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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Schmelzpunktbestimmer mit pt1000 und Arduino


Autor: Philipp Lategahn (drsnuggles)
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Hallo Forum,

Ich habe vor einen Schmelzpunktbestimmer zu bauen wie in diesem Projekt:

http://www.observationsblog.com/sciencetechnologye...

Allerdings soll die Temperatur nicht mit dem Multimeter sondern mit 
einem Arduino gemessen werden und einen LCD Bildschirm bekommen.
Die benötigten Temperaturen sind 0 - 360 grad, eine Abweichung von 0,5 
grad wäre gesucht.

Den Thread Beitrag "PT100 Messumformer Platinen Layout" habe ich 
gelesen, allerdings ist dort die Präzision nicht so wichtig.
Hat jemand einen Tipp für mich?

Danke!

Autor: Harald Wilhelms (wilhelms)
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Philipp L. schrieb:

> Hat jemand einen Tipp für mich?

Nimm PT100 und einen fertigen Meßumformer mit Digitalausgang.

Autor: Op (Gast)
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Eine abweichung von 0,5. da hast du dir aber was vorgenommen. Es ist 
nicht seriös 0,65433... anzugeigen. Man kann sich zwar dem wert beliebig 
nähern, aber hinkommen wird man nie ;)

Autor: MaWin (Gast)
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Philipp L. schrieb:
> Die benötigten Temperaturen sind 0 - 360 grad, eine Abweichung von 0,5
> grad wäre gesucht.

Das geht mit dem 10 bit A/D Eingang eines Arduino, ratiometrisch zu AVCC 
gemessen, mit einem Fehler unter 0.02% (bei entsprechend genauen und 
temperaturstabilen Widerständen)

Schaltung
  +------+---+--------- AVCC
  |      |   |
 49k9  49k9  |   OPA188
  |      |   |
  +------)---)-31k7-+
  |      |   |      |
  +------)--|+\     |
  |      |  |  >----+-- 0 bis 360 GradC / 0.1 bis 4.9V
  |      +--|-/     |
  |      |   |      |
Pt1000   +---)-543k-+
  |      |   |
  |     1k   |
  |      |   |
  +------+---+--------- AGND
http://www.ti.com/general/docs/lit/getliterature.t...

Autor: Hp M. (nachtmix)
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hilipp L. schrieb:
> Ich habe vor einen Schmelzpunktbestimmer zu bauen wie in diesem Projekt:

Das ist aber noch lange keine Schmelzpunktsapparatur.
Das wichtigste Bauteil fehlt nämlich: Das Mikroskop, oder wenigstens 
eine Kamera, womit man das Schmelzen beobachten kann.

Man will doch wissen, ob die Substanz einheitlich schmilzt, oder ob 
dabei mehrere Phasen entstehen, oder ob die Substanz sich z.B. zersetzt.
Auch der Fall,  dass eine Substanz zuächst im eigenen Kristallwasser 
schmilzt und später, wenn das Kristallwaser verdampft ist, wieder fest 
wird, kommt vor.

Mengenmäßig sollte man dafür nicht mehr als die Menge eines 
Zuckerkrümels benötigen und deshalb ist die Verwendung eines Mikroskops 
sinnvoll.

Mit kleinen Modifikationen kann man mit einer solchen Apparatur auch 
Siedepunkte bestimmen, und auch dafür ist ein kleiner Tropfen völlig 
ausreichend.

Die Verwendung kleiner Probemengen fördert auch die Genauigkeit der 
Messung, denn dadurch verleinert sich das Vehältnis Masse (die 
Schmelzenergie erfordert) zu Oberfläche (die für den Wärmetransport 
verantwortlich ist).

Autor: ??? (Gast)
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naja, mann kann auch eine richtige Differenz-Thermoanalyse bauen. Da 
braucht man einen kleinen steuerbaren Ofen und zwei gleiche 
Thermoelemente auf die man praktischerweise je einen kleinen Tiegel 
stellt. Das eine TE misst die Temperatur, das andere wird so in Reihe 
zum ersten geschaltet, dass die Pluspole zuzammen liegen. Wenn dann 
darauf die Probe liegt, sieht man die endothermen und exothermen Peaks.

