Moin,
ich möchte an einer solarthermischen Anlage (Röhrenkollektoren) mit
PT1000 Sensoren diverse Temperaturen (ca. -20°C bis +200°C) messen.
Ich habe schon diverse Schaltungen gesehen, mit OP usw, finde das aber
eher aufwändig. Daher meine Idee, der PT1000 ist Teil eines
Spannungsteilers, der mit 12V versorgt wird, etwa so:
1
+12V O
2
|
3
|
4
+-+
5
| |
6
| | 5k6
7
| |
8
+-+
9
|
10
|
11
O-------------------O----------------> ADC
12
| |
13
| |
14
+-+ +--
15
| | / \ BZX 55C5V1
16
| | PT1000 ---
17
| | |
18
+-+ |
19
| |
20
| |
21
GND O-------------------O---------------->
Der Strom durch den PT wäre dann im schlimmsten Fall (-20°C) etwa 1,8
mA, die maximale Verlustleistung (bei +200°C) etwa 4,7 mW. Die Z-Diode
soll den Arduino schützen, falls es mal einen Kabeldefekt gibt.
AREF wird auf 3,3V gelegt, dann ergeben sich ca. 364 AD-Schritte für den
Temperaturbereich, was einer Auflösung von 0,6K entspräche (ohne die
Z-Diode).
Dass selbige weiter zur Nichtlinearität beiträgt ist mir klar. Ich würde
den Krempel im Wasserbad bei unterschiedlichen Temperaturen "eichen"
und, falls notwendig, über ein Polynom o.Ä. linearisieren. Es kommt
nicht so sehr auf Genauigkeit an, da meist weniger die absoluten Werte
sondern Differenzen interessieren, Geschwindigkeit ist auch kein Thema.
Hab ich da einen schweren Denkfehler drin oder geht das?
Danke für die Antworten!
Grüße, Till
Till schrieb:> Hab ich da einen schweren Denkfehler drin oder geht das?>> Danke für die Antworten!
Bei 4,7 mW. kommt minimale Selbst-Erwärmung ins Spiel, da ist dann guter
Thermischer Kontakt gefragt, dass dies nicht ins Gewicht fällt.
MfG
Eine Zenerdiode leitet nicht ploetzlich bei der angegebenen
Nennspannnung. Du handelst Dir damit zumindest Unlinearitaeten ein.
Warum nicht einfach einen DS18B20?
Was ist der Hintergrund für deinen 12V Spannungsteiler?
Wenn deine ADC Leitung länger als ein paar Zentimeter ist, solltest du
vor den ADC Eingang noch ein RC Filter schalten, als Schutz und HF
Filter.
Wie stabil ist die 12V Versorgung? Ich würde die 12V mit einem zweiten
ADC Eingang und einem fixen Spannungsteiler zusätzlich messen, und damit
dann die Temperaturwerte ratiometrisch berechnen.
Till schrieb:> Die Z-Diode soll den Arduino schützen, falls es mal einen Kabeldefekt gibt.
Da fehlt ein Widerstand, der in diesem Fall den Strom durch die
Schutzdiode des Eingangs begrenzt.
Andreas B. schrieb:> Warum nicht einfach einen DS18B20?
Weil der max 125 grad macht?
Till schrieb:> AREF wird auf 3,3V gelegt,
Warum nicht die internen 1.1V ?
Alt G. schrieb:> Andreas B. schrieb:>> Warum nicht einfach einen DS18B20?>> Weil der max 125 grad macht?
Nein, 85 Grad. Die gewuenschten 200 Grad oben habe ich uebersehen. Ich
haette jetzt nicht gedacht, dass Kollektoren so heiss werden.
Kira schrieb:> Ich würde die 12V mit einem zweiten> ADC Eingang und einem fixen Spannungsteiler zusätzlich messen, und damit> dann die Temperaturwerte ratiometrisch berechnen.
Ich wuerde eher diese Spannung als Referenzspannung einspeisen. Es
interessiert ja nur das Widerstandsverhaeltnis.
Alt G. schrieb:> Andreas B. schrieb:>> Nein, 85 Grad.>> Sag das dem der bei mir im kamin des oelbrenners liegt nicht.
