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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Beschaltung Temperatursensoren


Autor: mh (Gast)
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Hallo!

Ich habe bei Reichelt nach Temperatursensoren geschaut und werde aus den 
Datenblättern nicht ganz schlau, wie die zu beschalten sind.

Da gibt es die KTY8*-Sensoren. Diese sind die billigsten.
Sehe ich es richtig, dass diese ihren Widerstand ändern? Für eine 
Widerstandsmessung mit dem µC bräuchte ich (laut Suche "+Widerstand" + 
"messen") eine Konstantstromquelle.

Dann gibt es LM 335 und Co.
Diese liefern eine Spannung konstant zur Temperatur zurück. Ich muss 
also nur mit dem ADC messen. Die Application Note hat ein Bild, bei dem 
Vcc-Widerstand-Sensor-Masse geschaltet sind. Ich greife die Spannung 
dann am 3. Bein des Sensors ab. Das Sensor-Symbol ist dem einer Diode 
ähnlich, also wird das eine Diode sein, die ihre Sperrspannung ändert. 
Die Wahl von Vcc hängt also davon ab, wie groß die höchste Temperatur 
sein wird, die ich messen möchte. 50°C = 323,51 K entspr. 3235,1mV. Also 
Vcc  >= 3,3V.
Soweit erstmal richtig?
Den Vorwiderstand brauche ich, damit die Diode nicht zu viel Strom 
bekommt. Das Datenblatt spricht von I_reverse = 15mA und I_forward = 
10mA. (I_forward düfte in dieser Schaltung egal sein.) Die 
Datenblatt-Einleitung sagt auch noch, dass das Ding mit 400µA bis 5mA 
funktioniert. Im Text steht "The LM135 should be operated at the lowest 
current suitable for the application. Sufficient current, of course, 
must be available to drive both the sensor and the calibration pot at 
the maximum operating temperature as well as any external loads." Daraus 
werde ich aber nicht schlau. Wonach berechne ich die kleinste 
ausreichende Stromstärke und damit den Vorwiderstand?

Das Datenblatt des AD 22100 ist sehr verständlich. Text und Schaltplan 
für den Anschluss an einen Mikrocontroller. Allerdings ist er auch mehr 
als dreimal so teuer wie die beiden vorhergehenden Varianten.

Vielen Dank für Eure Hilfe

Autor: Markus (Gast)
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Ich stelle mir das so vor:

Aus "Typical Applications" im Datenblatt (linke Schaltung) geht hervor, 
dass der LM335 in Sperrrichtung betrieben wird. Wichtig für das 
Verständnis der Beschaltung ist das Bild "Reverse Characteristics" oben 
rechts auf Seite 4. Ab einer bestimmten Sperrspannung gibt es einen 
Durchbruch, in welchem die Diode betrieben wird. Hier ist die Spannung 
unabhängig vom Strom und abhängig von der Temperatur. Man sollte also 
den Widerstand folgendermaßen dimensionieren: U=Spannung zwischen Vcc 
und LM335 (z.B. Vcc-3V bei 25 °C), I=kleiner Strom, sodass der LM335 
gerade im Durchbruch ist (z. B. 0.5 mA). R=U/I. Man muss darauf achten, 
dass I oberhalb von 0.3 mA bleibt, auch wenn VCC auf einen Minimalwert 
absinkt (z. B. bei Batteriebetrieb).

Bei mir hat das Betreiben des LM335 mit einem ATmega2560 ganz gut 
geklappt. Allerdings bin ich mir über die Genauigkeit noch nicht ganz so 
sicher und würde eher von 1 bis 2 °C Fehler ausgehen als von 0.5.

Autor: HildeK (Gast)
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KTY-Sensoren werden üblicherweise in einer Brücke an einer konstanten 
Spannung betrieben. Dann ergibt sich ein lineariserter Wert für die 
Spannung vs. Temperatur.

Deine ersten Ausführungen zu LM335 sind so richtig. Man braucht eine 
höhere Versorgungspannung.
Der Strom sollte deshalb so klein wie möglich sein (Eigneverbrauch 
minimal 400 µA + Strom, den deine Auswerteschaltung / Anzeigeschaltung 
benötigt) wegen der Eigenerwärmung. Diese verfälscht das Messeregebnis, 
wenn der Strom zu hoch ist. Wenn du also mit einem hochohmigen Eingang 
weiterarbeitest (OPA als Spannungsfolger z.B.), dann kannst du bei den 
400 ... 500µA bleiben.
Der Vorwiderstand ist dann (Vcc - ca. 3.3V [bei max 50°C]) / 400 µA. 
Beachte, dass bei einer Messung bei tiefen Temperaturen dann mehr Strom 
fließt und damit mehr Eigenerwärmung verursacht. Vermeidbar durch eine 
Konstantstromquelle oder einfach durch ein höhers VCC (z.B. 15V) mit 
höherem Vorwiderstand für kleinere Stromschwankungen. Da fallen die 0.5V 
bei 50° TempÄnderung nicht sehr ins Gewicht.

