dürfen. Wenn du eine günstige Quelle auftust, dann lass es mich wissen, daran wäre ich gleichermaßen interessiert. Frage, Ni-Elemente haben teilweise einen wesentlich größeren TC verglichen zu Pt-Elementen, wäre das der Genauigkeit nicht zuträglicher? Nickel: 4000 to 6720 ppm / K Platin: 3750, 3770, 3850 and 3911 ppm / K
oszi40 schrieb: > Wenn ich oben im Fluke-Link Temperature range: –200 °C to 420 °C, > Excellent stability: ± 10 mK, Calibrated accuracy ± 0.011 °C at 0 °C > lese, klingt das ja ganz gut. Ja, das gilt aber nur für 0°C und sind nicht der Fehler an den Endpunkten. Die hier gestellte Forderung von 10mK verstehe ich als Genauigkeit an den Endpunkten, ergo ist der Sensor noch nicht gut genug. Typischerweise gibt man den maximalen Fehler an, nicht den kleinsten vorkommenden Fehler.
Janine Herberz schrieb: > Hintergrund ist der, dass ich sehr selten (also alle paar Jahre) Zugriff > auf Fixpunkt-Zellen hätte, gegen die ich mein Thermometer dann gerne > kalibrieren würden. Genau deswegen suche ich auch einen möglichst > Alterungsstabilen Sensor. Bei solchen sportlichen Anforderungen würde ich doch mal mit einem namhaften Hersteller direkt Kontakt aufnehmen. Ich könnte mir denken das die hilfsbereit sind. http://heraeus-sensor-technology.de/de/produkte_1/produkte_start.aspx mfg klaus
oszi40 schrieb: > Fragt sich nur, ob die zugehörigen Zuleitungen und Meßgeräte nach langer > Zeit überhaupt noch in der Lage sind, die selben Werte genau anzeigen > können. Das ist genau der Krug, der zum Wasser geht und irgendwann bricht... Zur Sicherheit müsste jedes Messgerät regelmäßig kalibriert werden, doch wer macht das schon...
Hp M. schrieb: > Janine Herberz schrieb: >> Ist ein PT100 in diesem Punkt wirklich >> wesentlich besser als ein Präzisionsthermistor? > > Vor allem nimmt man wegen der geringeren Eigenerwärmung besser einen > Pt1000. Für Präzisionsmessungen nimmt man eher (drahtgewickelte) PT25 oder PT10. Die Eigenerwärmung verhindert man anders.
Janina Herberz schrieb: > Beim Querlesen des Forums bist Du mir schon als Experte zum Thema der > genauen Temperaturmessungen aufgefallen, Für mich war die Temperaturmessung nur eine Sekundärmessung, die ich für präzise Längenmessung brauchte. Die nötige Präzi- sion lag da auch im Bereich um 10mK. Für spezielle Fragen wie Alterung habe ich aber auf das Nachbarlabor, welches für Temp-Messungen zuständig war, zugegriffen. > Da kommt mir in den Sinn: Man könnte die Teile doch auch selbst für > sagen wir 1 Jahr bei 80 Grad voraltern, falls sich das auszahlen würde. Das könnte man tun. > Danke für den Link, das bestätigt genau das, was ich auch anderswo > gelesen hatte, nämlich dass NTC (verglast) praktisch nicht signifikant > altert und hinreichend genau ist, zumindest bei "höheren Ohmiken", > also ab 10kOhm. Anscheinend ist es so, das Thermistoren wohl wirklich besser geworden sind und für Genauigkeiten um 10mK ausreichen würden. Man nimmt sie ja auch u.a. für Fieberthermometer mit einer Auflösung von 10mK. Erst wenn man wirklich Genauigkeiten um 1mK braucht sind m.W. Platinsensoren unerlässlich.
Anja schrieb: > D.H. man benötigt eine Brücke mit Wechselspannung zur Auswertung. Es sollte auch reichen, einmal "vorwärts" und einmal "rückwärts" zu messen. Die Thermospannung kürzt sich dann raus.