Ah, stimmt. Ich hatte 85 Grad in Erinnerung. Das bezieht sich aber nur
auf die Genauigkeit von 0.5 Grad.
Danke für die Antworten!
Also Halbleitersensoren scheiden aus, im Fall der Stagnation der
Kollektoren (Speicher voll, Pumpe aus) können sogar noch mehr als 200°C
auftreten. PT1000 ist weit verbreitet für solche Messungen.
Dass die Z-Diode das Ganze etwas krumm macht, weiß ich. Wie gesagt, ich
würde so etwas wie eine Messkurve aufnehmen und dann Pi mal Daumen
linearisieren.
@ Wolfgang: Bei Kabelunterbrechung vom Sensor läge die Z-Diode doch über
den 5k6 an 12V. Wenn der 5,6 unterbrochen ist, wäre es ja egal, dann
sind die 12V ja abgetrennt.
@ Kira: RC-Glied hatte ich auch schon auf dem Schirm :-) Der Hintergrund
der 12V-Speisung ist, den zu messenden Spannungsbereich zu spreizen, um
mehr Abstand zu evtl. Störungen zu bekommen.
@ Andreas B.: Gute Idee, die Referenz aus der selben Quelle per
Spannungsteiler zu gewinnen :-)
Ich glaube, ich probiere das mal aus ...
man kann es sich auch einfach machen und einen MAX31865 nehmen,
aufpassen das man die richtigen MAX für die RTD nimmt. Gibts auch als
Breakoutboard, waren allerdings auch mal deutlich günstiger.
Da dein Messwiderstand (PT1000) nicht linear ist, werden die Messwerte
von deinem ADC wird die Auflösung nur im Durchschnitt 0,6K betragen.
Da wo die Widerstandskurve stark steigt wird sie wesentlich schlechter
sein als das.
Justus Jonas schrieb:> Da wo die Widerstandskurve stark steigt wird sie wesentlich schlechter> sein als das.
Wenn das Dein Problem ist, dann wohl eher anders herum.
Till schrieb:> Hab ich da einen schweren Denkfehler drin oder geht das?
Ist halt grob ungenau.
An einem Pt1000 entsteht die 18-fache Verlustleistung, das macht ihn ein
paar GradC wärmer.
Deine 12V sind wohl nicht refenenzgenau, sondern schwanken sagen wir um
1% relativ zur ADC Referenz, das macht noch mal 3 GradC Ungenauigkeit.
Dein 5k6 Widerstand, wird eh schon 1% haben (also 3 GradC Messfehler),
und welchen Temperaturkoeffizient hat der, 50ppm ? Macht also 1 GradC
Messabweichung wenn die Auswerteelektronik 70 GradC wärmer wird.
Till schrieb:> Ich würde den Krempel im Wasserbad bei unterschiedlichen Temperaturen "eichen"
Gerade deswegen nimmt man Pt1000, damit man NICHT nachmessen muss. Eine
ordentliche Pt1000 Auswertung ist genau, right out of the box.
Mach's einfach richtig
https://dse-faq.elektronik-kompendium.de/dse-faq.htm#F.32
das spart viel Mühe.
DS18B20 geht nicht bis 200 GradC, aber wer braucht schon 200 GradC.
@ Michael B.
Es geht ja auch gar nicht um eine Präzisionsmessung. Ich will nur
feststellen, ob der Kollektor um ein delta_T wärmer ist als der
Speicher. +/- ein paar K sind da irrelevant. Und, wie oben beschrieben,
ICH brauche die 200°C. Ich weiß, dass die Methode eher ein Schätzeisen
ist, aber sie erscheint mir recht simpel und störunanfällig. In meinem
Keller sind es sommers wie winters 15°C und wenn die Schaltung ein
Weilchen gelaufen ist, erwarte ich da keine allzugroße Temperaturdrift.
Wenn die Schaltung dann plötzlich 70K wärmer wird, liegt wohl eher ein
anderes Problem vor. A_REF soll, wie oben geschrieben dann auch aus den
12V gespeist werden, würde also im Zweifelsfall mitdriften.
