Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik PT1000 Auswertung


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von Mehlhaff (Gast)


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Hallo zusammen,

für mein Praxissemester muss ich eine Vier-Achsen-Fräsmaschine thermisch 
untersuchen, die zur Finishbearbeitung von Großteilen verwendet wird. 
Diese wird durch thermische Einflüsse im Laufe eines Tages immer 
ungenauer (µ-Bereich). Thermische Einflüsse sind unter Anderem Zugluft 
(gerade im Winter von Bedeutung). Gemessen werden sollen alle vier 
Achsen, sowie das Maschinenbett und andere Komponenten, die Einfluss auf 
die Fertigungsgenauigkeit haben. Zur Verwendung kommen dabei PT1000 
Widerstandssensoren zur Oberflächenmessung.

https://www.sensorshop24.de/temperaturfuehler/oberflaechenfuehler/oberflaechenfuehler-mit-anlegeklotz/oberflaechenfuehler-bis-105-c/

Soweit ich richtig recherchiert habe weisen diese sehr hohe 
Genauigkeiten und Langzeitstabilität auf und sind auch nicht groß 
Störanfällig. Benötigt werden mindestens 8 davon (besser 10 aber 8 auch 
ausreichend). Die Genauigkeit sollte bei etwa +/-0,3 °C liegen (besser 
+/-0,1 °C). Die Kabellänge wird etwa 10m sein und deswegen auch 
4-Leitrig. Der Messbereich liegt bei grob 20°C - 80°C.

Ich studiere Fahrzeugtechnik und habe leider nicht viel Ahnung von 
Elektrotechnik, deswegen traue ich mir nicht zu eine eigene Schaltung 
zum Auswerten der PT1000 Sensoren zu bauen. Habt also bitte etwas Gnade 
mit mir :)

Deswegen habe ich einige fertige Teile zusammen gesucht und brauche Rat 
ob ich mit dieser Zusammenstellung zu einem Ergebnis komme.

Als Messumformer hab ich diese im Netz gefunden:

http://www.pollin.de/shop/dt/NTU4OTgxOTk-/Bausaetze_Module/Bausaetze/Bausatz_PT1000_Messwandler.html
(Dem traue ich keine hohe Genauigkeit zu ist aber recht günstig :) )

alternativ:

http://www.lkmelectronic.de/deutsch/produkte/Schienenmontage.html
(LKM 214 teuer aber vermutlich viel besser als der obere, evtl. auch der 
LKM 254 falls 3-Leitrige Sensoren ebenfalls ausreichen würden und auch 
etwas günstiger)

Als ADC habe ich diese gefunden:

http://www.electronic-software-shop.com/hardware/spannung/usb-messwerterfassung-komplettset.html
(sehr günstig und mit USB-Anschluss zur Auswertung am Rechner + 
Software)

alternativ:

http://de.rs-online.com/web/p/datenlogger/6668154/
(bin mir nicht sicher ob ich den Verwenden kann, hat allerdings 
12-Kanäle ist aber auch teurer)

Wie gesagt bin ich ein Leihe was das Thema angeht und bin auch für 
alternativen offen und brauche dazu eure Hilfe.
Kosten sollten natürlich so gering wie möglich gehalten werden :) Falls 
weitere Informationen benötigt sind einfach Fragen.

Ich bedanke mich schon mal im Voraus

MfG

von Georg (Gast)


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Mehlhaff schrieb:
> Wie gesagt bin ich ein Leihe was das Thema angeht

Was Leihe angeht, es wäre sicher besser sich eine professionelle 
Ausrüstung zu leihen.

Der Wandler von RS hat eine Genauigkeit von bestenfalls 0,5 %, für die 
Bastelplatine von Pollin gibt es erst garkein Datenblatt.

Mehlhaff schrieb:
> Die Genauigkeit sollte bei etwa +/-0,3 °C liegen (besser
> +/-0,1 °C).

Das ist mit dem was du ausgesucht hast völlig aussichtslos. In der 
Preisklasse wirst du summa summarum eher auf 1..2 Grad kommen. Man kann 
zwar auch Billigstschaltungen durch Kalibrieren noch etwas verbessern, 
aber dafür fehlt dir ja auch die nötige Qualifikation, und die 
Ausrüstung ebenso.

