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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Schnell und präzise mit 10K NTC - OP-Amp + AD-Wandler


Autor: Kaufpark (Gast)
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Hallo Forengemeinde,

eins vorweg, ich bin im Bereich "Berechnung von Schaltungen" annähernd 
planlos und suche deswegen hier Hilfe.

Ich benötige eine Schaltung für NTCs (10K Ohm, SMD 0201).
Ich habe geringe Temperaturänderungen von etwa 0,5 Kelvin innerhalb von 
0,05 ... 0,1 Sekunde. Diese Temperaturänderungen tauchen mit einem 
Abstand von etwa 30 Sekunden auf. Das ganze ist innerhalb einer 
Mikrofluidik, deswegen auch die SMD NTC der Baugröße 0201.


Mein bevorzugter Aufbau wäre:

NTC --> OP-Amp --> ADC --> Arduino --> Datenübertragung per Serial an PC



Ich hatte noch die Idee zwei NTCs zum messen zu nutzen. Dazu würde ich 
an jeden Eingang des OP-Amp je einen NTC mit einem weiteren 
(Präzisions?-)Widerstand als Spannungsteiler hängen. Der eine NTC wäre 
dann am Spannungsteiler gegen GND und der andere NTC gegen Vcc 
geschalten. Dadurch verspreche ich mir sozusagen eine Verdoppelung der 
Empfindlichkeit (ich hoffe "Empfindlichkeit" ist hier der korrekte 
Fachbegriff).

Ich brauche außerdem eine Temperaturauflösung von rund 0.01 Kelvin. Von 
daher wird der 10 Bit ADC im Arduino evtl auch nicht der richtige sein?


Danke für Eure Tipps und Eure Hilfe

Kaufpark

Autor: Christian K. (Gast)
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Einzelstück oder Serie?

welchen Temperaturbereich willst Du abdecken. Auflösung ist bei 
entsprechendem Gain nicht das Problem. Wieviele Counts des A/D Wandlers 
benötigst Du? Bei 10bit sinds 1024. Mit 0.1 Grad/LSB sinds dann 100 Grad 
max Temperaturbereich. Die NTC sind zudem stark nichtlinear, daher wird 
der Bereich eh kleiner. Für ein Einzelstück würde ich den Offset mit 
einem 10 Gang Spindeltrimmer einstellen. Den über die A/D Wandler 
Referenz, dann ist der schon mal ratiometrisch und Du kannst den Tempco 
vernachlässigen. Den NTC dann in Serie zu einem Metallfilm Widerstand. 
Das ganze ist am Ende eine Brücke und ratiometrisch. Als Opamp einer der 
Ausgangs rail-to-rail kann. z.B. LTC2057.

Ist eigentlich eine einfache Aufgabe. Simulier die Schaltung mal in 
LTSpice, dann siehst Du schnell, wo die Grenzen sind.

Autor: MaWin (Gast)
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Kaufpark schrieb:
> daher wird der 10 Bit ADC im Arduino evtl auch nicht der richtige sein

Du brauchst nur eine Auflösung von 50, da reicht der locker.

Bessere uC hätten schon einen Verstärker vorgeschaltet.

Der NTC wird seinen Wert bei
 0.5K Tempänderung nur um 2% ändern, eine Verstärkung um 100 wäre also 
möglich.

Die Toleranz des NTC wird erhrblich sein, deutlich grösser als 0.05K, dj 
musst also kalibrieren. Kannst du das so genau ?

Zur Messung ohne Kalibrierung/Anpassung an den Sensor eignen sich Pt100 
besser, die sind austauschbar und in hoher Absolutpräzision zu bekommen.

Autor: hinz (Gast)
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MaWin schrieb:
> Die Toleranz des NTC wird erhrblich sein, deutlich grösser als 0.05K, dj
> musst also kalibrieren. Kannst du das so genau ?

https://de.wikipedia.org/wiki/Beckmann-Thermometer

Autor: Rocco L. (kaufparkangucker)
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@ Chris: Danke für die relevanten Fachbegriffe.
Das ganze ist zum Glück ein Einzelstück. Ich bin kein Elektroniker und 
würde sicher in 14 Tage graue Haare bekommen müsste ich das alles öfters 
machen :o). Von daher bitte ich um Geduld und Nachsicht.

