Hallo, ich würde mir gerne ein hochauflösendes Thermometer mit PT100 Sensor bauen. Ziel währe eine Auflösung von 4 oder 5 Nachkommastellen, Genauigkeit würde etwa 1 bis 5mK reichen. Momentan mache ich mir Gedanken über das Analogfrontend. Kennt da jemand gute App-Notes oder Schaltungen? Vielleicht gibt es auch Spezial ICs die sich dafür eignen (4-Leiter Widerstandsmessung), ich bin nicht so vertraut mit der Suche auf den Seiten der Hersteller und bitte daher um Ratschläge oder Tipps. PS: Mir ist durchaus bewusst, dass die Anforderungen sehr hoch gegriffen sind, daher möchte ich auch nicht einfach drauflosbasteln. Mein Ansatz währe eine Konstantstromquelle, welche möglichst kurz mit geringen Strom Angeschaltet wird, danach ein OPV und ein 24bit AD-Wandler. Meine innere Stimme sagt mir, dass es besser ist so wenig wie möglich Bauteile einzusetzen um die Summe der Fehler gering zu halten. Achso, dass der Messwert entsprechen linearisiert werden muss ist mir klar, aber das soll nicht die Aufgabe vom Analogteil sein. Würde mich über hilfreiche Antworten oder Ideen freuen. Mit freundlichen Grüßen feuerstein
Es gibt doch schon reichlich Threads zu dem Thema? die werden dir vielleicht nicht gefallen, weil sie klar machen, daß es mit deinern Vorstellungen nicht leicht wird. Mehr wird aber bei der 1545615. Diskussion hier auch nicht rauskommen.
Fred F. schrieb: > Hallo, ich würde mir gerne ein hochauflösendes Thermometer mit PT100 > Sensor bauen. Und wie willst Du das kalibrieren? Typischerweise brauchst Du da ein Messgerät, welches nochmal eine Grössenornung genauer ist. > Ziel währe eine Auflösung von 4 oder 5 Nachkommastellen, > Genauigkeit würde etwa 1 bis 5mK reichen. Damit würdest Du schon ziemlich an den Meßmöglichkeiten der Physikalisch Technischen Bundesanstalt. Wenn Du da nicht schon Erfahrungen mit der Entwicklung von Schal- tungenauf dem Gebiet der Präzisionselektronikhast, wird das wohl kaum etwas werden. > Achso, dass der Messwert entsprechen linearisiert werden muss ist mir > klar, aber das soll nicht die Aufgabe vom Analogteil sein. Bei Deinen Anforderungen wirst Du die Kurve jedes Sensors wohl selbst vermessen müssen. Möglicherweise kannst Du auch keine PT100 mehr nehmen, sondern musst auf PT25 oder PT10 umsteigen. Wichtig wäre noch, in welchem Temperaturbereich Du messen willst.
Harald W. schrieb: > Und wie willst Du das kalibrieren? Typischerweise brauchst Du > da ein Messgerät, welches nochmal eine Grössenornung genauer ist. Die Kalibrierung erfolgt über Fixpunktzellen oder im direkten Vergleich mit einem Referenzfühler im Bad. Harald W. schrieb: > Damit würdest Du schon ziemlich an den Meßmöglichkeiten > der Physikalisch Technischen Bundesanstalt. Wenn Du da > nicht schon Erfahrungen mit der Entwicklung von Schal- > tungenauf dem Gebiet der Präzisionselektronikhast, wird > das wohl kaum etwas werden. Die PTB käme dafür in Frage, oder halt ein anderes Labor was eine gute Messunsicherheit bietet. Harald W. schrieb: > Bei Deinen Anforderungen wirst Du die Kurve jedes Sensors wohl > selbst vermessen müssen. Möglicherweise kannst Du auch keine > PT100 mehr nehmen, sondern musst auf PT25 oder PT10 umsteigen. > Wichtig wäre noch, in welchem Temperaturbereich Du messen willst. Das die Sensoren individuell angepasst werden müssen ist mir klar. Der PT100 erscheint mir trotzdem dafür geeignet. Es gibt solche Geräte ja auch fertig zu kaufen, allerdings ist der Preis echt happig. http://www.isotechna.com/MilliK-Precision-Thermometer-p/millik.htm Klaus W. schrieb: > Es gibt doch schon reichlich Threads zu dem Thema? > die werden dir vielleicht nicht gefallen, weil sie klar machen, daß es > mit deinern Vorstellungen nicht leicht wird. Ich habe keinen gefunden, der solche Anforderungen hatte, das dass nicht leicht wird ist mir klar, aber unmöglich sollte es auch nicht sein.
Harald W. schrieb: > Wichtig wäre noch, in welchem Temperaturbereich Du messen willst. Sorry hab ich beim Antworten überlesen, gesamt würde mich der Bereich von -40 bis 800 Grad interessieren, allerdings würde ich das niemals mit ein und demselben Fühler durchfahren, daher kann der Bereich auf mehrere Sensoren und Geräte aufgeteilt werden. Beispielsweise -40 bis 90 Grad. Vielleicht kann ich die Frage ja auch etwas Umformulieren. „Welche Auflösung währe den mit fertigen ICs für 4-Leitermessung oder falls es die gibt, RTD-Messung möglich?“ „Wie könnte die Schaltung von dem oben angeführten Messgerät aufgebaut sein?“ Ich habe mit dem milliK schon mal gearbeitet, ist ein super Teil, leider habe ich versäumt es einmal Aufzuschrauben und hineinzusehen. Auf der Webseite steht bei dem Gerät Resolution 0.0001Grad, es kann aber 5 Nachkommastellen anzeigen.