Georg

von Marc E. (mahwe)


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Schau mal nach ref200 datasheet

von Klaus B. (butzo)


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PT100 / PT 1000 in Vierleiter passt, nur eigene Auswertung lohnt den 
Aufwand nicht.
An einer Hochschule sollte sich ein Systemvoltmeter mit Scanner und 
Rechneranschluß (leihweise) finden lassen.

Früher hätte ich Prema gesagt, aber bei Fluke, Agilent, Hameg gibts 
fertiges.
Sehe gerade Hameg HMC8012 kann PT1000, dann halt Scanner / Umschalter 
davor.


Butzo

von zipp (Gast)


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hallo

ich nutze diese messmodule:
https://shop.bb-sensors.com/Temperaturmesstechnik/Temperaturmodule-Temperatur-Transmitter/
auf den ersten blick teurer als der pollin "schrott" aber minimum für 
deinen anwendungsfall und anspruch

cu zipp

von Michael B. (laberkopp)


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Mehlhaff schrieb:
> Als Messumformer hab ich diese im Netz gefunden:

Leider wird immer wieder diese unsägliche Scheiss-Schaltung gefunden.

Vergiss die, die sagt eher, wie warm LM317 und 7805 geworden sind, als 
der Pt1000.

Mehlhaff schrieb:
> mit USB-Anschluss zur Auswertung am Rechner

Ich folgere daraus, du willst einem PC die Auswertung überlassen.

Beide A/D-Wandler sind nicht für 4-Leiter Pt1000 und nicht besonders 
genau (12bit bei 1308,93 vs. 1309,311 für deine 0.1 GradC wäre gerade 
eben das letzte bit).

Ja, eher teurer und nur 8 Kanäle, aber 4-Leiter:

http://www.temperature-products.de/8-kanal-pt100-te-usb-datenerfassungsmodul.html

Perfekt wäre ein ADS1247 http://www.ti.com/lit/an/sbaa180/sbaa180.pdf 
oder MCP3551 http://ww1.microchip.com/downloads/en/AppNotes/01154a.pdf 
an einem uC.

von Georg (Gast)


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Klaus B. schrieb:
> PT100 / PT 1000 in Vierleiter passt, nur eigene Auswertung lohnt den
> Aufwand nicht.

Ja, aber da muss er die entsprechende Genauigkeitsklasse einkaufen. 0,3 
oder 0,1 Kelvin ist schon sehr anspruchsvoll, selbst wenn die Elektronik 
keinen weiteren Fehler beisteuert. Alle Sensoren selbst auf 0,1 Kelvin 
zu kalibrieren dürfte auch die Möglichkeiten vieler Unis übersteigen.

Georg

von zipp (Gast)


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ich glaube kaum, das er die temperatur absolut zu 0 kelvin auf 0,1° 
erfassen will ;-). eher die relative veränderung. das wird mit 
ausreichend genauem pt1000 und wandlung zwar nicht auf 0,1° 
funktionieren, aber die angegebenen 0,3° sind da schon realistisch.

cu zipp

von Arc N. (arc)


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Mehlhaff schrieb:
> http://www.lkmelectronic.de/deutsch/produkte/Schienenmontage.html
> (LKM 214 teuer aber vermutlich viel besser als der obere, evtl. auch der
> LKM 254 falls 3-Leitrige Sensoren ebenfalls ausreichen würden und auch
> etwas günstiger)

Bei den Anforderungen und Leitungslängen reicht eine 
Drei-Leiter-Schaltung aus.

Zu den beiden AD-Wandler-Karten:
Der PT1000 macht bei den, um Selbsterwärmung möglichst zu minimieren, 
üblichen 100 uA etwa: 0.00385 Ohm/Ohm/K * 1000 Ohm -> 3.85 Ohm/K * 100 
uA = 385 uV/K

Picolog löst etwa 2.5 V / 4096 ~ 610 uV, der andere etwa ~1.5 mV auf.
Die müssten bei +-0.3 °C allerdings 385 uV/K * 0.3 K = 115.5 uV, bei 0.1 
°C min 38.5 uV auflösen können. Und zwar mindestens und das rauschfrei 
d.h. das RMS Rauschen der Wandler muss kleiner 5.8 uV RMS bzw. 17.5 uV 
sein. Bei 0 V - 2.5 V Eingangsspannungsbereich wäre das eine Auflösung 
von
etwa 19 Bit bzw. 17 Bit...
Oder das Signal der PT1000s muss entsprechend vorverstärkt werden.

