mikrocontroller.net

Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Temperaturmessung mit NTC & konst.Stromquelle


Autor: Manfred (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Grüß euch,

jaja ich weiß, immer wieder das alte schon 1000mal durchgekaute thema, 
trotzdem ein paar fragen :-):

Also ich möchte die Temperatur eines Wasserboilers mit einem bereits 
montierten NTC (typ unbekannt) und einen ATMEGA 128 messen.

Nun hab ich schon hier im Forum gelesen, dass eine Konstantstromquelle 
eigesetzt werden sollte.Habe auch ca. 1m Leitung zw. NTC und ADC-Eingang 
des µC's. Wie sollte diese Stromquelle den aussehen? Hab bereits versch. 
Varaiationen z.B. Transistor mit nem Emitterwiderstand und ne LED als 
Referenzspannung 
(http://www.elektronik-kompendium.de/public/schaere...) bis 
hin bis hin zu FET als Konstantstromquelle.

Wenn ich nun die Schaltung im oben gen. link aufbaue (transe+led) muss 
ich  den NTC in die Kollektorleitung reingehängt oder. Welchen Strom 
soll ich nun einstellen damit der NTC sicher funktiniert, viele meinen 
1mA, aber der NTC hat bei 25°C ca. 10k d.h. mein Emitterwid. müsste ja 
viel höher sein als der NTC-max. Wert, da kann ich aber keine 1mA mehr 
zur verfügung stellen bei 5V Versorgung(RE>>RL)

Solche NTC's sind ja nun sehr nichtlinear, jetzt hab ich von der 
Steinhart-hart gleichung gelesen--> 1/T=A+B*ln(R)+C*ln(R)³, wenn ich nun 
3 referenz messungen z.B. bei 0°C, 25C und 90°C mache kann ich mir die 
A,B,C Konstanten für das Polynom leicht ausrechnen (3 Gleichg. und 3 
Unbekannte) und mich ziemlich genau der originalen NTC-Kennlinie 
anzunähern, ist das so ok? Ein Vorwid.  soll ja auch schon etwas 
linearisieren, oder nur bei PTC's 
?(http://www.sprut.de/electronic/temeratur/temp.htm#ptc)

Will halt eine ziemlich genaue messung machen und mir keine Störungen 
durch Kabellängen (ca. 1m!!! antenne!!) usw. einfangen.

Bin euch für ein paar Tipps sehr dankbar !!!
mfg Manfred

Autor: Otto (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo Manfred,

ich habe ohne Konstantstromquelle mit
einem Lastwiderstand mit dem selben
Widerstandswert wie der NTC
(Metallfilm 1%) auch ganz gute
Ergebnisse erzielt.

Gruß Otto

Autor: Micha D. (fuchks)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Entscheidend ist die Genauigkeit der Konstantstromquelle zur Messung, da 
damit die Genauigkeit steht oder fällt.
Dafür gibts einige spezielle ICs, eine einfache Schaltung nur mit 
Transistoren würde ich nicht nehmen, die sind nicht so präzise. Es gibt 
auch gute Varianten mit einem OPV und einer Referenzspannung.
Als Strom reicht eigentlich ein Wert von 0,1mA, da bei 10kOhm dann immer 
noch 1V abfällt, was zur Messung reicht (Größenordnung ADC eines µCs). 
Wenn man die Spannung dann über ein RC-Glied mit einer sehr niedrigen 
Grenzfreuqenz filtert (großes R, großes C - R*C>100ms), dann hast du 
keinerlei Probleme mit Störungen auf der Leitung.
Die Kurve eines NTC ist einigermaßen linear, bei Reichelt gibts zu den 
angebotenen NTC ein Datenblatt, da ist eine allgemeine Gleichung für die 
Kurve zu finden, die sollte auch für deinen einigermaßen genau sein: 
http://www.reichelt.de/ACTION=7;LA=6;OPEN=1;INDEX=...
Zur Sicherheit noch mal mit einem ausreichend genauen Thermometer einige 
Temperaturen nachmessen.

Autor: crazy horse (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Stromquelle macht nur Sinn bei linearen Fühlern, wenn man das Signal 
direkt analog weiterverarbeiten möchte (PT100/PT1000 z.B.) NTC und PTCs 
sind alles andere als linear, man muss also sowieso korrigieren. 
Einfacher Spannungsteiler genügt völlig, den Rest macht die Software.

Autor: Micha D. (fuchks)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ja, das ist wohl wahr, ist wesentlich einfacher so bei einem µC. Dann 
ist die Genauigkeit des Reihenwiderstands entscheidend.

Autor: Manfred (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo!

Dank euch für die tipps!

Also Konstantstromquelle keine gute Idee??

