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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Temperaturbereich sauber messen


Autor: MS (Gast)
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Hallo,

ich möchte mit Hilfe von NTC eine Temperatur in einem Prozess messen, 
die stark variiert (120-240 °C).Ausgewertet wird über ein Arduino. Ich 
habe noch mehrere NTC 3950 100 kΩ rumliegen und habe einfach mal einen 
470 Ohm Vorwiderstand eingebaut (entspricht dem NTC bei 200°C). Bei 
diesen 200°C habe ich jetzt natürlich eine gute Genauigkeit, darunter 
ist diese aber deutlich geringer. Auch finde ich es schade, dass ich die 
Temperatur zu Beginn überhaupt nicht präzise messen kann (20-50°C), da 
werden mir dann oft -273,15°C angezeigt, da der Vorwiderstand da 
natürlich kaum eine Relevanz mehr hat und fast die gesamte Spannung am 
NTC abfällt.

Ich hatte mir überlegt ein Netzwerk mit jeweils anderen Vorwiderständen 
einzusetzen und dann im entsprechenden Temperaturbereich auf den 
richtigen Vorwiderstand zurückzugreifen. Aber ideal ist das ja auch 
nicht gerade. Würde es sich empfehlen, auf einen NTC zurückzugreifen, 
dessen Widerstandswert je nach Temperatur nicht so starke Veränderungen 
aufweist, wie mein jetziger?

Wie lösen das denn z.B. 3D-Drucker? Denn soweit ich weiß, können diese 
nahezu immer eine recht gute Angabe liefern, verbaut sind aber glaub ich 
ähnliche NTC.

Danke schon mal.
Gruß,
MS

Autor: zyxw (Gast)
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Dann würde ich an deiner Stelle schauen, welchen Vorwiderstand die 
3D-Leute benutzen. Vermutlich keinen 200 Ohm.
Bereichsspreizung geht wie von dir vermutet.

Autor: Max M. (jens2001)
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MS schrieb:
> auf einen NTC zurückzugreifen,
> dessen Widerstandswert je nach Temperatur nicht so starke Veränderungen
> aufweist

Ja, optimal wäre ein NTC der seinen Widerstand Garnicht verändert!

(SCNR)

Autor: Max M. (jens2001)
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Ist schon Freitag?

: Bearbeitet durch User
Autor: Jetzt ist G. (hacky)
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Ein normaler NTC geht mit Glueck auf 150 Grad. Es mag welche mit Glas 
drum geben, die hoeher gehen. Ich wuerd eher ein Thermoelement 
einsetzen.

Was sind die Genauigkeitsanforderunegn ? Und welche Aufloesung sollte es 
sein ?

Autor: MS (Gast)
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Max M. schrieb:
> Ja, optimal wäre ein NTC der seinen Widerstand Garnicht verändert!
Ich kriege mich vor Lachen gar nicht mehr ein. Der war gut.

Jetzt ist G. schrieb:
> Was sind die Genauigkeitsanforderunegn ? Und welche Aufloesung sollte es
> sein ?
+- Messbereich s.o. und Auflösung ca. 1°C im schlechtesten Fall wäre 
schön.

Es muss nicht super genau sein, aber die jetzige Lösung ist irgendwie 
unschön.

Autor: Dieter W. (dds5)
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KTY84 können den Temperaturbereich ab aber die Absolutgenauigkeit ist 
nicht besonders.

Autor: hinz (Gast)
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MS schrieb:
> +- Messbereich s.o. und Auflösung ca. 1°C im schlechtesten Fall wäre
> schön.

Das sind schon ganz ordentliche Ansprüche!

Nimm Pt1000.

Autor: hinz (Gast)
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Dieter W. schrieb:
> KTY84

Werden schon lange nicht mehr hergestellt.