Harald W. schrieb: > Ja, zumindest wenn man einen (vorgealterten) Präzisionssensor nimmt. > M.W. sind Platinsensoren die einzigen, die man für Kalibrierzwecke > verwendet. Wobei es da teilweise um Abweichungen von weniger als > ein mK geht. Jein. Sagen wir mal hauptsächlich... Es gibt, siehe Link auf Fluke bzw. Hart Scientific dort auch entsprechend gute NTCs zumindest wenn es um beschränkte Temperaturbereiche/Anforderungen geht: http://us.flukecal.com/products/temperature-calibration/probessensors/5640-series-thermistor-standards-probes Bspw. 5640 0 °C bis 60 °C Drift +-5 mK/Jahr, Genauigkeit +-1.5 mK http://www.ussensor.com/laboratory-grade-temperature-probes/laboratory-grade-temperature-probes Gäbe es sogar bei Digi-Key... Hp M. schrieb: > Janine Herberz schrieb: >> Ist ein PT100 in diesem Punkt wirklich >> wesentlich besser als ein Präzisionsthermistor? > > Vor allem nimmt man wegen der geringeren Eigenerwärmung besser einen > Pt1000. Nein. Wenn's um geringe Messunsicherheiten geht, werden nie PT1000 verwendet: - Primäre/sekundäre Standard-PTs sind aus möglichst reinem Platin (ITS-90, Reinheit >= 99.999%, 0.003926 Ohm/Ohm/K), nicht aus dem zwangsverunreinigtem Zeug, aus dem normale PT gefertigt werden müssen, um dem Standard zu entsprechen (0.00385 Ohm/Ohm/K)... - aus div. Gründen 2) werden drahtgewickelte Sensoren verwendet, was bei 1000 Ohm zu riesigen Sensoren führen würde... - die Eigenerwärmung wird dort immer raus gerechnet (zwei Messungen mit unterschiedlichen Strömen (optimal Faktor sqrt(2) 1)) - PT1000 sind für Kalibrierungen bei höheren Temperaturen ungeeignet, da die Fehler, die sich aufgrund des (drastisch) sinkenden Isolationswiderstands parallel zum PT ergeben, zu hoch sind... 1) R0 = R1 - (I1^2 * (R2 - R1)) / (I2^2 - I1^2), I1, I2 = unterschiedliche Messströme R1, R2 = die gemessenen Widerstände R0 = Widerstand ohne Strom 2) u.a. sind solche PTs auch gute Dehnungsmesser, aufgrund der geringen Schichtdicke für Verunreinigungen anfällig (auch durch die zum Schutz aufgebrachte Glassschicht, Thermospannungen beim Übergang PT -> Leiter) usw. Und etwas Trivia: Die 25.5 Ohm, die SPRTs gerne haben, waren mal zur groben Schätzung gedacht, da etwa 100 mOhm etwa 1 K entsprechen. Klaus R. schrieb: > Bei solchen sportlichen Anforderungen würde ich doch mal mit einem > namhaften Hersteller direkt Kontakt aufnehmen. Ich könnte mir denken das > die hilfsbereit sind. > > http://heraeus-sensor-technology.de/de/produkte_1/produkte_start.aspx > > mfg klaus Nein. Die stellen afair nur Dünnschicht-PTs her... Und wenn man einige Leute ärgern will gehen Messunsicherheiten von 10 mK auch mit Thermoelementen...
Harald Wilhelms antwortete: >> Da kommt mir in den Sinn: Man könnte die Teile doch auch selbst für >> sagen wir 1 Jahr bei 80 Grad voraltern, falls sich das auszahlen würde. > Das könnte man tun. Und würde es sich deiner Meinung nach (Bauchgefühl) auch lohnen? Also angenommen, ich würde ein "normales" Platinelement nach obiger Laienmethode voraltern, kann ich dann davon ausgehen, dass ich hernach in einen Bereich von besser 5mK/a Alterung für meinen wesentlich tiefer liegenden Messbereich von ~ -40 bis +40k komme? Geschütze, die die Dimensionen Anja'scher Vergleichsmessungen bzgl. der Drift von Präzisions -Spannungsreferenzen annehmen, möchte bzw. kann ich nämlich nicht auffahren. (Vollster Respekt an dieser Stelle an Anja) > Anscheinend ist es so, das Thermistoren wohl wirklich besser > geworden sind und für Genauigkeiten um 10mK ausreichen würden. Eben, allerdings wachsen Lowdrift-NTCs leider auch nicht auf Bäumen. Die Datenumwandlung von Analog auf Digital wäre mit einem Thermistor natürlich schon ein bisschen einfacher, andererseits gibt's inzwischen dermassen günstige hochauflösende ADCs, dass die Platinlösung zumindest in Sachen Verfügbarkeit die Nase gegenüber den Thermistoren vorn hat. Zwischenfazit: Ein richtig guter Thermistor ist genau, stabil und einfach auszuwerten. Platinsoren sind anspruchsvoller bzgl. Auswertung, dafür gut verfügbar. Irgendwie bin ich jetzt genau so schlau wie am Anfang des Threads :-p Falls jemand noch irgendwas zu Alterung von Thermistoren vs. Platin beitragen kann, würde ich mich jedenfalls freuen. Vielen Dank für alle Beiträge bis jetzt, Janina
Ich habe mich vor ein paar Jahren einmal mit genauer absoluter Temperaturmessung befasst und in Bezug auf Deine 0.01K GENAUIGKEIT kann ich nur sagen: Drahtgewickelte Pt100 sind die einzige Moeglichkeit, wenn Du ueber die 60 - 100C kommst. Nur diese bekommst Du ausreichend langzeitstabil. Ich hatte den Fluke Sensor (damals noch alles als Hart Scientific verkauft) zwei Jahre im Einsatz bevor er rekalibriert wurde und er war kaum gedriftet. Diese Genauigkeit kann man uebrigens nur mit einer Messkettenkalibrierung erreichen. Das heisst der Sensor wird mit der ganau damit verwendeten Elektronik gemeinsam kalibriert. Die sollte klar sein, dass in diesem Bereich etwas selberbauen weitgehend ausgeschlossen ist. Fuer das Messgeraet solltest Du einen weiteren vierstelligen Betrag einplanen. Und in dem Genauigkeitsbereich spielt das Sensorelement nicht mehr die entscheidene Rolle wie aufwaendig die Schaltung ausfaellt. Mit den DIN Klassen muss man hier gar nicht anfangen, diese sind nicht fuer Referenzmessfuehler gedacht. Die drift Angaben bei Fluke sind auch nur fuer 100 Stunden!