Rail-to-Rail macht Sinn um den kompletten Spannungsbereich des Arduino 
oder besser einer präzisen Referenzspannungsquelle (aber welche?) 
abzudecken.
Bei der Frage nach den Counts bin ich nicht ganz sicher. Je nach Bitzahl 
des Wandlers berechnet sich doch die Auflösung zu:

Auflösung = Referenzspannung / 2^n-1
Ich geh mal von den 3.3V des Arduino aus, denke aber das mir das nichts 
nützt weil das evtl. viel zu sehr rauscht?!

Die Auflösung ist dann:
3,22     mV    bei 10 Bit
0,81     mV    bei 12 Bit
0,05     mV    bei 16 Bit
0,000197 mV    bei 24 Bit (da möchte aber nichts rauschen)

Der Interessante Temperaturbereich liegt zwischen 15 und 85 °C, ich muss 
also 60 Kelvin abdecken. Das Experiment läuft so ab, dass ich eine 
Temperatur von z.B. 30.00 °C in einem Wasserbad einstelle und meine 
Mikrofluidik darin versenke und nach einem Tag Temperaturanpassung 
passiert das eigentliche Experiment. In der Mikrofluidik gibt es dann 
den kurzen Temperatursprung von +- 0,1 ... 0,5 °C innerhalb von 0,1 
Sekunde den ich mit den NTC aufzeichnen will.

So weit so grob...

Der NTC wird mit einem weiteren Widerstand in Serie geschalten und der 
so gebildete Spannungsteiler wird ausgelesen (oder habe ich Dich falsch 
verstanden). Ich würde einen 10k Widerstand nehmen. Also genau genommen 
nehme ich den von Dir vorgeschlagenen Spindeltrimmer den ich am 
LCR-Meter auf 10,00 k Ohm einstelle (Bin gespannt ob das so genau geht).

Jetzt kann ich die Spannung am Spannungsteiler berechnen:
V = R_NTC / (R_NTC + 10K) * 3.3V
Damit kann man beide Gleichungen kombinieren und erhält so den ADC-Wert:
ADC= R_NTC / (R_NTC + 10K) * 2^n -1

Als Thermistoren werde ich Panasonic ERTJZEG103FA NTC Thermistor, 10kΩ, 
33mW, 0.6 x 0.3 x 0.3mm 0201, Toleranz ±1% nehmen.

Bestimmen will ich wirklich erst mal nur die ADC-Werte. Die Temperaturen 
berechne ich später am PC. Da habe ich dann alle Zeit der Welt den 
Ergebnissen mit angepassten Fitfunktionen zu leibe zurücken.

Dazu kann man übrigens diese Seite wunderbar nutzen um die Koeffizienten 
für die Temperaturberechnung zu bestimmen: 
http://www.thinksrs.com/downloads/programs/Therm%2...

Ich habe folgende Werte aus dem Datenblatt eingesetzt:
http://docs-europe.electrocomponents.com/webdocs/1...


R in Ohm und T in °C:

R1  18060       T1 10
R2  10000       T2 25
R3  2233        T3 70


Ok, dann mal schauen was am ADC ankommt wenn sich die Temperatur um 0.1 
°C ändert. In meinem Fall also von 30,0 auf 30,1 °C:

Laut dem Steinhart-Modell sollte der NTC bei 30 °C einen Widerstand von 
8306.97 Ohm besitzen und bei 30.1 °C beträgt der Widerstand 8276.67 Ohm.
Bei 30,01 °C beträgt der Widerstand übrigens 8303.93 Ohm

Bei 30 °C liefert der Spannungsteiler nach obiger Formel 1,4974079 V.
Bei 30,1 °C liefert der Spannungsteiler 1.4944194 V.
Bei 30,01 °C liefert er 1,497108 V.
Die vielen Nachkommastellen habe ich nur mal hingeschrieben damit (mir) 
klar wird wie gut man die Spannung eigentlich auflösen muss.


