Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Tiny44 ändert Temperaturmessung bei mechanischer Spannung


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von Tiny (Gast)


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Hallo Forum!

Ich habe ein Problem mit einer kleine Platine, auf der ein Tiny 44 
werkelt.
Er mißt unter anderem die Temperatur und gibt diese über eine TX-Leitung 
aus.
Sobald die Baugruppe im Gehäuse verschraubt wird(fest), hat die 
Temperaturmessung eine Abweichung von bis zu 5 Grad, sind die Schrauben 
nur lose Angezogen ist alles normal. Der Tiniy sitzt genau zwsichen zwei 
Schrauben, Abstand Außenkante IC <> Schraube ca. 2mm.

Der IC ist also empfindlich gegen mechanische Spannungen, andere 
Bauteile schließe ich aus, da die Temperaturmessung intern ist.

Kennt jemand dieses Phänomen?

von JoKu (Gast)


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Ursache sind Offsetspannungen, hervorgerufen durch den Piezoeffekt.

Die Baugruppe scheint mechanisch etwas ungünstig gebaut zu sein.

Bei ICs führt die mechanische Spannung vielleicht nur zu Messfehlern, 
aber ein SMD-Kerko kann auch leicht brechen, ohne, dass man es von außen 
erkennt!

von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Tiny schrieb:
> hat die Temperaturmessung eine Abweichung von bis zu 5 Grad
Von was weicht diese Temperatur ab? In welche Richtung ist diese 
Abweichung?

von Peter R. (pnu)


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Ein Tiny 64 kann doch selbst keine Temperatur messen? Sondern 
bestenfalls eine Spannung oder eine Frequenz, eine Zeit o.a. , je nach 
Sensor und seiner Schaltung?

Wie wärs also mit einem Schaltbild wie der Sensor  mit dem Atiny 
zusammmenarbeitet und einem Bild der Montage des Sensors?

von Tiny (Gast)


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Die Temperatur ändert sich von vor dem Schrauben festziehen zu nachher 
um bis zu 5 Grad nach oben und geht nach dem Schrauben lösen wieder auf 
den ursprünglichen Wert zurück.

von Tiny (Gast)


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Peter R. schrieb:
> Ein Tiny 64 kann doch selbst keine Temperatur messen? Sondern
> bestenfalls eine Spannung oder eine Frequenz, eine Zeit o.a. , je nach
> Sensor und seiner Schaltung?

Wenn man beim Tiny 44 ADMUX auf ADC8 setzt, misst er intern die 
Temperatur.(Tabelle 16-4 im Datenblatt, bei mir Seite 146)

von Tiny (Gast)


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Ich habe alle Teile vom Board gelötet und der Effekt ist immer noch da,
es liegt also am Tiny.

Wenn ich das Board mit den Händen unter Spannung setzte habe ich den 
gleichen Effekt, in einer Richtung geht die Temperatur hoch, in die 
andere Richtung runter.

JoKu schrieb:
> Ursache sind Offsetspannungen, hervorgerufen durch den Piezoeffekt.

Scheint mir plausibel!

von Miner (Gast)


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Löte den Tiny doch auf die Eingebaute Platine

von batman (Gast)


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Interessant, dann hat der Tiny auch Gewichtmessung eingebaut. :)

von Hans (Gast)


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Ich bilde mir ein, dass da mal was ähnliches auf hackaday war... nur 
glaube ich mich daran erinnern zu können, dass es da um taktfrequenz und 
druck bei einem PIC ging...

Piezo Effekte in Halbleitern gibt es massig... => google suche "piezo 
effect cmos"

73

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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Man könnte die Pins des µC mit kleinen Federn verlängern und deren Enden 
auf die Platine löten. Sieht bestimmt lustig aus.

: Bearbeitet durch User
von Jim M. (turboj)


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Ist der direkt verlötet? Dann hätte ich da einfach mal einen Socket 
ausprobiert, der sollte die mechanischen Spannungen halbwegs abfangen.