@Michael: Wie genau sollte die Schaltung mit OPV und Referenzspg. den 
aussehen??
etwa so: http://www.elektronik-kompendium.de/public/schaere... 
unter Kapitel 3 ist eine Schaltung mit OPV, Refernzspg. und Transistor 
beschrieben.

Also Bandgapref.-diode besorgen und mit RE den Strom auf 0,1mA 
einstellen. R3 ist bei mir dann halt der NTC Wid. oder? Spags.abfall 
über NTC zum ADC-Eingang.

Es wird ja sicherlich schon fertige IC's geben die alles schon integr. 
haben oder?

Hab keine Ahnung um welchen NTC es sich handelt. nix drauf abzulesen. 
Ist die Variante mit Steinhart-hart prinzip. ok?? also mit 3 
Referenzmessungen die Konstanten ausrechnnen , also R ausrechnen 
(R=Uadc/Ikonst) in Gleichung einsetzen und T ausrechnen.

Um eine hohe genauigkeit der Wandlung zu erzielen sollte die Messspg. 
den ganzen bereich der Refernzspg. des ADC's ausnutzen (2,56V) oder?

lg manfred

Autor: Micha D. (fuchks)
Datum:
Angehängte Dateien:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ja, der Link ist das, was ich im Prinzip meine. Es geht aber bei 
geringen Strömen auch einfacher - siehe Anhang.

Aber wie schon gesagt mit einem Spannungsteiler mit 
Konstantspannungsquelle ist es einfacher, wenn man eh einen µC zur 
Auswertung nimmt. Das rechnet man dann einfach dort wieder zurück.

Wenn möglich sollte man den Bereich des ADC schon ausnutzen, aber wie 
genau willst du denn bitte messen?

Autor: Manfred (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo Michael,

naja zweckmäßig wären 1°C genauigkeit ausreichend, mich würde aus 
interesse und lerneffekt eine höhere genauigkeit interessieren als z.B. 
auf 1/10 genau dabei kommt es halt drauf an um wieviel mV/K die Spannung 
am ADC EIngang ändert. Wenn ich int. Ref. von 2.56V nehme kann ich eine 
min. Spgs.-änderung von 2,5mV wahrnehmen und wenn ich den ADC Bereich 
voll ausnutze also z.B. 0°C=0V und 100°C=2.55V hätte ich eine geuaigkeit 
von 0,1°C.

Wenn ich eine einafche "konstant" Spgsquelle verwende wäre es dann nicht 
sinvoll NTC und ADC-Referenz mit der selben Spgs.-quelle zu versorgen. 
Wenn Schwankungen auftreten, würden die auf beiden Seiten d.h. auf NTC 
und ADC wirken und man würde davon nix mitbekommen also z.B. 5V konst. 
Spsgsquelle welche den NTC-Spagsteiler und die ext.Referenz des ADC's 
versorgt. oder reicht es aus die Versorgung des µC mittels großen 
LC-Filter zu "reinigen" um damit den NTC&ADC_Ref zu versorgen oder halt 
nur den NTC und int.  Referenz.


Was sollte ich sonst am besten für die separate konst.-spg. nehmen? nen 
einf. spgsregler? 7805, LM317 ...

zum berechnen des Temp. würde ich die Steinhart-hart gleichung verwenden 
wie oben schon erwähnt.

lg manfred

Autor: Manfred (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
hallo nochmals,

habe diese schaltung gefunden: 
http://www.umnicom.de/Elektronik/Mikrokontroller/A...

Ist nun die Berechnung mittels der NTC-Gleichung besser oder nach 
Steinhart? Den serienwid. zum NTC muss ich in beiden Fällen gleich 
berechnen oder also Rs=(Rm*(Ru+Ro)-2Ru*Ro)/(Ru+Ro-2Rm), wie auch imma 
man auf die gleichung kommt, KEINE AHNUNG :-)

Probleme bereitet mir bei der NTC-Gleichung der B-Wert, habe kein 
Datenblatt und keine sonstigen Typbezeichnungen des NTC's also 
berechnung nach Gleichung : 
http://www.umnicom.de/Elektronik/Schaltungssammlun..., 
könnte dann aber genauso die steinhart-hart-methode verwenden...

wofür genau  ist eigentlich der Alpha-Wert und der Multiplikator der bei 
manchen Datenblätter angegeben ist? Alpha ok für R=R0*(1+Alpha*DeltaT) 
ist aber ja nur für nen linearen Fall.... und für was der multipikator??

vielleicht hat auch noch wer tipps bezüglich meines oberen beitrags !!

mfg manfred

Autor: rene (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Manfred,
die angegebene Gleichung R=R0*(1+Alpha*DeltaT ist fuer einen Platin 
sensor. mit alpha 3.85e-3. Der Multiplikator R0 ist der Widerstand bei 0 
Grad, oder so.
Fuer NTC, schau bei EPCOS nach NTC. Die Gleichung ist von der Form
RNTC(T):=RNTC(Tref)*exp(beta*((1/(T+273))-(1/(Tref+273))))

R



Autor: Manfred (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hi rene,

ja das dachte ich mir schon mit der Gleichung. achso der multiplikator 
isr der wid. bei einer best. Temp. im nachhinein eh klar wenn man sich 
die formel anschaut ist eh nur ein multiplikator drinnen ausser DeltaT 
:-).