Noch fix die zu erwartenden ADC Werte nach obiger Formel dazu:

ADC-Auflösung (Bit)       30 °C       30,1 °C      30,01 °C

10                         464         463           464
12                        1858        1854          1857
16                       29737       29677         29731

Ok, ohne OP-Amp brauche ich, wenn ich 0,01 °C Temperaturänderung noch 
brauchbar verfolgen will wenigstens einen 12, besser aber 16 Bit ADC.

Mit OP-AMP und Verstärkungsfaktor 100 sieht die Sache natürlich gleich 
anders aus. Da reichen dann auch 10 Bit.

Jetzt die Frage der Fragen: Lieber Op-Amp + 10 Bit ADC vom Arduino oder 
lieber auf Op-Amp verzichten und dafür einen 16 Bit ADC mit I2C? Oder 
alles noch ganz anders...

Die NTC kann ich im Labor kalibrieren. Wobei so ein Beckmann Thermometer 
eigentlich nach einer guten Anschaffung klingt.

Autor: still sabbering (Gast)
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Die Geschwindigkeit ist eine Frage der Masse des Sensors. Vielleicht
geht es ja mit einem 0201, Wie gross ist dessen Waermekapazitaet im
Vergleich zur Waermekapazitaet des umgebenden Mediums, wie gross ist der
Waermeuebergangswiderstand zwischen Sensor und Medium .. usw. Falls es
um Wasser als Medium geht, sollte die anliegende Spannung unterhalb der
Elektrolysespannung sein.
Ein NTC bringt zumindest hinreichend Spannungsaenderung gegen die
Temperatur. Um Stoereinfluesse zu minimieren, speist man einen
Spannungsteiler aus NTC und Festwiderstand mit der ADC Referenz. Die
maximale Empfindlichkeit erreicht man bei den Temperaturen, wo der
Festwiderstand gleich des NTC Widerstandes ist, kann also die maximale
Empfindlichkeit per Festwiderstand in den optimalen Temperaturbereich
verschieben. Bedeutet ein 10k NTC hat seine beste Empfindlichkeit um die
25 Grad zusammen mit einem 10k Festwiderstand. 16 Bit reichen fuer
Millikelvin.
Einen OpAmp zu verwenden ist unnoetig. Der NTC bringt hinreichend
Signal. Ich verwende jeweils AD7799, aber ein aehnlicher tut es auch.
Die Geschwindigkeit ist einstellbar. Um Temperaturschwankungen von 100ms
gut aufloesen zu koennen, sollte man mit 100Hz messen koennen. Das ist
gut moeglich.
Ich verwende denselben ADC auch um Thermoelemente zu messen. In diesem
Fall schaltet man den internen 128-fach Verstaerker zu, und verwendet
auch kleinere Bits. Thermoelemente sind in noch kleineren Ausfuehrungen
machbar wie NTC, waeren daher noch schneller, falls das ein Problem 
waere.

Autor: Peter D. (peda)
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still sabbering schrieb:
> Ich verwende jeweils AD7799

Ja, der ist leicht verwendbar. Man braucht nur einen einzigen 
Präzisionswiderstand, alle anderen Fehlerquellen kompensieren sich 
heraus.
Und mit 24Bit hat man auch reichlich Auflösung.

Autor: Boris O. (bohnsorg) Benutzerseite
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Den Operationsverstärker würde ich auch außen vor lassen. Da gibt es 
zuviel zu kompensieren, wenn es nicht gerade ein Präzisionstyp ist. Alle 
Bauteile ändern ihre Eigenschaften ja auch mit der Temperatur. Mehr 
Bauteile = höhere Fehlerrate.

Bzgl. der Wärmekapazitäten würde ich gern nochmal nachhaken. Der NTC 
überträgt seine Spannung ja nicht spukhaft, sondern ist an Drähten 
aufgehängt. Das hat außerdem Metall-Metall-Verbindungen zur Folge. So 
ganz verlustarm ist die Speisung auch nicht. Weißt du, wie groß der 
Fehler durch eingetragene Wärme und thermische Spannung (zwei 
Metalle+Temperaturunterschied) ist? Vielleicht ist der Sensor gar noch 
abgedichtet, mithin gibt es ein paar Wärmewiderstände usf.

