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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Unerwartete Drifts/ratiometrische Messung bei Temperaturänderung


Autor: Joe J. (j_955)
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Hallo!

Nachdem ich meine Schaltung für die Temperaturerfassung aufgebaut habe, 
habe ich nun Schwierigkeiten, mit denen ich so nicht gerechnet habe.

Es handelt sich um eine ratiometrische Schaltung(Spannungsteiler) für 
die Temperaturmessung. Sprich Vref für den ADC wird am 
Referenzwiderstand abgegriffen und eben noch der PTC - fertig ist der 
Spannungsteiler. Mit Hilfe von einer Konstantstromquelle wird der 
Spannungsteiler gespeist. Verwendeter ADC ist ein Delta/Sigma Wandler.

Ich geh vor wie folgt:
*2 Referenzwiderstände verwenden für die Linearisierung(grob) und 
Eliminierung der Drifts(Temperatur/Verstärkungsfehler) sowie Offset und 
Verstärkungsfehler an sich - ADC. Werden zyklisch mitgemessen(also 
folglich mind. 3 Kanäle zum Messen)
*ratiometrischer Aufbau - wie beschrieben für die Eliminierung des 
Offsets/Drifts/Verstärkungsfehlers - Stromquelle
*Berechnung der Korrekturgerade aus den zwei 
Messpunkten(refernzwiderstände)
*Korrektur der Messwerte am Messkanal

Im Prinzip komme ich mit der Genauigkeit ziemlich gut hin, Messwerte 
nahezu deckungsgleich mit den Berechnungen/Fehlerrechnung.

Allerdings habe ich seltsame Drifts bei Änderungen der 
Umgebungstemperatur(-20°C bis 60°C). Das sollte ddie Elektronik also 
können.

Was mich noch stutzig macht, ist die Tendenz - die Richtung also, in die 
die Werte driften. Hier stehe ich auf dem Schlauch.

Wenn die Umgebungstemperatur in die Minusgrade geht habe ich einen 
positiven Offset(T<20°C). Bei  T>20°C einen negativen.

Der einzige Einfluss sollte theroretisch der Drift der 
Korrekturwiderstände sein, die sich auf dem Board befinden sowie vom 
Referenzwiderstand(Uref/ADC) selbst.

Allerdings kann ich hier rechnerisch kompensieren wie ich will, der 
beobachtete Effekt bleibt.

Vll. hat noch jmd. eine gute Idee.

Thx/Schönes WE!
Jo

: Verschoben durch Moderator
Autor: Gähn (Gast)
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Welch wunderschöne Prosa :)

Autor: Jojo (Gast)
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Sehr schön, welch ein sinnloser Beitrag:)

Autor: Wolfgang (Gast)
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Joe J. schrieb:
> Vll. hat noch jmd. eine gute Idee.

1. Schaltplan zeigen
2. Messkurven zeigen

Autor: Apollo M. (Firma: @home) (majortom)
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Gähn schrieb:
> Welch wunderschöne Prosa :)

neee, nicht mal das, sondern nur rumgelaber.


Joe J. schrieb:
> Verwendeter ADC ist ein Delta/Sigma Wandler.
> Vll. hat noch jmd. eine gute Idee.

ja, mich interessiert noch das muster der tapete, weil könnte vielleicht 
einen einfluss haben. man weiss ja nie, besser ist besser ...


mt

Autor: Axel S. (a-za-z0-9)
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Joe J. schrieb:
> Es handelt sich um eine ratiometrische Schaltung(Spannungsteiler) für
> die Temperaturmessung. Sprich Vref für den ADC wird am
> Referenzwiderstand abgegriffen und eben noch der PTC - fertig ist der
> Spannungsteiler. Mit Hilfe von einer Konstantstromquelle wird der
> Spannungsteiler gespeist.

Deine Beschreibung ist unklar. Ein Schaltplan wäre das Mittel der Wahl 
gewesen. Aber es liest sich nicht wie ratiometrisch. Denn da braucht man 
u.a. keine Konstantstromquelle.


> Allerdings habe ich seltsame Drifts bei Änderungen der
> Umgebungstemperatur(-20°C bis 60°C).

Ich habe keine Ahnung, was du hier sagen willst. Drift - also die 
Veränderung elektrischer Parameter - mit der Temperatur ist bei einer 
Schaltung zur Messung der Temperatur doch gerade notwendig.


> Vll. hat noch jmd. eine gute Idee.

Aber hallo! Du könntest die Schaltung zeigen. Und die Meßwerte. Und 
sagen, was daran anders ist, als von dir erwartet.

