Hallo zusammen, ich möchte Temperaturen über mehrere NTCs (Temperaturbereich -30 bis 100 Grad) digital mit einem Raspberry Pi erfassen. Meine Messschaltung soll parallel zu einem bereits vorhandenen Steuergerät angeschlossen werden und dieses im Betrieb nicht „stören". Ich verwende einen ADC mit dem ich die Spannung messe die über einem Spannungsteiler abfällt. Durch die bekannten Widerstände des Spannungsteilers berechne ich den Widerstand des NTC (in meinem Testausfbau mit Poti simuliert). Jetzt stehe ich vor folgendem Problem: Um die Bordnetzspannung von bis zu 16V auf < 3,3V zu reduzieren habe ich als Spannungsteiler 100k und 22k Ohm Widerstände in Reihe parallel zum NTC geschaltet. Der NTC bewegt sich in einem Bereich von 26,7k Ohm - 190 Ohm. Die Schaltung liefert im hohen Ohm-Bereich eine gute Auflösung der Temperatur. Allerdings ist das Messergebnis im NTC-Bereich < 1k Ohm nicht zufriedenstellend. Die Sensorkennlinie beschreibt in diesem Bereich ein Temperaturdelta von 10 Kelvin bei nur 60 Ohm. Die 10 Bit Auflösung des ADC entspricht hier einer Auflösung von ca. 140 Ohm. Dies führt zu sehr großen Temperatursprüngen. Mein erster Ansatz war eine Reduzierung der Widerstände des Spannungsteilers auf 10k/2,2k Ohm. Dies würde die gewünschte Genauigkeit bringen. Allerdings „störe“ ich dann die Signalerfassung des Steuergeräts weil sich der Gesamtwiderstand durch die Messschaltung zu stark ändert. Ein Maßnahme wäre der Einsatz eines 12 Bit ADC wie z.B. dem MCP3208. Aber vielleicht gibt es ja eine bessere Lösung. Kann ich den Widerstand über einen anderen Weg ermitteln ohne das vorhandene System (Steuergerät) zu stören und dennoch eine hohe Genauigkeit zu erreichen? Linearer Optokoppler? Viele Grüße Florian
In so einem Fall schreibe ich eine Simulation, um den optimalen Widerstand zu errechnen. Der NTC hat einen Widerstand von 10k bei 25 Grad ? Wie auch immer, die Aufloesung ist am Groessten wenn der Seriewiderstand am radiometrisch betriebenen Spannungsteiler gleich dem NTC Widerstand ist. Also fuer eine maximale Aufloesung bei 25 Grad macht man den Seriewiderstand gleich 10k. Also schau mal, ob es einen Widerstand gibt, der ueber den gesammten Bereich eine brauchbare Aufloesung bieten kann. Falls nicht, gibt es zwei Moeglichkeiten, zwei Seriewiderstaende zum Umschalten, oder einen ADC mehr Aufloesung. Und betreib den Spannungsteiler radiometrisch, also ab der ADC Referenzspannung. Dann sind alle Schwankungen weg. Alles andere ist Quatsch.
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Ich habe die Kennlinie des NTC als Screenshot angehängt. Wenn ich den Widerstand des Spannungsteilers gleich dem NTC Widerstand wähle, dann ist der Gesamtwiderstand von NTC und Messschaltung nur noch halb so groß wie ohne die Messschaltung. Das würde im (Motor-)Steuergerät zu einer Verfälschung des Temperaturwertes führen. Daher kann ich den Tipp in meinem Fall nicht ohne Weiteres anwenden. Was genau meinst Du mit "radiometrisch"? Die Bordnetzspannung von 16V kann ich nicht beeinflussen. Diese wird vom Generator des Fahrzeugs vorgegeben. Dann bleibt jetzt nur noch eine Erhöhung der Auflösung des ADC und ggf. eine leichte Optimierung des Widerstands des Spannungsteilers unter Berücksichtigung der Auswirkungen auf die Funktion des Steuergeräts. Sprich: Ich muss mir überlegen, um welchen Betrag die Temperatur verfälscht werden darf ohne den Betrieb des Motors zu beeinträchtigen.
Wie wäre es mit einem OPAMP als Spannungsfolger? Danach kannst Du jeden Spannungsteiler schalten den Du möchtest!?