Ich würde 18kOhm Vorwiderstand nehmen. Dann die externe ref mit Poti von
den 12V auf 1,1V legen. Damit ist die Auflösung bei ca 0,5K und der
Bereich bis ca 215° abgedeckt. Die 12V sollten nicht zu stabil sein
damit eine saubere Kommastelle zustande kommt. Als Schutz und "Fühler
fehlt" Detektor eine Led.
5 Messungen (-2935) ergeben die Temperatur mit einer Kommastelle.
(Besser 50 Messungen und die letzte Stelle weg lassen)
So, ich habe es gerade mal quick'n'dirty gestestet. Einfach nur der 5k6
(5%) und der PT wie oben an den Arduino gehängt. Bei A_REF von 3,3V
ergibt sich der gezeigte Verlauf (Rohdaten), Temperatur ca. 15°C
(brrr!). Das entspräche einer Eigenerwärmung von knapp 2K, die
Verlustleistung liegt da bei etwa 3mW. Bei 200°C wäre die
Verlustleistung etwa 4,7mW, dann hätte ich vielleicht 3K Messfehler. Für
meine Zwecke völlig ausreichend.
Till schrieb:> Verlustleistung etwa 4,7mW, dann hätte ich vielleicht 3K Messfehler. Für> meine Zwecke völlig ausreichend.
Hatte ich ja geschrieben,
Deshalb einfach auf gute Thermische Kopplung achten dan fällt das kaum
ins Gewicht.
Mehr ist die Frage, wie lange sind die Leitungen vom PT1000 bis zum µC?
Wenn der PT1000 auf dem Dach ist und der µC im Keller, denke ich da hast
du andere Differenzen.
Da wäre ein Vorort AD->Serielwandler dann von Vorteil.
Nimmst du ein Differenzwandler, kann dir dann durch einen 2ten
Festwiderstand Spannungsteiler die unsaubere +12V egal sein :-)
Sauberes LC Filter in die Speisung und fertig.
MfG
Till schrieb:> Ich würde> den Krempel im Wasserbad bei unterschiedlichen Temperaturen "eichen"
Wenn kein Beamter des Eichamtes anwesend ist, nennt sich der selbe
Vorgang kalibrieren.
> und, falls notwendig, über ein Polynom o.Ä. linearisieren.
und das wäre dann die Justage. (Die von vielen fälschlicherweise als
Kalibrierung bezeichnet wird.)
Gruß
Jobst
Moin,
Ich interpretiere Eichung etwas anders. Gut, in normalen Fällen stimmt
Eure Argumentation bezüglich Eichen und Calibration. Aber das gilt nur
für die Benutzer in Umlauf geratenen (zugelassenen) gewerblich
gebrauchter Gerätschaften und ist daher gesetzlich ausreichend geregelt.
Ich verstehe unter "Eichung" auch das erstmalige Versehen einer noch
unmarkierten "Skala" mit Markierungsstrichen und Zahlenwerten nach den
physikalischen Größen die gemessen werden sollen. Calibrierung bezieht
sich aber nur auf die schon existierende zweckmäßig beschriftete Skala.
(den Begriff Skala darf man hier nicht wörtlich nehmen und schliesst
natürlich auch digitale Justierungsmethoden ein)
Aber, als Hersteller bzw. Entwickler eines neuen Meßgeräts eicht man
tatsächlich erstmalig im Entwicklungsstadium das betreffende Gerät.
Calibration bzw Justage stützt sich aber auf schon vorhandene Skalen
zugelassener Gerätschaften. Bei der Erstherstellung existiert die
"Skala", die geeicht werden muß, überhaupt noch nicht und kann noch
nicht calibriert werden. Erst wenn diese Skala im Vergleich mit
anerkannten Vergleichsstandards erstmalig markiert und in Existenz
gerät, kann man überhaupt von einer Calibrierung und Justage sprechen
und der späteren konsequenten Eich-Konformitätsotwendigkeit in gewissen
Bereichen.
Hier kommt ein zutreffendes Beispiel:
In früheren Bauartikeln in Zeitschriften oder Bücher wo sich z.B. jemand
einen Grid-Dipper baut, spricht der Autor tatsächlich korrekt von einer
"Eichung" des fertig gestellten Geräts. D.h., es werden Markierungen und
Kreisabschnitte aufgebracht und mit Zahlen von einem vertraubaren
Vergleichsinstrument (Frequenzzähler) versehen.
