Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Verwendung Infrarot-Temperatursensor MLX90614


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von Bernd K. (bernd_ku)


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Hallo zusammen,

wir möchten verschiedene Temperatursensoren der Serie MLX90614 von 
Melexis einsetzen. Da wir hohe Anforderungen an die absolute Genauigkeit 
haben, verwenden wir die Medical Grade Version MLX90614XCX. Wir werden 
die Sensoren im Messbereich von 5-45°C einsetzen.
Für die Tests haben wir eine Kühl- und Heizvorrichtung, die den 
vorgesehenen Messbereich erreichen kann. Die Messfläche hat einen 
Emissionsgrad von 0,96 +- 2%. Die Messflächentemperatur wird mit einem 
kalibrierten PT100 (genauer als 0,02K) überwacht.
Die Sensoren werden im Werk kalibriert und sollten eine Genauigkeit von 
+-0,5K haben.
Für unsere Messung lesen wir das RAM-Register 0x07 aus und berechnen mit 
der vorgegebenen Formel: t[°C] = Register 7 * 0,02 + 273,13.
Unsere Messungen haben je nach Sensor eine Abweichung von ca. 1,2K.
Um eine Fehlkonfiguration zu vermeiden, lasse ich die Emissivität bei 
1,0, dem Standardwert des Sensors. Ich möchte im Sensor nichts falsch 
konfigurieren und denke, dass die tatsächliche Emissivität sehr nahe bei 
1 liegt.
Erstaunlich ist, dass die Sensoren mit einem Öffnungswinkel von 5° und 
12° einen Fehler von mehr als einem Kelvin aufweisen, während der Sensor 
mit einem Öffnungswinkel von 35° nur um 0,1K abweicht.
Der Sensor hat zwei Ergebnisregister für die Objekttemperatur, 0x07 und 
0x08, die die Objekttemperaturen TObj1 und TObj2 ausgeben. Aus dem 
Datenblatt kann ich nicht entnehmen, ob und wie diese zu verrechnen 
sind.
Die Spannungsversorgung haben geprüft.

Kennt jemand den Sensor und kann mir weiterhelfen? Wie verwende ich die 
zwei Objekttemperaturen?
Vor allem wundern wir uns, dass die Sensoren trotz gleicher Emissivität 
völlig unterschiedlich sind.

Die verwendeten Sensoren sind
5°: MLX90614ESF-DCI-000-SP
12°: MLX90614ESF-DCH-000-SP
35°: MLX90614ESF-DCC-000-SP

Viele Grüße
Bernd

von Martin S. (sirnails)


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Bernd K. schrieb:
> und denke, dass die tatsächliche Emissivität sehr nahe bei
> 1 liegt.

Bernd K. schrieb:
> Die Messfläche hat einen
> Emissionsgrad von 0,96 +- 2%.

Was jetzt?

Und wo kommt die Angabe her? Wie wird die Wärme auf der Messfläche 
verteilt? Was macht ihr gegen Konvektion?

Klar ist die Fläche am Rand kälter, als in der Mitte. Und klar kommen 
damit bei verschiedenem Öffnungswinkel unterschiedliche Zahlen heraus.

Was passiert, wenn ihr die drei Sensoren gleichzeitig auf einen gleichen 
Punkt eines Gegenstandes mit Raumtemperatur ausrichtet? Parallel messen!

Temperatur und Messung in einem Satz zu verwenden, ist eigentlich 
irrwitzig, denn die Temperaturmessung ist die absolute Kür der 
Messtechnik.

von Bernd K. (bernd_ku)


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Martin S. schrieb:
> Klar ist die Fläche am Rand kälter, als in der Mitte. Und klar kommen
> damit bei verschiedenem Öffnungswinkel unterschiedliche Zahlen heraus.

Ich kann keinen Temperaturunterschied auf der Messfläche feststellen.
Über die gesamte Fläche misst derselbe Sensor dasselbe.
Das gilt besonders, wenn ich bei Raumtemperatur messe. Auch dann habe 
ich die Abweichung.

