Schaltung, um mit PT100 oder PT1000 sehr präzise rel. zu messen

Dennis,

Jim Williams von Linear

hat mal eine schöne App.Note zu einem der 24bit Sigma delta Wandler geschrieben, genau zu PT100 im mK bereich. (Mit Schaltplan und Typenbezeichnung der (Vishay?) Referenzwiderstände) WIMRE

Meine persönliche Meinung zur KPCI: In der Arbeitsgruppe weiterreichen und zur 24bit USB von NI wechseln. Was bei Aufbau eines eigenen Wandlers aber nicht mehr nötig ist....

Viel Erfolg Metabastler

Dennis Köhn schrieb:

Ich bin kein Elektronik-Experte sondern nur interessierter Physiker und Hobby-Elektroniker, der hier mitliest. Deshalb die Frage an die Experten:

Wenn die Temperaturänderungen so klein sind und in nicht allzulanger Zeit ablaufen und dazu die absolute Temperatur nicht von Interesse ist, wieso nimmt man dann überhaupt RDTs?

Gäbe für eher schnelle kleine relative Temperaturänderungen nicht ein Thermistor ein deutlich größeres Signal? Für Bolometrische Messungen nimmt man doch auch eher Thermistoren, soweit ich weiß...

Als Physiker noch folgendes: Dazu kommt, daß Dich ja eigentlich die Temperatur überhaupt nicht interessiert. Was Du wissen willst, ist wieviel Wärme deine Reaktion entnommen oder produziert hat. Das über die Wärmekapazität zu kalibrieren bringt zusätzliche Unsicherheiten ins Spiel, so daß ich vermute, daß es einfacher und u.U. viel genauer ist, wenn Du elektrisch eine identische Wärmemenge einbringst und dann vergleichst:

Bei Endothermen Reaktionen brauchst Du nur mit einem Lastwiderstand und bekanntem Strom solange heizen, bis Du wieder die Ausgangstemperatur erreicht hast und deine elektrische Gesamtleistung ist dein Messergebnis. Nichtlinearitäten bei der Temperaturmessung fallen dabei komplett heraus.

Bei exothermen Reaktionen mußt Du entweder zunächst auf die Anfangstemperatur herunterkühlen und dann elektrisch auf die gleiche Endtemperatur aufheizen (wieder kein Einfluß von Temperaturmeß-Nichtlinearitäten) oder, falls Du der Linearität Deines Temperatursensors vertraust, kalibrierst Du deine Wärmemenge anhand der relativen Signaländerung bei Einbringung einer elektrischen Referenzenergie. Aufpassen mußt Du nur bei der Interpretation der Enthalpien, wenn Die Wärmekapazität Deiner Ausgansstoffe von der Temperatur abhängt (im Extremfall z.B. ein Phasenübergang). Analog ist es mit mechanischer Arbeit im Falle konstanten Reaktionsdruckes, falls sich das Volumen ändert. Diese Enthalpien/Energien hättest Du im einen Fall mit drin, im anderen nicht.

Viel Spaß beim Experimentieren wünscht

Jürgen

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Hier auf der anderen Seite des Teiches nimmt man die PT Sensoren, weil sie gaengig und fertig konfektioniert ueberall zu kaufen sind. Eben wie ein Big Mac :-)

Mit einem Thermistor faengt man erstmal an zu basteln, dann ist das hinterher doch nicht so dicht wie gedacht, ein Kabel broeselt ab und so weiter. Thermistoren nehmen wir, wenn das irgendwo in eine hermetisch versiegelte Chose hineinkommt. Laser Module und so.

Hmm, den Begriff exotherm verbindet unsereins aus der Elektronik eher mit Rauchpilzen, Sirenen, Loeschzuegen und Krankenwagen. Ein Bekannter (Chemiker), auf die Frage, wie das denn passieren konnte: "Es wurde exotherm, die Tuer flog aus dem Rahmen, ich hinterher und danach war das Labor nur noch ein schwarzes Loch."

Und immer schoen wissen, wo der Feuerloescher haengt ;-)

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Gruesse, Joerg

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Der OP möchte einen Temperaturbereich bis mindestens 200°C haben. Da sind die NTCs schon außerhelb der Spezifikation und verändern langsam ihre Kennlinie.

Du meinst, etwa so wie Epcos B57703M103G000? (NTC vergossen in Metallöse)

Vernünftige NTCs sind in sich bereits gekapselt.

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Kai-Martin Knaak                                  tel: +49-511-762-2895
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"Kai-Martin Knaak" schrieb im Newsbeitrag news:fnrcaf$q0j$ snipped-for-privacy@gwaiyur.mb-net.net...

Eher KTY14-6, aber solche Qualitaet wird heute ja nicht mehr hergestellt, schon gar nicht von Epcos.

-- Manfred Winterhoff, reply-to invalid, use mawin at gmx dot net homepage:

de.sci.electronics FAQ: Read 'Art of Electronics' Horowitz/Hill before you ask. Lese 'Hohe Schule der Elektronik 1+2' bevor du fragst.

Werner Holtfreter schrieb:

Naja, unsere Keithley 2100 können das auch und sogar relativ genau (+/-

1 mK), aber irgendwie ist das nicht die Lösung, die ich mir vorstelle. Am schönsten wäre halt ein eigener Aufbau, der so genau wie möglich Temperaturen an USB oder meinetwegen auch RS232 ausgibt.