Geht bei QFN allerdings nicht. :-(

von Harald W. (wilhelms)


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Tiny schrieb:

> Sobald die Baugruppe im Gehäuse verschraubt wird(fest), hat die
> Temperaturmessung eine Abweichung von bis zu 5 Grad,

Dann solltest Du vielleicht noch mal ordentlich Geld in die Hand
nehmen und 1ct zusätzlich für eine externe Diode zur Temperatur-
messung investieren.

von spess53 (Gast)


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Hi

>Wenn ich das Board mit den Händen unter Spannung setzte habe ich den
>gleichen Effekt, in einer Richtung geht die Temperatur hoch, in die
>andere Richtung runter.

Ist doch prima zur Einstellung der genauen Temperatur geeignet. Diese 
internen "Temperaturfühler" sind eh mit einem größeren Fehler behaftet 
und ohne Kalibrierung praktisch unbrauchbar.

MfG Spess

von Tiny (Gast)


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Harald W. schrieb:
> Dann solltest Du vielleicht noch mal ordentlich Geld in die Hand
> nehmen und 1ct zusätzlich für eine externe Diode zur Temperatur-
> messung investieren.

Lösungsansätze gibt es viele, am einfachsten vergrößert man den Abstand 
zwischen Schraublöchern und Tiny oder setzt extra noch Frässchlitze zur 
Entkopplung.

von Tiny (Gast)


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spess53 schrieb:
> Ist doch prima zur Einstellung der genauen Temperatur geeignet. Diese
> internen "Temperaturfühler" sind eh mit einem größeren Fehler behaftet
> und ohne Kalibrierung praktisch unbrauchbar.

Fehler wodurch? Wenn die Tinys einmal kalibriert sind, ist die 
Temperaturmessung ziemlich genau. Von der Versorgungsspannung wird die 
Temperaturmessung wenig beeinflusst.

von Johannes O. (jojo_2)


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Halte den mechanischen Stress von deinem Mikrocontroller fern. So etwas 
kann man per Schlitz erreichen. Hab ich öfters bereits auf 
(Mess)platinen gesehen, dass einzelne ICs derart entkoppelt waren.
Einfach "rauskalibrieren" wäre mir zu gefährlich. Was, wenn sich die 
mechanische Spannung über die Lebensdauer ändert? (Materialermüdung, 
Lockerung der Schrauben, Temperaturänderung/ausdehnung, etc.)

von spess53 (Gast)


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Hi

>Fehler wodurch? Wenn die Tinys einmal kalibriert sind, ist die
>Temperaturmessung ziemlich genau. Von der Versorgungsspannung wird die
>Temperaturmessung wenig beeinflusst.

Das liest sich in der AppNote irgend wie anders.

MfG Spess

von Jacko (Gast)


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Schraube, mechanische Spannung, Piezo-Effekt, ...

Der simpelste Sensor für mechanische Spannung ist eine
miese Lötstelle, oder ein Haar-Riss in der Leiterplatte.
Auch wenn er nur den Anschluss "unwichtiger" Bauelemente
betrifft...

Der interne Temperatur-Sensor von tiny-µCs ist da eher
ungeeignet.

Aber ich will den Esoterikern nicht den Spaß rauben!

von Tiny (Gast)


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Jacko schrieb:
> Der interne Temperatur-Sensor von tiny-µCs ist da eher
> ungeeignet.
>
> Aber ich will den Esoterikern nicht den Spaß rauben!

Gibt's auch irgendwelche Argumente oder nur Rumgeschwurbel???

von spess53 (Gast)


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Hi

>Gibt's auch irgendwelche Argumente oder nur Rumgeschwurbel???

Sind das denn

>Fehler wodurch? Wenn die Tinys einmal kalibriert sind, ist die
>Temperaturmessung ziemlich genau. Von der Versorgungsspannung wird die
>Temperaturmessung wenig beeinflusst.

Argumente oder einfach nur Rumgeschwurbel?

MfG Spess

von Anja (Gast)


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Tiny schrieb:
> Kennt jemand dieses Phänomen?

Klar,

ist in diversen Datenblättern von Präzisionsspannungsreferenzen 
beschrieben.
(z.B. LTC1460).

Wobei 5 Grad ja etwa 5mV entsprechen.

Das ist relativ viel.
Bei Spannungsreferenzen habe ich so typisch bis ca 200uV.
-> vermutlich lebt der Prozessor bei dieser Beanspruchung nicht lange.