Autor: Michael B. (laberkopp)
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Joe J. schrieb:
> Der einzige Einfluss sollte theroretisch der Drift der
> Korrekturwiderstände sein, die sich auf dem Board befinden sowie vom
> Referenzwiderstand(Uref/ADC) selbst.

Ich verstehe nicht, welche Korrekturwuderstände.

Die übliche hochauflösende Vergleichmessung wäre (8 ist Stromquelle, 
muss nicht so konstant sein):

<pre>
 +5V     +5V
  |       |
  8   +-------+
  |   |       |
  | +-|CH1+   |
  |/  |       |
 138R |       |
  |\  |       |
  | +-|CH1-   |
  |   |       |
  | +-|CH2+   |
  |/  |       |
 100R |       |
  |\  |       |
  | +-|CH2-   |
  |   |       |
  | +-|CH3+   |
  |/  |       |
Pt100 |       |
  |\  |       |
  | +-|CH3-   |
  |   +-------+
  |       |
 GND     GND
</pre>
Wo hast du da noch Widerstände ? Und warum Konstantstrom, 4k7 täten es 
auch. Hauptsache kurzzeitstabil.

Autor: King of Pt-100 circuits (Gast)
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1. Anforderungen und Erwartungen klar benennen. Geht's um 0,1 mK? Oder 
um 10 K? Langzeitstabil? Was für ein Sensor? PTC sagt gar nichts.

2. Schaltplan zeigen. Wesentliche Bauteile im Klartext.

3. Messergebnisse klar darstellen

Autor: Forist (Gast)
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Michael B. schrieb:
> <pre>
> ...
> </pre>

Probiere es mal mit eckigen Klammern.

p.s.
Ist dir die "Vorschau"-Taste unterhalb des Eingabefensters schon 
aufgefallen?

Autor: Joachim B. (jar)
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Joe J. schrieb:
> Allerdings habe ich seltsame Drifts bei Änderungen der
> Umgebungstemperatur(-20°C bis 60°C). Das sollte ddie Elektronik also
> können.

wäre es nicht einfacher deine ganze Schaltung auf +60°C zu halten, ein 
paar Leistungswiderstände ein Regler und das gut isolieren.

Die thermische Stabilität ist ja nicht sehr schnell und sollte gut 
funktioniern.

Autor: Wolfgang (Gast)
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Joachim B. schrieb:
> wäre es nicht einfacher deine ganze Schaltung auf +60°C zu halten, ein
> paar Leistungswiderstände ein Regler und das gut isolieren.

Erstmal wäre es vielleicht angezeigt, sich über die Gründe für die 
"Drift" klar zu werden. Bei einem Thermometer ist es normalerweise nicht 
ungewöhnlich, dass der Ausgangswert von der Temperatur abhängt.

Autor: Joe J. (j_955)
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Guten Morgen,

vielen  Dank nochmals für Eure Beiträge und vor allem Eure Zeit. Das 
Detail mit der Darstellung habe ich übersehen, ich möchte es Euch 
natürlich so einfach wie möglich machen und hole es deshalb jetzt nach.

Erstmal die Schaltung...

Autor: Joe J. (j_955)
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Und nun zur Darstellung der Ergebnisse(Beispielhaft).


Messen möchte ich ziemlich genau, mit 18-Bit. Das funzt auch ganz gut 
mit verschiedenenn Massnahmen. Ich möchte hier keinen Glaubenskrieg mit 
dieser Behauptung auslösen. Wichtig zu wissen wäre hier nur, dass der 
Drift bis zu 60 Counts und mehr betragen kann. Umgerechnet also Bereich 
von etwa +/- 0,6°C liegt.

Man sieht deutlich, dass die Messwerte größer werden, wenn die 
Ambiente-Temperatur runter geht(nicht nachvollziehbar) und runter gehen 
im Falle, dass die Ambiente Temperatur steigt.

Das Verhalten ist mir nicht ganz klar. Ich hätte erwartet, dass 
Temperaturdrifts zumindest in die andere Richtung wirken.

Temperaturabhängigkeit dürfte es in meinen Augen nur bei den 
Referenzwiderständen geben, die zyklisch mitgemessen werden, siehe auch 
Beschreibung eingangs zum Post.


Viele Grüße und einen guten Start in die Woche!

: Bearbeitet durch User
Autor: Joachim B. (jar)
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Joachim B. schrieb:
> deine ganze Schaltung auf +60°C zu halten

halte ich umso mehr geboten wenn du folgendes willst:

Joe J. schrieb:
> Messen möchte ich ziemlich genau, mit 18-Bit

ich finde ja 16-bit schon als Harausforderung, aber 18-bit ohne stabile 
Temperaturverhältnisse?