Vielleicht gibt es den NTC auch bedrahtet, die Pillen sind ziemlich 
klein. Das spart die Pads. Ich erinnere mich dunkel (eine AppNote von 
Vishay?), bedrahtete NTCs haben eine geringere Trägheit als solche auf 
einem Substrat/ SMD.

Autor: Werner H. (werner45)
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Das Beckmannthermometer ist nur für die Messung von 
Temperatur-DIFFERENZEN geeignet! Man muß den Meßbereich von 5 oder 10 ° 
vorher im oberen Reservoir einstellen - und das kann mehr als 15 min 
dauern, je nach glücklicher Hand. Anleitung gibts im Netz.
Die Meßblase enthält etwa 50 g Quecksilber, das benötigt Zeit für die 
Temperaturkonstanz, also für schnelle Änderungen ungeeignet. eine 
Fadenkorretur muß meist angewendet werden.
Das Thermometer ist außerdem im Laborfachhandel nurmehr selten zu 
bekommen,  150 € reichen da nicht.

Es gibt aber immer noch Quecksilberthermometer mit 1/10 Grad Teilung 
(oder besser), die sind billiger. Sie zeigen die absolute Temperatur 
genau an, wenn man rechnerisch eine Fadenkorrektur anwendet.
Ist genauer als ein Platinthermometer unbekannter Klasse und braucht 
außer einem Maßstab für die Fadenkorrektur keine weiteren Geräte oder 
Strom.

Platinthermometer kann man übrigens auch ohne passende Anzeige 
verwenden, wenn man den Widerstand mit einem besseren DVM mißt und die 
Temperatur in der Tabelle nachschlägt.

Gruß   -   Werner

P.S.: Ich mußte mal Molgewichte damit kryoskopisch bestimmen, das war 
ein saulangweiliger Job...

Autor: Michael B. (laberkopp)
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Boris O. schrieb:
> Den Operationsverstärker würde ich auch außen vor lassen. Da gibt es
> zuviel zu kompensieren, wenn es nicht gerade ein Präzisionstyp ist.

?!?

Natürlich wird man bei einer gewünschten Auflösung von 3mV einen 
Präzisionstyp verwenden, ein LT1013 reicht schon, MCP6V11 ist selbst bei 
Reichelt billig.

Aber "kompensieren" muss man da nicht, Thermospannungen sind weit genug 
weg, eine Verstärkung von ca. 100 ist beherrschbar, und man misst 
ratiometisch.

Man muss halt etwas Analogelektronik kennen und nicht bloss 
Programmierer sein.

Autor: Arc N. (arc)
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Rocco L. schrieb:
> Der Interessante Temperaturbereich liegt zwischen 15 und 85 °C, ich muss
> also 60 Kelvin abdecken. Das Experiment läuft so ab, dass ich eine
> Temperatur von z.B. 30.00 °C in einem Wasserbad einstelle und meine
> Mikrofluidik darin versenke und nach einem Tag Temperaturanpassung
> passiert das eigentliche Experiment. In der Mikrofluidik gibt es dann
> den kurzen Temperatursprung von +- 0,1 ... 0,5 °C innerhalb von 0,1
> Sekunde den ich mit den NTC aufzeichnen will.
> ...
> Ok, ohne OP-Amp brauche ich, wenn ich 0,01 °C Temperaturänderung noch
> brauchbar verfolgen will wenigstens einen 12, besser aber 16 Bit ADC.
>
> Mit OP-AMP und Verstärkungsfaktor 100 sieht die Sache natürlich gleich
> anders aus. Da reichen dann auch 10 Bit.
> ...

Nicht ganz... (85 °C - 15 °C) / 0.01 °C = 7000 ~ 12.7 Bits
Anforderungen wären damit an den ADC: Auflösung >= 13 Bit bei mindestens 
20 Samples pro Sekunde (0.1 Sekunde, etwas Shannon, besser wären 50 SPS 
oder 100 SPS)

still sabbering schrieb:
> 16 Bit reichen fuer
> Millikelvin.