Fred F. schrieb: > Kennt da jemand gute App-Notes oder Schaltungen? http://www.ti.com/lit/an/sbaa180/sbaa180.pdf?DCMP=hpa_contriubted_article&HQS=sbaa180-ca http://www.analog.com/media/en/technical-documentation/application-notes/AN709_0.pdf https://www.maximintegrated.com/en/app-notes/index.mvp/id/4875
Fred F. schrieb: > Die PTB käme dafür in Frage, oder halt ein anderes Labor was eine gute > Messunsicherheit bietet. 100..200 µK sollten noch gut hin zu kriegen sein. http://www.seabird.com/sbe3s-temperature-sensor -> CALIBRATION
>Mein Ansatz währe eine Konstantstromquelle, welche möglichst kurz mit geringen
Strom...
Kannst du schon vergessen. Ein Platinwiderstand macht 0.3%/K . Das
waeren dann 3000ppm/K. Ein MilliKelvin waere dann bei 3ppm. Eine
Stromquelle muesste dann einen Shunt haben, der noch etwas genauer und
stabiler ist.
Ein besserer Ansatz waere Radiometrisch mit einem Praezisionswiderstand.
Die Genauigkeit kannst du sowieso vergessen. Genauigkeit bedeutet
Kalibrieren. Null Grad geht mit dem Trippel Punkt von Wasser. Das war's
dann aber auch schon. Welchen Primaerstandard gibt es denn noch ? Heisst
du hast keinen zweiten Punkt.
Harald W. schrieb: > Damit würdest Du schon ziemlich an den Meßmöglichkeiten > der Physikalisch Technischen Bundesanstalt. SPRT an Fixpunktzellen PTB 0.1 mK bis 3 mK erweiterte Messunsicherheit (k=2) NIST 0.07 mK bis 1.95 mK http://www.nist.gov/calibrations/resistance_thermometry.cfm An den TO: Nicht über die Preise erschrecken, die gelten nur für die Kalibrierung des SPRTs, Messgerät geht extra ;) Wie so eine Kalibrierung abläuft, welche Fehlerquellen es gibt usw. usf. http://www.nist.gov/calibrations/upload/sp250-81.pdf > Wenn Du da > nicht schon Erfahrungen mit der Entwicklung von Schal- > tungenauf dem Gebiet der Präzisionselektronikhast, wird > das wohl kaum etwas werden. Mal überschlägig gerechnet: PT0.25 @ 10 mA entspricht etwa 10 nV/mK PT2.5 @ 5 mA etwa 50 nV/mK PT25.5 @ 0.5 mA oder PT100 @ 1 mA etwa 100 nV/mK und die Messschaltung sollte besser sein... d.h. RMS-Rauschen im Bereich < 1 nV bis 10 nV Fred F. schrieb: > Die PTB käme dafür in Frage, oder halt ein anderes Labor was eine gute > Messunsicherheit bietet. http://www.klasmeier.com/kalibrierdienst-klasmeier/ können auch die Linearität von Messbrücken kalibrieren (0.1 ppm) > Das die Sensoren individuell angepasst werden müssen ist mir klar. Der > PT100 erscheint mir trotzdem dafür geeignet. Es gibt solche Geräte ja > auch fertig zu kaufen, allerdings ist der Preis echt happig. > http://www.isotechna.com/MilliK-Precision-Thermometer-p/millik.htm Wenn ein Referenzgerät gesucht wird, eher das microK von Isotech oder was von ASL, MINTL, Guildline, Fluke und da sind die Preise nochmals deutlich höher. Anhaltspunkt z.B. Fluke 1595A 24305 € 1) http://www.aslus.com/Comparison_Guide.html http://www.mintl.com/DC/Products/Temperature/Thermometry_Bridges http://www.guildline.com/metrology.php 1) http://eu.flukecal.com/de/node/70711 > Ich habe keinen gefunden, der solche Anforderungen hatte, das dass nicht > leicht wird ist mir klar, aber unmöglich sollte es auch nicht sein. Unmöglich nicht... aus der Praxis als grobe Abschätzung: pro Nachkommastelle mehr steigen Aufwand und Kosten um einen Faktor von Pi*Daumen 10. > Mein Ansatz währe eine Konstantstromquelle, welche möglichst kurz mit > geringen Strom Angeschaltet wird, Selbsterwärmung kann rausgerechnet werden (Stichwort: Zero-Power Resistance) > danach ein OPV und ein 24bit AD-Wandler. Die üblichen 24-Bit-Wandler (inkl. der gesamten Schaltung davor) müssen für solche Messungen kalibriert werden insb. die Nicht-Lineritäten müssen korrigiert werden. > Welchen Primaerstandard gibt es denn noch ? Heisst du hast keinen zweiten Punkt. Die anderen 15 der ITS-90.. https://de.wikipedia.org/wiki/ITS-90
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Arc N. schrieb: > Die üblichen 24-Bit-Wandler (inkl. der gesamten Schaltung davor) müssen > für solche Messungen kalibriert werden insb. die Nicht-Lineritäten > müssen korrigiert werden. Genau deshalb denke ich, dass es günstig wäre mit möglichst wenigen Bauteilen auszukommen, ich hab inzwischen den LTC2983 entdeckt, der hat eine geringe Aussenbeschaltung. Was mir aber nicht klar ist, was ist besser? Eine eigene Schaltung z.B.(Konstantstromquelle; OPV; ADC) oder eine ein-Chip Lösung wie z.B. der LTC2983? Weiterhin muss ich gestehen, dass ich nicht beruflich Schaltungen entwickle und daher mit der Bauteilsuche bei den verschiedenen Herstellern „überfordert“ bin. Es gibt etliche Hersteller, jeder hat seine eigene Suchmaske. Den die Frage nach „Was sucht man, RTD, PT100, ADC, 4-Leiter…?“ Arc N. schrieb: > Wenn ein Referenzgerät gesucht wird, eher das microK von Isotech oder > was von ASL, MINTL, Guildline, Fluke und da sind die Preise nochmals > deutlich höher. Anhaltspunkt z.B. Fluke 1595A 24305 € 1) Es soll schon ein Referenzgerät werden, allerdings im bezahlbaren Bereich. Wenn die Genauigkeit nicht zu erreichen ist, dann ist es eben so. Hier muss man ja klare Zahlen Angeben, wie genau es wird sieht man sowieso erst nachher im Kalibrierlabor.