Ohne Kalibrierung der Sensoren reichen auch die 1/3 DIN B (entspricht 
seit einigen Jahren der Klasse AA) nicht: (0.1 + 0.0017 |t|) für t = 80 
°C sind das +-0.236 °C. Die 10 Stück könnten zwar alle ähnlich liegen 
und damit die Anforderungen erfüllen, müssen aber nicht... zudem kommen 
noch die Fehler des Wandlers/der restlichen Schaltung hinzu.
1/10 DIN B würden unkalibriert reichen +-(1/10 * (0.3 + 0.005 |t|)) = +- 
0.07 °C, wenn der Rest mitspielt.

Eine Möglichkeit wären 10 * MAX31865 mit etwas, das SPI kann und per USB 
an den PC angeschlossen wird (Arduino irgendwas z.B.)
https://datasheets.maximintegrated.com/en/ds/MAX31865.pdf

von Mendres (Gast)


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von U. M. (oeletronika)


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Hallo,
> Mehlhaff schrieb:
> für mein Praxissemester muss ich eine Vier-Achsen-Fräsmaschine thermisch
> untersuchen, die zur Finishbearbeitung von Großteilen verwendet wird.
Ja, ein interessantes Problem.
> Diese wird durch thermische Einflüsse im Laufe eines Tages immer
> ungenauer (µ-Bereich). Thermische Einflüsse sind unter Anderem Zugluft
> (gerade im Winter von Bedeutung).
Wo hochgenaue Maschinen arbeiten, sollte Zugluft und alle Einflüsse, 
welche Temperaturänderungen verursachen grundsätzlich vermieden werden.
Deshalb werden Präsisionsmaschinen eingehaust und thermostatiert.
> Gemessen werden sollen alle vier
> Achsen, sowie das Maschinenbett und andere Komponenten, die Einfluss auf
> die Fertigungsgenauigkeit haben. Zur Verwendung kommen dabei PT1000
> Widerstandssensoren zur Oberflächenmessung.
> 
https://www.sensorshop24.de/temperaturfuehler/oberflaechenfuehler/oberflaechenfuehler-mit-anlegeklotz/oberflaechenfuehler-bis-105-c/
Grundsätzlich solltest du überlegen, ob du irgendwo irgend einen 
Billigramsch kaufen must. Die Maschinen kosten hunderttausende € und die 
Produktionsumsätze liegen noch viel höher. Da sollten paar hundert € für 
Sensoren und Auswertung doch wohl drin sein, sofern man das ganze Thema 
ernst nimmt, oder?

Ich kaufe so was meist bei der Fa. Rössel Messtechnik. Da bekommst du 
auch Beratung zum ganzen Meßpaket.
http://roessel-messtechnik.de/webro-wAssets/docs/product-information/german/pi-070-mwt_de.pdf
Evt. brauchst du auch keine Mantelelemente sondern kannst die PT1000 
auch gleich an den Messstellen mit 2K-Kleber festmachen.
Mantelelemente sind aber natürlich viel einfacher in der Handhabung und 
bei den Leitungslängen sollten es auch geschirmte Leitungen sein.
Dann kannst du die Sensoren auch rel. einfach in einem Wasserbad 
vergleichen. Die absoluten Temp. wird wohl gar nicht so entscheidend 
sein, sondern die Änderungen und Differenzen,oder?

> Soweit ich richtig recherchiert habe weisen diese sehr hohe
> Genauigkeiten und Langzeitstabilität auf und sind auch nicht groß
> Störanfällig.
Jo, das ist richtig.