Auch hier nur fast ;) (85 °C - 15 °C) / 0.001 °C = 70000

> Einen OpAmp zu verwenden ist unnoetig. Der NTC bringt hinreichend
> Signal. Ich verwende jeweils AD7799, aber ein aehnlicher tut es auch.
> Die Geschwindigkeit ist einstellbar. Um Temperaturschwankungen von 100ms
> gut aufloesen zu koennen, sollte man mit 100Hz messen koennen. Das ist
> gut moeglich.

Als Schaltung würde ich sowas machen
VREF -> RTop = 27k -> (V+) RTherm (V-) -> RBottom = RTop -> GND
V+ und V- liegen dann ganz grob bei Vref/2

Ausgangsspannung liegt mit VRef = 2.5 V zwischen V+ und V- gemessen grob 
zw. 65 mV und 538 mV -> Verstärkung = 4 -> 10 mK entsprechen dann etwa 
17 uV (85 °C) bzw. 168 uV (15 °C). Strom durch den NTC etwa 46 uA.
Jetzt könnte man noch div. Kombination von RTop und Verstärkung 
durchrechnen, ob da noch was besseres möglich ist (und nicht zu viel 
Strom durch den NTC fließt).
Der AD7799 rauscht bei 125 Hz und Gain = 4 mit 1.356 uVRMS oder knapp 9 
uVpeak-peak reicht also (AD7798 ebenso)

Autor: Anja (Gast)
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Arc N. schrieb:
> Nicht ganz... (85 °C - 15 °C) / 0.01 °C = 7000 ~ 12.7 Bits

Reicht trotzdem nicht für einen einfachen Spannungsteiler.
Ich rechne so:
Mit 10 Bit ADC habe ich im Mittel über einen 30 Grad Messbereich bei 
optimerter Auslegung (Vorwiderstand an VREF) ca 0.1 Grad Auflösung.
(in der Mitte sind es 13 counts / Grad, an den Rändern ca 8 counts / 
Grad).
Wenn ich eine Gerade mittels Ausgleichsfunktion durchlege habe ich ca 
0.3 Grad Nichtlinearität.
Es wird für den 30 Grad Messbereich ca 1/3 des ADC-Bereichs aktiv 
genutzt.
-> mindestens 14 Bit für 0.01 Grad Auflösung bei 30 Grad Messbereich.
Bei größerem Messbereich ist die Empfindlichkeit an den Rändern 
geringer.

Gut bei der Brückenschaltung gewinnt man 1 Bit an Auflösung

Bei 70 Grad Meßbereich wird das ganze stark nichtlinear.
-> entweder mehrere Messbereiche verwenden oder entsprechend höhere 
Auflösung.

still sabbering schrieb:
> Bedeutet ein 10k NTC hat seine beste Empfindlichkeit um die
> 25 Grad zusammen mit einem 10k Festwiderstand.
Stimmt nicht ganz.
Wenn man genau rechnet muß man das geometrische Mittel von minimalem und 
maximalem Widerstand an den Bereichsgrenzen bilden.
(also Wurzel von Rmin x Rmax)
Wenn ich mit einem 33K NTC von 10-40 Grad messen will ergeben sich nicht 
33K sondern 27K als optimaler Spannungsteilerwiderstand.

Die Selbsterwärmung des Sensors solltest Du auch betrachten, 
insbesonders wenn das Fluid unterschiedliche Strömungsgeschwindigkeiten 
hat.
Bei 3.3V, 10K Vorwiderstand und 1mW/K (lt. Datenblatt) ergibt sich eine 
Selbsterwärmung bis zu 0.3 Grad auf Leiterplatte.
Eventuell ist ein höherohmiger Wert + dann notwendiger Pufferverstärker 
der bessere Weg.