Selbst wenn der Temperatursensor noch so genau misst, absolute Temperaturerfassung gibt es nicht.
Wenn man Mikrovolt und Submikrovolt messen will benoetigt man einen Lock-in. Bedeutet man macht eine AC Messung. Vergiss die Stromquelle. Der Stromquellenansatz benoetigt eine genaue Stromquelle, heisst eine Referenz, einem OpAmp mit niederem Offset, niederer Drift, sowie einen genauen Shunt. Und dann muss man immer noch genau messen.
Fred F. schrieb: > Arc N. schrieb: >> Die üblichen 24-Bit-Wandler (inkl. der gesamten Schaltung davor) müssen >> für solche Messungen kalibriert werden insb. die Nicht-Lineritäten >> müssen korrigiert werden. > > Genau deshalb denke ich, dass es günstig wäre mit möglichst wenigen > Bauteilen auszukommen, ich hab inzwischen den LTC2983 entdeckt, der hat > eine geringe Aussenbeschaltung. Der ist schon gut, Peak-to-Peak Noise laut DB +-0.05 K, da fehlt allerdings noch so einiges... Bei 0.5 mA Strom durch den Sensor müsste das Rauschen unter 192 nV/mK liegen. Angegeben sind 0.05 K entsprechend 9.6 uV P-P Rauschen oder etwa 1.45 uV RMS (passend zu den Maximalangaben aus dem DB (1.5 uV RMS Rauschen). Nichtlinearität laut DB max. 30 ppm, typ. 2 ppm. Wie schon geschrieben: Es gibt auf dem Markt so gut wie keine ADCs, die von Haus aus die Anforderungen an die Nichtlinearität erfüllen. LTC2380-24 (INL typ. +-0.5 ppm, max +-3.5 ppm), LTC2368-20 wären z.B. solche, andere sind, bei passendem Messprinzip, schon fast ausreichend linear z.B. LTC2442. Kalibriert werden müssen die allerdings auch alle. Was u.a. alles zu beachten ist, lässt sich gut in Keithleys "Low Level Measurements Handbook: Precision DC Current, Voltage, and Resistance Measurements" nachlesen (gibt es als PDF im Netz) > Was mir aber nicht klar ist, was ist besser? Eine eigene Schaltung > z.B.(Konstantstromquelle; OPV; ADC) oder eine ein-Chip Lösung wie z.B. > der LTC2983? Kommt drauf an... u.a. auf die Schaltung, den ADC, das Layout, die Messbedingungen usw. usf. > Weiterhin muss ich gestehen, dass ich nicht beruflich Schaltungen > entwickle und daher mit der Bauteilsuche bei den verschiedenen > Herstellern „überfordert“ bin. Es gibt etliche Hersteller, jeder hat > seine eigene Suchmaske. Den die Frage nach „Was sucht man, RTD, PT100, > ADC, 4-Leiter…?“ Bei ADCs bleiben nicht mehr viele Hersteller übrig: TI, Linear, Analog, Maxim, Cirrus. Einige haben dafür ausgelegte ADCs (integrierte PGAs, Stromquellen etc.) wie u.a. der LTC2983 oder ADC1248, LMP90100, AD7124-8. Andere sind, wie z.B. der LTC2380, nicht ohne "Drumherum" dafür nutzbar. Ein Teil der Anforderungen (Rauschen) steht oben... > Es soll schon ein Referenzgerät werden, allerdings im bezahlbaren > Bereich. Wenn die Genauigkeit nicht zu erreichen ist, dann ist es eben > so. Hier muss man ja klare Zahlen Angeben, wie genau es wird sieht man > sowieso erst nachher im Kalibrierlabor. Das kann man so machen, wird aber u.U. deutlich teurer als nötig. Die Fehler der Schaltung, der ADCs, Referenzwiderstände usw. usf. können alle vorher ziemlich genau abgeschätzt bzw. berechnet werden. Eine Frage wurde bislang noch nicht gestellt: Wie lange soll die Genauigkeit erreicht werden? Ein paar Stunden nach einer Kalibrierung oder Tage, Wochen, Monate? > Wenn man Mikrovolt und Submikrovolt messen will benoetigt man einen > Lock-in. Bedeutet man macht eine AC Messung. Nein, definitiv nicht. Gegenbeispiele in dem Bereich Anton Paar MKT 50, Isotechs MicroK und MilliK oder Flukes 1594/1595. Ansonsten siehe div. hier bislang genannten ADCs. Nachtrag: Gutes Beispiel für aktuelle ADCs: ADS1262, welcher je nach Verstärkung ein Rauschen im 20 nV Bereich hat (Peak-To-Peak). Gemittelt bspw. über zwei Sekunden liegt der dann im Bereich 10 nV (Peak-To-Peak) > Vergiss die Stromquelle. Der Stromquellenansatz benoetigt eine genaue > Stromquelle, heisst eine Referenz, einem OpAmp mit niederem Offset, > niederer Drift, sowie einen genauen Shunt. Und dann muss man immer noch > genau messen. Stromquelle, ja. Nur genau muss die nicht sein, sondern "nur" konstant während der Messung.
