Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Thermoelement Typ K mit ADC auswerten


von Sebastian E. (sebert)


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Hallo zusammen,

ich möchte die Temperatur von 8 Thermoelementen (Typ K) per SPI 
Schnittstelle in einen µC einlesen. Messbereich -100 bis 1.300°C.

Dazu gibt es als fertige Lösung beispielsweise den MAX31855. Der hat 
eine Auflösung von 14 bit und eine cold-junction compensation. Die 
Genauigkeit ist mit +/- 6°C bei dem Messbereich OK. Leider hat er nur 
einen Input. Sample-Geschwindigkeit ist eigentlich komplett egal. Dass 
er im Moment kaum lieferbar ist, ist eine andere Sache...
https://datasheets.maximintegrated.com/en/ds/MAX31855.pdf

Jetzt brauche ich eine Alternative, die möglichst meine 8 Inputs 
unterbringt, genau genug ist und auch finanziell erschwinglich.

Nach einigen Recherchen würde ich sagen, dass generell ADCs mit einer 
hohen Auflösung von 16bit (oder besser 24bit) dafür vermutlich gehen 
sollten.

Hier gibt es bei TI eine ganze Menge davon, die in Frage kämen:
https://www.ti.com/data-converters/adc-circuit/precision-adcs/products.html#p84=24;32&p1028=8;16&p776=Differential&sort=p1130;asc

Bei Ananlog Devices ähnlich:
https://www.analog.com/en/parametricsearch/10825#/p3062=8|16&p7=24|32&p4363=|Differential&sort=s3,asc&p4365=|Serial%20SPI|Isolated%20SPI

Jetzt mal meine konkreten Fragen:
1) Scheinbar brauchen so ziemlich alle eine externe Spannungsreferenz. 
Das kleinste, was es so gibt, scheinen 1,2V zu sein. Der 
Spannungsbereich des Thermoelements befindet sich aber grob im Bereich 
-5mV bis +50mV. Was ist hier die Lösung? Muss ich das Messsignal mit 
einem Präzisions-Opamp verstärken? Wenn ja, mit welchem am besten?
2) Single-ended, pseudo-differential, fully-Differential: Letzteres 
scheint am besten geeignet zu sein. Müssen dann sie beiden Enden des 
Thermo-Elements einfach an die beiden Eingänge pro Kanal angeschlossen 
werden? (ggf. Messverstärkung dazwischen)?
3) Wie funktioniert die Cold Junction Compensation? Brauche ich hier am 
besten noch einen Temperatursensor wie den DS18B20?
https://cdn-reichelt.de/documents/datenblatt/A200/DS18B20Z-DAL.pdf
4) Das Wichtigste: Funktioniert das Konzept so überhaupt?
5) Welchen ADC könnt ihr empfehlen / mit welchem habt ihr schon 
gearbeitet?

von MaWin (Gast)


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Sebastian E. schrieb:
> Jetzt brauche ich eine Alternative, die möglichst meine 8 Inputs
> unterbringt, genau genug ist und auch finanziell erschwinglich.

Ein Thermoelement erzeugt eine geringe Spannung. Wenn man diese Spannung 
mit einem OpAmp in einem Folienkondensator aufintegriert dauert es eine 
von der Temperatur abhängige Zeit, bis eine Spannungsgrenze erreicht 
wird, die z.B.ein Komparator in einem uC mit der Referenzspannung des uC 
erkennt. Die Auflösung hângt im wesentlichen vom Timer an, mit dem du 
das abstoppst. Die Schaltung kostet praktisch nichts, ein OpAmp mit 
unter 10uV Offsetspannung und ein Folienkondensator, und es gibt jede 
Menge second source, also Bauteile auch bei Knappheit.

Kaltstellenkonkompensation musst du extra machen.

von PittyJ (Gast)


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Ich hatte mal einen 24 Bit Wandler. Die letzten 6 Bit konnte man 
vergessen, das hat nur gerauscht.
Im Prinzip misst man Spannungen im Mikrovolt-Bereich. Musst du wissen, 
ob du so kleine Signale auf der Platinen handhaben kannst.

von Pandur S. (jetztnicht)


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Ich empfehle etwas in der Richtung von AD7799, oder aehnlich. dieser hat 
nun grad 3 Kanaele, es gibt aber auch andere

von Olaf (Gast)


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> Nach einigen Recherchen würde ich sagen, dass generell ADCs mit einer
> hohen Auflösung von 16bit (oder besser 24bit) dafür vermutlich gehen
> sollten.