Autor: Joe J. (j_955)
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Danke für Deine Antwort. Imho sollte doch über den Referenzwiderstand 
Rvref für die Erzeugung von Vref und die Referenzwiderstände Rref1+2 die 
Thematik in den Griff zu kriegen sein - soweit die Theorie.

1) Temperaturdrifts - Stromquelle-> Da Verhältnismessung(Vref 
ADC/Vollauschlag) wandert auch die Versorgungsspannung des ADC. Das 
Verhältnis ist aber konstant

2)Temperaturdrifts - ADC->Sollte durch zyklische Messung der 
Referenzwiderstände Rref1+2 erschlagen werden können. Es werden eben 
durch einen Korrekturfaktor(Korrekturgerade), der vom aktuellen ADC Code 
abhängt Offset und Verstärkungsfehler und eben die Temperaturdrifts 
eliminiert.

3)Temperaturdrifts - Rref1+2: Ist eliminierbar - bei Überwachung von 
Tamb.

Soviel zur Theorie...

Autor: Joe J. (j_955)
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Die Idee mit stabilen Temperaturverhältnissen ist natürlich nicht 
schlecht. Muss mal drüber nachdenken...

Autor: Joachim B. (jar)
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Joe J. schrieb:
> Die Idee mit stabilen Temperaturverhältnissen ist natürlich nicht
> schlecht

Die muss schon immer gut gewesen sein, alle Messgeräte die etwas taugen 
sollen erst warmlaufen vor dem Einsatz. Quarze werden im Quarzofen 
geheizt um keine Temperaturdrifts zu bekommen.

Selbst Stino TV Geräte aus den '70er sollten vor Abgleich warmlaufen

: Bearbeitet durch User
Autor: Joe J. (j_955)
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:-)

Naja, aber da die Messwerte absolut schon abweichen in Abhängigkeit von 
der Umgebungstemperatur ist das nicht ganz dasselbe.

Warmlaufen - ja. Aber die Umgebungstemperatur kann dennoch variieren, 
daher ist das Messergebnis dennoch falsch.

Einpacken - ja, full ACK.

: Bearbeitet durch User
Autor: Joe J. (j_955)
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Joe J. schrieb:
> :-)
>
> Naja, aber da die Messwerte absolut schon abweichen in Abhängigkeit von
> der Umgebungstemperatur ist das nicht ganz dasselbe.
>
> Warmlaufen - ja. Aber die Umgebungstemperatur kann dennoch variieren,
> daher ist das Messergebnis dennoch falsch.
>
> Einpacken - ja, full ACK.

Äh, dummes geschwätz. Natürlich hast Du recht.

Autor: Joe J. (j_955)
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Habe die Schaltung mit der RC-Filterung nochmals ergänzt, das entspricht 
ziemlich genau meinem Aufbau.

Jeder Kanal hat ein eigenes RC Filter inkl. der Referenzspannung, die 
erzeugt wird.

: Bearbeitet durch User
Autor: Harald W. (wilhelms)
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Joe J. schrieb:

> Drift von etwa +/- 0,6°C liegt.

Das entspricht etwa 2 Promille. Eine derart präzise Schaltung ist
doch schon mal recht gut. Willst Du mehr herausholen, solltest Du
etwas mehr Erfahrung bei der Entwicklung von Präzisionsschaltungen
haben. Sachen, die man dabei beachten muss, werden u.a. in
verschiedenen PDFs von Halbleiterherstellern beschrieben. in "The
art of electronics" gibts wohl auch einiges dazu zu lesen.

Autor: Joe J. (j_955)
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Band 1 in Deutsch - analoge Elektrotechnik nachbestellt;-)
Danke für den Hinweis.

Autor: Joe J. (j_955)
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Harald W. schrieb:
> Joe J. schrieb:
>
>> Drift von etwa +/- 0,6°C liegt.
>
> Das entspricht etwa 2 Promille. Eine derart präzise Schaltung ist
> doch schon mal recht gut. Willst Du mehr herausholen, solltest Du
> etwas mehr Erfahrung bei der Entwicklung von Präzisionsschaltungen
> haben. Sachen, die man dabei beachten muss, werden u.a. in
> verschiedenen PDFs von Halbleiterherstellern beschrieben. in "The
> art of electronics" gibts wohl auch einiges dazu zu lesen.