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>> Wenn man Mikrovolt und Submikrovolt messen will benoetigt man einen >> Lock-in. Bedeutet man macht eine AC Messung. >Nein, definitiv nicht. Gegenbeispiele in dem Bereich Anton Paar MKT 50, Isotechs MicroK und MilliK oder Flukes 1594/1595. Ansonsten siehe div. hier bislang genannten ADCs. >Nachtrag: Gutes Beispiel für aktuelle ADCs: ADS1262, welcher je nach Verstärkung ein Rauschen im 20 nV Bereich hat (Peak-To-Peak). Gemittelt bspw. über zwei Sekunden liegt der dann im Bereich 10 nV (Peak-To-Peak) Es ist mir bekannt, dass die modernen ADC hoeher aufloesen. Und was ist mit Thermospannungen von Duzenden Mikrovolt pro Kelvin ? Die fliegen bei einer AC Messung raus.
Hey Hey schrieb: > Wenn man Mikrovolt und Submikrovolt messen will benoetigt man einen > Lock-in. Bedeutet man macht eine AC Messung. Nicht unbedingt, man muss aber Thermospannungen kompensieren. Machen die besseren A/D Wandler in dem das Textobjekt in beiden Polaritäten durchgemessen wird. Ist aber auch eine Art von Lock-In und Wechselspannung :-)
burster 9206. Auflösung ca. 2 mK über den genannten Bereich mit Pt 100. Es gibt aber noch genügend andere Hersteller, die sowas im Programm haben.
Fred F. schrieb: > Was mir aber nicht klar ist, was ist besser? Eine eigene Schaltung > z.B.(Konstantstromquelle; OPV; ADC) oder eine ein-Chip Lösung wie z.B. > der LTC2983? Wenn ein fertiger Chip die nötige Qualität liefert, sollte man den nehmen. Man ist sonst überrascht, wie schwierig es ist, besser zu werden.
> Klaus W. schrieb: >> Es gibt doch schon reichlich Threads zu dem Thema? Macht doch nichts, ist doch immer wieder interessant. :-) Wobei ich denke, dass das Ganze doch besser nach Analog passen würde. Arc N. schrieb: > Stromquelle, ja. Nur genau muss die nicht sein, sondern "nur" > konstant während der Messung. Laienfrage: Im Prinzip geht sowas nur ratiometrisch gegen die entsprechenden teuren und guten Widerstaende (z.B. Vishay), oder? Ich finde Metronomie sehr interessant, aber die geforderten Specs des TS (Genauigkeit 4m, besser 1mK) , Auflösung mindestens eine Grössenordnung (besser 2, "5 Nachkommastellen") besser aber schon mehr als sportlich. Das ist für meine Verhältnisse eher schon im Bereich "supersportlich" einzuordnen, und wer das kann, der fragt wohl kaum. (Die Intention ist aber sicher nicht, die Diskussion abzuwürgen, ich finde sie ja selbst hochinteressant). Allerdings denke ich kaum, dass das beim gewünschten Temperaturbereich >>> gesamt würde mich der Bereich von -40 bis 800 Grad interessieren irgendwie bezahlbar realisierbar sein sollte. Fred F. schrieb: > Die Kalibrierung erfolgt über Fixpunktzellen oder im direkten > Vergleich mit einem Referenzfühler im Bad. Da würde mich interessieren, wie bei der Referenzfühler-Methode sichergestellt wird, dass da die Temperaturgradienten im Bad minimiert werdenund wie man die entsprechende thermische Kopplung zwischen Referenz und Messobjekt bekommt. Läuft wohl auf entsprechend voluminöse Bäder und sehr hohe Zeitkonstanten hinaus, oder? D. Schlunz schrieb: > Die Genauigkeit kannst du sowieso vergessen. Genauigkeit bedeutet > Kalibrieren. Null Grad geht mit dem Trippel Punkt von Wasser. Das war's > dann aber auch schon. Welchen Primaerstandard gibt es denn noch ? Primär im Sinne von "definierend" gibt's eh nur zwei, den Tripelpunkt von Wiener Wasser (teuer) und den absoluten Nullpunkt (unerreichbar). Ansonsten gibt's an Fixpunkten genug, Quecksilber, Gallium und Indium fallen mir spontan ein. Und "obenrum" natürlich Gold, das ist ja der Standardpunkt bei Thermoelementen Typ R (oder war's doch S?). Und untenrum, im Kryobereich gibt's dann ja auch noch die ganzen Gase. > Heisst du hast keinen zweiten Punkt. Wenn er wirklich so viel Geld hat, dass er bei der PTB (oder einem ähnlichem Institut) vergleichen kann, dann wird's daran nicht scheitern. Ich bin mir sicher, dass die entsprechenden Fixpunktnormale dort vorhanden sind. Gruss, MdB