Gruß Anja

Autor: MaWin (Gast)
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Arc N. schrieb:
> Nicht ganz... (85 °C - 15 °C) / 0.01 °C = 7000 ~ 12.7 Bits
> Anforderungen wären damit an den ADC: Auflösung >= 13 Bit bei mindestens
> 20 Samples

Er muss doch nicht 15-85 messen, sondefn nur 1.
Er will doch 2 NTC einsetzen. Einer misst die Temperatur drumrum, der 
andere die am Experiment.
Da muss er nur Differenzen betrachten und verstärken, das macht ein 
OpAmp doch sehr gut:
 +----+------+-------+-- +5V
 |    |      |       |
NTC  NTC     |     +----
 |    |      |     |ARef
 +----(-----|+\    |
 |    |     |  >-+-|A/D
 |    +-----|-/  | !
 |    |      |   | |
 |    +--1M--(---+ |
 |    |      |     +----
10k  10k     |        |
 |    |      |        |
 +----+------+--------+-- GND

Autor: Anja (Gast)
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MaWin schrieb:
> Er will doch 2 NTC einsetzen. Einer misst die Temperatur drumrum, der
> andere die am Experiment.

habe ich anders verstanden:
der eine NTC als pull up der andere als pull down um die Empfindlicheit 
zu erhöhen.

Gruß Anja

Autor: georg (Gast)
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Anja schrieb:
> der eine NTC als pull up der andere als pull down um die Empfindlicheit
> zu erhöhen.

Dann wird das Signal gerade doppelt so gross, also 1 Bit - das lohnt den 
Aufwand nicht. Dazu ist die Frage, ob beide NTCs auch auf gleicher 
Temperatur sind, bei einer gewünschten Messung von 1/100 Kelvin ist das 
kaum zu machen. Da erhebt sich schon die Frage nach dem 
Temperaturgradienten innerhalb eines NTC.

Georg

Autor: Klaus R. (klara)
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Hallo,
kann man mit NTCs überhaupt präzise messen?
Ich selber würde da einen PT1000 vorziehen.
https://www.heraeus.com/de/group/products_and_solu...
mfg klaus

Autor: MaWin (Gast)
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Klaus R. schrieb:
> kann man mit NTCs überhaupt präzise messen

Doch, schon, siehe Fieberthermometer, dank steiler Kennlinie sogar 
genauer als mit Pt100 schon rein von der Physik her, aber jeder NTC muss 
einzeln kalibriert werden.
Absolut genaue NTC sind mit nichg bekannt (jenseits 1%).

Autor: hinz (Gast)
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MaWin schrieb:
> Absolut genaue NTC sind mit nichg bekannt (jenseits 1%).

Dann schau mal bei Variohm, 0,05% sind vollkommen normal.

Autor: still sabbering (Gast)
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Und was soll's ? Wenn man dynamische Vorgaenge messen will, genuegen 
relative Temperaturen, relativ zu vor 1..10 sekunden. Mehr ist nicht 
gewuenscht. Und bringt auch nichts.

Autor: Harald W. (wilhelms)
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MaWin schrieb:

> aber jeder NTC muss einzeln kalibriert werden.

Solche, anscheinend vorkalibrierte NTCs kann man aber fertig kaufen.

Autor: Helmut S. (helmuts)
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Harald W. schrieb:
> MaWin schrieb:
>
>> aber jeder NTC muss einzeln kalibriert werden.
>
> Solche, anscheinend vorkalibrierte NTCs kann man aber fertig kaufen.

Aber eher nicht mit der Bauform 0201. Je kleiner die Bauform um so 
größer die Toleranz. Ein Link auf das Datenblatt dieses 10kOhm 0201 
NTC-Widerstandes wäre mal interessant.

Die besonders genau spezifizierten und langzeitstabilen NTC-Widerstände 
sind eher in verglasten Perlen.
https://media.digikey.com/pdf/Data%20Sheets/Measur...

: Bearbeitet durch User
Autor: Lurchi (Gast)
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Über einen 60 K Bereich sind die NTCs schon deutlich nichtlinear. Da 
braucht man also wohl mehr als die oben berechneten 12,x Bits.