Theoretisch schon, aber bist du dir sicher das es fuer deine Anwendung 
kein Problem ist wenn deine Thermolemente alle denselben und 
festgelegten Massebezug haben? Da sollest du zumindest mal 1min drueber 
nachdenken.

Olaf

von Sebastian E. (sebert)


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Olaf schrieb:
> Theoretisch schon, aber bist du dir sicher das es fuer deine Anwendung
> kein Problem ist wenn deine Thermolemente alle denselben und
> festgelegten Massebezug haben?

Deshalb die Sache mit dem "Fully-Differential-Input". Wenn ich das 
Konzept richtig verstehe, dann geht es hierbei darum, dass man keine 
gemeinsame Masse für die einzelnen Thermoelemente benötigt, sondern 
jedes unabhängig ist.

von Sebastian E. (sebert)


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MaWin schrieb:

> Wenn man diese Spannung
> mit einem OpAmp in einem Folienkondensator aufintegriert...

Kannst Du kurz den Hintergrund erläutern, warum speziell ein 
Folienkondensator hier geeignet ist? Leckströme?

> Die Auflösung hângt im wesentlichen vom Timer an, mit dem du
> das abstoppst.

Was genau meinst Du mit "abstoppen"?

Ich bräuchte hier natürlich für jedes Thermoelement einen Eingang am µC. 
Muss noch mal sehen, ob ich genug dafür zur Verfügung habe.

Ich bin nicht ganz genau sicher, ob ich den Schaltungsaufbau richtig 
verstehe. Kannst Du ihn kurz skizzieren oder in Worten noch etwas 
ausführlicher beschreiben?

von MaWin (Gast)


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Sebastian E. schrieb:
> Folienkondensator

Ja, Leckstrom, Genauigkeit, dielektrische Absorption, möglichst 
Polypropylen.

Sebastian E. schrieb:
> Kannst Du ihn kurz skizzieren

https://microcontrollerslab.com/single-dual-slope-adc-integrating-analog-to-digital-converter/

Man wird die Thermoelemente am Eingang des OpAmp umschalten, man muss ja 
auch zum Abschluss der Messung den Kondensator leeren.

Es sollte reichen, alle negativen Thermoelementanschlüsse zusammen an 
den OpAmp Eingang zu legen und die positiven jeweils an einen uC 
Ausgang: 1 der 8 uC Ausgänge wird auf Masse geschaltet die anderen als 
Eingang (hochohmig) die negative Spannung vom Thermoelement wird 
aufintegriert zur positiven Ausgangsspannung. Hat der Kondensator sein 
Limit erreicht, schaltet man den uC Ausgsng zu diesem Thermoelement auf 
high, der OpAmp entlädt den Kondensator, nach einiger Zeit suf 0V, 
tiefer kommt er eh nicht.

Single slope ist nicht absolut gensu, sondern hängt von der exakten 
Kondensatorkapazität und Komparator-Referenzspannung (und Taktfrequenz) 
ab, aber nicht von der Betriebsspannung. Man muss also ein Mal 
kalibrieren.

von Sebastian E. (sebert)


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PittyJ schrieb:
> Ich hatte mal einen 24 Bit Wandler. Die letzten 6 Bit konnte man
> vergessen, das hat nur gerauscht.

Danke für den Hinweis.

Wenn ich mal großzügig 7 Bit abziehe, hätte ich also 17 Bit zur 
Verfügung. Das wären bei einer externen Spannungsreferenz von sagen wir 
mal 1,2V (1.200mV) also 131.072 "Schritt" (entschuldigt die 
Terminologie, ich stecke da nicht so drin) oder 109 Schritt/mV. Das 
Thermoelement hat eine Empfindlichkeit von ungefähr 0,0412 mV/K. Ich 
hätte also 4,5 "Schritt"/K zur Verfügung oder eine Auflösung von 0,22K. 
Das wäre mehr als genug.