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Hey Hey schrieb: >>> Wenn man Mikrovolt und Submikrovolt messen will benoetigt man einen >>> Lock-in. Bedeutet man macht eine AC Messung. > Es ist mir bekannt, dass die modernen ADC hoeher aufloesen. Und was ist > mit Thermospannungen von Duzenden Mikrovolt pro Kelvin ? Die fliegen bei > einer AC Messung raus. Das tun sie bei entsprechendem Messprinzip auch bei DC-Messungen. Siehe bspw. Keitleys-Handbuch Abschnitt Low Resistance Measurements und dort unter Thermoelectric EMFs and Offset Compensation Methods für einige Methoden. Bevor Fragen auftauchen was ich in diesem Zusammenhang unter AC- und Und eine, aus Sicht des Herstellers, Beantwortung der Frage AC oder DC: http://us.flukecal.com/literature/articles-and-education/temperature-calibration/papers-articles/ac-versus-dc-truth
Klingt zwar ein wenig nach Trollposting, der TE schafft es ja nicht mal den Messbereich mit anzugeben. Bei 0-20° sind 1mK ja eine ganz andere Auflösung als bei -200 bis 1200 °C. Aber egal. Hab ich andere Frage: Angenommen das ganze lässt sich entwickeln, fertigen und kalibrieren. Angenommen weiter das der für dafür nötige 5 stellige Eurobetrag vorhanden ist. Dann wird am Ende der Widerstand des PT100 auf ein 1000stel Grad genau gemessen (bzw. "Aufgelöst"). Das ist aber nur der Widerstand. Mit der Medientemperatur hat das ja nur indirekt zu tun, bei der hohen Auflösung sehr indirekt. Viellicht bin ich ja auf dem Holzweg, aber wie kann der Sensor die Temperatur des Mediums so genau "auflösen"? Wenn ich da nur die Wärme(ab)leitung betrachte. Die ist doch eine ganz andere als die des Mediums- Sobald der Sensor ins Medium eintaucht, es berührt oder was weiß ich denn ändert sich die Temperatur des lokalen Systems. Dann dehnt er sich auch noch aus oder schrumpft, ändert also seine Oberfläche in Abhängigkeit zur Temperatur. Wie soll man da genau messen? Vielleicht ist es einfacher die Schwingungen der Moleküle direkt zu messen ;-).
X4U schrieb: > Klingt zwar ein wenig nach Trollposting, der TE schafft es ja nicht mal > den Messbereich mit anzugeben. Bei 0-20° sind 1mK ja eine ganz andere > Auflösung als bei -200 bis 1200 °C. Aber egal. Hab ich doch im 5ten Beitrag. X4U schrieb: > Sobald der Sensor ins Medium eintaucht, es berührt oder was > weiß ich denn ändert sich die Temperatur des lokalen Systems. Dafür gibt es in der Metrologie extra Geräte: Trockenblockkalibratoren; Wasser- oder Ölbäder An alle anderen vielen Dank für die Konstruktiven Beiträge, ich werde mir das ein oder andere pdf mal in Ruhe ansehen.
Fred F. schrieb: > Weiterhin muss ich gestehen, dass ich nicht beruflich Schaltungen > entwickle Und dann willst Du als erstes eine Schaltung entwickeln, mit der die Grenzen des technisch möglichen angekratzt werden? Ich weiss nicht, ob man das als Mut oder Naivität bezeichnen soll.
F. F. schrieb: > Selbst wenn der Temperatursensor noch so genau misst, absolute > Temperaturerfassung gibt es nicht. Das kann man so nicht sagen. Die entsprechenden Fixpunkte sind schon ziemlich genau bestimmt. Dazwischen muss man dann interpolieren. Ein PT-Fühler ist natürlich nur ein sekundäres Normal und kein primäres wie z.B. ein Josephson-Spannungsnormal.
Arc N. schrieb: > Stromquelle, ja. Nur genau muss die nicht sein, sondern "nur" konstant > während der Messung. Ja, man misst ja direkt nach dem PT einen bekannten Referenzwiderstand.
Harald W. schrieb: > Und dann willst Du als erstes eine Schaltung entwickeln, mit der > die Grenzen des technisch möglichen angekratzt werden? > Ich weiss nicht, ob man das als Mut oder Naivität bezeichnen soll. Nein das ist nicht meine erste Schaltung, aber ich wollte darauf aufmerksam machen, dass ich halt eben nicht die Routine habe die Profis haben wenn es um Bauteilauswahl geht. Mein Distributor als Bastler (Ich mag mehr die Bezeichnung Elektronikamateur) sind oftmals alte Leiterplatten. Wenn ich z.B. ein Schaltregler als Bastler brauche löte ich den eher von einer alten LP, als das ich einen optimalen raussuche und für den Winzling auch noch 7,90€ Porto zahle. Für dieses Vorhaben benötige ich aber Teile die sich sicher nicht in meiner E-Schrott Sammlung finden.