Es ist schon fast alles gesagt, nur noch nicht von allen. In dem gewünschten Bereich gehen nur Platin-Widerstandssensoren. Aus Stabilitätsgründen (mechanisch und über die Zeit) nimmt man Pt 100, Pt25 oder Pt10, keinesfalls Pt1000. Keine in Glas eingeschmolzenen Widerstände, da aus dem Glas metallische Spuren in den Widerstand diffundieren können. Folienwiderstände gehen nicht, hier ist die Oberfläche viel zu groß. Dass deine Messelektronik und dein Normalwiderstand entsprechend ausgelegt sein müssen, ist klar. An dieser Stelle rate ich, die Anforderungen genau zu definieren, denn das kann bei Übertreibungen sehr teuer werden. Vor vielen Jahren kostete ein Rosemount Pt25 eben mal 8000 $. Nur mal so. Tripelpunktzellen für 0 Grad sind dagegen ein Schnäppchen...
ths schrieb: > Tripelpunktzellen für 0 Grad sind dagegen ein Schnäppchen... ...und was kosten Galliumöfen für den zweiten Fixpunkt? Übrigens sind die Anforderungen an die Fühler bei 10mK geforderter Genauigkeit doch noch wesentlich niedriger als bei 1mK. Wenn man selbst kalibriert, reichen auch Fühler zum Preis von einigen Euro.
Harald W. schrieb: > ths schrieb: > >> Tripelpunktzellen für 0 Grad sind dagegen ein Schnäppchen... > > ...und was kosten Galliumöfen für den zweiten Fixpunkt? Gallium Fixpunktzelle: knapp 3000 USD http://www.isotechna.com/Slim-Gallium-Melt-Point-Cell-p/17401%20m.htm Der ISOCAL6 Kalibrator liegt in der einfachsten Ausführung bei etwa 4800 USD http://www.isotechna.com/Dry-Block-Calibrators-p/isocal6-d.htm Allerdings scheinen die s.o "(also alle paar Jahre) Zugriff auf Fixpunkt-Zellen hätte, gegen die ich mein Thermometer dann gerne kalibrieren würden. Genau deswegen suche ich auch einen möglichst Alterungsstabilen Sensor." vorhanden zu sein. Bleibt "nur" noch die Langzeitstabilität. "In general, the changes in the resistance values (of the SPRTs) at the TPW are observed to remain within the limits of ±0.1 mΩ during the calibration period of 2 years (i.e. 1 mK in terms of temperature for 25 Ω SPRT)." http://www.kirj.ee/public/proceedings_pdf/2013/issue_2/Proc-2013-2-116-121.pdf Zudem gibt es eine "sub-range inconsistency (SRI or Type-I non-uniqueness)... SRI for the water–zinc and water–aluminium sub-ranges. The maximum SRI occurs near 93.15 °C, and has an average value of 0.12 mK and a standard deviation of 0.48 mK." http://iopscience.iop.org/article/10.1088/0026-1394/46/1/013/pdf Das ist der Interpolationsfehler, der zwischen den Fixpunkten auftritt. Für normale IPRTs (Draht und Film) lässt sich z.B. dies http://temperatures.ru/pdf/TMCSI135.pdf finden wo auf die Fehler/Drift eingegangen wird. Weitere Paper die das zuletzt genannte zitiert: Stability of Small industrial Platinum Resistance thermometers http://nvlpubs.nist.gov/nistpubs/jres/089/jresv89n4p305_A1b.pdf "The ice-point resistances, Ro, of most of the IPRTs varied with the time spent at 235 °C, as did the resistances at the other test temperatures. The magnitude of the changes in the Ro values of the IPRTs varied by the equivalent of from 5 mK or less to more than 3 K."... ITS-90 MEASUREMENT BY MEANS OF NON-STANDARD PLATINUM RESISTANCE THERMOMETERS http://www.bipm.org/cc/CCT/Allowed/21/CCT01-18.pdf "Although these thermometers are calibrated (by comparison with a SPRT), the direct application of the Callendar-Van Dusen (CVD) equation, widely-used for non-standard thermometers, may cause errors as large as almost 0,1 °C, a highly unsatisfactory situation." > Übrigens sind die Anforderungen an die Fühler bei 10mK > geforderter Genauigkeit doch noch wesentlich niedriger > als bei 1mK. Wenn man selbst kalibriert, reichen auch > Fühler zum Preis von einigen Euro. Siehe oben...