Martin S. schrieb:
> Was passiert, wenn ihr die drei Sensoren gleichzeitig auf einen gleichen
> Punkt eines Gegenstandes mit Raumtemperatur ausrichtet? Parallel messen!

Gleichzeitiges Messen am selben Ort zur selben Zeit ist nicht möglich, 
da sich immer nur ein Sensor über der Messfläche befinden kann.
Schiller schrieb dazu:
"Doch hart im Raume stoßen sich die Sachen;
Wo eines Platz nimmt, muß das andre rücken,"

Durch die wirklich sehr definierte Regelung und Kontrolle durch den 
Referenzsensor habe ich keinen Zweifel an der vorgegebenen Temperatur.

Martin S. schrieb:
> Temperatur und Messung in einem Satz zu verwenden, ist eigentlich
> irrwitzig, denn die Temperaturmessung ist die absolute Kür der
> Messtechnik.

Deshalb habe ich das Problem auch an den Sensorhersteller ausgelagert. 
Nur bin ich anscheinend nicht in der Lage, seine Dokumentation richtig 
zu interpretieren.

von Rainer W. (rawi)


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Bernd K. schrieb:
> Gleichzeitiges Messen am selben Ort zur selben Zeit ist nicht möglich,
> da sich immer nur ein Sensor über der Messfläche befinden kann.

Der Schiller war eben kein Physiker.
Zwei Sensoren könnten etwas schräg unter gleichem Winkel auf die 
Messfläche gucken - einer etwas von links, der andere etwas von rechts.

Hauptsache in der Beschichtung der Messfläche spiegelt sich nichts 
unkontrolliert.

von Helmut -. (dc3yc)


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Du könntest zum Vergleichen deiner Sensoren sie zusammen in den 
wolkenlosen Himmel schauen lassen. Die Temperatur dort oben sollte 
relativ konstant sein. Ich verwende die Temperaturdifferenz zwischen 
lokaler Umgebungstemperatur und der des Himmels, um die Bewölkungsdichte 
zu bestimmen.

von Martin S. (sirnails)


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Helmut -. schrieb:
> Die Temperatur dort oben sollte
> relativ konstant sein.

Aber nicht bei einem derart großen Öffnungswinkel. Das müsste man dann 
in einer wolkenlosen Nacht machen. Arg viel Aufwand.

Bernd K. schrieb:
> Erstaunlich ist, dass die Sensoren mit einem Öffnungswinkel von 5° und
> 12° einen Fehler von mehr als einem Kelvin aufweisen, während der Sensor
> mit einem Öffnungswinkel von 35° nur um 0,1K abweicht.

Welche Beschichtung habt ihr auf die Messfläche aufgetragen? 
Velvet-Coating?

von Bernd K. (bernd_ku)


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Martin S. schrieb:
> Velvet-Coating

Vielen Dank für den tollen Tipp mit der Velvet-Beschichtung. Das kannte 
ich noch nicht. Habt könnt ihr NEXTEL Velvet Coating empfehlen?
Auch wenn es dilettantisch klingt, wir haben Auspufflack verwendet. Von 
allen Materialien, die wir bisher verwendet haben hat er zumindest im 
sichtbaren Spektrum die höchste Lichtabsorption.
Wir haben auch Black 4.0 von culturehustle.com bestellt, aber noch nicht 
erhalten.

Eure bisherigen Tipps bezogen sich alle auf die Temperaturquelle.
Da die Abweichung zwischen den Sensoren bei der gleichen Messung selbst 
bei Raumtemperatur so groß ist, möchte ich die Diskussion gerne auf die 
Steuerung des Sensors lenken.

Weiß jemand, was der Messwert TO2 (Objekttemperatur 2) bedeutet und wie 
der zu verwenden ist?

von Dieter S. (ds1)


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Bernd K. schrieb:
>
> Weiß jemand, was der Messwert TO2 (Objekttemperatur 2) bedeutet und wie
> der zu verwenden ist?

Steht doch im Datenblatt, das ist die Temperatur, die der zweite IR 
Sensor ermittelt hat. Der MLX90614xAx hat laut Datenblatt nur einen IR 
Sensor.

von Martin S. (sirnails)


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Bernd K. schrieb:
> Weiß jemand, was der Messwert TO2 (Objekttemperatur 2) bedeutet und wie
> der zu verwenden ist?