Insofern könnte ich dann hier vermutlich auf eine Signalverstärkung 
durch einen OpAmp verzichten glaube ich. Oder habe ich eine Denkfehler 
drin?

von Purzel H. (hacky)


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Das Niederfrequenz Rauschen kann man reduzieren, indem man mit langer 
Integrationszeit des AD Wandlers arbeitet. Ich lass ihn jeweils mit ca 
4Hz laufen. Da wir tatsaechlich mit uV (Typ K = 40uV/K) sind wir in den 
Thermospannungen. Bedeutet
- nur minimal viele Uebergaenge verwenden. Optimalerweise
  grad mit dem Thermoelement Stecker auf die Leiterplatte mit dem ADC.
- man muss sich maximal Muehe geben mit der EMV. Ueber's Kabel
  eingekoppelte Stoerungen schlagen durch. Leider auch Hochfrequenz,
  wie Handystrahlung. Die wird nicht wegintegriert. Die muss man
  grad am Stecker mit einem Filter wegmachen. zB einem  pi-Filter.
  10pF, Ferrit, 1nF

Ganz sicher keinen OpAmp verwenden. Da handelt man sich nur Offset 
Fehler ein. Falls etwas, dann einen Zerodrift Instrumenten Verstaerker. 
Allenfalls hat ein ADC schon einen passenden Verstaerker eingebaut. zB 
der AD7799 hat so einen. Und unbedingt den differential Eingang 
verwenden, damit bekommt man Kopplungen des Thermoelementes an Masse 
Spannungen weg.

: Bearbeitet durch User
von Christoph db1uq K. (christoph_kessler)


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Es gibt Operationsverstärker mit fest einstellbaren Verstärkungen, 
10-fach oder 100-fach. PGA programmable gain amplifier heissen die von 
TI:
https://www.ti.com/amplifier-circuit/pga-vga/overview.html
Für Temperaturmessungen sind die vermutlich alle viel zu schnell. Je 
kleiner die Bandbreite desto geringer das Rauschen.

von Hinweisgeber (Gast)


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von PittyJ (Gast)


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Hinweisgeber schrieb:
> 
https://www.amazon.de/SODIAL-MAX6675-Thermoelement-Sensor-Arduino-wie-gezeigt/dp/B01GNKT39Y

Der macht bis 130 Grad.
Der TE möchte bis 1300 Grad. (Irgendwas am Hochofen?)

von MaWin (Gast)


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PittyJ schrieb:
> Der macht bis 130 Grad.
> Der TE möchte bis 1300 Grad. (Irgendwas am Hochofen?)

Reicht nicht, Hochöfen gehen bis 2100.

Aber auch ein Ofen mit 1300 GradC, die man mit NiCr Draht noch erreichen 
kann, lassen K-Typ Thermoelemente nicht lang leben. S-Typ sind da 
angesagt.

von Olaf (Gast)


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> Der macht bis 130 Grad.

Noe, der chinese konnte nur nicht tippern. Ich hab mit den alten MAX6675 
schon 1000Grad gemessen.

BTW: Die Klemme auf dem Bild ist zwar schoen gruen, aber irgendwie hab 
ich doch so meine zweifel das die auf dem Thermometalen besteht und dann 
ist es vermutlich nicht so geschickt den MAX soweit weg von der Klemme 
zu setzen.

BTW2: Ich meine mich dunkel zu entsinnen das 1300Grad bei Typ K ein 
euphemistisches Maximum ist wenn man wert auf Lebensdauer legt.

Olaf

von MaWin (Gast)


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Purzel H. schrieb:
> Ganz sicher keinen OpAmp verwenden. Da handelt man sich nur Offset
> Fehler ein.

Na ja, er will nicht genauer als 1K werden, geht mit K-Typ sowieso 
nicht, und selbst 150uV Offset sind nur 4K Abweichung.

von Sebastian E. (sebert)


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Olaf schrieb:
> BTW2: Ich meine mich dunkel zu entsinnen das 1300Grad bei Typ K ein
> euphemistisches Maximum ist wenn man wert auf Lebensdauer legt.

Genau genommen geht es um maximal 1.200°C. Und da setze ich den Typ K 
schon länger ein. Der hält.

von Georg (Gast)


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Olaf schrieb:
> ist es vermutlich nicht so geschickt den MAX soweit weg von der Klemme
> zu setzen

Das ist nicht ungeschickt sondern Blödsinn - die Kompensation muss mit 
der Temperatur an der Klemme erfolgen, nicht mit irgendeiner anderen.