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"An dieser Stelle rate ich, die Anforderungen genau zu definieren, denn das kann bei Übertreibungen sehr teuer werden." Kann man wohl nicht oft genug schreiben.
Janine Herberz schrieb: > ich möchte gerne Temperaturen im Bereich von -40 bis +40 Grad messen. > Angestrebte Auflösung: 0.01K, Genauigkeit ebendort. Sehr sportlich - aber wozu? Also WOZU willst du in einem Bereich von 80K auf 0.01K GENAU messen wollen? Ich sehe den tiefeen Sinn dahinter noch nicht. W.S.
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Es müsste doch möglich sein, mit Hilfe des differentiellen Widerstandes eines p-n-Überganges die Temperatur mit großer Genauigkeit zu messen, weil der differentielle Widerstand rd=Ut/If mit Ut=K*T/e neben dem Flussstrom und der absoluten Temperatur nur von 2 Naturkonstanten abhängt. Da bei einem realen Halbleiter Abweichungen z.B. in Form von Bahnwiderständen auftreten, ist es nötig, eine ideale Diodenkennlinie durch einen Transistor (sogenannte aktive Diode) nachzubilden. In der Simulation hat die Schaltung eine bemerkenswerte Genauigkeit. Einem AP-Strom von 1mA habe ich einen Signalstrom von 1µA bei 1kHz überlagert. Die Ausgangsspannungsänderung von -40°C auf 0°C und von 0°C auf +40°C sind bei einem Betrag von 6,851µV bis aufs nV gleich groß. Das entspricht etwas weniger als 10mK. Natürlich ist die Amplitude sehr klein und die Messung schwierig, aber sicher kann die Dimensionierung dahingehend noch optimiert werden. Die gewählten Stöme sind rein willkürlich und nur zum Überprüfen der Überlegung angenommen worden.
ArnoR schrieb: > Es müsste doch möglich sein, mit Hilfe des *differentiellen* > Widerstandes eines p-n-Überganges die Temperatur mit großer Genauigkeit > zu messen, Ja, man kann so Genauigkeitern im Bereich einiger Zehntel Grad erzielen. > In der Simulation hat die Schaltung eine bemerkenswerte Genauigkeit. In Simulationen ist es sicherlich kein Problem, eine Genauigkeit im Bereich von PicoKelvin zu bekommen. Das wahre Leben sieht leider anders aus. :-(
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ArnoR schrieb: > Es müsste doch möglich sein, mit Hilfe des *differentiellen* > Widerstandes eines p-n-Überganges die Temperatur mit großer Genauigkeit > zu messen, weil der differentielle Widerstand rd=Ut/If mit Ut=K*T/e > neben dem Flussstrom und der absoluten Temperatur nur von 2 > Naturkonstanten abhängt. Diese Art von Sensor wurde schon erfunden... Silicon Bandgap Temperature Sensor (PTAT proportional to absolute temperature) http://www.ti.com/lit/an/snoa748c/snoa748c.pdf Sieht man mal in die dort aufgezeigten Schaltungen, wird schnell offensichtlich warum solche Sensoren nicht die Genauigkeit und Langzeitstabilität erreichen können. Es driften u.a. schlicht mehr Komponenten in unterschiedliche Richtung als die zwei (PT + Referenzwiderstand) bei einer PT-Messschaltung
Ich habe hier interessiert mitgelesen und frage mich ob folgender Aufbau dann funktionieren würde: PT100 (434,69€ sind natürlich eine Ansage): http://www.digikey.de/product-search/de?keywords=USP3986 VISHAY FOIL RESISTORS / VPG 100 Ohm: http://de.farnell.com/vishay-foil-resistors-vpg/y1453100r000v9l/pr-zisionswiderstand-100r-0-005/dp/1867936 NPO330nF: http://de.farnell.com/kemet/c2220c334j1gactu/kond-mlcc-c0g-np0-330nf-100v-2220/dp/1679463 TDC-Baustein http://www.acam.de/products/picocap/pcap01/ --> PT1000 + 1k Referenzwiderstand und 33nF/NP= werden ersetzt durch PT100 + 100 Referenzwiderstand und 330nF/NP0, um die Entladezeiten gleich zu halten. Die Firmware anzupassen sollte leicht sein. Die Daten würden dann recht unkompliziert digital vorliegen. Im Datenblatt habe ich etwas von 5mK RMS Noise gelesen, wenn die richtigen Einstellungen gewählt sind. So kann man auf ADC + Referenz und Mikrocontroller verzichten und grobe Schnitzer im Leiterplattenlayout weitestgehend ausschließen. Was denkt ihr?