Autor: Georg (Gast)
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MaWin schrieb:
> Das geht mit dem 10 bit A/D Eingang eines Arduino, ratiometrisch zu AVCC
> gemessen, mit einem Fehler unter 0.02%

Welchen Trick wendest du da an? Ich komme bei 10bit bestenfalls auf 0,1 
%.

Georg

Autor: MaWin (Gast)
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Georg schrieb:
> MaWin schrieb:
>> Das geht mit dem 10 bit A/D Eingang eines Arduino, ratiometrisch zu AVCC
>> gemessen, mit einem Fehler unter 0.02%
>
> Welchen Trick wendest du da an? Ich komme bei 10bit bestenfalls auf 0,1
> %.

Ich wollte damit ausdrücken, daß die Analogschaltung einen so kleinen 
Fehler erzeugt, daß er unrelevant ist, weil, wie du richtig feststellst, 
die Digitalisierung gröber ist.

Autor: Tany (Gast)
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MaWin schrieb:
> Schaltung  +------+---+--------- AVCC
>   |      |   |
>  49k9  49k9  |   OPA188
>   |      |   |
>   +------)---)-31k7-+
>   |      |   |      |
>   +------)--|+\     |
>   |      |  |  >----+-- 0 bis 360 GradC / 0.1 bis 4.9V
>   |      +--|-/     |
>   |      |   |      |
> Pt1000   +---)-543k-+
>   |      |   |
>   |     1k   |
>   |      |   |
>   +------+---+--------- AGND
> 
http://www.ti.com/general/docs/lit/getliterature.t...

Die Werte sind nicht korrekt.
Die im Link enthaltene Berechnung ist für Pt100, nicht für Pt1000.

Autor: Michael Bertrandt (laberkopp)
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Tany schrieb:
> Die Werte sind nicht korrekt.
> Die im Link enthaltene Berechnung ist für Pt100

Oh, ich dachte, ich hätte sie erfolgreich ver10facht.

Autor: Tany (Gast)
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Tany schrieb:
> Die im Link enthaltene Berechnung ist für Pt100, nicht für Pt1000.

doch, ich habe übersehen. Sorry

Autor: Amateur (Gast)
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Vergiss aber nicht das Kleingedruckte zu Deinem Sensor zu lesen.
0 - 360 Grad liegt weit außerhalb des Üblichen.
Bei den Billigheimern brennen Dir bei diesen Temperaturen schon die 
Anschlussleitungen weg.

Autor: W.S. (Gast)
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Amateur schrieb:
> Vergiss aber nicht das Kleingedruckte

Jepp - aber es kommt ja noch schlimmer: So ein Sensor will sinnvoll 
verdrahtet sein und da kommt bei 360 Grad nur Schweißen in Frage (oder 
Hartlot), obendrein keramikisolierte Drähte, dann eine Probenaufnahme 
(Alu geht) und die Frage nach dem thermischen Kontakt zwischen PTxyz und 
dem Rest der Anordnung, obendrein die Heizung.

Jaja, es gibt keramische Vergußmassen, manche sind thermisch schlecht 
leitend und der Rest ist thermisch GANZ schlecht leitend...

W.S.

Autor: Klaus Ra. (klara)
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W.S. schrieb:
> Jepp - aber es kommt ja noch schlimmer: So ein Sensor will sinnvoll
> verdrahtet sein und da kommt bei 360 Grad nur Schweißen in Frage (oder
> Hartlot), obendrein keramikisolierte Drähte, dann eine Probenaufnahme
> (Alu geht) und die Frage nach dem thermischen Kontakt zwischen PTxyz und
> dem Rest der Anordnung, obendrein die Heizung.

Dann such Dir mal etwas passendes aus:

https://www.heraeus.com/de/group/products_and_solu...

mfg klaus

Autor: Sebastian S. (amateur)
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@Klaus

Ich zitiere: "sehr gute lötbare ..."

Passt gut zu 0 ... 360°

Autor: Klaus Ra. (klara)
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Sebastian S. schrieb:
> Ich zitiere: "sehr gute lötbare ..."