Georg

von Sebastian E. (sebert)


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Ich habe mit Hilfe der Kommentare jetzt mal etwas ausgesucht:

ADS131M08

https://www.ti.com/product/ADS131M08

https://www.ti.com/lit/ds/symlink/ads131m08.pdf?ts=1632756540848&ref_url=https%253A%252F%252Fwww.ti.com%252Fproduct%252FADS131M08

Features:
- 8 Kanäle
- 24 bit: Mehr als genau genug
- Differentieller Input: Damit gibt es über einen gemeinsamen GND keine 
Verfälschung gibt
- Interne Spannungsreferenz
- Eingangsspannung AGND-1,3V: Sollte also auch unterhalb von 0°C 
funktionieren, wo wir eine negative Spannung am Thermoelement haben
- PGA: Den Gain kann ich auf 16 stellen, um die Referenzspannung von 
1,2V gut auszunutzen. Wenn ich Seite 18 vom Data Sheet richtig 
interpretiere, dann hätte ich bei einem OSR von 16384 dann ein Rauschen 
von 0,64µV, was fast gar nichts ist (Typ K = 40uV/K)
- Bei einer OSR von 16384 immer noch eine Sampling-Rate von 62,5 SPS
- Der ADC ist erschwinglich und gut verfügbar


Was mir nicht klar ist und wo ich noch für Kommentare dankbar wäre:
- Offset error (input referred): +/-240µV
Das kann ich kalibirieren, oder? Wäre zwar akzeptabel (+/- 5K), aber 
würde gerne weniger haben. Ist der Offset error statisch oder schwankt 
der?
- Den "Global-Chop Mode" verstehe ich nicht. Kann mir das jemand 
erklären, wofür der da ist und ob der mir etwas nützt?
- 330kOhm Impedanz: ist hoffentlich hoch genug ist für das 
Thermoelement, um die Spannung nicht zusammenbrechen zu lassen. Oder 
muss ich da noch etwas puffern, wie MaWin geschrieben hat? Und wenn ja, 
muss ich den Kondensator vermutlich über einen (umständlichen) Timer 
entladen?

Letztendlich die alles entscheidende Frage: Spricht irgend etwas im 
Datenblatt dagegen, den ADS131M08 zu nutzen oder kann ich damit 
erreichen, was ich möchte?

Schon mal danke!

: Bearbeitet durch User
von Gerhard O. (gerhard_)


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In der Firma verwendeten wir für ein in-house Laborgerät diese SSRs:

https://www.digikey.ca/en/products/detail/panasonic-electric-works/AQW282S/646266

Damit lassen sich Thermoelementeingänge problemlos schalten. Wir 
multiplexten einmal 20 TEs. Wichtig, daß die LP eine gleichmaessige 
Temperatur hat und auch sonst alle Regeln für TE LP Layout beachten.

von Bernd M. (Gast)


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Sebastian E. schrieb:
> Spricht irgend etwas im
> Datenblatt dagegen, den ADS131M08 zu nutzen

Der Bauteil sieht wie aus, dass es für Elektrizität-Messungen gemacht 
wurde.
**Nicht** für Thermoelemente, wo kleinste Spannungen im Spiel sind.
Ich würde es nicht nehmen.

Ich hatte vorher einmal AD7124-8 benutzt.
Als 8 Kanal für Typ-E Thermoelemente. Es war sehr gut.
Typ-K (1300) ist nicht weit weg von Typ-E (1000). Mit entsprechendem 
Register-Setup sollte es gut gehen.
P.S. Ich wusste AD7795 nicht, den viele hier auch empfohlen haben.
Er soll der Vater von AD7124 sein :-)

Was ich nicht versucht habe, LTC2986 damals. Es war sehr interessante 
Bauteil. Bis auf 10 Kanäle, sein Bruder LTC2983 hatte 20 kanäle sogar.
Für mich war er interessant, weil es eine volle Lösung fast wie MAX31855 
war.
Nun mit externer Kaltstellenkompensation.
https://www.analog.com/en/products/analog-to-digital-converters/integrated-special-purpose-ad-converters/digital-temperature-sensors.html

MAX6675, den einige auch erwähnt haben, kenne ich nicht. Aber sieth auch 
nicht schlecht aus.

von Seebeck (Gast)