. zum 330nF/NP0 bei Farnell: http://de.farnell.com/kemet/c2220c334j1gactu/kond-mlcc-c0g-np0-330nf-100v-2220/dp/1679463 Lt. -> Datenblatt http://www.farnell.com/datasheets/40863.pdf gibt es den nur bis 33nF, ansonsten X7R usw. Auch die NP0 haben +-30ppm/K! Ev. Folie? Was bringt hier überhaupt das kap. Messprinzip? Linear hat einen IC für hohe Messgenauigkeiten mit verschiedenen Mess-Prinzipien, ua. auch Thermistor und die erwähnte Diode: http://www.linear.com/product/LTC2983 "...The LTC®2983 measures a wide variety of temperature sensors and digitally outputs the result .. with 0.1°C accuracy and 0.001°C resolution..." Nachteil ist der Preis, wahrscheinl. aber noch gering zum 'guten' Sensor. .
Max K. schrieb: > Nachteil ist der Preis, wahrscheinl. aber noch gering zum 'guten' > Sensor. Das löst doch das Sensorproblem überhaupt nicht - kein noch so genauer Verstärker kann eine bessere Genauigkeit liefern, als der Sensor hat, mit der Auswertungsschaltung kann man die Fehler nur vergrössern. Man braucht also beides, einen präzisen Sensor UND eine präzise Auswertung. Georg
. Das stimmt - darum ging es nämlich bei dem Vergleich mit dem Preis auch nicht . . . .
Tempura schrieb: > Ich habe hier interessiert mitgelesen und frage mich ob folgender Aufbau > dann funktionieren würde: > > PT100 (434,69€ sind natürlich eine Ansage): > http://www.digikey.de/product-search/de?keywords=USP3986 das ist kein Pt100 (mit ziemlich linear steigender Kennlinie) sondern ein 100kOhm NTC (mit ziemlich exponentiell fallender Kennlinie). Allerdings zugegeben einer, der sehr aufwändig zwischen 0° und 105° vermessen wurde (was zur Angabe der Genauigkeit von 0,01° führt).
Max K. schrieb: > Was bringt hier überhaupt das kap. Messprinzip? Die Antwort ist: Geht man davon aus, dass der Kondensator mit 33nF auf 3,3V aufgeladen und über ein PT1000-Element auf 1,8V entladen wird, dann fließen 1,7V * 33nF = 56,1nC durch das PT1000 Element. Mit einer Messungen pro Sekunde, sprich einmal aufladen und einmal entladen fließen also etwa 112 nA durch den PT1000. Die Zeit in der dieser Strom fließt beträgt etwa 1k 33 nF 2 = 66 µs. Das ist deutlich weniger als der üblich empfohlene Messtrom von bspw. max. 0,3mA für PT1000 (Angabe aus Datenblatt der Fa. IST AG). Damit ist auch die Selbsterwärmung des PT-Elements um Welten kleiner. Kein ganz zu vernachlässigender Punkt, der die Genauigkeit eines Temperatursensors begrenzen kann. Die gezeigte Rechnung kann man auch auf die Kombination PT100 und 330nF übertragen.
branadic schrieb: > Damit ist > auch die Selbsterwärmung des PT-Elements um Welten kleiner Aber inwiefern ist das besser, als den Strom durch den Sensor nur kurze Zeit für die Messung einzuschalten? Georg
Georg schrieb: > Aber inwiefern ist das besser, als den Strom durch den Sensor nur kurze > Zeit für die Messung einzuschalten? Ein kurzzeitiger Strom führt dazu, dass sich der Sensor kurzzeitig erwärmt und zwischen den Messungen die Wärme wieder abgeben kann. Der Grad der Erwärmung ist durch die mit dem Messpuls eingetragene Energie und die Wärmekapazität des stromdurchflossenen Teils vom Sensor bestimmt. Bei konstanten Messbedingungen ergibt das einen Offset für die Temperatur. Bei konstant niedrigem Strom erwärmt sich der Sensor gar nicht erst so sehr - auch nicht kurz ;-)
Wolfgang schrieb: > Bei konstant niedrigem Strom erwärmt sich der Sensor gar nicht erst Lesen lernen! Es ging um die kapazitive Auswertung, und da ist, wenn ich das richtig verstanden habe, der Strom auch alles andere als konstant. Georg
. Das kapazitive und gepulste Messprinzip hört sich gut an in Bezug auf durchschnittlich eingebrachte Energie, hatte ich so nicht gesehen (Datenbl. nur durchgescrollt). Wenn man den durchschnittl. Strom von 110 nA und 1,7 V hernimmt, ergibt sich eine eingebrachte Energie von weniger als 0,2 µW. Kann mir nicht vorstellen, dass in 66 µs eine wesentl. Erwärmung stattfindet, die Zeitkonstanten liegen im Sekundenbereich. Gibt es aber noch das Problem mit dem Kondi als Referenz-Größe. Der Hersteller gibt +- 30 ppm/K an. Wenn ich das ganz überschlagsmäßig mit 3900 ppm/K des PTxxx ins Verhhältnis setze, so kann der Kondi etwa ein Hundertstel zusätzlichen Fehler bringen, dh. 0,01 K. Zur Langzeitstab.+Alterung des C müsste man sich auch Gedanken machen - vielleicht gibts ja bessere. Interessant ist es schon, sollte man im Auge behalten. MaKro .