Das ist bestimmt eine Information für Profis. Wenn Reinhold Messner 
sagt: "Der Berg ist gut besteigbar", so gilt das bestimmt nicht für den 
Normalbürger. Ich würde mich mal bei Heraeus erkundigen.
mfg klaus

Autor: Thorsten Lasrich (tlasrich)
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MaWin schrieb:
> Schaltung  +------+---+--------- AVCC
>   |      |   |
>  49k9  49k9  |   OPA188
>   |      |   |
>   +------)---)-31k7-+
>   |      |   |      |
>   +------)--|+\     |
>   |      |  |  >----+-- 0 bis 360 GradC / 0.1 bis 4.9V
>   |      +--|-/     |
>   |      |   |      |
> Pt1000   +---)-543k-+
>   |      |   |
>   |     1k   |
>   |      |   |
>   +------+---+--------- AGND
> 
http://www.ti.com/general/docs/lit/getliterature.t...


Hallo, wie der ThreadOpener bin auch ich auf der Suche nach einer 
geeigneten Schaltung für die Ermittlung der Temperatur mittels PT100(0) 
und  Signalskalierung auf 0-5V.

Die verlinkte Exceldatei habe ich mir angesehen und die rechnerischen 
Werte für den PT100 ermittelt. Dabei herausgekommen sind einige Werte, 
die so in den Widerstandsreihen nicht vorkommen. Diese Werte müsste ich 
durch Reihen- und Parallelschaltung selbst zusammenbauen oder gibt es 
eine charmantere Lösung mit ggf. einem Potentiometer ansonsten kommen ja 
schnell 3 und mehr Widerstände für einen benötigten Wert zusammen.

Gibt es eine Alternative zu dem OP in der Schaltung mit ähnlichen oder 
vielleicht gleichen Merkmalen und der zusätzlich im DIP/DIL-Gehäuse 
geliefert wird? Der außerdem auch noch bei reichelt oder conrad 
erhältlich ist.

Danke, Gruß Thorsten

Autor: Michael Bertrandt (laberkopp)
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Thorsten L. schrieb:
> Dabei herausgekommen sind einige Werte,
> die so in den Widerstandsreihen nicht vorkommen. Diese Werte müsste ich
> durch Reihen- und Parallelschaltung selbst zusammenbauen oder gibt es
> eine charmantere Lösung

Nimm die "innenliegenden" Normwerte und dehne halt den Temperaturbereich 
(z.B. 0-100 GradC) nicht auf 0-5V (geht sowieso nicht weil der OpAmp 
nicht exakt bis 0 kommt wenn er nur mit GND versorgt wird) sondern z.B. 
auf 0.35V=0 GradC bis 4.22V=100GradC und verzichte auf die restlichen 
A/D-Werte.

> Gibt es eine Alternative zu dem OP

Sicher, such dir halt einen aus mit R2R Rail-To-Rail Ausgang (oder 
zumindest "ausreichendem Ausgang") und nicht zu vielen Mikrovolt 
Eingangsoffsetspannung, der vorgeschlagene war nur ein Beispiel, aber 
verlange nicht daß die Leute dir die Arbeit machen, am nächstbesten 
Modell wirst du doch auch wieder was zu jammern haben.

: Bearbeitet durch User
Autor: Klaus Ra. (klara)
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Thorsten L. schrieb:
> Dabei herausgekommen sind einige Werte,
> die so in den Widerstandsreihen nicht vorkommen. Diese Werte müsste ich
> durch Reihen- und Parallelschaltung selbst zusammenbauen oder gibt es
> eine charmantere Lösung mit ggf. einem Potentiometer ansonsten kommen ja
> schnell 3 und mehr Widerstände für einen benötigten Wert zusammen.

In der Regel kommt man mit zwei Werten schon aus wenn man die feinere 
e12-Reihe nimmt. Ich würde dann auf den Temperaturkoeffizienten  noch 
achten. Mehr als 50ppm sollten es nicht sein. Wenn man noch selbst 
ausmisst, dann kommt man auch mit 1% Toleranz klar, vorausgesetzt das 
Messgerät macht das mit. Ich selber setze nur SMD-Bauteile ein. Früher 
hatte mich das Bohren doch ziemlich genervt. SMD-Widerstände lassen sich 
auch gut stapeln.
mfg klaus

Autor: Thorsten Lasrich (tlasrich)
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Danke für die schnelle Antwort, folgendes ist mir aber noch nicht klar:

Michael B. schrieb:
> Nimm die "innenliegenden" Normwerte und dehne halt den Temperaturbereich
> (z.B. 0-100 GradC) nicht auf 0-5V (geht sowieso nicht weil der OpAmp
> nicht exakt bis 0 kommt wenn er nur mit GND versorgt wird) sondern z.B.
> auf 0.35V=0 GradC bis 4.22V=100GradC und verzichte auf die restlichen
> A/D-Werte.