Wobei ich sagen muss, da hätte ich auch einfach eine niedrigere 
Auflösung wählen können mit gleichbleibendem Error Budget - wäre das das 
Ende aller Weisheit. Will ich aber nicht. Irgend ein Kapitel/Text den 
ich genauer anschauen sollte, der zu dieser Anwendung passt?

Bin für jeden Hinweis dankbar.

Autor: Joachim B. (jar)
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Joe J. schrieb:
> Wobei ich sagen muss, da hätte ich auch einfach eine niedrigere
> Auflösung wählen

mir war das mit deinem 18-Bit ADC eh nicht so klar was du damit willst, 
das wären 0,004 Promille, selbst mit 16-Bit ADC gehts noch bis 0,01 
Promille.

So wie ich das sehe im % Fehlerbereich reicht ja auch ein 10 Bit ADC

Autor: Joe J. (j_955)
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Es war mal die Auflösung von 1/100 K angepeilt. Daher die hohe 
Auflösung.
Wenn man alle Fehler zusammennimmt kommen wir auf 1/10K. Vorrausgesetzt 
Betrieb bei Zimmertemperatur;-)

Bei mir am Tisch funktioniert des ja...He,he

: Bearbeitet durch User
Autor: Joe J. (j_955)
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Zum Aufbau ist vll. noch zu sagen, dass ich ein eigens neu aufgebautes 
Board(Prototyp) nutze mit einem Delta-Sigma Wandler(20Bit) im uC(PSOC3 
von Cypress). Dieser bringt auch einen eigenen Impedanzwandler(Vorstufe 
zum ADC mit).


Alles vernünftig geroutet, Layout sollte also passen. Dies landet dann 
eben irgendwann im Ofen. Keine Masseschleifen oder irgendwelche anderen 
EMV-Dreck-Effekte bisher ausgemacht - auch nicht erwartet da der Aufbau 
ja recht überschauber ist und das Modul auch nicht viel können muss.

Untersucht wird folglich nur die nackte Elektronik. Eine Ferndiagnose 
dürfte nicht einfach sein - das ist mir klar, es sei denn irgendjemand 
entdeckt einen groben Schnitzer oder bringt einschlägige Erfahrung mit. 
Hier hätte ich doch noch ein bischen Hoffnung...

: Bearbeitet durch User
Autor: ths (Gast)
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Was ist das für ein Widerstand parallel zu den Ref Eingängen? TK usw?

Autor: W.S. (Gast)
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Joe J. schrieb:
> Was mich noch stutzig macht, ist die Tendenz - die Richtung also, in die
> die Werte driften. Hier stehe ich auf dem Schlauch.
>
> Wenn die Umgebungstemperatur in die Minusgrade geht habe ich einen
> positiven Offset(T<20°C). Bei  T>20°C einen negativen.
>
> Der einzige Einfluss sollte theroretisch der Drift der
> Korrekturwiderstände sein, die sich auf dem Board befinden sowie vom
> Referenzwiderstand(Uref/ADC) selbst.

Ich habe da einen ganz anderen Verdacht: Du fummelst zuviel mit 
Referenzwiderständen herum und vergißt dabei vermutlich die jeweiligen 
Commonmode-Bereiche der betreffenden Eingänge.

Also überprüfe mal die erlaubten Spannungsbereiche für:
REF+
REF-
E+ und E- deines jeweiligen Meßeingangs

Die vielen Widerstände bei deinen Teifpässen dind schlichtweg 
überflüssig. Einfach ein paar nF direkt über dem Sensor und dem 
Ref-Widerstand reichen aus.

Joe J. schrieb:
> Ich geh vor wie folgt:
> *2 Referenzwiderstände verwenden für die Linearisierung(grob) und
> Eliminierung der Drifts(Temperatur/Verstärkungsfehler) sowie Offset und
> Verstärkungsfehler an sich - ADC. Werden zyklisch mitgemessen(also
> folglich mind. 3 Kanäle zum Messen)

Das ist einfach nur falsch. Laß das, mache die Schaltung so einfach wie 
möglich. Auch keine Konstantstromquelle, die ist nicht nur überflüssig, 
sondern schädlich.

Also ich skizziere das mal so:

VCC--R1_Sensor||100nF_RefR||100nF_R2_GND
oder
VCC--R1_RefR||100nF_Sensor||100nF_R2_GND

mit R1 und R2 = kleinere Vorwiderstände, um die außenliegenden 
Anschlüsse (E+ und Ref- bzw. Ref+ und E-) von den Rails soweit zu 
entfernen, daß man nicht den Common-Bereich verletzt.

W.S.