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Max K. schrieb: > Gibt es aber noch das Problem mit dem Kondi als Referenz-Größe. > Der Hersteller gibt +- 30 ppm/K an. > Wenn ich das ganz überschlagsmäßig mit 3900 ppm/K des PTxxx ins > Verhhältnis setze, so kann der Kondi etwa ein Hundertstel zusätzlichen > Fehler bringen, dh. 0,01 K. wenn du den PCap zur Widerstandsmessung einsetzt, sollten Toleranzen und Drifts des Kondensators keine relevante Rolle spielen. Bei der Widerstandsmessung wird der Kondensator mal über den Ptx entladen, und danach über einen Referenzwiderstand. Die Entladezeiten werden ins Verhältnis gesetzt und damit das Verhältnis von Ptx zu Referenzwiderstand ermittelt. Der genaue Wert des Kondensators spielt keine Rolle, solange er in einer vernünftigen Größenordnung liegt (so dass die Entladezeit >=10µs wird) und solange er bei beiden Entladevorgängen den selben Wert hat (also nicht auf einer ms-Skala driftet). Drift und Alterung des Referenzwiderstands gehen allerdings in deinen Fehler ein.
. Es wird immer besser. Also nur Kurzzeit-Stabilität für C erforderlich und R nicht problematisch. Da würde sogar ein X7R ausreichen? Weiß jemand, was die tollen Teile kosten und wo zu beziehen? MaKro
Max K. schrieb: > Da würde sogar ein X7R ausreichen? im Datenblatt steht zwar was von "X7R gives fair results", aber ich würde für solche Messanwendungen immer ein lineares Dielektrikum nehmen (also entweder Folie oder eine Klasse 1 Keramik). Max K. schrieb: > Weiß jemand, was die tollen Teile kosten und wo zu beziehen? Schon mal bei den Distributoren nachgeschaut, die acam auf der Homepage listet?
Achim S. hat es ja schon gut zusammengefasst. Ggf. könnte es sinnvoll sein Folienkondensatoren oder solche Kondensatoren mit geringer dielektrischer Absorption, geringem Leckstrom u.ä. zu verwenden, wobei ACAM ausdrücklich NP0/C0G empfiehlt. Bei der Temperaturmessung ist auch nicht zwingend ein externer Referenzwiderstand im laufenden Betrieb erforderlich, da bereits ein Polysiliziumwiderstand mit einem TC laut Datenblatt von -1,1ppm/K integriert ist. Es kann bei der Kalibration allerdings sinnvoll sein dessen Absolutwert gegen einen hochgenauen externen Referenzwiderstand abzugleichen, der danach wieder entfernt wird, z.B. der bereits genannte Folienwiderstand von Vishay oder ein gewickelter Präzisionswiderstand (z.B. von Edwin Pettis o.ä.) oder einen Simulator oder oder oder... Zudem kann man mit dem Chip auch Temperaturdifferenzen durch den Einsatz von zwei oder drei PT-Elementen erfassen.
Der Vertrieb der Teile liegt bei der Fa. IS-Line, Chip gibt es mit überraschender Entwicklung des Preises bei großen Stückzahlen. Zahlen werde ich hier aber nicht nennen.
Übrigens habe ich schon Verhältnismessungen des internen mit einem externen Präszisionswiderstand durchgeführt, die Ergebnisse geben einen Hinweis auf die gute Stabilität des internen Referenzwiderstands.