Gruß Anja

von batman (Gast)


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D.h. der Biegefehler kommt über die interne Referenzspannung des AVR? 
Dann wären ja generell Spannungsmessungen mit dieser Referenz betroffen.

von Peter D. (peda)


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Welche Bauform hat denn der ATtiny?
Hast Du mal alle Anschlüsse nachgelötet?

von Der Andere (Gast)


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Wie genau kann denn solch eine interne Messung sein, wenn der µC in 
unterschiedlichen Betriebszuständen unterschiedlich Leistung verbrät. Es 
ist doch ziemlich utopisch da noch von einer "Messung" zu reden, ausser 
man kann garantieren dass der µC die letzte Minute vor der Messung sonst 
nix gemacht hat.

von Tiny (Gast)


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batman schrieb:
> D.h. der Biegefehler kommt über die interne Referenzspannung des AVR?
> Dann wären ja generell Spannungsmessungen mit dieser Referenz betroffen.

Der Rest des ADCs ist nicht betroffen, nur die Temperaturmessung.

von Tiny (Gast)


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Peter D. schrieb:
> Welche Bauform hat denn der ATtiny?
> Hast Du mal alle Anschlüsse nachgelötet?

SOIC14

Anschlüsse wurden Reflow gelötet, die sin in Ordnung.

Der Andere schrieb:
> Wie genau kann denn solch eine interne Messung sein, wenn der µC in
> unterschiedlichen Betriebszuständen unterschiedlich Leistung verbrät. Es
> ist doch ziemlich utopisch da noch von einer "Messung" zu reden, ausser
> man kann garantieren dass der µC die letzte Minute vor der Messung sonst
> nix gemacht hat.

Der Tiny 44 ist zu 99,9 % im Schlafmodus und wacht nur ab und zu auf und 
macht eine Messung, wenn er mit 8MHz läuft steigt die Temperatur um 2-3 
Grad.

von Harald W. (wilhelms)


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Der Andere schrieb:

> Es ist doch ziemlich utopisch da noch von einer "Messung" zu reden,

Diese Messung dient ja wohl auch nur dazu, um eine Überlastung des
Prozessors festzustellen. Zur Messung der Innentemperatur des Geräts,
die sich ja auch von der Außentemperatur unterscheidet, nimmt man
besser eine einzelne Diode. Je nach Aufwand bei der Auswertung kann
man damit auf wenige Zehntel Grad genau messen.

von Marcus H. (Firma: www.harerod.de) (lungfish) Benutzerseite


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Hi Tiny,

mich würde ein Photo Deines mechanisch überbestimmten Systems 
interessieren - als Beispiel, wie man's nicht machen sollte. ;)

Die ganze Elektronik unterliegt einem unnötigen Stress, der, neben den 
Messfehlern, auch einen Frühausfall vorprogrammiert.

Wie kam es denn zu dem Problem?

Patchansätze:
- Lochabstand und Bohrungsdurchmesser zu gering? -> Löcher aufbohren
- unterschiedlich hohe Auflagen im Gehäuse? -> einseitig einspannen, 
ggf. weiche Unterlegscheiben
- Kunststoffschrauben

Redesignansätze:
- mechanische Spannung grundsätzlich von der Platine fernhalten
- besonders empfindliche Bauteile mechanisch entkoppeln (Schlitze wurden 
schon genannt)

Grüße,
 marcus

von Peter D. (peda)


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Tiny schrieb:
> Der Tiniy sitzt genau zwsichen zwei
> Schrauben, Abstand Außenkante IC <> Schraube ca. 2mm.

Braucht man wirklich 2 Schrauben in ~20mm Abstand?
Da sollte doch eine Schraube stabil genug sein.

von Tiny (Gast)


Angehängte Dateien:

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Marcus H. schrieb:
> mich würde ein Photo Deines mechanisch überbestimmten Systems
> interessieren - als Beispiel, wie man's nicht machen sollte. ;)

Eine Schraube wäre aber mechanisch unterbestimmt, dann kann sich die 
Platine drehen :)

Die Platine ist für das was drauf ist eigentlich zu klein, im Nachhinein 
würde ich den IC nicht mehr an diese Stelle setzen.

von Marcus H. (Firma: www.harerod.de) (lungfish) Benutzerseite


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Hi Tiny,

nach der Teil-Antwort auf den ersten Absatz meines Posts -
wie planst Du in diesem Thread weitermachen?