Autor: Alexander Liebhold (lippi2000)
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Richtig, die KTY8* sind NTC-Widerstände. Hier benötigst du eine 
Konstantstromquelle. Die über den Widerstand abfallende Spannung ist 
dann deine Messgröße. Dabei muss beachtet werden, das sich der 
Widerstand nicht durch den Stromfluss durch Verlustleistung erhöht. 
Daher niedrigen Strom nehmen und entsprechend an den 
Spannungsmessbereich anpassen.

Beim LM335 gilt laut Datenblatt: Die Sperrspannung steigt mit höheren 
Sperrstrom. Allerdings erwärmt sich der LM335 mit höherem Strom und 
veriliert somit an Genauigkeit.

Gruß Alexander

Autor: Dietmar E (Gast)
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> Da gibt es die KTY8*-Sensoren. Diese sind die billigsten.

Verzichte auf die KTY von Reichelt und kaufe die KTY11-5 bei Conrad 
(153667 - 62). Das sind Sensoren mit T25~2000 Ohm im TO92-mini-Gehäuse. 
Das kleinere Gehäuse sorgt für eine erheblich schnellere Reaktionszeit.

Anschluss: Spannungsteiler an ADC-Port wie im Anhang. Der Widerstand R38 
ist ein Präzisionswiderstand mit geringer Temperaturdrift. Idealer wäre 
ein 1.4K, aber 1K ist einfacher zu finden (445677 - 62). Mit einem 1K 
liegt der Wertebereich (bei AVCC = 5V) zwischen 1.92V (0 Grad) und 0.89V 
(150 Grad), kann also mit der internen 2.56V-Referenz gemessen werden 
und man erreicht eine 10bit-Auflösung von 0.35 Grad. Mit R38 = 1.4K 
wären es 0.31 Grad.

Allerdings ist der Strom bei Temperaturen << 100 Grad ziemlich hoch 
(z.B. 1.66 mA bei 25 Gad; 1.47mA bei R38 = 1.4K). Wenn es sehr genau 
sein muss, sollte man den Sensor vieleicht nur zur Messung einschalten, 
um die Eigenerwärmung loszuwerden.

Das Problem beim KTY ist das Kalibrieren. Mit Zweipunktkalibierung und 
dem Polynom aus dem Datenblatt wird es vermutlich nicht besonders genau. 
Besser wäre es, wenn man mit einem (langsamen, teuren, im Wertebereich 
stärker beschränktem, aber kalibrierten) DS1820 kalibriert.

Autor: Dietmar E (Gast)
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Der Anhang

Autor: mh (Gast)
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Vielen Dank Euch allen!

Im ATmega8-Datenblatt habe ich gefunden, dass der ADC bei 5V Vcc maximal 
375µA verbraucht. Also berechne ich den Widerstand mit 
(5V-3,3V)/(400µA+375µA) = 2194 Ohm. Perfekt. (Also nehme ich den 
1%-1,5-kOhm-Metallschicht-Widerstand von Reichelt für 8 Cent.)

Die Schaltung von Dietmar E verstehe ich nicht ganz. Der Strom ist doch 
gar nicht bekannt. Heißt das, Du baust einfach die Schaltung auf und 
kalibrierst dann, irgendetwas konstantes wird sich schon einstellen? Das 
würde nur gutgehen, wenn ich keine anderen Verbraucher an- oder 
abstelle. Ein paar LEDs einem bei Deiner Schaltung doch einen Strich 
durch die Rechnung, oder?

Autor: Andreas K. (a-k)
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Alexander Liebhold wrote:

> Richtig, die KTY8* sind NTC-Widerstände.

Genauer gesagt sind es PTCs.

> Hier benötigst du eine Konstantstromquelle.

Oder einen Spannungsteiler mit Widerstand, wie auf sprut.de beschrieben.

Autor: Dietmar E (Gast)
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> Die Schaltung von Dietmar E verstehe ich nicht ganz. Der Strom ist doch
gar nicht bekannt.

Der Wert des Präzisionswiderstands ist bekannt, der Wert des KTY kann 
als f(T) einer Tabelle entnommen werden (oder einem Polynom im 
Datenblatt), die beiden liegen in Reihe an 5V, damit kann man den Strom 
zu jeder Temperatur berechnen. Der ADC-Eingang ist hochohmig und wird 
für den Stromfluss ignoriert. Aber um Strom geht es gar nicht direkt. 
Der ADC misst die Spannung des Spannungsteilers aus KTY und R38. 
Gemessen wird in obigen Schaltplan die Spannung U38, die über dem 
Präzisionswiderstand abfällt, weil die besser in 0...2.56V passt. 
Üblicher ist, die Spannung über dem KTY zu messen (5V - U38). Aber mit 
dem Ohmschen Gesetz kann die Software aus der Spanung den Widerstand des 
KTY berechnen - und daraus die Temperatur, siehe Datenblatt.

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