@TDC/PCap/etc-Messungen Alles schön und gut, aber die Teile sind für Zweileiter-Messung bzw. Dreileiter-Messung mit allen daraus resultierenden Fehlern ausgelegt. Zudem spielen aufgrund des Messprinzips die Kapazitäten der Kabel und somit auch wie diese verlegt sind eine Rolle (siehe http://www.acam.de/fileadmin/Download/pdf/TDC/English/AN024_en.pdf)
Zitat: Basically the cable’s temperature drift analysis showed the expected results. With 1,5 m cable length the overall drift is about 2 mK. This equals to 0,2 % inaccuracy for systems that are specified with Tmin = 1K. With 10 m cables the measurement uncertainty significantly increases, peliminary caused by 2 effects: - Variation of cable capacitance - Wiring missmatch, because of different wire length of the cable’s wires which result in an unbalanced wire resistance Both effects cannot be separated. They cause no problems with short cables, but with increasing cable length the influence of the cable’s parasitics will also increase. 10 m cable length doesn’t make sense at all. It is much to much, especially for 2-wire temperature measurement.
. Zur Beschaffung: Bei den angeg. Distris Mouser und Digi-K. bin ich nicht fündig geworden, die kennen das Teil nicht. Ansonsten (s.o.) ist es in moderaten oder Einzelstücken für vier bis sechs EUR zu haben, finde ich für den Funktionsumfang echt günstig. MaKro
Angehängte Dateien:
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Temperatur.png
330 KB
Da ich ein PCap01 Evalkit hier habe, habe ich mal einen PT1000 Class B als SMD darauf bestückt und einen 1kΩ VISHAY FOIL RESISTORS / VPG Y07061K00000T9L als Referenz via Präzisionsbuchse bestückt und eine einstündige Aufnahme gestartet. Im Diagramm oben ist das Verhältnis aus Vishay-Widerstand und interner Referenz dargestellt. Wie man erkennen kann ist der Mittelwert des Verhältnisses sehr stabil. Der Absolutwert des internen Referenzwiderstands lässt sich also problemlos mit einem bekannten externen Widerstand kalibrieren. Darunter der Widerstand des PT1000, berechnet über den Vishay Widerstand (grün) und einmal über den mittels Vishay-Widerstand ermittelten und mit dem internen Referenzwiderstand multiplizierten Korrekturfaktor (blau). Darunter der Widerstand des chipinternen Aluminiumtemperaturfühlers, berechnet über den Vishay Widerstand (grün) und einmal über den mittels Vishay-Widerstand ermittelten und mit dem internen Referenzwiderstand multiplizierten Korrekturfaktor (blau). Darunter die ermittelte Temperatur des PT1000, ausgehend davon das der PT1000 bei 0°C auch wirklich 1kΩ hat. Ganz unten als Vergleich ein SHT25. Die Messung soll nur als Anhaltspunkt dienen. Ich werde das Ganze noch einmal mit PT1000 Class 1/3 DIN aufbauen. Eine Unbekannte bleibt natürlich, der Widerstand des PT1000 bei 0°C bzw. eine genaue und bekannte Temperatur, um den angenommenen Wert hierfür zu verifizieren. Tripelpunktzelle oder Fixpunktzelle (Gallium, Indium, ...) besitze ich nicht. Falls da jemand eine praktische Hausmittellösung haben sollte, immer her damit. :)
branadic schrieb: > Falls da jemand eine praktische Hausmittellösung haben sollte, immer her > damit. :) "Hausmittel" helfen bei Kalibrierungen mit der Genauigkeit von einigen Zehntel Grad, nicht aber im Bereich einiger Hundertstel.
Naja, als Hausmittel würde ich auch schon bezahlbare Referenztemperatursensoren bezeichnen. Bin inzwischen fündig beworden: http://de.rs-online.com/web/p/products/4070738/ 65,00€ zzgl. Mwst. klingen bezahlbar um zumindest eine Vergleichkalibrierung durchzuführen. (siehe auch: www.temp-web.de/cms/upload/pdf/Temperaturkalibrierung.pdf)
branadic schrieb: > Naja, als Hausmittel würde ich auch schon bezahlbare > Referenztemperatursensoren bezeichnen. Bin inzwischen fündig beworden: > > http://de.rs-online.com/web/p/products/4070738/ > > 65,00€ zzgl. Mwst. klingen bezahlbar um zumindest eine > Vergleichkalibrierung durchzuführen. Das sind PTs mit normalen DIN-Toleranzen A, B und 1/10 B > > (siehe auch: www.temp-web.de/cms/upload/pdf/Temperaturkalibrierung.pdf) Es gab mal vor Ewigkeiten im Scientific American zwei Artikel über selbstgebaute Wasser-Tripelpunktzellen (Kostenpunkt: 50 USD) http://www.scientificamerican.com/article/tackling-the-triple-point/ und Calibrating with Cold http://www.nature.com/scientificamerican/journal/v283/n6/full/scientificamerican1200-102.html Ein Patent (warum auch immer es dafür noch eins gab) dazu: http://www.google.com/patents/US6293695 "When grocery store distilled water is used, the accuracy of the triple point cell is about 0.001 degrees C. (compared to the Hart cells which the manufacturer claims to have an expanded uncertainty of 0.0001 degrees C.)" In http://www.isotech.co.uk/assets/uploads/Technical%20Articles/The%20Water%20Triple%20Point%20-%20A%20Reference%20Cell%20Close%20to%20the%20ITS-90%20Value.pdf wird u.a. auf die Einflüsse von Druck, Isotopenzusammensetzung etc. auf den Tripelpunkt eingegangen.
