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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Temperatur mit Dioden messen?


Autor: Dietmar E (Gast)
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Könnte mir bitte jemand mit Schaltungsdetails (Skizze für 
Elektronik-Laie) aushelfen, wie man mit einem Mega32 und Dioden 
Temperaturwerte an vier Stellen in einer Kaffee-Maschine messen kann?

Die Messungen sollt gradgenau sein und schnell auf Temperaturänderung 
reagieren, da sich die Temperatur teilweise in Sekunden um 10 Grad 
ändert. Maximalwert 150 Grad. Sensor muss physikalisch in ein 
M4-Sackloch passen.

Ich würde gerne 1n4148-Dioden verwenden, weil mir das in eine anderen 
Thread als günstig empfohlen wurden. Ersatzweise KTY21-6 (die gefallen 
mir, weil das kleine TO 92 mini-Gehäuse schnell auf Temperatur 
reagiert).

Die Schaltung für KTY kenne ich, Spannungsteiler an Versorgungsspannung. 
Aber wie macht man das mit den Dioden?

Autor: Currywurst (Gast)
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Bei einer Diode nimmst du einen Vorwiderstand von einigen Kiloohm.
Ein Ende and eine stabile positive Versorgungsspannung und das andere an 
die Anode. Kathode an Masse. Empfindlichkeit für eine einzelne 
Siliziumdiode ist ca. 2mV/°C bei einigen 100mV Grund.
Ich kannte mal jemand der sich mit 1N4148 ein dreifach Thermometer 
gebastelt hat. Er musste mindestens einmal im Jahr nachkalibrieren damit 
es auf ein einzelnes °C stimmt.

Autor: Martin Worzfeld (viper_1988)
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Wenns du eine andere möglichkeit hast würd ich eine opv schaltung mit 
einem kty 10 verwenden. Das sollte für deine verwendungszwecke auch 
reichen

grüße aus Mondsee

Martin

Autor: ernst (Gast)
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zb so

Autor: Hagen Re (hagen)
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Ich benutze statt des Vorwiderstands einen Konstantstromquelle wie den 
LM334 auf circa. 250µA justiert.

Gruß Hagen

Autor: Peter Dannegger (peda)
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Currywurst wrote:

> Ich kannte mal jemand der sich mit 1N4148 ein dreifach Thermometer
> gebastelt hat. Er musste mindestens einmal im Jahr nachkalibrieren damit
> es auf ein einzelnes °C stimmt.

Wundert mich überhaupt nicht.

Wenn man mit billigen Dioden auf 1° genau messen könnte, warum macht das 
nicht schon längst jeder ?


Es gibt allerdings spezielle Temperaturmeßdioden, die wir benutzen, um 
bis herab zu wenigen °K zu messen.

Diese Dioden werden aus einem Substrat hergestellt und dann ausgemessen.

Je nach Genauigkeit kostet eine Diode 100,-€ oder mehr.


Peter

Autor: Dietmar E (Gast)
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> Ich benutze statt des Vorwiderstands einen Konstantstromquelle wie den
> LM334 auf circa. 250µA justiert.

Hat es einen Unterschied gemacht, der den Aufwand rechtfertigt? Wenn ich 
die anderen Kommentare lese ("Wenn man mit billigen Dioden auf 1° genau 
messen könnte), dann kommen mir langsam Zweifel.

Also: was ist das beste für 1 Grad genau, schnell, schnell, schnell und 
bis 150 Grad, wobei es nur um 100 Grad genau sein muss? PT100 wohl nicht 
(zu langsam), die digitalen auch nicht (150 Grad), bleiben noch Dioden, 
LM135 und KTY10. Beim LM135Z brauche ich keinen OPV, oder? Das wäre 
schon mal ein Vorteil.

Autor: Thorsten (Gast)
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Dietmar,
warum glaubst du, dass ein PT100 zu langsam ist? Ein Dünnfilm-PT100 hat 
eine viel geringere thermische Masse als die meisten anderen üblichen 
Verdächtigen. Noch schneller geht es dann fast nur mit Thermoelementen 
(die kann man noch kleiner bauen).
Gruss,
Thorsten

Autor: Dietmar E (Gast)
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> warum glaubst du, dass ein PT100 zu langsam ist?