X4U schrieb: (Trollvermutung) > der TE schafft es ja nicht mal den Messbereich mit anzugeben. Hat er doch, nämlich Gesamtbereich -40 bis 800 Grad mit Vorzugsbereich -40 - 90 Grad Celsius. > Bei 0-20° sind 1mK ja eine ganz andere > Auflösung als bei -200 bis 1200 °C. Aber egal. Genau, deswegen vermutet er auch (wahrscheinlich richtig), dass sich der gesamte Temperaturbereich wohl nur mit mehreren Sensoren überspannen lässt. Ich sehe da nichts, was "trollig" sein soll. > Hab ich andere Frage: Angenommen das ganze lässt sich entwickeln, > fertigen und kalibrieren. Angenommen weiter das der für dafür nötige 5 > stellige Eurobetrag vorhanden ist. Dann wird am Ende der Widerstand des > PT100 auf ein 1000stel Grad genau gemessen (bzw. "Aufgelöst"). Das ist > aber nur der Widerstand. Ja, aber der Widerstandswert ist proportional zur Temperatur. > Mit der Medientemperatur hat das ja nur indirekt zu tun, > bei der hohen Auflösung sehr indirekt. Die Auflösung ist egal, das Problem mit dem Medium ist aber jeder Temperaturmessung (oder besser gesagt jeder haushaltsüblichen, praktischen Messung - sonst kommt wieder irgendeiner mit dem Einwand der Messung eines Schwarzkörperstrahlers mittels Spektrometer) inhärent. Man muss eben dafür sorgen, dass das Messelemt (Sensorfläche) direkten Kontakt zum zu messenden Medium hat und ausserdem die sich aus den Wärmewiderständen ergebenden Zeitkonstanten eingehalten werden. Hier vorliegend (bzw. im Gefrierschrank im Keller verwahrt) ist beispielsweise ein stinknormales Präzisions-Glasthermometer eines rennomierten Herstellers aus Unterfranken/Bayern, bei dem im zugehörigen Merkblatt sinngemaess steht, dass das Thermometer, um verlässliche ergebnisse zu erhalten, gänzlich in das zu messende Medium einzutauchen ist. Und irgendwo gibt's wimre auch eine Tabelle, in der genau aufgeschlüsselt steht, wie lang man bei gegebenem Delta-T zwischen Medium und Thermometer warten muss, damit man den abgelesenen Werten "trauen" kann (wegen der Waermekapazitaet des Meters selbst). > Viellicht bin ich ja auf dem Holzweg, aber wie kann der Sensor die > Temperatur des Mediums so genau "auflösen"? Gar nicht, der Sensor misst sich nur selbst. Aber wie gesagt, mit der Auflösung hat das nichts zu tun. > Wenn ich da nur die Wärme(ab)leitung betrachte. Die ist doch eine > ganz andere als die des Mediums- Sobald der Sensor ins Medium > eintaucht, es berührt oder was weiß ich denn ändert sich die > Temperatur des lokalen Systems. Dann dehnt er sich auch noch aus > oder schrumpft, ändert also seine Oberfläche in Abhängigkeit zur > Temperatur. Ich bin zwar selbst nur Laie, aber ich denke, ich verstehe dein gedankliches Problem. Aber ich glaube zu wissen, dass es auf einem Denkfehler beruht. Genau messen kann sich das Meter bzw. der Sensor sowieso nur selbst, das hat aber nichts mit der Auflösung zu tun. Die Wärmeänderung ist jedoch, wie du vermutest, sehr relevant! Deshalb kann man auch nur dann genau messen, wenn sich eben gerade nichts ändert. Ich bin kein Mathematiker, aber der Idealfall einer Temperaturmessung sieht wohl so aus, dass es zwischen dem Meter und dem zu messendem Medium keinen Wärmewiderstand gibt, und das Meter selbst keine Wärmekapazität aufweist bzw. unendlich klein ist. Geht in der Realität eben nur schlecht, genau das ist auch der Grund, warum es selbst beim kalibrieren mit einer Fixpunktzelle mehrere Minuten dauert, bis man ein verlässliches Ergebnis hat. Einfach nur schnell das Meter in das Loch reinhängen geht sicher schief. > Wie soll man da genau messen? Genau messen ist gar kein Problem, nur schnell und genau geht nicht. :) > Vielleicht ist es einfacher die Schwingungen der Moleküle direkt zu > messen ;-). Wusste ich's doch, dass wieder irgendwas mit schwarzem Körper kommt ;-p Freundlichster Gruss, MdB
X4U schrieb: > Viellicht bin ich ja auf dem Holzweg, aber wie kann der Sensor die > Temperatur des Mediums so genau "auflösen"? Wenn ich da nur die > Wärme(ab)leitung betrachte. Die ist doch eine ganz andere als die des > Mediums- Sobald der Sensor ins Medium eintaucht, es berührt oder was > weiß ich denn ändert sich die Temperatur des lokalen Systems. Dann dehnt > er sich auch noch aus oder schrumpft, ändert also seine Oberfläche in > Abhängigkeit zur Temperatur. > > Wie soll man da genau messen? Die Temperaturen der aktuellen ITS-90 sind festgelegt. Bspw. "Between the triple point of equilibrium hydrogen (13.8033 K) and the freezing pointof silver (1234.93 K), T_90 is defined by means of PRTs calibrated at specified sets of defining fixed points and using specified interpolation procedures." "Above the freezing point of silver (1234.93 