Autor: Werner H. (werner45)
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Die NTC-Kennlinie kann man relativ einfach linearisieren, mit einem 
Vorwiderstand und einem Parallelwiderstand.
Suche mal danach, es wurde viel dazu geschrieben.

Für schnelle Temperaturerfassung braucht man kleine NTC-Pillen.
Kann man z.B. an der beheizten Fixierwalze eines Kopierers oder 
Laserdruckers finden. Als Schutzrohr ist ein Schmelzpunktröhrchen wegen 
der kleinen Masse gut geeignet.

Gruß   -   Werner

Autor: MS (Gast)
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hinz schrieb:
> Das sind schon ganz ordentliche Ansprüche!
Dessen war ich mir nicht bewusst :D

Werner H. schrieb:
> Die NTC-Kennlinie kann man relativ einfach linearisieren, mit
> einem
> Vorwiderstand und einem Parallelwiderstand.
> Suche mal danach, es wurde viel dazu geschrieben.
>
> Für schnelle Temperaturerfassung braucht man kleine NTC-Pillen.
> Kann man z.B. an der beheizten Fixierwalze eines Kopierers oder
> Laserdruckers finden. Als Schutzrohr ist ein Schmelzpunktröhrchen wegen
> der kleinen Masse gut geeignet.
Alles klar, dann mal ich mich mal ans Recherchieren.

Danke soweit

Autor: MaWin (Gast)
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Jetzt ist G. schrieb:
> Ein normaler NTC geht mit Glueck auf 150 Grad.

Quatsch.

> Es mag welche mit Glas
> drum geben, die hoeher gehen.

Beispielsweise.

Autor: Dieter (Gast)
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NTC Kennlinien werden zu hoeheren Temperaturen nichtliearer, um es grob 
zu nennen.

Autor: Patrick C. (pcrom)
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* Widerstand zu Temperatur umrechnung in software, warum soll man das 
ueberhaupt in HW machen ?
* Wenn ich es gut erinnere, kann man mit Arduino den ADC ueber 5V 
bereich ODER 1V bereich benutzen. So kannst du schon bei hohere 
temperature faktor 5 besser messen
* Benutze mehrere ADC samples oder running average um hoehere ADC 
resolution zu bekommen
* Mach dir ein Excel sheet zum berechnen/testen und ein gefuehl zu 
bekommen was in deinen fall der optimalen pullup ist.

Autor: Jetzt ist G. (hacky)
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Ein NTC ist auf jeder skala und jedem Bereich nictlinear. Aber trotzdem 
mathematisch sehr gut beschrieben. Eine kleine Rechnung mit einer 
Exponentialfunktion macht das gut. Ich verwende jeweils die EPCOS
B57861 S103 F40, ein kleiner Epoxytropfen mit 2mm durchmesser. Der hat 
eine Genauigkeit von 1%. Und kostet um die 1.70 Euro.

Autor: Patrick C. (pcrom)
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Jetzt ist G. schrieb:
> Der hat
> eine Genauigkeit von 1%. Und kostet um die 1.70 Euro.

... Und kann nur bis 155 grad benutzt werden

Autor: Andrew T. (marsufant)
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Dieter W. schrieb:
> KTY84 können den Temperaturbereich ab aber die Absolutgenauigkeit
> ist
> nicht besonders.

und sind zudem keine NTC, sondern PTC.

Restbestände kann man noch gelegentlich kaufen.

Autor: Klaus (Gast)
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MS schrieb:
> Ich
> habe noch mehrere NTC 3950 100 kΩ rumliegen und habe einfach mal einen
> 470 Ohm Vorwiderstand eingebaut

Statt Widerstand eine Konstantstromquelle ala LM334 nehmen?

MfG Klaus

Autor: Jetzt ist G. (hacky)
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Ein Konstantstromquelle ist immer schlechter wie ein Referenzwiderstand. 
Denn die hat noch ein Eigenverhalten, das ein Referenzwiderstand nicht 
hat.