> Benötigt werden mindestens 8 davon (besser 10 aber 8 auch
> ausreichend). Die Genauigkeit sollte bei etwa +/-0,3 °C liegen (besser
> +/-0,1 °C). Die Kabellänge wird etwa 10m sein und deswegen auch
> 4-Leitrig. Der Messbereich liegt bei grob 20°C - 80°C.
Ein PT-Element ändert seinen Wert pro Grad um ca. 0,39%.
0,1K entspricht also ca. 0,04% Änderung. Das ist nicht viel.

Um den Fehler durch Eigenerwärmung minimal zu halten, sollte der 
Messtrom eher klein gehalten werden. Bei guter thermischer Kopplung der 
Sensoren ist das aber nicht ganz so kritisch. Da mußt du nur drauf 
achten, das die Kopplung an allen Stellen etwa gleichwertig ist.
Mit angenommen 100uA am PT1000 bekommst du so ca. 90...130mV, also ca. 
40uV pro 0,1K.
Mit Sensorstrom um 1mA ist zwar die Spannung um Faktor 10 größer, aber 
dafür auch der Fehler durch Eigenerwärmung. Auch der Einfluss von 
Thermospannungen den ist dann aber weniger kritisch.
Vermutlich wirst du also mit ca. 1mA besser fahren.
Eigenerwärmung kannst du ja rel. einfach kontrollieren, indem man das 
Einschwingverhalten nach dem Anschluss eines Sensors beobachtet.

> Ich studiere Fahrzeugtechnik und habe leider nicht viel Ahnung von
> Elektrotechnik,
Aber Mathematik und allg. Grundlagen der Physik sollten doch vorhanden 
sein, oder? Die Hinweise, die ich dir hier gebe sind sehr allg. Art und 
sollten vorn dir eigentlich schon überdacht worden sein.

> Als Messumformer hab ich diese im Netz gefunden:
> 
http://www.pollin.de/shop/dt/NTU4OTgxOTk-/Bausaetze_Module/Bausaetze/Bausatz_PT1000_Messwandler.html
> (Dem traue ich keine hohe Genauigkeit zu ist aber recht günstig :) )
Dein Mißtrauen ist begründet.
Irgend welche Widerstände haben einen TK von 100 oder schlechter.
da heißt 100ppm pro 1K -> bedeutet jeder Widerstand in der Schaltung 
kann schon bis 0,01% pro 1 K Änderung der Umgebungstemp. bewirken.
Da sind aber ca. 10 Widerstände in der Meßschaltung, die einen Einfluss 
haben werden. Dazu kommt der Offset und die Offsetdrift des OPV und der 
für Präsisionsanwendungen eher wenig geeigente Spannungsregler 7805, der 
auch für die Stabilität des Messtroms verantwortlich ist.
Ich meine, bei rel. konstanten Umgebungsbed. kann man damit ca. 1K und 
evtl. etwas besser erreichen, aber kaum 0,1K.

> alternativ:
> http://www.lkmelectronic.de/deutsch/produkte/Schienenmontage.html
> (LKM 214 teuer aber vermutlich viel besser als der obere,
TK < 100ppm/K ist ganz gut.

evtl. auch der
> LKM 254 falls 3-Leitrige Sensoren ebenfalls ausreichen würden und auch
> etwas günstiger)
> Als ADC habe ich diese gefunden:
> 
http://www.electronic-software-shop.com/hardware/spannung/usb-messwerterfassung-komplettset.html
Ich sehe da keine Angaben zu Genauigkeit und Drift, nur Werbeaussagen 
zur Auflösung. Prüfe das genau!

> http://de.rs-online.com/web/p/datenlogger/6668154/
> (bin mir nicht sicher ob ich den Verwenden kann, hat allerdings
> 12-Kanäle ist aber auch teurer)
Da gibt es Angaben zur Genaugikeit, aber keine Angaben zum 
Temperaturbereich in dem das erreicht werden soll.
Falls das nur für die Grundgenauigkeit bei genau 25°C gilt, ist das nich 
viel wert.
Gruß Öletronika

von Mehlhaff (Gast)


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Danke für die vielen Antworten.

Um ein paar Dinge zu beantworten:

- Ausrüstung zu leihen geht nicht, da diese in der Firma weiterverwendet 
werden soll.