K), T_90 is defined in terms of a defining fixed point and the Planck radiation law." aus http://www.bipm.org/utils/common/pdf/its-90/SInf_Chapter_1_Introduction_2013.pdf Wie die Fixpunkte realisiert werden, welchen Einfluß was hat, welche Messunsicherheiten und wie deren Verteilung ist etc.: http://www.nist.gov/calibrations/upload/sp250-81.pdf Zu Messunsicherheiten allgemein. Der "GUM: Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement" Und etwas allgemeiner zur ITS-90 http://www.omega.com/temperature/z/pdf/z186-193.pdf M. S. schrieb: > Arc N. schrieb: >> Stromquelle, ja. Nur genau muss die nicht sein, sondern "nur" >> konstant während der Messung. > > Laienfrage: Im Prinzip geht sowas nur ratiometrisch gegen die > entsprechenden teuren und guten Widerstaende (z.B. Vishay), oder? Genau. Was in den Messgeräten von oben ist? Entweder gar kein interner Vergleichswiderstand, da immer gegen externe Referenzwiderstande gemessen wird oder z.B. Vishay bei Isotech 1) Externe Vergleichswiderstände 2) im stabilen Temperaturbad, Messbrücke bei konstanter Temperatur usw. usf. Messaufbau ist in dem NIST-Dokument beschrieben. 1) http://www.isotechna.com/v/vspfiles/product_manuals/Isotech/microK%20250-500%20User%20Manual.pdf 2) Wilkins-Typ, solche z.B. http://de-de.wika.de/upload/DS_CT7030_D_53597.pdf > Ich finde Metronomie sehr interessant, aber die geforderten Specs > des TS (Genauigkeit 4m, besser 1mK) , Auflösung mindestens eine > Grössenordnung (besser 2, "5 Nachkommastellen") besser aber schon > mehr als sportlich. Das ist für meine Verhältnisse eher schon im > Bereich "supersportlich" einzuordnen, und wer das kann, der fragt > wohl kaum. (Die Intention ist aber sicher nicht, die Diskussion > abzuwürgen, ich finde sie ja selbst hochinteressant). Allerdings > denke ich kaum, dass das beim gewünschten Temperaturbereich >>>> gesamt würde mich der Bereich von -40 bis 800 Grad interessieren > irgendwie bezahlbar realisierbar sein sollte. Das ist auch "supersportlich" 2). Bezahlbar ist es auch siehe Anton Paar MKT50 oder Isotech MilliK. Zumindest das Messgerät an sich... Wenn dann Temperaturen gemessen werden sollen kommt erst der größere Teil... Konstante Temperatur für das Messgerät, Temperaturbäder für die Standardwiderstände, die passenden SPRTs, die Fixpunktzellen und deren Erhaltungsgerätschaften und/oder Temperaturbäder, regelmäßige Kalibrierungen der Geräte, Fühler und Referenzen usw. 2) ein paar Einblicke von Isotech http://microk-isotech.blogspot.de/ > Da würde mich interessieren, wie bei der Referenzfühler-Methode > sichergestellt wird, dass da die Temperaturgradienten im Bad > minimiert werdenund wie man die entsprechende thermische Kopplung > zwischen Referenz und Messobjekt bekommt. Läuft wohl auf entsprechend > voluminöse Bäder und sehr hohe Zeitkonstanten hinaus, oder? Siehe oben im NIST-Link. Angefangen bei der Fühlerkonstruktion... u.a. " it is necessary to avoid piping heat out of (or into) the the sensitive element by breaking up internal reflections of radiant energy within the walls of the quartz tube." 3) hochreines Platin, möglichst nicht-induktive Wicklung 4). Müsste bei Gelegenheit mal schauen welche Paper sich dazu hier noch so finden... 3) http://www.isotech.co.uk/assets/uploads/Technical%20Articles/Journal/SPRT.pdf 4) https://www.ptb.de/cms/fileadmin/internet/fachabteilungen/abteilung_3/3.1_metrologie_in_der_chemie/3.13/230ptbsem/230ptbsem_ptb-rudtsch.pdf u.a. auch eine schöne Nahaufnahme eines SPRTs
Fred F. schrieb: > Nein das ist nicht meine erste Schaltung, aber ich wollte darauf > aufmerksam machen, dass ich halt eben nicht die Routine habe die Profis > haben wenn es um Bauteilauswahl geht. Mein Distributor als Bastler (Ich > mag mehr die Bezeichnung Elektronikamateur) sind oftmals alte > Leiterplatten. Wenn ich z.B. ein Schaltregler als Bastler brauche löte > ich den eher von einer alten LP, als das ich einen optimalen raussuche > und für den Winzling auch noch 7,90€ Porto zahle. > Für dieses Vorhaben benötige ich aber Teile die sich sicher nicht in > meiner E-Schrott Sammlung finden. Meine grobe Einschätzung: Auf dieser Basis solltest mit einer Nachkommastelle, einigermaßen genau gemessen, zufrieden sein. Glauben denn wirklich so viele Leute, dass die guten und genauen Messgeräte nur aus Spaß so teuer sind und eigentlich auch für 12,50€ aus China zu haben sein müssten? Auf 1/100 K genau zu messen ist schon eine erhebliche Herausforderung und für einen Elektronikamateur, nach meiner Einschätzung, nicht zu erreichen.
M. S. schrieb: > Wusste ich's doch, dass wieder irgendwas mit schwarzem Körper kommt Besser schwarzer Körper als schwarze Seele.