Der Widerstandsteiler aus NTC & Referenzwiderstand with ratiometrisch 
gespiesen. Bei NTC's hat man den Vorteil, keine 4 Leitermessung zu 
benoetigen. Die Kabel haben einen verschwindend kleinen Beitrag zum 
Widerstand.

: Bearbeitet durch User
Autor: Philipp C. (e61_phil) Benutzerseite
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Jetzt ist G. schrieb:
> Ein Konstantstromquelle ist immer schlechter wie ein Referenzwiderstand.

Die Stromquelle beinhaltet doch zwangsläufig einen Referenzwiderstand. 
Zudem hat eine Stromspeisung den Vorteil, dass die Ausgangsspannung sich 
linear mit dem Widerstand ändert.

Autor: oldschooldev (Gast)
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si dioden strecke in jedem transistor ist ausreichend genau genug...

Autor: Jetzt ist G. (hacky)
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> Zudem hat eine Stromspeisung den Vorteil, dass die Ausgangsspannung sich
linear mit dem Widerstand ändert.

Das bringt exakt gar nichts. Denn rechnen muss man sowieso. Man hat 
einfach einen OpAmp mehr verbraten.

Autor: Der Andere (Gast)
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Jetzt ist G. schrieb:
> Man hat
> einfach einen OpAmp mehr verbraten.

Und zusätzliche Fehler drin.
Offsetfehlerdrift, Nichtideales Verhalten des OPs, ...

Autor: Philipp C. (e61_phil) Benutzerseite
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Der Andere schrieb:
> Jetzt ist G. schrieb:
>> Man hat
>> einfach einen OpAmp mehr verbraten.
>
> Und zusätzliche Fehler drin.
> Offsetfehlerdrift, Nichtideales Verhalten des OPs, ...

Ähm, ihr wollt mir nun bei einer Messung mit einem ADC im Arduino 
erzählen, dass man da keinen OP nehmen kann dessen Fehler um 
Größenordnungen kleiner sind als die des ADC?

Rechne das doch mal vor.

Zudem ist die Schaltung super simpel. Ein OP und ein Widerstand.

: Bearbeitet durch User
Autor: Jetzt ist G. (hacky)
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Und noch simpler ist... kein OpAmp und ein Widerstand. Pffft...

Autor: Philipp C. (e61_phil) Benutzerseite
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Jetzt ist G. schrieb:
> Und noch simpler ist... kein OpAmp und ein Widerstand. Pffft...

Das stimmt natürlich :)

Hat es mal jemand durchgerechnet womit man die besseren Ergebnisse 
erzielen kann? Spannungsteiler oder Stromquelle? Man ist durch den ADC 
ja schon relativ begrenzt.

Autor: Jetzt ist G. (hacky)
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Bei wie vielen Bit ? Denn man kann den AVR auch mit 13 bit laufenlassen.

Autor: Philipp C. (e61_phil) Benutzerseite
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Jetzt ist G. schrieb:
> Bei wie vielen Bit ? Denn man kann den AVR auch mit 13 bit laufenlassen

Das Ding hat so schon +/-2LSB Accuracy und 0.5LSB INL. Da kannst Du das 
Rauschen vielleicht noch etwas drücken, aber genauer wird es auch nicht.

Autor: Klaus (Gast)
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Philipp C. schrieb:
> Hat es mal jemand durchgerechnet womit man die besseren Ergebnisse
> erzielen kann? Spannungsteiler oder Stromquelle?

Mit ner Stromquelle ist die Auflösung über den ganzen Bereich gleich 
groß, beim Spannungsteiler drängelt sich das an einem Ende.

MS schrieb:
> Auch finde ich es schade, dass ich die
> Temperatur zu Beginn überhaupt nicht präzise messen kann (20-50°C), da
> werden mir dann oft -273,15°C angezeigt, da der Vorwiderstand da
> natürlich kaum eine Relevanz mehr hat und fast die gesamte Spannung am
> NTC abfällt.