Was meinst Du mit "innenliegenden" Normwerten?


>> Gibt es eine Alternative zu dem OP
>
> Sicher, such dir halt einen aus mit R2R Rail-To-Rail Ausgang (oder
> zumindest "ausreichendem Ausgang") und nicht zu vielen Mikrovolt
> Eingangsoffsetspannung, der vorgeschlagene war nur ein Beispiel, aber
> verlange nicht daß die Leute dir die Arbeit machen, am nächstbesten
> Modell wirst du doch auch wieder was zu jammern haben.

Vielen Dank für die Ehrlichkeit, mit einer solchen Antwort habe ich 
beinahe gerechnet. Es war nicht meine Absicht es mir leicht zu machen. 
Vielmehr sitze ich bereits ein paar Tage an der Schaltung, da ich nicht 
nur versuche eine beliebige Schaltung zu kopieren, sondern sie auch zu 
verstehen und nachzuvollziehen, daher entschuldigt bitte, wenn ich die 
eine oder andere Frage stelle.

Folgenden OPs habe ich mir ausgesucht: OPA337PA und LT1013CN8. Die 
Datenblätter enthält eine fülle von Informationen, die ich nur schlecht 
oder gar nicht bewerten kann. Was ich ablesen konnte ist, dass die OPs 
mit nur einer 5V Spannung auskommen, das Offset beim LT1013CN kleiner 
0,1 mV und beim OPA 337 PA kleiner 0,5mV beträgt. Beide OPs verwenden 
den Gehäusetyp DIL. Wenn ich das soweit richtig verstanden habe, kann 
ich also mit dem LT1013CN8 präziser messen

Mehr zur Erklärung weniger als Verteidigung:
Dieses Projekt stellt meinen ersten Kontakt mit "realen" OPs dar, bisher 
kannte ich diese nur aus dem Berufsschulunterricht und das ist bereits 
einige Jahre her.

Gruß
Thorsten

Autor: Michael Bertrandt (laberkopp)
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Thorsten L. schrieb:
> Was meinst Du mit "innenliegenden" Normwerten?

Nun, die Werte, die zu einer Verkleinerung des Messbereichs führen.

Thorsten L. schrieb:
> OPA337PA

Nicht so besonders genau, vielleicht reicht es dir aber.

> und LT1013CN8.

Kann nicht mehr als 3.5V liefern (an 5V), nicht Rail-2-Rail.

Autor: Thorsten Lasrich (tlasrich)
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Klaus R. schrieb:
> Thorsten L. schrieb:
>> Dabei herausgekommen sind einige Werte,
>> die so in den Widerstandsreihen nicht vorkommen. Diese Werte müsste ich
>> durch Reihen- und Parallelschaltung selbst zusammenbauen oder gibt es
>> eine charmantere Lösung mit ggf. einem Potentiometer ansonsten kommen ja
>> schnell 3 und mehr Widerstände für einen benötigten Wert zusammen.
>
> In der Regel kommt man mit zwei Werten schon aus wenn man die feinere
> e12-Reihe nimmt. Ich würde dann auf den Temperaturkoeffizienten  noch
> achten. Mehr als 50ppm sollten es nicht sein. Wenn man noch selbst
> ausmisst, dann kommt man auch mit 1% Toleranz klar, vorausgesetzt das
> Messgerät macht das mit. Ich selber setze nur SMD-Bauteile ein. Früher
> hatte mich das Bohren doch ziemlich genervt. SMD-Widerstände lassen sich
> auch gut stapeln.
> mfg klaus

Hallo Klaus,

SMD habe ich bisher noch nicht geklebt / gelötet. Hier fehlt mir auch 
die richtige Ausrüstung zu.