Oder war das Thema schon durch für Dich, nachdem andere bestätigt haben, 
dass es diesen Effekt nicht nur in der Fachliteratur gibt?

marcus

von Tiny (Gast)


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Die Antwort auf meine Frage kam schon im zweiten Beitrag und wurde durch 
spätere Kommentare noch bestätigt.

Lösungsansätze wurden viele gebracht.

Die Lösung für mein Problem ist ein Redesign mit möglichst 
spannungsfreier Verschraubung (Einfräsungen). Ein externer 
Temperatursensor würde bei falscher Positionierung eventuell die 
gleichen Probleme machen.

von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Tiny schrieb:
> Die Lösung für mein Problem ist ein Redesign mit möglichst
> spannungsfreier Verschraubung (Einfräsungen).
Weil/Wenn es ein Piezoeffekt ist, der ja auf Ladungsverschiebungen 
basiert, würde mich interessieren wie lange es dauert, bis sich durch 
Leckströme wieder alles stabilisiert/normalisiert hat. Das muss ja 
irgendwann der Fall sein, und wenn die Ladung ausgeglichen ist, dann 
bringt auch ein 'angespanntes' Piezoelement keine Spannung mehr.

Marcus H. schrieb:
> Wie kam es denn zu dem Problem?
Die Leiterplatte wurde so montiert, dass sie verzogen ist. D.h. dauernd 
mechanische Spannung auf den Lötstellen und den Bauteilen. Das kenne 
ich, es schlägt sich langfristig in der Zahl auftretender Fehler nieder.
Siehe die Kerkos im Beitrag "Keramikkondensator "heilen"?"

Tiny schrieb:
> Wenn ich das Board mit den Händen unter Spannung setzte habe ich den
> gleichen Effekt, in einer Richtung geht die Temperatur hoch, in die
> andere Richtung runter.
So wie da auch:
http://www.amplifier.cd/Technische_Berichte/Spannungsreferenzen/Spannungsreferenz.html
Wobei diese Referenz schon noch wesentlich unempfindlicher ist...

von Tiny (Gast)


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Lothar M. schrieb:
> Weil/Wenn es ein Piezoeffekt ist, der ja auf Ladungsverschiebungen
> basiert, würde mich interessieren wie lange es dauert, bis sich durch
> Leckströme wieder alles stabilisiert/normalisiert hat. Das muss ja
> irgendwann der Fall sein, und wenn die Ladung ausgeglichen ist, dann
> bringt auch ein 'angespanntes' Piezoelement keine Spannung mehr.

Aufgefallen ist der Fehler durch Zufall, als einmal unmittelbar vor und 
nach dem Einschrauben die Temperatur gemessen wird. Ob der Fehler nach 
einer gewissen Zeit verschwindet, werde ich überprüfen.

von Marcus H. (Firma: www.harerod.de) (lungfish) Benutzerseite


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Lothar M. schrieb:
...
> Marcus H. schrieb:
>> Wie kam es denn zu dem Problem?
> Die Leiterplatte wurde so montiert, dass sie verzogen ist. D.h. dauernd
> mechanische Spannung auf den Lötstellen und den Bauteilen. Das kenne
> ich, es schlägt sich langfristig in der Zahl auftretender Fehler nieder.
> Siehe die Kerkos im Beitrag "Keramikkondensator "heilen"?"

Danke Dir. Die Frage war eher rhetorischer Natur - ein Überbleibsel aus 
der ersten Version meiner Antwort.

von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Tiny schrieb:
> Ob der Fehler nach einer gewissen Zeit verschwindet, werde ich überprüfen.
Bin gespannt...

von Anja (Gast)


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Hallo,


Tiny schrieb:
> Ob der Fehler nach
> einer gewissen Zeit verschwindet, werde ich überprüfen.

das ist kein Piezo-Effekt.
Das ist eher so was wie ein Dehnungsmeßstreifen.

Gruß Anja

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