So wie ich das verstehe hat der Sensor zwei IR-Sensoren, die 
unterschiedlich parametriert werden können. Wenn alle Register gleich 
gesetzt sind, sollte eigentlich auch ein nahezu gleicher Wert 
herauskommen.

von Michael (michaelp)


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Eventuell sehen die Sensoren mit dem kleineren Winkel noch mehr 
Temperatur von ihrer Optik. Das wird bei den Sensoren sicher korrigiert 
aber eventuell nicht perfekt. Eventuell kann man hier noch etwas 
verbessern wenn man den Sensor thermisch isoliert.

von Michael (michaelp)


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Auf Seite 39 des Datenblatts wird der Sichtbereich der 2 Sensoren 
definiert.

von Hannes (taurus16)


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Michael schrieb:
> Auf Seite 39 des Datenblatts wird der Sichtbereich der 2 Sensoren
> definiert.

Aber nur für xBx, Bernd schrieb, er hat xCx Sensoren.

Habt ihr den Aufbau mal mit einem Gehäuse zum Umgebungslicht/Luft 
isoliert?

von Bana A. (bananen_bieger)


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Uii...
Auspufflack .. beste Lichtabsorption im sichtbaren Bereich... Dabei 
geschieht die Messung im Infraroten.

Ich weiss grad nicht, wie der Sensor die Strahlungs-Temperatur misst, 
ueblicherweise nimmt man Thermopiles, das sind Thermocouples gegen das 
Gehause.
Dabei spielt die Temperatur des Sensors selbst rein. Wie schon gesagt, 
sind genaue Temperaturmessungen sehr anspruchsvoll. Die Umgebung strahlt 
ja auch schon ab. Dann gibt es Relexionen. Der Betrachter kann sich i, 
Infraroten auf der Oberflaeche spiegeln. Allenfalls mit einer Thermocam 
verifizieren. Die Oberflaeche muss also weg. Die Luftstroemung, muss 
auch weg.

Ich wuerd nicht gegen eine Flaeche messen, sondern gegen einen Hohlraum. 
zb ein Weithals Metalldewar, zB eine Isotasse. Dort einen Aluklotz rein, 
mit einer grossen Bohrung , dann einen dicken Deckel drauf mit einem 
duennen Loch. Dort schaut der Sensor rein. Allenfalls kann die 
Aluflaeche eloxiert und lackiert sein. Irgend ein Plastiklack passt fuer 
Infrarot. Der Klotz mit seinem Deckel ist thermostatisiert, er ist ja 
isoliert gegen die Umgebung, das sollte passen. Dann noch einen 
isolierenden Deckel mit Loch auf das Dewar. Der Sensor bleibt draussen, 
sieht aber nur das Loch im Alu. Allenfalls den Sensor auf einen 
thermostatisierten Klotz, oder Halter.
Mit weniger wuerd ich's nicht versuchen.

: Bearbeitet durch User
von Michael B. (laberkopp)


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Rainer W. schrieb:
> Zwei Sensoren könnten etwas schräg unter gleichem Winkel auf die
> Messfläche gucken - einer etwas von links, der andere etwas von rechts.

Klar, dann messen sie aber eventuell unterschiedlich.

Bernd K. schrieb:
> Unsere Messungen haben je nach Sensor eine Abweichung von ca. 1,2K.

Wovon ?

Im Vergleich zum Pt100 oder von Melexis zu Melexis ?

Wenn alle etwas vom Pt100 abweichen aber untereinander eher die 0.5K 
einhalten, stimmt halt deine angenommene Emissivität nicht, oder die 
Vergleichstemperaturmessung (Thermopile ist ja immer im Vergleich)  ist 
nicht genau genug.

