Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik robuste Temperaturmessung (Remote)


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von Olli H. (Firma: no) (tavaritsch_78)


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Moin!

Ich möchte die Temperatur in einem Trafo mittels Temperaturmess-IC, 
welcher sich auf der Leiterkarte befindet, mittels externer Messung 
(Remote) über einen externen Halbleiter ermitteln und per I²C an eine 
Logic weiterreichen. Der Halbleiter ist im Trafo mit vergossen. Dabei 
wird quasi über einen temperaturabhängigen PN-Übergang des über einen 
Zweidraht (verdrillt, geschirmt, Länge ca. 10cm) angeschlossenen 
Halbleiter Ströme geschickt und die Spannung dazu gemessen.

Erster Versuch mit einem TMP411 scheiterte: Die Ströme im Trafo bei 
Betrieb stören die Temperatur-Messung leider derart, dass selbst eine 
gut verlegte, geschirmte, verdrillte Doppelader-Leitung, deren Schirm 
einseitig aufgelegt war, unbrauchbar ist. Ohne Trafobetrieb funktioniert 
die Messung einwandfrei. Grund für die Probleme ist 
höchstwahrscheinlich, dass der Mess-Strom (6 bis 120uA) , den der IC 
durch den Halbleiter-PN-Übergang schickt, sehr klein im Verhältnis der 
Störströme ist.

Problem:
Aufgrund der mechanischen Gegebenheiten kann ich nur eine externe 
Messung (Remote) mittels IC und externem, über Zweidraht angeschlossenen 
Sensor machen. Darum war meine Idee, um auf teure PT100 verzichten zu 
können, auf z.B. günstige KTY83 bzw. modernere NTCs PTCs 
zurückzugreifen, um in den Genuss eines EMV-robusteren hohen Messstromes 
im zweistelligen mA-Bereich zu kommen.  Mein Problem aber dabei: ich 
finde da keinen passenden IC.
Gibt es keinen z.B. SOIC8-IC mit Schnittstelle zu einem günstigen PTC, 
NTC mit relativ hohem Messstrom und einer I²C Schnittstelle?
Habe schon sehr lange das Netz durchsucht und finde keine Lösung :-(

Darum bitte ich hier um Ratschläge.

Danke.

von Michael B. (laberkopp)


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Olli H. schrieb:
> Darum bitte ich hier um Ratschläge.

Drähte zum Sensor QUER zu den Trafowicklungen führen.

Thermoelement verwenden, das ist besonders niederohmig.

von bingo (Gast)


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Wie gross sind denn Deine Pullup-Widerstände? Die sind meist zu 
hochohmig: nimm mal 1k8 bei 5V oder 1k2 bei 3.3V, das reduziert die 
Störungen ungemein.

von bingo (Gast)


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Wie gross sind denn Deine I2C-Pullup-Widerstände? Die sind meist zu 
hochohmig: nimm mal 1k8 bei 5V oder 1k2 bei 3.3V, das reduziert die 
Störungen ungemein.

von Harald W. (wilhelms)


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Olli H. schrieb:

> Ich möchte die Temperatur in einem Trafo messen.

Nimm doch einfach eine normale Diode und miss die Durchlassspannung.
Wenn Du dann über mehrere Perioden der Wechselspannung misst, fällt
der Fehler durch Wechselspannung raus. Willst Du besonders präzise
messen (einige Zehtel Grad), musst du die Durchlassspannung mit zwei
verschiedenen Strömen messen. Dann kannst Du den Einfluss des Bahn-
widerstands rausrechnen.

von Martin S. (strubi)


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Moin,

schon mal die Wheatstone-Brückenlösung evaluiert? Damit kriegt man eine 
recht gute störfreie Temperaturmessung hin, zB. mit einem msp430 als i2c 
slave. Allenfalls könntest du sogar direkt den eingebauten T-Sensor 
nehmen, wenn der Trafo den i2c-Bus nicht zu arg stört.

von AKüFi (Gast)


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Olli H. schrieb:
> Darum war meine Idee, ..., um in den Genuss eines EMV-robusteren hohen
> Messstromes

Was bitte ist ein "elektromagnetische Verträglichkeit-robuster" 
Messstrom?

von Jacko (Gast)


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Hier waren schon einige gute Ideen!

1) Trafotemperatur:
Da sollte eine Auflösung/Genauigkeitvon 1 K (1 °C) mehr als
genug sein.

2) Störsicherheit:
Temperatursensoren sind meist unempfindlich gegen magnetische
Felder, die Verdrahtung um so mehr.

3) Bei Standard-Netzfrequenz empfiehlt sich die Kompensation:
Die Samplefrequenz muss ein gerades Vielfaches der Wechselstrom-
frequenz sein.
Mache z.B. während einer Wechselstromperiode 8, oder 16 Messungen
in konstantem Zeitabstand und bilde daraus den Mittelwert.

Am einfachsten wird es mit einem Sensor, wie dem LM335:
Seine Spannung ist proportional zur absoluten Temperatur,
womit sich (s.o.) jede Kalibrierung erübrigt.

von Peter D. (peda)


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Harald W. schrieb:
> Nimm doch einfach eine normale Diode

Ne Diode ist ne ganz schlechte Idee, die richtet die induzierte Spannung 
gleich und man hat einen riesen Offset.
Nur bei einem rein ohmschen Sensor kann man die Störspannung 
rausmitteln.

von Olli H. (Firma: no) (tavaritsch_78)


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Moin,

@alle
erstmal danke für die Vorschläge, welche natürlich funktionieren.
Die I²C-Kommunikation vom IC zum FPGA ist nicht gestört, sondern die 
analoge Schnittstelle, der Zweidraht zum Sensorelement zu Diode, welche 
ich doch auch als geschirmt beschrieben hatte!!
Die Vorschläge scheinen mir aufwändiger zu sein, was die Entwicklung 
angeht im Vergleich zu nur "IC + Element" zu tauschen.
Darum fragte ich ja bereits nach einem speziellen IC mit einem Element 
ungleich Halbleiter, sondern PTC bzw. NTC + I²C.