Werde gleich mal schauen, wo ich die E12-Reihe bestellen kann.


Mfg Thorsten

Autor: Metallograph (Gast)
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Da das bestimmen der Schmelz- oder genauer der Erstarrungspunkte von 
Legierungen zum Tagesgeschäft in der Metallurgie gehört hab ich das 
schon öfter gemacht um dann die Phasendiagramme aus den Messungen zu 
zeichnen.

Ich weiß zwar nicht, was dein Anliegen dabei ist - aber ich kann Dir 
sagen, dass wir es immer mit Ni-CrNi-Mantelthermoelementen machen, die 
direkt in die Schmelze gestellt werden. Man kann dann sehr schön den 
Temperatur-Haltepunkt während der Erstarrung messen...

Autor: Klaus Ra. (klara)
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Hallo,
der OPA333 kostet nur etwas mehr als der OPA337, hat 0-Drift und ist 
ziemlich temperaturstabil.
mfg klaus

Autor: Thorsten Lasrich (tlasrich)
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Michael B. schrieb:
> Thorsten L. schrieb:
>> Was meinst Du mit "innenliegenden" Normwerten?
>
> Nun, die Werte, die zu einer Verkleinerung des Messbereichs führen.

Ist hier wirklich die Verkleinerung des Messbereichs gemeint? Wenn ich 
den vorherigen Beitrag richtig verstehe empfiehlt es sich doch den 
Bereich größer zu wählen, da 0V und 5V auch bei einem R2R OP mit 5V Vcc 
nicht erreicht werden können. Vergrößere ich also den gewünschten 
Messbereich, kann ich Anfang und Ende immer noch nicht messen, aber 
dafür den gewünschten. Richtig? Oder verdrehe ich gerade etwas?

>
> Thorsten L. schrieb:
>> OPA337PA
>
> Nicht so besonders genau, vielleicht reicht es dir aber.
>
>> und LT1013CN8.
>
> Kann nicht mehr als 3.5V liefern (an 5V), nicht Rail-2-Rail.

Gibt es eine Internetseite, die die OPs listet und einen vernünftigen 
Filter bietet? Reichelt lässt nur einen Filter digital / analog zu und 
danach muss ich schon die ersten Buchstaben der Bezeichnung kennen.

Ich werde mal weiter suchen ob ich noch einen besseren OP finde.

mfg Thorsten

Autor: Thorsten Lasrich (tlasrich)
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Klaus R. schrieb:
> Hallo,
> der OPA333 kostet nur etwas mehr als der OPA337, hat 0-Drift und ist
> ziemlich temperaturstabil.
> mfg klaus

Danke für den Tipp, muss mir wohl oder übel doch überlegen ob ich es 
nicht hinbekomme SMD zu löten.

mfg
Thorsten

Autor: Thomas S. (thomas55)
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Philipp L. schrieb:
> Die benötigten Temperaturen sind 0 - 360 grad, eine Abweichung von 0,5
> grad wäre gesucht.

Das ist schon sehr schwierig. Ob das mit Arduino so einfach geht 
bezweifle ich.

Vorschlag: Thermocouple Type-K (ebay), direkt mehrere an den uC PSoC5LP 
von Cypress anschliessen, kostenlose IDE und vorgefertigte 
Beispielprogramme auch mit LCD.

Ich habs schon für meinen Gartengrill mit 8 x Typ-K gebaut. Da habe ich 
als Auflösung 16 Bit gewählt (geht bis 20 Bit). Er macht da immer noch 
2000 Samples je sec. Demnächst werde ich die Anzeige ändern auf Internet 
der Dinge mit ESP8266. Die Hardware steht schon. Beides Toll einfach.

Fertig ist Deine Lösung.

Und: Keine externe Hardware nötig.

Gruß aus Spandau

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Autor: Der Andere (Gast)
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MaWin schrieb:
> Das geht mit dem 10 bit A/D Eingang eines Arduino, ratiometrisch zu AVCC
> gemessen, mit einem Fehler unter 0.02% (bei entsprechend genauen und
> temperaturstabilen Widerständen)

MaWin = Bichael B.?

Michael B. schrieb:
> Oh, ich dachte, ich hätte sie erfolgreich ver10facht.

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