Arc N. schrieb: > Das sind PTs mit normalen DIN-Toleranzen A, B und 1/10 B Richtig, aber mit 1/10 DIN kann ich durchaus einen Class B PT kalibrieren. Dennoch vielen Dank für die Links, schaue ich mir an.
Schon ein paar Tage alt, aber vielleicht immer noch hilfreich: http://www.stud.fh-hannover.de/~wellhaus/thermo.pdf http://www.stud.fh-hannover.de/~wellhaus/eispunkt.pdf http://www.stud.fh-hannover.de/~wellhaus/daeispunkt.pdf Arno
Die gepulste Messung ist nicht unbedingt was für eine sehr hohe Genauigkeit: Das geht vor allem als 2 Leitermessung (ist also für PT25 problematisch) und auch schon PT100 ist nicht mehr so gut. Es gehen auch die Widerstände der internen FETs ein - da hat man eine deutliche drift mit der Chip-temperatur. Der Kondensator sollte schon wirklich linear und low loss sein - ob NP0 das ausreicht ist nicht klar, MKS dürft eher noch nicht ausreichen. SOnst stimmt zwar noch die Auflösung, aber nicht mehr der Skalenfaktor. Die Temperaturdrift des Kondensators ist dagegen unkritisch. Die Erwärmung kriegt man auch mit einer AC Brücke zur Messung klein, denn da darf man mit der Spannung weit runter gehen. Die Eigenerwärmung kann man auch kompensieren, indem man mit 2 Strömen misst, wenn man mag. Es wäre zu überlegen sich 2 verschiedene Sensoren zu besorgen, so dass man die beide gegeneinander wenigstens groß kontrollieren kann.
Lurchi schrieb: > Die gepulste Messung ist nicht unbedingt was für eine sehr hohe > Genauigkeit: > Das geht vor allem als 2 Leitermessung (ist also für PT25 problematisch) > und auch schon PT100 ist nicht mehr so gut. Es gehen auch die > Widerstände der internen FETs ein - da hat man eine deutliche drift mit > der Chip-temperatur. Der Kondensator sollte schon wirklich linear und > low loss sein - ob NP0 das ausreicht ist nicht klar, MKS dürft eher noch > nicht ausreichen. SOnst stimmt zwar noch die Auflösung, aber nicht mehr > der Skalenfaktor. Die Temperaturdrift des Kondensators ist dagegen > unkritisch. Ich zitiere aus dem Datenblatt: "...In any case, it is mandatory to connect an external 33 nF capacitor, because the temperature measurement, too, is discharge time based. For the capacitor, C0G ceramics yields best performance, whilst X7R material yields fair results... ...Be aware that the resistivity measurement is based on an AC, not a DC, method. So, cable between sensor and chip may contribute shift and noise through its inductance and capacitance. Twisted shielded cable may be a good choice, in some cases an active shield may help..." Es steht ja im wesentlichen alles im Datenblatt, auf das zu achten ist.
Mit einem PT100 und einem ADuC7060 wurden immerhin schon 20mK Genauigkeiten gezeigt: http://www.analog.com/en/design-center/reference-designs/hardware-reference-design/circuits-from-the-lab/cn0164.html#rd-overview www.analog.com/AN-0970?doc=CN0164.pdf Diese Kombi ist nun auch von Carl Zeiss als Produkt mit RS485/Modbus verfügbar: https://taster.zeiss.de/de/Temperatursensor/product-ARTIKEL_3950.html wobei man bereits digitale und kompensierte Messwerte für die Temperatur erhält, sprich die Kalibration ist im ADuC7060 hinterlegt. Das beinhaltet angeblich auch den Wärmeverlust / die Wärmeableitung. Eine Info die mir ein Vögelchen geflüstert hat war, das die Limitierung auf 20mK bedingt durch die Messunsicherheit des Kalibierlabors bei der Messung in der Triplepunktzelle ist.
Bauvorschlag: Linearized Platinum Resistance Thermometer with ±0.025°C Accuracy Over 0 to 100°C --- enthalten im Datenblatt vom LT1001 http://www.linear.com/product/LT1001 Auch wenn die Genauigkeit hier um den Faktor 2,5 schlechter und der Temperaturbereich um 50Grad verschoben ist als der vom Fadenstarter verlangte, hilft es ja vielleicht irgendwie weiter.
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