@Peter
ja das stimmt. Eine Diode hat genau diesen Gleichrichter-Effekt.-> Darum 
geht hier eine Messung über einen Halbleiter wohl nicht!


Die I²C-Kommunikation vom IC zum FPGA ist nicht gestört!!
Darum will ich auch nur eine Lösung mit einem anderen IC haben, der 
bereits eine I²C-Schnittstelle hat, aber für eine externe Messung ein 
NTC/PTC-Element anstatt einer Diode bestromt.
Ich möchte eben nicht eine komplett neue Analogtechnik entwickeln, 
AD-wandeln, usw.  und alles bereits vorhandene über einen Haufen werfen. 
Da gibt es doch bestimmt ICs, die kompatibel zu einem z.B. 
NTC/PTC-Element sind und eine I²C-Schnittstelle (oder von mir aus als 
Kompromiss eine andere digitale Schnittstelle haben) haben oder nicht!? 
Dann bräuchte ich nur den IC und das Sensorelement tauschen und die 
Firmware "leicht" anpassen.

MfG

von Olli H. (Firma: no) (tavaritsch_78)


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Ich habe gefunden, was ich suche:

https://www.maximintegrated.com/en/app-notes/index.mvp/id/3229

zumindest geht es in die Richtung...

: Bearbeitet durch User
von Jacko (Gast)


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Gratuliere, wenn es damit klappt!

habe in den Links aber nichts für/gegen dein Problem (Netzbrumm)
gesehen...

Aber wenn es auch mit mit diesen Produkten nicht auf Anhieb
klappt, ist es nicht so schlimm:
Auch damit ist die Netzbrumm-Kompensation möglich:

- Ist ja nur ein zeitlich angepasster Software-Ablauf, der mit
  fast jeder Hardware gemacht werden kann.

- Ist keine neue Analogtechnik, sondern bewährte ADC-Technik
  für Netzbrumm-verseuchte Umgebungen.

von Markus M. (markus_4)


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Ist wohl schon in der AN von Maxim erwähnt, aber wegen guter Erfahrungen 
trotzdem nochmal: MAX6675 - macht direkt aus einem TypK-Thermoelement 
ein SPI-Digitalsignal, sehr komfortabel in der Anwendung und keine 
gleichrichtenden/modulierenden Bauteile im externen Analogteil.
Wie sehr sich so ein Thermocouple-Signal allerdings von einem Magnetfeld 
stören lässt, kann ich nur schlecht beurteilen.

von Kai S. (kai1986)


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Hallo,

ich bin mir nicht sicher wie sich ein IC direkt im Trafo verhält, als 
möglicher Kandidat würden mir da digital Temperatursensoren wie z.B. der 
DS18b20 einfallen.

Olli H. schrieb:
> Darum fragte ich ja bereits nach einem speziellen IC mit einem Element
> ungleich Halbleiter, sondern PTC bzw. NTC + I²C

Um einen NTC auszuwerten wird der oft in Reihe mit einem festen 
Widerstand zu einem Spannungsteiler verschaltet und direkt an die 
Versorgungsspannung gehängt und ein ADC Eingang mit der Mitte des 
Spannungsteilers verbunden.
Damit könntest du einfach einen kleinen µC mit I2C Schnittstelle und ADC 
nehmen (6-Beiner) und es damit realisieren.

Gruß Kai

von Olli H. (Firma: no) (tavaritsch_78)


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interessant aber teuer ist auch folgender Lösungsansatz:

ADS1247 von TI:

Example Temperature Measurement Applications Using
the ADS1247 and ADS1248

SBAA180B–January 2011–Revised May 2016

von blubb (Gast)


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Um was für einen Trafo handelt es sich eigentlich?
Ist das ein 50Hz oder dann doch eher ein SNT-Trafo in dem es dann 
höherfrequent zugeht?

von Harald W. (wilhelms)


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Olli H. schrieb:

> Die Ströme im Trafo bei
> Betrieb stören die Temperatur-Messung leider derart, dass selbst eine
> gut verlegte, geschirmte, verdrillte Doppelader-Leitung, deren Schirm
> einseitig aufgelegt war, unbrauchbar ist.

Irgendwie scheinst Du Dein Problem falsch anzugehen. Die
Störspannungsfrequenzen und die Nutzfrequenz liegen bei
Temperaturmessungen derart weit auseinander, das man die
Störspannungsfrequenz problemlos ausfiltern kann. Das
Messveerfahren spielt dabei überhaupt keine Rolle.

von Harald W. (wilhelms)


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Olli H. schrieb:

> Die Ströme im Trafo bei
> Betrieb stören die Temperatur-Messung leider derart, dass selbst eine
> gut verlegte, geschirmte, verdrillte Doppelader-Leitung, deren Schirm
> einseitig aufgelegt war, unbrauchbar ist.

Irgendwie scheinst Du Dein Problem falsch anzugehen. Die
Störspannungsfrequenzen und die Nutzfrequenz liegen bei
Temperaturmessungen derart weit auseinander, das man die
Störspannungsfrequenz problemlos ausfiltern kann. Das
Messverfahren spielt dabei überhaupt keine Rolle.

von Weinbauer (Gast)


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Ein Bild von dem Aufbau währe evtl aufschlussreich, dadmit man sieht was 
an Platz und Anordnung gegeben ist

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