Das Missverständig geht vermutlich darauf zurück, dass irgendwo erwähnt 
wurde, dass der PT100 "nicht so stark" reagiert, und ich hatte das mit 
Geschwindigkeit und nicht mit dessen Signal in Zusammenhang gebracht.

Autor: ernst (Gast)
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wenn wir davon ausgehen, dass es kein präzisions-referenz-din-messgerät 
werden soll, sondern ne verbesserung der mechanischen temp-schalter mit 
etwa 20° hysterese, ist eine drift von etwa 1° pro jahr 
....traumhaft...superklasse...jenseits von allen unterschieden, die zwei 
packungen espresso, im abstand von 4 wochen gekauft,  schon 
grundsätzlich im geschmack unterscheidet! wenn schon perfekt, muss bei 
jeder neuen charge kaffee die temperatur angepasst werden, ob der sensor 
also jahrelang auf 1° konstant wäre, ist völlig egal!

Autor: Dietmar E (Gast)
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> ist eine drift von etwa 1° pro jahr
....traumhaft...superklasse...jenseits von allen unterschieden

Die Espressso-Freaks vergleichen gerne absolute Temperaturen ("Der Illy 
mag XX Grad"), also auf keinen Fall eine stärkere Drift, nur um 1 EUR 
beim Sensor zu sparen. Übrigens habe ich gerade gemerkt, dass das 
M4-Loch viel zu klein für die meisten Sensoren ist (duh ;). Bleiben 
eigentlich nur noch der erwähnte Sensor (KTY21-6) im TO92-Mini-Gehäuse 
und die Diode.

Autor: ernst (Gast)
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right, am 1° würde ich mich nicht aufhängen, da im "billig-primitiv" 
maschienchen sowieso etliche grad differenz zwischen heizelement, 
alu-körper, wasser, auslauf+röhrchen, brüheinheit usw bestehen, fragt 
sich also, wo "xx"° überhaupt zu messen sein sollen....
zb: kaffe kann nur mit <100° rauskommen, sonst pummm, dampfexplosion! 
obwohl mit etwa 130° wasser reingepumpt wird!
die profi-maschienen haben imho voll auf nenn-temperatur geheizte 
getrennte tanks, für den jeweiligen vorgang (dampf, espresso, kaffe 
normal), allerdings brauchts auch zwei mann zum tragen dieser teile...
ohne die vorgeheizten tanks ist der brühvorgang sowieso ne mischung aus 
temp. vom einströmenden wasser, kaltem kaffee+brühbehälter und der 
geschwindigkeit des durchlaufs + der zeitkonstante des mit-aufgewärmten 
metalls in der umgebung des kaffees, also effektiv: 
probieren...testen...bis das ergebnis passt. der temp.-sensor is da wohl 
nicht gerade das "1°-genau " problem...

Autor: Hagen Re (hagen)
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>> Ich benutze statt des Vorwiderstands einen Konstantstromquelle wie den
>> LM334 auf circa. 250µA justiert.

>Hat es einen Unterschied gemacht, der den Aufwand rechtfertigt?

http://e-praktikum.physik.hu-berlin.de/Versuche/ve...

nach Formel 5b.

Der LM334 ist ebenfalls Temperaturabhängig, exakt so linear wie ein 
Diode in Sperrrichtung mit Konstantstrom betrieben, es gleicht sich aus.

Der Aufwand ist relativ gering, LM334 + 1 Widerstand + Diode.

Nun ist es meistens so das man

1.) lange Zuleitungen zur Diode benutzen möchte
2.) oft keine genau stabilisierte Spannung hat

in beiden Fällen meine ich das der LM334 eine gute Alternative zu einem 
simplen Widerstand ist. Aber bei einer Auflösung von +-5 Grad ist das 
auch mit Widerstand ausreichend.

Zudem hatte ich noch genügend der LM334 in meiner Bastelkiste, also 
warum nicht verbauen ;)

>> Unterschied ?