Später, nach einiger Zeit, möchte der Erbauer die Calibrierung seiner
"selbst geeichten" Skala überprüfen und wenn notwendig, justieren. Wenn
er aber später aus irgendeinen Grund den Drehko gegen einen mit einem
anderen Plattenprofil auswechseln möchte, ist wiederum eine "Neueichung"
erforderlich, da sich das alte Skalenprofil nicht mehr auf den in der
Originaleichung benutzen Drehko beziehen kann.
Ich bin also der Meinung, daß ich als Hersteller eines neuen Gerätes
meine "Skala" erst einmal selber "eichen" muß und Calibrierung bzw.
Justage erst danach im Zusammenhang mit geeichten Vergleichsstandards
überhaupt möglich ist. Wie man diese "Eichung" durchführt ist von dem
Zweck des neuen Geräts abhängig.
Vielleicht sollte man den Begriff "Eichung" nicht derart einengen wie es
meist vorkommt.
Jetzt dürft ihr mich ggf. ad absurdum führen:-)
Gruß,
Gerhard
Gerhard O. schrieb:> Ich verstehe unter "Eichung" auch das erstmalige Versehen einer noch> unmarkierten "Skala" mit Markierungsstrichen und Zahlenwerten nach den> physikalischen Größen die gemessen werden sollen.
Das ist eine Erstinbetriebnahme oder Initialisierung und letzten Endes
auch eine Justage.
Eine Eichung ist nur dies: https://de.wikipedia.org/wiki/Eichung
Gruß
Jobst
Jobst M. schrieb:> Gerhard O. schrieb:>> Ich verstehe unter "Eichung" auch das erstmalige Versehen einer noch>> unmarkierten "Skala" mit Markierungsstrichen und Zahlenwerten nach den>> physikalischen Größen die gemessen werden sollen.>> Das ist eine Erstinbetriebnahme oder Initialisierung und letzten Endes> auch eine Justage.>> Eine Eichung ist nur dies: https://de.wikipedia.org/wiki/Eichung>> Gruß> Jobst
Moin,
Dann kann man also davon ausgehen, daß der Begriff "Eichung" nur noch im
gesetzlichen Kontext verwendet werden sollte.
Ich habe aber diesen Begriff oft in früherer Technikliteratur und
Zeitschriften(Funkschau) gebraucht gelesen und wundere mich, daß die
Editoren dies durchgehen ließen. Da wurde aber immer von der
"Skaleneichung" des gebauten KW RX, GDO oder Senders gesprochen. Das
Wort Justierung kam nie vor.
Mir scheint, daß sich in diesen Zusammenhang eine Eingrenzung vollzogen
gat. In den sechziger Jahren scheint man das noch etwas loser gesehen zu
haben.
Etymologisch bezogen scheint mir der heutige Begriff strenger definiert
zu sein wie vielleicht vor über 60+ Jahren.
Gruß,
Gerhard
Ich hab auch mal so eine Steuerung gebaut, der PT1000 ging mit einen
Widerstand gegen +5V, ARef vom AD Wandler wurde mit einem Spindeltrimmer
eingestellt.
Das war auf ca. 0,5K genau und für Solarthermie ausreichend.
Die genauen Werte kann ich dir nochmal raus suchen.
Gruß
Roland
Ich hab nochmal ein bisschen gerechnet und gemessen, wenn ich die ganze
Geschichte nur mit 5V betreibe, sinkt die Verlustleistung am Fühler auf
etwas mehr als die Hälfte gegenüber der 12V Version. Die Z-Diode kann
dann ebenfalls entfallen und wenn A_REF aus der selben 5V-Quelle
gewonnen wird, dürften sich Spannungsungenauigkeiten ja auch
einigermaßen aufheben. Um das dann einigermaßen abzugleichen, braucht es
halt das Wasserbad. So what. Den Begriff "eichen" hatte ich schon oben
absichtlich in Anführungszeichen gesetzt... ;-)
Etwas ist mir noch eingefallen, das hatte ich eingangs unglücklich
formuliert: Messen muss ich nur bis etwa 130°C, die Sensoren müssen aber
dennoch über 200°C aushalten. Ich denke mal, das ist so mit wenig
Aufwand und für die Zwecke ausreichender Genauigkeit machbar. Wenn ich
die Zeit finde, werde ich mal über die Praxis berichten.