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Die Messungen für einen Kanal habe ich vor langer Zeit mit einer 
Vorstufe aus OP07 und INA105 aufgebaut, der Eispunkt war mit einem LM334 
und einem darumgewickelten K-Thermoelement kompensiert. Nicht 
kompliziert (aber mit einem AD595 hätte man sich auch das vereinfachen 
können). Wenn man das auf einer Platine macht, die dann thermisch gut 
ausgeglichen in einem Gehäuse gelagert wird, bleibt das alles stabil und 
genau. Den Strom durch den LM334 muß man präzise einstellen.
Der nachgeschaltete SAR-ADC hatte 16 Bit mit einer Samplefrequenz von 
max. 10kHz und war von der nachfolgenden Digitallogik per Optokoppler 
getrennt, um das galvanisch mit dem metallischen Meßkörper verbundene 
Thermoelement zu entkoppeln. Bzw. den Körper direkt mit 
Widerstandsheizung betreiben zu können. Mit diesem Aufbau 
(Temperaturdaten vom ADC, Heizungssteller über DAC und Power-Netzteil) 
konnte man einen digitalen PID-Regler realisieren (über den ISA-Bus, an 
den auch ein 16 Bit-Timer-IC  angeflanscht war zwecks Echtzeitsteuerung, 
und mit VB3.0)

Es wurden damit Temperaturen von 30K bis 1500K gefahren, und der 
Koeffizient ist bei 30K gering, da durfte nur wenig rauschen, um ab 30K 
eine in T lineare Rampe fahren zu können. Die gemessenen Temperaturen 
konnten über die Physik geeicht und bestätigt werden. Auf einer Schicht 
chemisobierten Sauerstoffs war die Desorption von molekularem Sauerstoff 
aus der Festkörperphase qualitativ und qantitativ nachweisbar, die 
Temperatur war insgesamt auf +/-1K genau. Die chemisobierte 
Sauerstoffschicht bekam man nur wieder los, wenn man auf 1500K heizte, 
da mußte folglich auch gewährleistet sein, daß die Temperaturen am 
anderen Ende richtig gemessen werden, um das Thermoelement nicht zu 
schmelzen. Das wurde mit einem Infrarotthermometer gemacht und auch da 
zeigte sich gute Übereinstimmung.

Wichtig und stressvermeidend ist eine thermisch gut aufgebaute Vorstufe, 
eine ausreichende Abschirmung des HF-Anteils von Handys etc., der sich 
als DC-Offset bemerkbar machen kann, und ein rauscharmer, gut layouteter 
ADC sowie eine erdschleifenfreie Verbindung zum Rechner und andere 
Elektronik. Sinnvolle Verstärkungsfaktoren und Offsets ergeben sich ja 
aus dem nutzbaren Bereich des Thermocouples, da sollte man auch ruhig 
nahe an die Grenzen gehen, auch was den Eingangsspannungsbereich des ADC 
angeht. Das waren früher halt übliche +/-10V. Wenn es heute Chips gibt, 
die das alles mit 3.3V hinbekommen, umso besser.

Bei 8 Kanälen sollte man jeden Kanal galvanisch trennen, und die Seite 
mit dem Thermocouple + Vorstufen jeweils mit einem eigenen +/-12V 
Netzteil versehen. Es sei denn, man kennt sich so gut aus, daß man 
diesen Aufwand nicht treiben muß - das zeigt sich dann später oder auch 
nicht :-)

von Egon D. (Gast)


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Purzel H. schrieb:

> Ganz sicher keinen OpAmp verwenden. Da handelt man
> sich nur Offset Fehler ein.

Was ist denn das für ein Quatsch?

Entscheidend ist nicht der Offset an sich -- den kann
man herauskalibrieren -- sondern die Offset-Drift.

Selbst der uralte und spottbillige OP07 kann zwar
ca. 250µV Offset haben, hat aber nur ca. 1µV/K Drift.


> Falls etwas, dann einen Zerodrift Instrumenten Verstaerker.

Die sind noch Faktor 100 besser als der OP07.

von Gerhard O. (gerhard_)


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Ich bin der Ansicht, daß man unnötige Verstärker in der TE 
Signalaufbereitung vermeiden sollte.

Auch mit 4066 Analog Schalter oder 4051 lässt sich ein multi-Kanal EMF 
störarmes Design durchziehen. Zusammen mit einem MAX31856 oder ähnlichen 
ADCs funktioniert das. Damit kann man EMF gerecht schalten.

Die Hauptsache ist, die ganze Schaltung ohne Temperaturgefälle 
aufzubauen. In der Industrie verwendet man sogenannte Isothermische 
Anschlußblöcke die man sich sehr leicht selber mit Amateurmitteln 
herstellen kann.