Autor: Harald W. (wilhelms)
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Joachim B. schrieb:

> mir war das mit deinem 18-Bit ADC eh nicht so klar was du damit willst,
> das wären 0,004 Promille, selbst mit 16-Bit ADC gehts noch bis 0,01
> Promille.
>
> So wie ich das sehe im % Fehlerbereich reicht ja auch ein 10 Bit ADC

Das Dumme bei solchen Auswertungen ist, das auf Grund der flachen
Kennlinie von PT-Fühlern man eine wesentlich höhere elektrische
Präzision braucht, um eine genügende Präzision der Temp.-Messung
zu bekommen. Deshalb reicht ein 10-Bit-Wandler meist nicht aus.
Andererseits garantiert ein 18-Bit-Wandler nicht unbedingt eine
18-Bit-Genauigkeit der Gesamtschaltung.

Autor: Harald W. (wilhelms)
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Joe J. schrieb:

> Irgend ein Kapitel/Text den
> ich genauer anschauen sollte, der zu dieser Anwendung passt?

Du meinst, wenn Du ein einziges Kapitel in einem buch liest,
bist Du anschliessend der Profi in Präzisionsschaltungs-
Entwicklung? Hmm.

Autor: Joe J. (j_955)
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Hallo Harald,

Natürlich nicht. Die Präzisionsschaltungen, die dort erwähnt werden, 
beziehen sich auf OPV-Aufbauten.

Meine Frage zielt eigentlich darauf ab, ob ein spezieller Teil der 
Schaltung meine Aufmerksamkeit benötigt.

Wir haben hier z.B. den erwähnten uC, der einen Delta-Sigma ADC hat. 
Dieser hat einen Eingangspuffer, der die Eingangsimpedanz wesentlich 
erhöht(Einfacher Impedanzwandler, jedoch nicht sonderlich gut von 
Cypress spezifiziert). Im TRM wird nur grob die Funktionsweise umrissen. 
Dieser kann aber auch über einen Bypass umgangen werden. Bezogen auf 
Deinen Tip mit dem Buch, wäre hier die Deine Einschätzung sehr 
hilfreich: Muss ich mir hier z.B. Gedanken im Detail machen bezogen auf 
die Temperaturdrifts?

Ich könnte auch einen eigenen Puffer aufbauen, sofern dies Sinn macht.

VG

: Bearbeitet durch User
Autor: Joe J. (j_955)
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Harald W. schrieb:
> Andererseits garantiert ein 18-Bit-Wandler nicht unbedingt eine
> 18-Bit-Genauigkeit der Gesamtschaltung.

Ist natürlich klar. Die Genauigkeit ist nur so gut, wie der ADC selbst. 
Auflösung ist nur die halbe Wahrheit.

: Bearbeitet durch User
Autor: Joe J. (j_955)
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GEnerell gesprochen, ist ein uC natürlich auch ein erheblich komplexeres 
Bauteil wie z.B. ein ADC Baustein. Kosten/Nutzen Verhältnis ist ein 
anderes, jedoch ist dies auch sicherlich auch mit Abstrichen verbunden.

Autor: ths (Gast)
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Ich stelle nochmal die Frage zur Qualität des Referenzwiderstandes.

Autor: Peter D. (peda)
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Ich benutze zum Messen mit dem PT1000 den AD7793BRUZ.
Da ist alles schon fertig drin, nur der Referenzwiderstand fehlt.
Die Schaltung ist im Datenblatt:
Figure 21. RTD Application Using the AD7792/AD7793

Als Referenzwiderstand habe ich einen mit TK=5ppm genommen:
http://de.farnell.com/vishay/pltt0805z4991agts/d-n...

: Bearbeitet durch User
Autor: Joe J. (j_955)
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Den kenne ich auch. Sollte sowas in der Art auch werden. Das Prinzip 
funktioniert sehr gut.

@all:
Habe meinen Fehler gefunden, in der SW lag der Hund begraben - einfach 
nur verschlimmbessert. Die Unittests müsste ich mal nachziehen;-)

Also der Temperaturdrift ist in etwa bei +/-0,1°C bei Vollausschlag. Ist 
schon mal sehr gut. Das Konzept funktioniert.

Referenzwiderstände(Rref1+2 sowie Rvref) sind aber entsprechend genau 
auszulegen mit niedrigen TK.

VG,Danke

Autor: Joachim B. (jar)
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Joe J. schrieb:
> Also der Temperaturdrift ist in etwa bei +/-0,1°C bei Vollausschlag. Ist
> schon mal sehr gut. Das Konzept funktioniert.

auch bei Änderung der Umgebungstemperatur?