Die NTC Formel hab ich eh schon von Epcos.

Also soll ich nun eine Konstante Spannungsquelle verwenden und einfach 
einen Spannungsteiler aus NTC und Wid. den ich mir vorher 
ausrechne:Rs=(Rm*(Ru+Ro)-2Ru*Ro)/(Ru+Ro-2Rm), ist das eigentlich so 
exrem wichtig oder kann ich den Serienwid. willkürlich wählen halt so 
das bei niedr. R_NTC kein zu hoher Strom durch NTC fließt???

Soll ich weiters nun die konst.Spannungsquelle mit NTC UND ADC_ref 
Eingang des µC's verbinden sodass bei Schwankungen beide Potentiale um 
den selben Betrag schwanken, oder nur mit dem SPags-teiler also die 
int.Ref. von 2.56V benutzen??
mfg manfred

Autor: rene (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Manfred, den Serienwiderstand kann man waehlen. Eine kleine Rechnung, 
zeigt, dass der Serienwiderstand gleich dem NTC bei der gewünschten 
Temperatur, zb 10k bei 25 Grad, die maximale auflösung ergibt.
Ja, sicher, die radiometrische Messung ist gut. also 10k NTC & 10k an 
die 5V des AVdd gleich ARef und die mitte an einen ADC. Mit Mitteln kann 
man uebrigens 13 bit erreichen. Bei 256 Samples ergeben sich schon 4 
bit, wovon 3 brauchbar sind.

rene

Autor: Manfred (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hi Rene!

Alles klar, werd einfach mal ausprobieren mit frei gewählten Vorwid. und 
ausgerechnetem, muss den Teilerverhältnis halt so hinbekommen das ich 
den grossteil meiner Referenzspg. beantspruche um max. Genauigkeit zu 
bekommen.optimal wäre 0°C=~0V und 100°C=ADC_Ref. Das werd ich aber nur 
mit Brücke zum Abgleich und OPV hinbekommen...

manfred

Autor: Manfred (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
@Rene: Was meinst du genau mit: Mit Mitteln kann
man uebrigens 13 bit erreichen. Bei 256 Samples ergeben sich schon 4
bit, wovon 3 brauchbar sin ???????

Autor: Micha D. (fuchks)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ja, ich würde die Referenzspannung schon für beides nehmen, dann spielt 
die Toleranz wirklich keine Rolle mehr. Dann könnte man sogar einfach 
die Betriebsspannung nehmen und ein RC-Filter dahinter, damit Störungen 
abgeblockt werden.

Autor: G. Nicht (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
>Was meinst du genau mit: Mit Mitteln kann
>man uebrigens 13 bit erreichen. Bei 256 Samples ergeben sich schon 4
>bit, wovon 3 brauchbar sin ???????

Das ist Magie oder Maggi.
Viele Leute glauben, wenn man den Mittelwert aus x-beliebig vielen 
Meßwerten bildet, dann eine höhere Genauigkeit zu erhalten: großer 
Irrtum.

Einfacher ist es, mehr Nachkommastellen mit einem Zufallsgenerator zu 
erzeugen. Die Aussagekraft ist diegleiche aber die Ergebnisse sind 
schneller zu ermitteln.

Autor: Manfred (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
hallo,

ok alles klar werd von der SPannungsversorgung des µC's nen 
LC-Tiefpassfilter verwenden und auf AVCC und AREF gehen un Störungen zu 
zu vermeiden. Die selbe Spg. speist dann meinen Spgsteiler bestehend aus 
10k+Rntc. Am Ausgang noch einen RC-Tiefpass um eventuelle Störungen 
entlang des Messkabels zu eleminieren und rein in den ADC_Eingang zum 
wandeln, danach ADC-Wert ausrechnen-->R draus berechnen--> in Gleichung 
einsetzen  1/T=A+B*ln(R)+C*ln(R)³ und T draus berechnen, alternativ geht 
auch RNTC(T):=RNTC(Tref)*exp(beta*((1/(T+273))-(1/(Tref+273)))), alle 
20ms mehrere messungen machen und mittelwert bilden.

mfg manfred

Autor: rene (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Die Genauigkeitserhöhung durch Mitteln ist keine Magie, hat aber gewisse 
Randbedingungen. Vorbedingung ist ein gaussverteiltes Rauschen auf dem 
Signal. Dann gewinnt man an Signal-to-Noise mit der Wurzel der Anzahl
Samples. Bei 256 Samples ist die Wurzel 16, wir gewinnen theoretisch 
einen Faktor 16, entsprechend 4 bit. Ich hab einen Temperaturregler, der 
laeuft so auf ein Bit von 13 bits genau.