Ich danke allen Beteiligten für die Anregungen!
Till schrieb:> Um das dann einigermaßen abzugleichen, braucht es halt das Wasserbad.
Warum? Genauer als der Pt1000 von Haus aus ist, wird es nicht. Und
Festwiderstände gibt es praktisch mit beliebiger Genauigkeit und
Konstanz.
Man könnte sich das Leben natürlich auch einfach machen, indem man einen
Thermocouple & einen Max31850/31855/31856 (je nach Geschmack) nimmt.
Dann kann man sich auch den ganzen Kalibrieraufwand sparen.
Andreas B. schrieb:> Man könnte sich das Leben natürlich auch einfach machen, indem man> einen> Thermocouple & einen Max31850/31855/31856 (je nach Geschmack) nimmt.> Dann kann man sich auch den ganzen Kalibrieraufwand sparen.
Ha, genau das stimmt nicht! Das wäre viel eher bei dem PT1000 der Fall,
denn den kann man schlicht rechnen. Dein Thermoelement bringt schon von
Haus aus 2,5° an Ungenauigkeit mit sich. Dann kommt da noch die
Ungenauigkeite und Justage der Vergleichsstelle hinzu.
TC ist billig, schnell und robust, PT ist deutlich präziser, in der
Regel langsamer, meist empfindlicher und letztlich teurer.
Allerdings dürfte TC für den Anwendungsfall aus meiner Sicht tatsächlich
ausreichen. Man muss halt wissen, was man tut. Wenn die Leitung bis zur
Messstelle sehr lang ist, Störquellen in der Nähe sind,
dann ist TC möglicher Weise doch nicht so ideal gegen Vierleiter-PT1000.
Alles eine Frage der Randbedingungen!
Bauform B. schrieb:> Till schrieb:>> Um das dann einigermaßen abzugleichen, braucht es halt das Wasserbad.>> Warum? Genauer als der Pt1000 von Haus aus ist, wird es nicht. Und> Festwiderstände gibt es praktisch mit beliebiger Genauigkeit und> Konstanz.
Weil ein Abgleich mit einem billigen Kochtopf und/oder Eiswasser dir die
teuren Präzisionswiderstände spart und du gleich noch eine sehr gute
Kontrolle über dein Endergebnis bekommst.
Eine empfehlenswerte Vorgehensweise.
Till schrieb:> Dass die Z-Diode das Ganze etwas krumm macht, weiß ich.
Dann nimm statt der doch einfach zwei Low-Leakage-Dioden (die BAS81 hat
max. 200nA Leckstrom) in einer Klemmschaltung.
Und ich würde auf jeden Fall noch einen 47k Widerstand in Reihe zum ADC
Pin sowie einen 1uF Kerko von diesem Pin nach GND schalten und mit so
einer Schaltung loslegen:
1
+12V Vcc
2
o o
3
| |
4
.-. ---
5
| | / \ BAS81
6
| | 5k6 ---
7
| | |
8
'-' |
9
| |
10
| _____ 47k |
11
O-----|_____|-------O------------o--------> ADC
12
| | |
13
| | |
14
.-. --- |
15
| | / \ BAS81 === 1u
16
| | PT1000 --- |
17
| | | |
18
'-' | |
19
| | |
20
| | |
21
GND O-------------------O------------o-------->
Patrick L. schrieb:> Wenn der PT1000 auf dem Dach ist und der µC im Keller, denke ich da hast> du andere Differenzen.
Meine Solarssteuerung bekommt das ganz problemlos mit ungeschirmter
Leitung über 15m hin. Und wenn alle Messeingänge gleich beschaltet sind,
dann passen die Messwerte wenigstens schon mal relativ zueinander.
Und als ADC-Referenzspannung könnte man einfach einen aus der
12V-versorgten 5k6/1k8-Spannungsteiler nehmen. Denn wenn 200°C die
höchste auftretende Temperatur ist, dann wird bei einem
PT1000-Widerstand von ca. 1k8 die höchste auftretende Spannung
12V*1k8/(5k6+1k8) = 2,9V sein.