Am besten ist es eine dicke Aluplatte zu verwenden, so daß sich 
Raumtemperaturschwankungen nur langsam auswirken können um 
Temperaturgefälle und thermische Zeitkonstanten im Griff zu haben.

Ich habe das Problem des Isothermen Anschluß so gelöst, daß ich runde 
6.35mm (1/4") Gewindestutzen in entsprechende Bohrungen in einer 
100x100mm großen 6.35mm Aluplatte mit Schrumpfschlauchumhüllung in die 
Platte streng passend eingelassen habe und am anderen Ende mit einer 
einseitigen LP verschraubt habe. Mit diesen Aufbau wird sichergestellt, 
daß die Anschlußgewindestutzentemperatur hauptsächlich von der 
umschliessenden Aluplatte bestimmt wird.

Ein genauer Temperatursensor (LM35CZ) oder besser, ein genauer PT100 
Fühler, ist in die Aluplatte mit Thermopaste gut eingepasst um die Cold 
Junction Temperatur der Aluplatte genau zu erfassen. Die 
Thermolementleitungen werden dann mit Hilfe von isolierten 
Beilagscheiben und Schrauben an die Gewindestutzen isoliert verschraubt.

Die ganze Anordnung wird dann noch in dicken Schaumstoff und 
Holzbehälter mit Deckel mit Schlitz für die Drähte verpackt, damit sich 
eine lange thermische Zeitkonstante ergibt und die Massen genug Zeit 
haben um sich thermisch stabilisieren zu können. Diese Anordnung ist 
dann thermisch so stabil, daß langsame Temperaturschwankungen sich nicht 
mehr schädlich auswirken können.

Die thermoelektrische Spannung (Kurzschluß), mit einen HP3458A gemessen, 
betrug unter ein paar uV. Für unsere Laborversuche war das ausreichend 
genau.

Es kommt ja darauf an die Temperatur beider TE Anschlüsse so gleich wie 
möglich zu halten. Jeder Temperaturunterschied der zugehörigen Klemmen 
erzeugt einen störenden TE-EMF Fehler der nicht entfernt werden kann.

Passende TE Stecker korrekten Typs und zugehörige Buchsen sind 
vertretbar, obwohl direkter Anschluß der TE Drahtenden idealer wäre um 
deren Temperatur (CJ) genauer messen zu können. Auf keinen Fall sollte 
man nichtpassende TE und Verbindungselemente verwenden.

Es ist ganz wichtig, keine ungeradzahlige metallurgischen Übergänge 
zuhaben, so daß die natürlich vorkommenden erzeugten thermoelektrischen 
Spannungen sich voneinder abziehen können. Jede Zusammenführung von 
verschiedenen Metallen im Meßaufbau muß doppelt vorhanden sein um 
aufbautechnische thermische Spannungen zu vermeiden. Die einzige 
Ausnahme stellen die TE Drähte da, die lokal mit dem Anschlußstellen 
eine lokale TE-Junktion bilden. Die wird aber dann meßtechnisch und 
mathematisch durch den LM34 später wieder abgezogen. Lötstellen machen 
dann nichts aus weil sich die EMF Spannungen subtrahieren solange 
zwischen den betreffenden Anschlußstellen gleiche Temperatur herrscht.

Es geht darum, daß sich die addierten thermoelektrischen Spannungen von 
Anfang bis Ende bei Kurzschluß am Eingang voneinander subtrahieren und 
damit so gut wie möglich aufheben können. Voraussetzung ist gleiche 
Temperatur zwischen den + und - Anschlüssen. Schlimmstenfalls sollten 
unter ein paar uV meßbar sein. So eine Messung ist nicht leicht und 
bedarf großer Erfahrung und richtiger Laborausrüstung.

Die Verbindungen vom Anschlußblock zum ADC müssen metallurgisch gleich 
sein. Am besten verwendet man nicht-oxidiertern soliden blanken 
Kupferdraht. Auf größte Sauberkeit ist zu achten. Alle 
Verbindungsstellen müssen peinlichst sauber und fettfrei sein. Man 
sollte alle Verbindungselemente mit Ethanol und destillierten Wasser 
sorgfältig säubern.

Im Idealfall sollte, wenn man alles richtig macht, am TE Meßeingang dann 
mit einem Kupferblechkurzschluß mit einem hochauflösenden Digital 
uV-Meßinstrument nur noch ein paar sehr wenige uV meßbar sein.