- Die Auswertung soll am PC stattfinden und ein USB-Anschluss wäre von 
Vorteil.

- Genaue Temperatur ist "nebensächlich", wichtig ist da eher die 
relative Änderung (wobei da auch die Genauigkeit ausschlaggebend ist)


Wie ich aus den Beiträgen lesen konnte würde ich meine Angaben nicht so 
leicht erreichen, wenn ich die vorgeschlagenen Teile Verwende (zumindest 
die meisten davon). Ich wäre bereit mehr Geld auszugeben und habe einige 
fertig Produkte zusammengesucht:

http://www.datatec.de/nocache/Pico-Datenlogger-PT104,w14569119738539.htm
(werden zwei benötigt)

oder wie hier vorgeschlagen:

http://www.temperature-products.de/8-kanal-pt100-te-usb-datenerfassungsmodul.html
(billigere alternative mit 8 Kanälen allerdings steht in der 
Beschreibung nur PT100 Elemente)

Wäre das der bessere Weg? Gibt es alternativen zu denen?

MfG

von Georg (Gast)


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Mehlhaff schrieb:
> - Genaue Temperatur ist "nebensächlich", wichtig ist da eher die
> relative Änderung (wobei da auch die Genauigkeit ausschlaggebend ist)

Also Genauigkeit ist nebensächlich, aber ausschlaggebend - könntest du 
das näher erläutern? Selbst wenn du das widerspruchsfrei hinkriegst, ist 
so eine allgemeine Aussage unbrauchbar, die einzig korrekte Aussage dazu 
ist eine konkrete Zahl wie z.B. 0,1 Kelvin oder 0,5 Kelvin, was du halt 
wirklich brauchst. Sollte für einen angehenden Wissenschaftler 
eigentlich schaffbar sein. Mit Angaben wie "genau" und "billig" wirst du 
nicht weit kommen.

Georg

von Harald W. (wilhelms)


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Mehlhaff schrieb:

> Wie ich aus den Beiträgen lesen konnte würde ich meine Angaben nicht so
> leicht erreichen,

Eine hohe Genauigkeit innerhalb eines begrenzten Temperaturbereichs
lässt sich mit geringen Aufwand mit NTCs erreichen (siehe Fieber-
thermometer). Grundsätzlich sind zwar PT-Fühler sehr genau, benötigen
dafür aber auch einen erhöhten Aufwand bei der Auswertung. Das hängt
ganz einfach damit zusammen, das die Widerstandsänderung pro Grad
nur 0,4% beträgt. Dieser Wert ist bei NTCs wesentlich grösser.

von Mehlhaff (Gast)


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Georg schrieb:
> Mehlhaff schrieb:
>> - Genaue Temperatur ist "nebensächlich", wichtig ist da eher die
>> relative Änderung (wobei da auch die Genauigkeit ausschlaggebend ist)
>
> Also Genauigkeit ist nebensächlich, aber ausschlaggebend - könntest du
> das näher erläutern? Selbst wenn du das widerspruchsfrei hinkriegst, ist
> so eine allgemeine Aussage unbrauchbar, die einzig korrekte Aussage dazu
> ist eine konkrete Zahl wie z.B. 0,1 Kelvin oder 0,5 Kelvin, was du halt
> wirklich brauchst. Sollte für einen angehenden Wissenschaftler
> eigentlich schaffbar sein. Mit Angaben wie "genau" und "billig" wirst du
> nicht weit kommen.
>
> Georg

Ich gebe dir Recht.
Worauf ich hinaus wollte ist, dass die relative Temperaturänderung 
wichtiger ist als die Temperatur an sich, bei einer Genauigkeit von
+/-0,3K wie in meinem ersten Beitrag schon beschrieben.

Harald W. schrieb:
> Eine hohe Genauigkeit innerhalb eines begrenzten Temperaturbereichs
> lässt sich mit geringen Aufwand mit NTCs erreichen (siehe Fieber-
> thermometer).