Rene

Autor: Manfred (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
@Rene: ähm versteh ich jetzt nicht ganz, wie auf 13Bit bei 8Bit 
Auflösung?? in meinem fall hab ich einen 10Bit also 1024 samples, wie 
kommt man da jetzt auf ein ergebnis höher 10bits????

manfred

Autor: Micha D. (fuchks)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Durch Mittelung, aber dabei muß man auch berücksichtigen, daß während 
der Mittelung ein konstantes Signal anliegen muß, was sicher nie 
wirklich der Fall ist, von daher ist die Aussage nicht sehr seriös.

Autor: Sebastian (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Das ist seriös, das ist Praxis.

Das machen viele Firmen so

Grüsse Sebastian

Autor: Rene (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Von 8 bit auf 13 bit is moeglicherweise etwas viel. Von 10 auf 13 geht. 
Der Mega128 hat einen 10bit wandler. Ja, das Signal sollte konstant 
sein. Ein Temperatursensor bringt das.

Rene

Autor: Micha D. (fuchks)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Der war gut: "Das ist seriös, das ist Praxis.

Das machen viele Firmen so"

Viele Firmen geben auch PMPO-Werte ihrer Lautsprecher und Verstärker an 
- Praxis ist das auch, aber leider nicht seriös...

Autor: Dieter Werner (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Sebastian hat durchaus Recht.

Die Mittelung über mehrere Messungen bildet von der Wirkung her 
ansatzweise die Integration bei integrierenden Wandlern (Delta-Sigma) 
nach.

Nicht von ungefähr haben diese integrierenden Bausteine locker 20 oder 
24 Bit (zumindest Auflösung), mit SAR-Wandlern dagegen ist derzeit bei 
18 Bit Ende der Fahnenstange.

Autor: G. Nicht (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Liebe Fans von Zufallszahlen:
Wie wollt Ihr die Linearität eines ADC verbessern ? Durch Rauschen, 
durch Dividieren großer Zahlen ?
Wenn Firmen das so machen, zeigt es nur, daß dort ebenfalls Unverstand 
regiert.

Die Mittelwertbildung bringt nur dann etwas, wenn der ADC bereits eine 
hohe Grundgenauigkeit liefert. Das ist bei µP-internen Wandler nicht der 
Fall.

Autor: troll (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
G. Nicht schrieb:
> Liebe Fans von Zufallszahlen:
> Wie wollt Ihr die Linearität eines ADC verbessern ? Durch Rauschen,
> durch Dividieren großer Zahlen ?
> Wenn Firmen das so machen, zeigt es nur, daß dort ebenfalls Unverstand
> regiert.
>
> Die Mittelwertbildung bringt nur dann etwas, wenn der ADC bereits eine
> hohe Grundgenauigkeit liefert. Das ist bei µP-internen Wandler nicht der
> Fall.

Lieber Herr Nicht,
schon mal was von Sigma-Delta-Modulation gehört? Vielleicht befassen Sie 
sich mal mit den Grundlagen der Nachrichtentechnik/Signalverarbeitung, 
bevor Sie hier alle Anderen als Unwissende bezeichnen!

Antwort schreiben

Die Angabe einer E-Mail-Adresse ist freiwillig. Wenn Sie automatisch per E-Mail über Antworten auf Ihren Beitrag informiert werden möchten, melden Sie sich bitte an.

Wichtige Regeln - erst lesen, dann posten!

  • Groß- und Kleinschreibung verwenden
  • Längeren Sourcecode nicht im Text einfügen, sondern als Dateianhang

Formatierung (mehr Informationen...)

  • [c]C-Code[/c]
  • [avrasm]AVR-Assembler-Code[/avrasm]
  • [code]Code in anderen Sprachen, ASCII-Zeichnungen[/code]
  • [math]Formel in LaTeX-Syntax[/math]
  • [[Titel]] - Link zu Artikel
  • Verweis auf anderen Beitrag einfügen: Rechtsklick auf Beitragstitel,
    "Adresse kopieren", und in den Text einfügen




Bild automatisch verkleinern, falls nötig
Bitte das JPG-Format nur für Fotos und Scans verwenden!
Zeichnungen und Screenshots im PNG- oder
GIF-Format hochladen. Siehe Bildformate.
Hinweis: der ursprüngliche Beitrag ist mehr als 6 Monate alt.
Bitte hier nur auf die ursprüngliche Frage antworten,
für neue Fragen einen neuen Beitrag erstellen.

Mit dem Abschicken bestätigst du, die Nutzungsbedingungen anzuerkennen.