MfG Klaus

Autor: Philipp C. (e61_phil) Benutzerseite
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Klaus schrieb:
> Mit ner Stromquelle ist die Auflösung über den ganzen Bereich gleich
> groß, beim Spannungsteiler drängelt sich das an einem Ende.

Ja, allerdings ist der NTC auch nicht-linear.

Autor: Klaus (Gast)
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Philipp C. schrieb:
> Ja, allerdings ist der NTC auch nicht-linear.

Na dann schau dir mal die Spannungskurve bei einem variablen Widerstand 
mit festem Vorwiderstand an. Dagegen ist ein NTC ein Muster an 
Linearität.

MfG Klaus

Autor: Philipp C. (e61_phil) Benutzerseite
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Klaus schrieb:
> Na dann schau dir mal die Spannungskurve bei einem variablen Widerstand
> mit festem Vorwiderstand an. Dagegen ist ein NTC ein Muster an
> Linearität.

Die Frage war ja, ob man bei geschickt gewähltem Vorwiderstand hier ggf. 
etwas gewinnen kann.

Autor: Achim S. (Gast)
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Angehängte Dateien:

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Klaus schrieb:
> Na dann schau dir mal die Spannungskurve bei einem variablen Widerstand
> mit festem Vorwiderstand an.

Ok, ist hiermit geschehen (siehe Anhang).

Beide Kurven gelten für einen NTC mit den oben genannten nominellen 
Parametern (100kOhm bei 25°C, B=3950K über den betrachteten 
Temperaturbereich). Die x-Achse zeigt die Temperatur in K (400K-520K 
entsprechen ungefähr dem oben genannten Messbereich 120°C-240°C). Die 
y-Achse zeigt die Ausgangsspannung in V.

Links hängt der NTC an einer Konstantstromquelle von 1,3mA. Der Strom 
wurde so gewählt, dass der volle Spannungsbereich abgedeckt wird (ohne 
zu berücksichtigen, dass die Stromquelle kaum bis an die Versorgung ran 
arbeiten wird). Man bekommt die typische, exponentiell fallende 
NTC-Kennlinie. Bei 120°C (~400 K) ist die Kurve rund 16 so steil wie bei 
240°C (~520K), dementsprechend varriert die Auflösung um diesen Faktor 
16. (Zwischen -120mV/K und -7mV/K).

Rechts ist die Kurve für einen Spannungsteiler aus NTC und einem fixen 
800Ohm Widerstand gezeigt. Der Spannungsbereich ist zwar nicht ganz so 
gut ausgenutzt wie bei der Konstantstromquelle. Dafür ist die Kennlinie 
wesentlich linearer, die Auflösung wesentlich gleichmäßiger (zwischen 
23mV/K in der Mitte des Messbereichs und 16mV/K an den Rändern).

Wenn man aber wirklich nicht nur den Bereich von 120°C bis 240°C 
abdecken sondern auch schon bei 20°C einen vernünftigen Wert haben 
möchte, würde ich mich der oben schon gemachten Empfehlung anschließen, 
einen PTC-Thermistor zu verwenden (z.B. den von Hinz empfohlenen 
Pt1000).

Autor: hinz (Gast)
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Achim S. schrieb:
> Wenn man aber wirklich nicht nur den Bereich von 120°C bis 240°C
> abdecken sondern auch schon bei 20°C einen vernünftigen Wert haben
> möchte, würde ich mich der oben schon gemachten Empfehlung anschließen,
> einen PTC-Thermistor zu verwenden (z.B. den von Hinz empfohlenen
> Pt1000).

Und dafür gibts dann den MAX31865, auch schon fertig aufgebaut beim 
Freundlichen.

Autor: Philipp C. (e61_phil) Benutzerseite
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Achim S. schrieb:
> siehe Anhang

Sehr beeindruckend! Vielen Dank

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