Wenn man alles berücksichtigt und ausgeführt hat ist eine Genauigkeit 
von besser als +/- 1 Grad erzielbar solange der CJ-Fühlertemperatur 
genau bekannt ist. Darüber hinaus grenzen die Beschränkungen des TE an 
sich die bestmögliche Genauigkeit ein. Deshalb ist der MAX31856 auch 
vollkommen für die meisten Zwecke ausreichend. Allerdings sollte man die 
CJ-Temperatur nicht intern mit dem MAX31856 messen, sondern mit einen 
genauen Fühler direkt im isothermen Anschlußblock erfolgen.

Man sieht aus den obigen Ausführungen, daß man bei der TE Meßtechnik 
äusserst sorgfältig vorgehen muß und sich akribisch an die Empfehlungen 
zu halten soll um reproduzierbare Ergebnisse zu erhalten.

: Bearbeitet durch User
von Hermann W. (hermannw)


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Sebastian E. schrieb:
> dass generell ADCs mit einer hohen Auflösung von 16bit (oder besser 24bit) dafür 
vermutlich gehen sollten.

Das passt doch nicht mit deiner Anforderung von +-6°C Genauigkeit 
zusammen. Dein Bereich von -100 bis 1300°C braucht theoretisch nur eine 
Ausflösung von 1400/6=233. Das geht also locker mit jedem AVR ADC, der 
liefert dann eine Auflösung von 1,4°C. Mit OPs kannst du dann den 
Bereich auf 0V bis Vref verstärken. Die OPs sind auch nicht so kritisch. 
6° machen 6K*42µV/K=0,25mV, da gibt es etliche, die im Offset kleiner 
sind. Ich habe für die Abgasmessung (bis 400°) meines Feststoffkessels 
den LT1079 genommen. Die Could Junction Kompensation habe ich analog 
gemacht, da ich keinen freien Eingang für die Klemmentemperatur hatte. 
Das läuft schon Jahre und ich habe keinen Offsetfehler festgestellt.

von Sebastian E. (sebert)


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Danke für die vielen Aspekte und Anregungen.

Es gibt eine Menge Schaltungsaufbauten, die mit 1 Kanal arbeiten. Da ich 
wirklich mind. 8 Kanäle brauche und mir durch Rauschen, Offset, Offset 
Drift etc. keine Probleme einhandeln möchte (auch wenn es auf ein paar 
Grad Ungenauigkeit nicht ankommt), habe ich noch mal tiefer 
recherchiert.

Der LTC2986 (10 Eingänge) oder der LTC2984 (20 Eingänge) sind die 
allumfassendsten Lösungen, mit denen wirklich alles geht. Allerdings 
kosten die über 30 Euro und aufgrund der Funktionsvielfalt braucht man 
sicherlich länger, um mit den ganzen Registern klarzukommen. Beide sind 
zu bekommen.

Dann habe ich mir auch den MAX11410 (10 Eingänge) angesehenen. Kostet 
unter 7 Euro, hat nicht ganz so viele Einstellmöglichkeiten wie der 
LTC298X, aber ich vermutlich einfacher zu konfigurieren. Verfügbarkeit 
ist gut. Den werde ich mir jetzt mal besorgen.

Beide haben sehr kleine Offset Errors, kleine Offset Drifts, Buffer 
Modes, PGA, Fehlerdetektion etc. Sind beide für Thermoelemente und RTDs 
gemacht.

Ich werde trotzdem rein zum Vergleich mal eine Schaltung aus LM224 zur 
Signalverstärkung mit einem MCP3208 als 12-bit A/D-Wandler aufbauen. 
Beides habe ich noch hier. Und ggf. die Eingänge vom Thermoelement 
puffern. Mal schauen, ob da überhaupt etwas Brauchbares bei rauskommt...

von Gebhard R. (Firma: Raich Gerätebau & Entwicklung) (geb)


Angehängte Dateien:

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Ich hab einen gemultiplexten AD8495 verwendet. Die 4 Kanäle lassen sich 
leicht auf 8 erweitern. Bei mir kamen T- Type Thermocouples zum Einsatz. 
Die ganze Schaltung samt Thermosteckern hab ich in einem massiven 
Alublock eingebaut. Fehler 0,3K max. Digitalisiert mit einem STM32F103 
12 Bit A/D.
Die 1,22V sind Referenzspannung. Die negative Spannung war notwendig, 
weil auch negative Temperaturen gemessen werden sollten.Könnte man in 
deinem Fall weglassen.

Grüsse

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