Joe J. schrieb:
> -20°C bis 60°C

: Bearbeitet durch User
Autor: Harald W. (wilhelms)
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Peter D. schrieb:

> Als Referenzwiderstand habe ich einen mit TK=5ppm genommen:

Das allein würde schon einen zusätzlichen Fehler von 0,1K
beim gewünschten Temp-Bereich für die Auswerteschaltung
ergeben. Präzisionsmessungen kann man eben nur machen, wenn
man die Auswerteschaltung einigermassen temperaturstabil
hält. Man muss da allerdings nicht übertreiben. +-2K, so
wie man sie typisch in normalen Wohnräumen hat, reicht im
allgemeinen auch für Präzisionsmessungen, selbst für Mes-
sungen im Nanometerbereich aus. Man sollte natürlich die
Umgebungstemperatur mitmessen, um z.B. deren Einfluss auf
die Lichtgeschwindigkeit herauszurechnen. Das war jetzt
eine kleine Abweichung in den Bereich der Längenmessung,
aber bei Präzisionsmessungen muss man immer auch an andere
physikalische Grössen denken, die die eigentliche Meßgrösse
beeinflussen kann.

Autor: Joachim B. (jar)
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Harald W. schrieb:
> Man muss da allerdings nicht übertreiben. +-2K, so
> wie man sie typisch in normalen Wohnräumen hat, reicht im
> allgemeinen auch für Präzisionsmessungen

jain

wenn der TO sein Gerät aber bei Umgebung -20°C - 60°C einsetzt wäre es 
leichter seine Schaltung auf +60°C zu halten inclusive 
Referenzwiderstand.

Harald W. schrieb:
> +-2K, so
> wie man sie typisch in normalen Wohnräumen hat

und bei Sonneneinstrahlung oder Hochsommer, da sind auch über 40°C 
möglich ohne AC, wer also nicht immer Sommer und Winter den Raum auf 
45°C halten möchte der sollte lieber die Messanordnung isoliert auf 60°C 
halten

: Bearbeitet durch User
Autor: Arc N. (arc)
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Noch ein paar Nachträge:
Delta-Sigma-ADC des PSoC3:
Interne Spannungsreferenz: Drift bis zu 57 ppm/°C
Externe Spannungsreferenz: Eingangsspannung 0.9V bis 1.3V

INL: 32 LSB (32 / 2^20 ~ 30 ppm)
Eingangsimpedanz: Min. 10 MOhm (40 Ohm am Eingang ~4ppm Fehler)
Gain Drift: Bis zu 50 ppm/°C
Offset Drift: Bis zu 55 uV/°C (mit interner Referenz etwa ~53 ppm/°C)
CMRR: Min. 80 dB (Gain = 1, Buffered)
PSRR: Min. 85 dB (Gain = 1, Buffered)
Und vieles was erst gar nicht spezifiziert ist.

Die gewünschten 18-Bit entsprechen etwa 4 ppm...
Bei den ganzen Fehlern im Bereich 50 ppm/°C kann man sich dann 
ausrechnen wie stabil die Temperatur zw. zwei Messungen sein muss.

Die Idee von oben mit konstanter Spannung statt konstantem Strom zu 
arbeiten, sollte man bei diesen Genauigkeiten ebenso sein lassen, da
1. die Selbsterwärmung von RSens und insb. RRef schwankt (korrigierbar, 
wenn mit unterschiedlichen Spannungen/Strömen gearbeitet wird 2))
2. das Gleichtaktsignal am ADC-Eingang sowohl bei RSens als auch RRef 
schwankt

Die Idee erst RSens, dann RRef zu messen dagegen sehr gut. Das geht in 
Richtung Substitutionsverfahren, das bspw. von Isotech im MicroK 
eingesetzt wird 1)). Stellt allerdings höhere Anforderungen an die 
Stromquelle, als bei der üblicheren Reihenschaltung von RSens und RRef 
1).

Ansonsten lohnt sich auch in Blick in Keithleys Low Level Measurements
Handbook
download.tek.com/document/LowLevelHandbook_7Ed.pdf


1) "Using a Substitution Measurement Topology to Eliminate the Effect of
Common Mode Errors in Resistance Measurements used in Temperature
Metrology", Bramley et al., 2007 
http://www.isotechna.com/v/vspfiles/pdf_articles/S...

2) 
https://www.bipm.org/utils/common/pdf/ITS-90/Guide... 
(Abschnit 5.3.3)
bzw.
"The optimization of self-heating corrections in resistance 
thermometry", Pearce et al., 2013
https://www.researchgate.net/publication/258263469...