PT1000 oder ähnlich haben einen kleineren Temperatureffekt und haben 
eher mehr Selbsterwämung als kleine NTCs. Entsprechend kenne ich auch 
keine PT1000 kleiner als 0603 Bauform. Eine sich ändernde Strömung und 
Eigenerwärmung würden auch schon einiges an Effekt machen.

Ein Auflösung im Bereich 0.01 K mit Thermoelementen ist schon sportlich, 
aber nicht ganz unmöglich. Wenn die Flüssigkeit Isolierend ist, wäre das 
ggf. eine echte Option. Zumindest hat man mit dem Thermoelement die 
Möglichkeit sehr klein zu werden und die Eigenerwärmung ist i.A. zu 
vernachlässigen.

Autor: Michael B. (laberkopp)
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Lurchi schrieb:
> Ein Auflösung im Bereich 0.01 K mit Thermoelementen ist schon sportlich

Ich tippe auf Nanovolt.

Die besten OpAmps haben Offsetspannungen und -drifts im 
Mikrovoltbereich.

Und er will schnelle Reaktion, nicht mal langfristige Filterung hilft 
dort also um Rauschen von Messwert zu trennen. Geschweige denn 
Einstreung der uns allumgebenden 50Hz.

Autor: Ulf (Gast)
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Ich will euch ja nicht den Spass verderben, aber ich würd mir ja mal 
Gedanken darum machen: Da soll eine Elektronik in Wasser getaucht werden 
und da einen Tag drin stehen.

Allein die Kriechströme durch eindiffundiertes oder kondensierendes 
Wasser dürften die Messung eine oder zwei Größenordungen über der 
gewünschten Auflösung stören.

Autor: Lurchi (Gast)
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Die 0.01 K sind lediglich die gewünschte Auflösung - als Genauigkeit 
erreicht man dass nicht mit Thermoelementen. Mit den üblichen Type K 
sind das etwa 0.4 µV = 400 nV, die man auflöse will. Mit einigermaßen 
Rauscharmen Verstärkern liegt man bei etwa 10 nV/Sqrt(Hz) - d.h. man 
könnte ca. 1.6 kHz an Bandbreite erreichen. Viel schneller durften auch 
die kleine Thermoelemente kaum werden.

Der Kontakt mit der Flüssigkeit kann ein Problem sein, wenn die 
Leitfähig ist, es könnte aber auch was isolierendes wie Öl sein, ggf. 
auch Gas.

Mit einem kleinen PT1000 und entsprechend wenig Strom (z.B. 100 µA), um 
die Eigenerwärmung klein zu halten, sind die Spannungen auch nicht 
größer, ab etwa 15 µA sogar kleiner. Für eine Nutzbandbreite im kHz 
Bereich wird es mit AC Anregung auch nicht einfach.

Beim NTC wird es etwas besser, weil die Änderung im Widerstand größer 
wird. Wenn man den Strom nicht an die Temperatur anpasst bekommt man 
aber ggf. bei niedriger Temperatur zu viel Eigenerwärmung und bei hoher 
Temperatur nicht mehr viel Auflösung, weil die Leistung zu klein wird. 
Der Verstärker muss auch ein Kompromiss sein d.h. nur am eher 
schwierigen Ende gut.

Autor: Arc N. (arc)
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Michael B. schrieb:
> Lurchi schrieb:
>> Ein Auflösung im Bereich 0.01 K mit Thermoelementen ist schon sportlich
>
> Ich tippe auf Nanovolt.

Grob liegt die EMF bei den Temperaturen zw. 20 uV/K und 40 uV/K (K, T, 
N). Bei den Thermoelementen aus Edelmetallen (R und S) allerdings nur 
bei ~5 uV/K. Umgerechnet etwa 50 nV/10 mK (Typ R und S) bis 400 nV/10 
mK.
Falls sie ohne Mantel (mit Mantel geht's runter bis 80 um 
Außendurchmesser, PT100 bis 500 um Außendurchmesser) eingesetzt werden 
sollen, müsste man sich genauer ansehen was das für Flüssigkeiten sind.

> Die besten OpAmps haben Offsetspannungen

Interessiert eher nicht, da kalibriert werden muss (es gibt keinen 
Hersteller von Thermoelementen, der diese Genauigkeiten spezifizieren 
würde, erst recht nicht über längere Zeiträume so wie es bei PTx üblich 
ist).