Schwer zu sagen, wenn man keine genauen und schnellen Meßmethoden zum 
Abgleich hat. Mein Multimeter nimmt NTC und der Meßgeber ist viel zu 
träge. Ich messe die Strömungslufttemperatur die an einer Halogenlampe 
entsteht mit ca. 4Khz ADC Sampling Frequenz. Wenn ich meine Terassentür 
in 2 Metern Entfernung aufgemacht habe dann hat der AVR sofort einen 
Temperaturabfall von einigen Grad gemessen. Um die Trägheit meines NTC 
Meßgebers am Multimeter "auszugleichen" habe ich die Halogenlampe per 
AVR so angesteuert das sie immer die gleiche Temperatur liefert. Dabei 
war die Halogenlampe in einem Metallrohr. Der AVR regelte die 
Halogenlampe immer exakt auf die eingestellte Temperatur. Mit dem trägen 
NTC habe ich dies dann verifiziert, es waren immer die 200 Grad die ich 
per AVR vorgegeben habe.
Aber, wenn man keine exakten und schnellen Temperaturmeßgeräte hat dann 
ist es immer schwierig die reale Performance einer Lösung auszumessen, 
logisch.

Für meine Zwecke ist die Lösung mit LM334 und Si-Glas-Dode ziemlich 
zufriedenstellend.

Gruß Hagen

Autor: Dietmar E (Gast)
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> fragt sich also, wo "xx"° überhaupt zu messen sein sollen....

Das ist eine gute Frage, darüber grübele ich auch noch. Aber was 
angezeigt und vom User eingestellt werden soll, ist selbstverständlich 
die Temperatur des Brühwassers. Messen kann man sie leider nicht so 
einfach direkt, also wolle ich sie schätzen. Dafür wollte ich vier 
Temperaturen nehmen: unten-mitte am Boiler (in der Nähe des Ausgangs für 
das Brühwasser), oben am Boiler (dort steht das heisseste Wasser 
und/oder Dampf) sowie am Eingang des Boilers (Eintritt des 
Frischwassers). Der vierte Sensor ist ein externer Sensor, den der User 
einmailg unter die Brühgruppe halten muss, um die Schätzungs-Software zu 
kalibrieren. Die Vorgänge sind ziemlich dynamisch, weil fliessendes 
Wasser sehr viel Wärme transportiert und die 1400W-Heizung sehr viel 
Wärme zuuführt und der Boiler sehr klein ist (100-130 ml), also müssen 
die Sensoren schnell reagieren.

Autor: Dietmar E (Gast)
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> Der LM334 ist ebenfalls Temperaturabhängig, exakt so linear wie ein
Diode in Sperrrichtung mit Konstantstrom betrieben, es gleicht sich aus

Elektronik und Sensoren sind bei mir auf sehr unterschiedlichen Niveaus. 
Woher kommt eigentlich die Drift der Dioden, wenn das ein Problem der 
Dioden und nicht der Schaltung ist? Driften die immer weiter weg oder 
stablisiert sich? Ist das bei anderen Halbleiterbausteinen auch ein 
Problem?

Autor: ernst (Gast)
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ja, bei der rel. hohen temperatur gibts ne "alterung" der bauteile, die 
eine langzeitdrift bewirkt. die stabiliert sich nach einiger zeit 
weitgehend.
nur zb. pt100 oder thermo-elemente wären langzeit-konstant, aber bei der 
hier nötigen genaugkeit wäre der aufwand ein witz. dann sollte schon zu 
einer 2000eu hardware (profi-maschine) gegriffen werden, damit das ganze 
auch mechanisch der elektonischen präzision entspricht.

Autor: Dietmar E (Gast)
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> bei der hier nötigen genaugkeit wäre der aufwand ein witz

Können wir den Witz mal in Zahlen fassen? Wie ist es mit PT100 + der 
folgenden Schaltung (siehe Anhang), wäre das bezüglich schnellster 
Ansprechzeit, Genauigkeit und einfacher Eichbarkeit - an einem Punkt mit 
Eiswasser - das Optimum?

OPV: 2 x MCP604 oder 2 x MCP6044 oder 2 x TS924 (Vierfach-OP, 
Rail-to-Rail), jeweils 2 EUR
8 x Spindeltrimmer a 0,50 EUR
4 x PT100 Dünnfilm-Sensoren in SMD-Bauweise a 3,50 EUR

Das würde dann ca 20 EUR kosten.

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