Weichen die Melexis schon untereinander ab obwohl sie am selben Ort 
montiert sind (auswechseln) sollte man Melexis fragen, wie sie auf ihre 
0.5K kommen. Die müssen das ja auch irgendwie verifizieren.

von Sebastian W. (wangnick)


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Bernd K. schrieb:
> Auch wenn es dilettantisch klingt, wir haben Auspufflack verwendet. Von
> allen Materialien, die wir bisher verwendet haben hat er zumindest im
> sichtbaren Spektrum die höchste Lichtabsorption.
> Wir haben auch Black 4.0 von culturehustle.com bestellt, aber noch nicht
> erhalten.

Absorbiert euer Auspufflack bzw. Black 4.0 (oder auch dieses Nextel 
Velvet Coating) denn definitiv Infrarot? Zumindest für Musou Black 
heisst es auf deren Webseite (musoublack.com) nämlich recht eindeutig: 
"Musou Black does not suppress infrared reflections".

LG, Sebastian

: Bearbeitet durch User
von Martin S. (sirnails)


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Sebastian W. schrieb:
> "Musou Black does not suppress infrared reflections".

Das wäre an dieser Stelle auch meine Vermutung.

von Bernd K. (bernd_ku)


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Michael B. schrieb:
> Im Vergleich zum Pt100 oder von Melexis zu Melexis ?
>
> Wenn alle etwas vom Pt100 abweichen aber untereinander eher die 0.5K
> einhalten, stimmt halt deine angenommene Emissivität nicht, oder die
> Vergleichstemperaturmessung (Thermopile ist ja immer im Vergleich)  ist
> nicht genau genug.

Entschuldigung, da war ich offensichtlich nicht präzise genug.
Die Messwerte weichen sowohl untereinander als auch zum PT ab.
Beispiel:
- PT100 misst 20.01°C
- MLX 35° Öffnungswinkel misst 19.95°C
- MLX 12° Öffnungswinkel misst 18.50°C
- MLX 5° Öffnungswinkel misst 18.15°C

Michael B. schrieb:
> Weichen die Melexis schon untereinander ab obwohl sie am selben Ort
> montiert sind (auswechseln) sollte man Melexis fragen, wie sie auf ihre
> 0.5K kommen. Die müssen das ja auch irgendwie verifizieren

Wohl wahr. Da es medizinische Sensoren sind, liegt der Fehler bestimmt 
bei uns.

Sebastian W. schrieb:
> Absorbiert euer Auspufflack bzw. Black 4.0 (oder auch dieses Nextel
> Velvet Coating) denn definitiv Infrarot? Zumindest für Musou Black
> heisst es auf deren Webseite (musoublack.com) nämlich recht eindeutig:
> "Musou Black does not suppress infrared reflections".

Danke, dass du für Musou Black nachgeschaut hast. Wir wissen es nicht. 
Leider haben wir nicht die Ausrüstung, um die IR-Reflektivität zu 
messen. Die Spezifikationen, die wir gefunden haben, geben keine 
Auskunft darüber. Es gibt eine spezielle Infrarotversion (VANTABLACK 
S-IR), die aber für Normalsterbliche nicht erhältlich ist. (Es besteht 
die naive Annahme, dass Auspufflacke auf hohe IR-Emission optimiert 
sind, um Wärme abzustrahlen).

von Martin S. (sirnails)


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Bernd K. schrieb:
> Leider haben wir nicht die Ausrüstung, um die IR-Reflektivität zu
> messen. Die Spezifikationen, die wir gefunden haben, geben keine
> Auskunft darüber.

Da musst Du aber zwei Dinge unterscheiden: Emission und Reflexion. Das 
eine lässt sich durch einen Korrekturfaktor korrigieren, das andere 
eigentlich gar nicht. Je niedriger die Reflexion, umso niedriger der 
Störeinfluss von außen, aber ganz wegbekommen wirst Du sie nie.

> Es gibt eine spezielle Infrarotversion (VANTABLACK
> S-IR), die aber für Normalsterbliche nicht erhältlich ist.

"Vantablack S-VIS and S-IR are applied to customer parts at our UK 
coating facility. We ship coated parts across the world."

Du musst also Dein Teil zu denen schicken. Frag dort doch einfach ein 
Angebot an. Den Aufwand, den Du hier treibst, ist ja kaum Hobby, oder?