> und -drifts im Mikrovoltbereich.

Aktuelle Chopper-Verstärker (bspw. OPA189, LTC2057, ADA4528) liegen bei 
der Drift im Bereich 2 nV/°C typ. bis 15 nV/°C max.
Zudem lassen sich diese beiden Fehler mit passender Messung rausrechnen.

Spannend wird's allerdings dennoch, zumindest wenn nicht nur solche 
Auflösungen gebraucht werden, sondern die Genauigkeit ebenso in dem 
Bereich liegen soll (Thermoelement + Messung (insb. Spannungsreferenz) + 
Kaltstellensensor + Messung). Die standardisierten inversen Funktionen 
lassen sich dann auch nicht mehr verwenden, da diese je nach 
Temperaturbereich und Typ zu Fehlern zw. +-0.2 mK bis +-60 mK führen 
(siehe https://srdata.nist.gov/its90/main/).
Passende ADCs können das dennoch fast direkt: ADS1262 bei max. interner 
Verstärkung (32) und 10 Hz: 13 nV RMS Rauschen (65 nV p-p), bei 100 Hz 
116 nV RMS (843 nV p-p) oder AD7124-4 (Verstärkung 128) 25 nV RMS bei 10 
Hz und 98 nV RMS bei 160 Hz


> Und er will schnelle Reaktion, nicht mal langfristige Filterung hilft
> dort also um Rauschen von Messwert zu trennen. Geschweige denn
> Einstreung der uns allumgebenden 50Hz.

Differentielle Messung, geschirmte Thermoelemente (s.o.), passender 
Messaufbau

Autor: Arc N. (arc)
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Kleiner Nachtrag: PTs gibt's noch etwas kleiner als oben geschrieben.
http://netsushin.co.jp/en/product8.html
0.4 mm Durchmesser, Länge 0.5 mm, Vierleiter, drahtgewickelt, allerdings 
PT10 und damit bei Nennstrom (1 mA) grob 385 nV/10mK

Autor: kaufpark (Gast)
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Ein Haufen nützliche Informationen sind zusammengekommen - dafür Danke!

Messen will ich tatsächlich in Silikon-Öl. Damit ist die Elektrolyse 
bzw. Driftströme vom Tisch.

Absolute Genauigkeit ist bei den Messungen nicht gefragt. Mir reicht es 
wenn ich erst mal überhaupt "sehe", dass sich die Temperatur ändert. Im 
zweiten Schritt wäre es natürlich wichtig zu wissen um wie viel sich die 
Temperatur ändert (relive Genauigkeit ist also irgendwie wichtig). Dazu 
wären ein paar Messpunkte innerhalb der 100 ms günstig, so dass ich, 
mittels Fitfunktion, das Maximum abschätzen kann.

Rum liegen habe ich hier ADS1115 ADC's von TI.
http://www.ti.com/lit/ds/symlink/ads1115.pdf

Das Rauschverhalten ist im Datasheet auf S.13 beschrieben.
Ich blicke da leider nicht durch - daher die Frage ob der für meine NTC 
Messungen geeignet wäre?



Hier nochmal das Blatt zum ADS1262:
http://www.ti.com/lit/ds/symlink/ads1262.pdf

@ Arc Net: wie kommt man auf "ADS1262 bei max. interner
Verstärkung (32) und 10 Hz: 13 nV RMS Rauschen (65 nV p-p), bei 100 Hz
116 nV RMS (843 nV p-p)" - Danke!

Autor: Jetzt ist G. (hacky)
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Kapitel 8.8, seite 26 des Datenblattes

Autor: A. B. (branadic)
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Hi,

ich habe bei mir auf dem Bürotisch einen Aufbau mit 2x NTC 1k in 0402, 
die ich mit 97,7Hz auslese sowie Einzeltemperaturen und 
Temperaturdifferenzen detektierten kann. Wenn Interesse an einem 
Austausch besteht, dann schreib mich gerne an.

-branadic-

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