Ich würde die PT1000 dennoch bevorzugen.

von Harald W. (wilhelms)


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Mehlhaff schrieb:

> Harald W. schrieb:
>> Eine hohe Genauigkeit innerhalb eines begrenzten Temperaturbereichs
>> lässt sich mit geringen Aufwand mit NTCs erreichen (siehe Fieber-
>> thermometer).
>
> Ich würde die PT1000 dennoch bevorzugen.

Dann musst Du auch mit dem Nachteil des erhöhtem Aufwands leben,
was bei Dir wohl auf den Kauf eines teuren Fertigmessgerätes
hinausläuft.

von Georg (Gast)


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Mehlhaff schrieb:
> Worauf ich hinaus wollte ist, dass die relative Temperaturänderung
> wichtiger ist als die Temperatur an sich, bei einer Genauigkeit von
> +/-0,3K wie in meinem ersten Beitrag schon beschrieben.

Ich interpretiere das mal so: du brauchst eine Genauigkeit der 
Temperatur von +-0,3 K, aber eine höhere Auflösung, und dabei sollte das 
Verhalten bei kleinen Änderungen monoton und linear sein. Das ist mit 
Pt100/1000 kein Problem, wenn du die entsprechende Genauigkeitsklasse 
für 0,3 K besorgst - Sprünge machen die Sensoren nicht, da könnten 
höchstens fremde Einflüsse reinspucken wie etwa elektrische Störungen. 
Das betrifft dann hauptsächlich die Verlegung der Anschlusskabel.

Die Auswerteelektronik sollte zu dem Fehler der Sensoren nichts weiteres 
zufügen, das ist schon recht anspruchsvoll. Da wirst du nicht darum 
herum kommen, eine Fehlerrechnung zu machen, um festzustellen, was die 
technischen Daten der Auswerteelektronik umgerechnet in K Abweichung 
ergeben. Das heisst natürlich implizit, dass nur Geräte in Frage kommen, 
für die es entsprechende Angaben gibt, keine Bastlermodule. Mit Sprüngen 
in der Verstärkung musst du da auch nicht rechnen, solange du es nicht 
übertreibst - wenn du natürlich zur eigentlichen Genauigkeit noch 
zusätzliche 5 Dezimalstellen auswertest, sind einige davon nur noch rein 
zufällig.

Georg

von Dennis R. (dennis_ec) Flattr this


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Zum Auswerten kannst dir mal die Klemmen von Beckhoff anschauen.

Dann musst nicht selbst Basteln.

von Wolfgang (Gast)


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Harald W. schrieb:
> Grundsätzlich sind zwar PT-Fühler sehr genau

Grundsätzlich sind sie genau deswegen gerne verwendet, weil sie so genau 
spezifiziert sind, dass man die Alterung im Griff hat und nach einem 
Sensortausch nicht neu kalibrieren muss. Besonders letzteres wird bei 
einem gemeinen NTC schwierig.

von Harald W. (wilhelms)


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Wolfgang schrieb:

> Weil man die Alterung im Griff hat und nach einem
> Sensortausch nicht neu kalibrieren muss.

Das gilt aber nur bei eher geringen Genauigkeitsanforderungen
(0,3...0,5K). Bei höheren Anforderungen muss jeder Fühler
einzeln kalibriert werden.

von Rainer B. (e-fuzzi)


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Du gehst die Sache falsch an.
Willst du basteln oder das Messproblem lösen?
Es geht doch um die Messung mit guter Auflösung und zeitliche 
Überwachung der Temperaturen. Das bekommst du aus eigener Kraft mit 
Sicherheit nicht in vernünftiger Zeit hin. Also brauchst du eine 
professionelle Lösung - ein Messgerät mit ausreichend Kanälen, an das du 
deine Pt1000 anschliessen kannst, welches an einen PC angeschlossen 
werden kann, zu Datenspeicherung und Auswertung. Am Besten wäre hier 
LAN.
Eine Vier-Achsen-Fräsmaschine ist bestimmt nicht billig, da sollte auch 
die Messtechnik zur Temperaturmessung auch etwas kosten dürfen.
Ich habe lange Jahre mit Modulen der Firma Delphin Technology 
gearbeitet, die tun das was du brauchst! Ich kann diese wärmstens 
empfehlen und habe beste Erfahrungen damit gemacht.

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