Dirk S. schrieb: > Meine grobe Einschätzung: Auf dieser Basis solltest mit einer > Nachkommastelle, einigermaßen genau gemessen, zufrieden sein. Bei diesen Geräten erreicht man die Genauigkeit in der Regel durch die Kalibrierung. Die Schaltungen die sich sonst finden basieren auf dem Vertrauen, dass die Genauigkeitsklasse des Temp. Fühlers eingehalten wird. Das bedeutet, dass die Schaltung "lediglich" möglichst Driftfrei werden muss.
Dirk S. schrieb: > Meine grobe Einschätzung: Auf dieser Basis solltest mit einer > Nachkommastelle, einigermaßen genau gemessen, zufrieden sein. > > Glauben denn wirklich so viele Leute, dass die guten und genauen > Messgeräte nur aus Spaß so teuer sind und eigentlich auch für 12,50€ aus > China zu haben sein müssten? Von den reinen Bauteil- und Materialkosten ist da nun nicht so viel drin, aber es müssen auch div. "Nebenkosten" mitbezahlt werden: u.a. Entwicklungskosten, Fertigung, Lager, Voralterung und Selektion von Bauteilen, Versand, Werbung, Zwischenhandel, Gewährleistung, Support und bei solchen Geräten eben auch die aufwendigen Tests/die Werkskalibrierung. Letzteres (die aufwendigen Tests) sind übrigens auch ein Grund warum Hersteller von Prozessoren/MCUs/etc. so viele Varianten zu unterschiedlichen Preisen im Angebot haben können: Das sind keine unterschiedlichen Dies, sondern die Funktionen oder auch der Speicher sind bei den günstigen Varianten nur z.T. oder gar nicht getestet... > Auf 1/100 K genau zu messen ist schon eine erhebliche Herausforderung > und für einen Elektronikamateur, nach meiner Einschätzung, nicht zu > erreichen. Ganz grobe Fehlerabschätzung für AD7124-8 und PT100 mit 0.25 mA: 10 mK entsprechen da etwa 1 uV 1). Gemessen wird von 80 Ohm bis 330 Ohm (etwa -50 °C - 652 °C) 80 Ohm * 0.25 mA bis 330 Ohm * 0.25 mA => 20 mV bis 82.5 mV, bei 2.5 V Referenz könnte die Verstärkung somit bei 16 liegen, was aber ungünstig wäre, da dann der maximale INL-Fehler im Meßbereich liegt. Um den INL etwa auf den halben max INL-Wert zu begrenzen, darf die Verstärkung 0.5 V / 0.0825 V ~ 6 betragen (siehe Figure 26 und 27 im DB) also Verstärkung = 4. Liegt aber dann immer noch bei 7.5 ppm FSR ~ 4.7 uV. Also deutlich zu hoch. Anderer Weg: G = 128, FSR = 19.53 mV, INL max +-15 ppm ~ 293 nV. Passt nicht ganz, typische INL +-2 ppm entsprechend 39 nV 19.53 mV = 330 Ohm * I => I ~ 60 uA. Also interne Stromquelle auf 50 uA Das Rauschen liegt bei Verstärkung 128 und bei 9.4 Messungen/s bei 140 nV p-p (SINC4-Filter) Der Offset liegt nach einer Systemkalibrierung im Bereich des Rauschens, ebenso der Endpunktfehler der Verstärkung (was nicht unbedingt kalibriert werden muss, da die Messung ist ratiometrisch) und da das nicht zeitkritisch ist, kann da durchaus mehrere Sekunden lang gemittelt werden. Angenommen 18 Messungen bei 9.4 Messungen/s und die Fehler liegen im Bereich 140 nV p-p / sqrt(2)^ld(18) ~ 33 nV p-p. INL... 39 nV. Alles zusammen (auch wenn es so falsch ist, da u.a. Offset und Verstärkungsfehler nicht gleichzeitig voll auftreten): 39 nV + 2 * 33 nV etwa 105 nV. Auflösung: 10 mK waren bei 250 uA etwa 1 uV, jetzt bei 50 uA nur noch 200 nV Rauschen liegt bei 33 nV p-p passt also immer noch. Haben die Messung des Referenzwiderstandes und des PT den maximalen Fehler also 2 * 105 nV = 210 nV passt das immer noch so eben. Fehlen u.a. noch die Fehler des Referenzwiderstandes. Kalibriert werden muss das Teil sowieso. 10 mK entsprechen bei einem PT100 etwa 0.385 Ohm/K * 10 mK = 3.85 mOhm. Messunsicherheit im Labor für z.B. einen 400 Ohm Widerstand z.B. 0.2 * 10^-6 ~ 80 uOhm, passt. Temperaturbereich der Schaltung 20 °C - 26 °C, Drift Referenzwiderstand 1 ppm, bei 23 °C kalibriert => 3 ppm oder 1.2 mOhm ~ 3 mK passt. Langzeitdrift ähnliche Größenordnung. Die 210 nV von oben entsprechen etwa 1 mK... Alles zusammen ganz grob etwa 10 mK falls sich hier kein Rechenfehler findet... 1) da ist oben im Thread in Fehler... statt "PT25.5 @ 0.5 mA oder PT100 @ 1 mA etwa 100 nV/mK" muss es heißen "PT25.5 @ 1 mA oder PT100 @ 0.25 mA etwa 100 nV/mK"
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Bearbeitet durch User
Es wäre auch interessant, mal zu wissen, an welche Anwendung hier gedacht wurde. Hab ich evtl. überlesen?
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