Florian F. schrieb: > Kann ich den Widerstand > über einen anderen Weg ermitteln ohne das vorhandene System > (Steuergerät) zu stören Das vorhandene System nicht stören heißt: - du darfst keinen Strom am Sensoreingang und der Sensormasse entnehmen oder einspeisen. - du darfst auch keine Masseschleife ziehen. -> Du brauchst entweder ein galvanisch getrenntes System oder eine differentielle Messung der Spannung über dem Widerstand. In der Regel hat die vorhandene Auswerteschaltung einen Pull-Up Widerstand vom Sensor-Eingang zur Referenzspannung des dort verbauten ADC´s (ratiometrische Auswertung). Um eine genaue Auswertung machen zu können muß Dein ADC mit einer exakten Kopie dieser Referenzspannung betrieben werden. Häufig kommt man an die Referenzspannung aber von außen nicht dran. (-> zusätzlicher Fehler 2-5%). In der Regel wird auch nie ein Widerstand des NTCs berechnet sondern immer die Spannung am Sensor über eine Kennlinie direkt in Temperatur umgerechnet. Gruß Anja
Florian F. schrieb: > Was genau meinst Du mit "radiometrisch"? Da hat er etwas Wichtiges aufgeschnappt, kann es aber leider nicht schreiben. Ersetze das "d" durch ein "t" = "Ratiometrisch", dazu finden sich jede Menge Erklärungen im Netz. Da ist es gerade aktuell: Beitrag "Mehrere Pt-Widerstände ratiometrisch mit nur einem ADC" Oder da im Text nach "ratio" suchen: http://www.mikrocontroller.net/articles/AVR-Tutorial:_ADC#Beschaltung_des_ADC-Eingangs
Anja schrieb: > In der Regel hat die vorhandene Auswerteschaltung einen Pull-Up > Widerstand vom Sensor-Eingang zur Referenzspannung des dort verbauten > ADC´s (ratiometrische Auswertung). Das ist eine ziemlich verwegene Annahme. Es gibt keine Garantie dafür daß der NTC mit einem Bein an GND liegt. Genauso gut kann der NTC am Vcc-seitigen Ende des Spannungsteilers sitzen. Und apropos Vcc - wenn diese Spannung schwankt (bei batterie- betriebenen Geräten ganz normal) dann schankt die Spannung am NTC auch bei konstanter Temperatur. Aber es ist gar nicht gesagt, daß es überhaupt ein Spannungsteiler ist - es kann genauso gut auch eine Stromquelle einen Strom in den NTC einspeisen. Und das möglicherweise auch nicht permanent, sondern nur für ein paar ms jede Minute (Stromsparbetrieb). Oder der NTC ist Teil einer Oszillatorschaltung und die Zielschaltung wertet die Frequenzänderung auf Grund der Widerstandsänderung aus. etc. pp. Ohne die intimsten Details des Geräts mit dem ein-(an-)gebauten NTC- Sensor zu kennen, kann man unmöglich sagen ob es sinnvoll oder überhaupt möglich ist, die Sensordaten in einem zweiten Gerät mitzuverwenden.
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Danke für die vielen Antworten und Informationen. Die muss ich erstmal sortieren. Das Steuergerät stammt aus den 70er Jahren und es handelt es sich um eine diskrete analoge Schaltung ohne ICs. Der NTC ist 2-polig, also wirklich nur ein simpler temperaturabhängiger Widerstand an dem Bordnetzspannung anliegt. Die interne Beschaltung des Steuergeräts kenne ich (noch) nicht. Es müsste aber so sein, dass der NTC ein Teil eines Spannungsteilers ist, dessen weitere Widerstände sich im Steuergerät befinden. Da ich den ADC mit 3,3V versorgen muss, kann ich als Referenzspannung nicht nicht die Bordnetzspannung verwenden, da sie mit 16V zu hoch ist. Im Moment lese ich über einen 2. Messeingang des ADC die Spannung an einem 2. Spannungsteiler ohne NTC ein und normiere damit die Spannung an Messeingang1. Das klappt ganz gut. Ich habe mit dem Labornetzteil die "Bordnetzspannung" im Bereich 3-16V verstellt und trotzdem einen relativ konstanten Temperaturwert ermitteln können. In der Realität schwankt die Bordnetzspannung ja sogar noch deutlich weniger. Das verlinkte "AVR-Tutorial: ADC" hilft mir schon weiter im Verständis. Ich verstehe das so: Wenn ich den Widerstand des NTC messen will muss ich mir immer einen Spannungsteiler bauen. Um die Idee mit dem OpAmp zu verfolgen müsste ich doch 2 Spannungsteiler einbauen? Vor und hinter dem OpAmp. Dann verfehlt dieser aber den Zweck, dass die Messschaltung den bestehenden Schaltkreis nicht belastet, da dieser durch den Spannungsteiler vor dem OpAmp belastet wird.
Florian F. schrieb: > Die interne Beschaltung des Steuergeräts kenne ich (noch) nicht. Sollte ähnlich zu dem hier sein: http://members.rennlist.com/pbanders/ecu.htm http://members.rennlist.com/pbanders/ecu1.jpg http://members.rennlist.com/pbanders/ecu2.jpg http://members.rennlist.com/pbanders/ecu3.jpg Ist leider kein einfacher Spannungsteiler sondern noch mit Kompensationsdioden und verschiedenen Betriebsarten. Florian F. schrieb: > und normiere damit die Spannung an > Messeingang1. Das klappt ganz gut. Ist ja auch im Prinzip eine Ratiometrische Erfassung (solange die Zeit zwischen beiden Messungen nicht zu arg auseinander liegt). Gruß Anja
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