Autor: ths (Gast)
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Der Referenzwiderstand hat die Baugröße 805 und damit kommt die 
Selbsterwärmung ins Spiel. Weiterhin ist SMD empfindlich gegen 
Durchbiegungen (das kann temperaturabhängig sein) der Platine. Der 
Lötprözess erfordert eine Wartezeit von einigen Wochen, bis das Bauteil 
sich wieder entspannt hat, jedenfall wenn man ppm sehen möchte. Die 
Langzeitstabilität ist eher mäßig und durch Tempern ( 3 Wochen bei 60 °C 
bei angelegter Betriebsspannung)und eine Beschichtung zu verbessern. 
Dann erst kommst du vielleicht in die Situation, die Bits des ADC 
auszureizen.

Autor: Joe J. (j_955)
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Arc N. schrieb:
> Noch ein paar Nachträge:
> Delta-Sigma-ADC des PSoC3:
> Interne Spannungsreferenz: Drift bis zu 57 ppm/°C
> Externe Spannungsreferenz: Eingangsspannung 0.9V bis 1.3V

Also der PSoC ist nicht unbedingt die beste Wahl. Die Frage bei der 
Anwendung ist immer wie wichtig die absolute Genauigkeit ist. Mit ein 
oder zwei Zehntel kann ich leben.

Die interne Referenz wird ja nicht verwendet.

Arc N. schrieb:
> Die Idee erst RSens, dann RRef zu messen dagegen sehr gut. Das geht in
> Richtung Substitutionsverfahren, das bspw. von Isotech im MicroK
> eingesetzt wird 1)). Stellt allerdings höhere Anforderungen an die
> Stromquelle, als bei der üblicheren Reihenschaltung von RSens und RRef

Geht auch, aber dann fließt der Fehler der Referenzspannung/ADC mit ein. 
Stromquelle dagegen eliminiert diesen Fheler. Das ist ja der Clue - Da 
Messwiderstand/Rvref immer das gleiche Verhältnis ergibgt, egal wie sich 
die Stromquelle verhält.

: Bearbeitet durch User
Autor: Joe J. (j_955)
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Joachim B. schrieb:
> Joe J. schrieb:
>> Also der Temperaturdrift ist in etwa bei +/-0,1°C bei Vollausschlag. Ist
>> schon mal sehr gut. Das Konzept funktioniert.
>
> auch bei Änderung der Umgebungstemperatur?
>
> Joe J. schrieb:
>> -20°C bis 60°C

Genau, im Ofen im spezifizierten Bereich. Deckt sich genau mit den 
Berechnungen, die Genauigkeit hängt eigentlich nur von den zyklisch 
gemessenen Referenzwiderständen ab.

Autor: Joe J. (j_955)
Datum:

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Harald W. schrieb:
> Das allein würde schon einen zusätzlichen Fehler von 0,1K
> beim gewünschten Temp-Bereich für die Auswerteschaltung
> ergeben. Präzisionsmessungen kann man eben nur machen, wenn
> man die Auswerteschaltung einigermassen temperaturstabil
> hält. Man muss da allerdings nicht übertreiben. +-2K, so
> wie man sie typisch in normalen Wohnräumen hat, reicht im
> allgemeinen auch für Präzisionsmessungen, selbst für Mes-
> sungen im Nanometerbereich aus. Man sollte natürlich die
> Umgebungstemperatur mitmessen, um z.B. deren Einfluss auf
> die Lichtgeschwindigkeit herauszurechnen. Das war jetzt
> eine kleine Abweichung in den Bereich der Längenmessung,
> aber bei Präzisionsmessungen muss man immer auch an andere
> physikalische Grössen denken, die die eigentliche Meßgrösse
> beeinflussen kann.

Jain, gibt Tricks und Kniffe, wie man das umgehen kann, siehe oben;-)
Funktiniert zumindest gut bei meiner Anwendung und kommt stark auf die 
Sensoren an - ob das Prinzip wie ich es angewandt habe auch 
funktionieren würde(Bsp. kann man den Sensor überhaupt mit einer 
Stromquelle speisen etc.)

Meine Betrachtungen beziehen sich momentan allerdings nur auf die 
Messelektronik ohne Fühler.

: Bearbeitet durch User
Autor: Joe J. (j_955)
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Joe J. schrieb:
> Genau, im Ofen im spezifizierten Bereich. Deckt sich genau mit den
> Berechnungen, die Genauigkeit hängt eigentlich nur von den zyklisch
> gemessenen Referenzwiderständen ab.