Ich hab nochmal nachgesehen, meine Schaltung ähnelt den bereits
geposteten Vorschlägen und sieht wie folgt aus:
1
---+---- 5V
2
|
3
| | 2k7 ¹)
4
| |
5
|
6
+---[47K]---+--> ADC
7
| |
8
| | PT ===
9
| | 1000 | 100n
10
| |
11
---+-----------+---
Bei 120°C hat der PT1000 1460 Ohm, das entspricht ca 1,75V (ADC-Wert =
1023 - Aref wurde mit Spindeltrimmer so eingestellt)
Bei 0°C (1000 Ohm) wären das 1,35V (ADC-Wert ca 775)
Dann hast du für die 120K Differenz ~248 ADC-Schritte (ein Schritt
entspricht dann ca 0.5K - du brauchst aber in Software noch eine
Linearisierungstabelle)
Ich habe die Werte dann übrigens noch in Software geglättet in dem ich
über die letzten 8 ADC-Werte den Durchschnitt bilde, so dass sich der
Jitter in den letzten Bit raus mittelt.
(in Wirklichkeit summiere ich sie auf und bekomme dann Werte bis ~8192 -
also theoretisch 13 Bit Genauigkeit ;) )
Das Ganze läuft jetzt sein 2009 bei einem Bekannten. Die Kabel zu den
Sensoren wurden ursprüngllich vom Heizungsbauer verlegt und ist normales
NYM 3x1,5 :)
Ja die Genauigkeit dieses Konstruktes ist definitiv nicht besser als
0,5K (wohl eher 1-1,5K) - Zum Entscheiden, welcher der Ost/West
Kollektoren der wärmere ist, reicht es aber allemal.
Ich hab mir jetzt die vorgeschlagenen ICs nicht alle angesehen, aber an
meiner Steuerung hängen 8 Sensoren (Kollektor Ost/West,
2XPufferspeicher, Kesseltemperatur, Brauchwasser, Heizung Vor/Rücklauf)
- das geht dann doch ins Geld und Aufwand.
¹) WICHTIG zur Wahl des Widerstandes: Du musst darauf achten, dass du
dich mit Aref nicht außerhalb der Spec des Prozessors bewegst. Beim
Atmega32 ist dies schon der Fall, da hier im Datenblatt min 2.0V steht.
Beim Atmega644 wärst du auf alle Fälle mit min 1.0V auf der sicheren
Seite. Der Widerstand sollte ein Präzisionswiderstand sein.
Gruß
Roland
Er schon wieder schrieb:> Ha, genau das stimmt nicht! Das wäre viel eher bei dem PT1000 der Fall,> denn den kann man schlicht rechnen. Dein Thermoelement bringt schon von> Haus aus 2,5° an Ungenauigkeit mit sich.
Ein Pt1000 ist auch nicht unbegrenzt genau. Klasse A wird teuer.
In vergleichbarer Genauigkeit dürften die sich preislich nicht viel
nehmen.
Und ein Thermocouple kann man auch auf 0.1°C genau rechnen:
https://srdata.nist.gov/its90/main/its90_main_page.html
Man darf halt nicht diese Arduino Libs nehmen.
Und wenn man den MAX31856 nimmt, spart man sich sogar das. Die
Vergleichsstellenmessung haben alle MAX ebenfalls schon drin.
> Alles eine Frage der Randbedingungen!
Auch wieder wahr.
Er schon wieder schrieb:> Weil ein Abgleich mit einem billigen Kochtopf und/oder Eiswasser dir die> teuren Präzisionswiderstände spart und du gleich noch eine sehr gute> Kontrolle über dein Endergebnis bekommst.> Eine empfehlenswerte Vorgehensweise.
Vorsicht, Wasser siedet per se nicht zwingend bei 100°C, nur auf
Merresspiegelnivau! Wenn du auf 1000 Meter Höhe bist, sind es schon
unter 97°C. Da sind 1% Wald und Wiesen Metallschichtwiderstände noch
genauer, als dein vermeindlich einfacher Abgleich ;-)
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