> (Es besteht
> die naive Annahme, dass Auspufflacke auf hohe IR-Emission optimiert
> sind, um Wärme abzustrahlen).

Nein, davon kannst Du nicht ausgehen. Solarzellen sind im sichtbaren 
Spektrum dunkelblau, im IR-Spektrum durchsichtig. Nur weil es für uns 
schwarz aussieht, muss es das nicht für IR sein. Auspufflack muss in 
erster Linie mal hitzefest sein. Daher finden hier nur Pigmente 
Anwendung, die das auch sind.

Du könntest auch mal nach einer Carbon-Black Beschichtung schauen. Es 
muss aber echter Kohlenstoff drinnen sein. Reiner C hat sehr gute 
Eigenschaften im IR-Spektrum.

von Purzel H. (hacky)


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Die ganze Reflektierereit ist egal wenn man mit einem Hohlraum arbeitet.

von Rainer W. (rawi)


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Michael B. schrieb:
> Klar, dann messen sie aber eventuell unterschiedlich.

So klar scheint dir das mal wieder nicht zu sein. Ich kenne keinen 
IR-Sensor, der einen Kompass und einen Neigungssensor enthält. Woher 
soll er es also wissen und wie sollen sie etwas unterschiedliches 
messen, wenn sie unter gleichem Blickwinkel die gleiche Fläche angucken.

Das Strahlungsfeld ist rotationssymmetrisch, d.h. alle Sensoren die sich 
im gleichen Abstand von der Achse befinden und auf die Mitte der Fläche 
gucken, bekommen die gleiche Strahlung ab.

von Michael B. (laberkopp)


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Rainer W. schrieb:
> wie sollen sie etwas unterschiedliches messen, wenn sie unter gleichem
> Blickwinkel

Es ging eben um nicht gleichen Blickwinkel.

von Heinz M. (heinz_m)


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Helmut -. schrieb:
> Ich verwende die Temperaturdifferenz zwischen
> lokaler Umgebungstemperatur und der des Himmels, um die Bewölkungsdichte
> zu bestimmen.

In diesem Thema leider OT, aber an Himmelstemperatur und 
Bewölkungsdichte war ich auch schon mal dran. Meine Messung mit MLX90614 
funktionierte auch.
Aber wie schützt man den Sensor vor Umwelteinflüssen draußen im Garten? 
All meine Versuche den Sensor mit verschiedenen Abdeckscheiben zu 
schützen endeten damit dass mir der MLX90614 die Temperatur der 
Schutzscheibe lieferte und nicht mehr die Himmelstemperatur.

von Christoph K. (christoph_k314)


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Heinz M. schrieb:
> Helmut -. schrieb:
>> Ich verwende die Temperaturdifferenz zwischen
>> lokaler Umgebungstemperatur und der des Himmels, um die Bewölkungsdichte
>> zu bestimmen.
>
> In diesem Thema leider OT, aber an Himmelstemperatur und
> Bewölkungsdichte war ich auch schon mal dran. Meine Messung mit MLX90614
> funktionierte auch.
> Aber wie schützt man den Sensor vor Umwelteinflüssen draußen im Garten?
> All meine Versuche den Sensor mit verschiedenen Abdeckscheiben zu
> schützen endeten damit dass mir der MLX90614 die Temperatur der
> Schutzscheibe lieferte und nicht mehr die Himmelstemperatur.


Indem du mit einem metallischen Spiegel 90 Grad umlenkst. Dann kann der 
Sensor wettergeschützt untergebracht werden.teure Alternativen bei 
Thorlabs. Allerdings ist Dreck auf dem Spiegel problematisch


&TO: gute Erfahrung habe  ich mit berussten Oberflächen oder Kupfer mit 
schwarzer Oxidschicht… ebonol c, einfacher nasschemischer Prozess

von Rainer W. (rawi)


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Michael B. schrieb:
> Es ging eben um nicht gleichen Blickwinkel.

Nein, lies einfach noch einmal

Rainer W. schrieb:
> Der Schiller ...

: Bearbeitet durch User
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