Genaugkeit bezogen auf Temperaturschwankungen/Ambiente.

Autor: Joe J. (j_955)
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ths schrieb:
> er Referenzwiderstand hat die Baugröße 805 und damit kommt die
> Selbsterwärmung ins Spiel. Weiterhin ist SMD empfindlich gegen
> Durchbiegungen (das kann temperaturabhängig sein) der Platine. Der
> Lötprözess erfordert eine Wartezeit von einigen Wochen, bis das Bauteil
> sich wieder entspannt hat, jedenfall wenn man ppm sehen möchte. Die
> Langzeitstabilität ist eher mäßig und durch Tempern ( 3 Wochen bei 60 °C
> bei angelegter Betriebsspannung)und eine Beschichtung zu verbessern.
> Dann erst kommst du vielleicht in die Situation, die Bits des ADC
> auszureizen.

Mag sicher stimmen. Naütrlich ist ein Abgleich erforderlich. Die Load 
Life Time muss man sicher auch berücksichtigen. Sowas gehört dann 
entsprechnend in die Fertigung implementiert als Quali-Maßnahme oder 
spätestens nach X-Betriebsstunden beim Kunden als Abgleich 
vorgeschrieben.

Wer misst misst Mist;-)

Autor: Arc N. (arc)
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Joe J. schrieb:
> Arc N. schrieb:
>> Noch ein paar Nachträge:
>> Delta-Sigma-ADC des PSoC3:
>> Interne Spannungsreferenz: Drift bis zu 57 ppm/°C
>> Externe Spannungsreferenz: Eingangsspannung 0.9V bis 1.3V
>
> Also der PSoC ist nicht unbedingt die beste Wahl. Die Frage bei der
> Anwendung ist immer wie wichtig die absolute Genauigkeit ist. Mit ein
> oder zwei Zehntel kann ich leben.

Kommt auf den Messbereich an... Sind es 1000 K dann sind 100 mK 100 ppm, 
bei 100 °C 1000 ppm

> Die interne Referenz wird ja nicht verwendet.
>
> Arc N. schrieb:
>> Die Idee erst RSens, dann RRef zu messen dagegen sehr gut. Das geht in
>> Richtung Substitutionsverfahren, das bspw. von Isotech im MicroK
>> eingesetzt wird 1)). Stellt allerdings höhere Anforderungen an die
>> Stromquelle, als bei der üblicheren Reihenschaltung von RSens und RRef
>
> Geht auch, aber dann fließt der Fehler der Referenzspannung/ADC mit ein.

Jein. Die Referenzspannung muss nur während der Messung konstant genug 
sein

> Stromquelle dagegen eliminiert diesen Fheler. Das ist ja der Clue - Da
> Messwiderstand/Rvref immer das gleiche Verhältnis ergibgt, egal wie sich
> die Stromquelle verhält.

Theoretisch, ja... Nur gibt's in der Praxis meist genug, was die schöne 
Theorie "ein wenig" verkompliziert...
Anscheinend, habe die Dokumentation nur überflogen, ist bei den PSoCs 
eine externe Referenz immer direkt, ohne Buffer, am ADC angeschlossen 
(u.a. Figure 37-4 und Figure 37-7 im TRM)... Effektive Eingangsimpedanz 
typ. 70 kOhm siehe Rin_ExtRef im Datenblatt, abhängig von den 
Einstellungen des ADCs insb. vom Takt. Fehler könnte man rechnen, 
dürften irgendwo im Prozentbereich liegen.
Empfohlen wird eine ext. Referenz mit einer Ausgangsimpedanz kleiner 100 
Ohm. D.h. entweder RRef verkleinern und mit dem dann nötigen Strom RSens 
grillen oder die über RRef abfallende Spannung buffern...
Und: Um Offsetfehler rausrechnen zu können werden üblicherweise zwei 
Messungen gemacht (Stromumkehr) einmal
I -> RSens -> RRef -> GND und danach GND <- RSens <- RRef <- I
was zu einer Änderung der Gleichtaktspannung am ADC-Eingang führt (das 
CMRR   ist nicht unendlich (und bei der Referenz nicht spezifiziert) und 
nicht-linear sind die ADCs auch meistens...)

: Bearbeitet durch User
Autor: Joe J. (j_955)
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Arc N. schrieb:
> Jein. Die Referenzspannung muss nur während der Messung konstant genug
> sein

Stimmt auch wieder, denn der Refernzwiderstand und der Messwiderstand 
werden direkt nacheinander gemessen - wenn Du das meinst.

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