Heyho!

Jau, das vermute ich inzwischen auch als beste Lösung. Bisher war ich dem Irrglauben unterlegen, ein PT wäre für meine Zwecke das Optimum. Volker hatte aber auch schon geschrieben, daß ein NTC eigentlich viel geeigneter wäre. Wenn der also nicht zu viele eigene Ungereimtheiten mitbringt würde ich es gern damit versuchen. Bis 200 °C

Exakt! Genauer wird die Betriebsart als "isoperibol" bezeichnet, d.h. konstante Umgebungs- und veränderliche Reaktortemperatur.

[...]

Das habe ich leider nur teilweise verstanden. Mit dem letzten Satz meinst Du, ich heize elektrisch mit einer bekannten leistung, beobachte die Temperatur und rechne dann zurück, richtig? Genau so machen wir es nämlich im Moment:

- Ich warte bis zur Temperaturkonstanz

- Dann wird die Reaktion gestartet

- Dann wird gewartet, bis die Temperatur wieder (< 1 mK/h Änderung) konstant ist

- Anschließend wird mit etwa der mittleren Energie elektrisch kalibriert und zwar bis Konstanz, 30 min warten und dann wieder Abkühlen bis zur Konstanz.

Rechnen tue ich dann u.A. mit der Abkühlkonstante, die aus dem exponentiellen Temperaturabfall nach der Kalibrierung gefittet wird. Anhand der adiabatischen Temperaturerhöhung werden auch Wärmekapazität und -durchgänge berechnet, da bin ich aber leider noch nicht im Detail drin ;-)

Also temperaturbedingte Phasenübergänge habe ich wohl keine, allerdings wird ja polymerisiert und wenn sich da cp ändert, wird es tatsächlich nicht berücksichtigt. Volumenarbeit macht mir keine Sorgen, weil ich demnächst auf unseren 50 bar Autoklaven umsatteln wollte, um Siedekühlung auszuschließen.

LG, Dennis

Dennis Köhn schrieb:

Ich hätte jetzt gedacht, das Polymerisation letztendlich eine Phasenübergang ist. Da wird doch typischerweise was von flüssig auf fest, oder?

- Henry

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Joerg schrieb:

Gerne soviel cents wie nötig. Meinetwegen laß das R 10? kosten, wenn die Messung hinterher dann entsprechend gut ist :-)

*Boing* Locker übers ziel hinaus geschossen - das versteht der kleine Chemiker nicht ;-) ;-) . Ich werde nachher mal googeln, was Du damit meinst. Wenn die Drifts sich auf absolute Werte beziehen würden sie jedoch nicht weiter stören - nur im Verlauf einer Messung (etwa 10 Stunden) muß alles absolut konstant sein.

Ich liebäugele momentan mit dem AD7793 - der hat doch eigentlich alles, um mich glücklich zu machen, oder?! Nen Amp, Filter und dazu noch 24 bit, die ich unipolar sogar noch voll nutzen könnte.

LG, Dennis

Henry Kiefer schrieb:

Normalerweise schon. Ich mache jedoch Lösungspolymerisation, d.h. es ist zwar theoretisch [flüssig + flüssig --> fest], jedoch liegt auch das feste Produkt hinterher in gelöster Form vor. Dennoch müßte man rein theoretisch die Entropieabnahme und damit verringerte Wärmekapazität des Produktes beachten - das stimmt. Soweit bin ich aber leider noch nicht :(

LG, Dennis

Dennis Köhn schrieb:

Also sowas wie PVAc?!

Na, da bin ich ja jetzt ganz stolz auf mich ;-)

Wenn ich nun noch meine heutige Sauklaue auf die Reihe kriegen würde... Aber ich kann mich mit meinem englischen Vornamen immer gut rausreden :-)

Gruß - Henry

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Heyho!

Entschuldigt bitte, das "erster lösungsansatz" bezog sich eigentlich auf dieses Posting. Ich mußte mich vorhin bloß sehr beeilen, um zu einer Vorlesung zu kommen.

Also - mein Plan nach euren Vorschlägen wäre grob wie folgt:

- Ein fertig vergossenes bzw. verschweißtes Thermoelement benutzen

- Einen AD7793 zum digitalisieren und evtl. sogar dessen OpAmp und Konstantstromquelle (sofern genau genug)

- Sofern externe Konstantstromquelle oder Widerstände nötig sind, diese so hochwertig wie möglich wählen

- Filterung aller Frequenzen >10 Hz. Reicht da ei einzelnes C oder wird der Filter komplizierter?

- Temperaturbereich 20-200 °C

- Die Schaltung ggf. in inerter Flüssigkeit "versenken", z.B. Silikonöl oder Marlotherm P1

- Linearisierung, Offset etc. komplett per Software

Was ich noch nicht ganz verstanden habe ist, wie man den kompletten Bereich des ADC ausnutzen kann. Dieser scheint ja laut Datenblatt von der angelegten Referenz abhängig zu sein, d.h. man müßte schauen, was der Temperatursensor bei T(min) und bei T(max) ausgibt und dann entsprechende Referenzen wählen, richtig?!

Btw: Die Samplingfrequenz der hier bisher vorgeschlagenen ADCs von etwa

4 Hz ist kurz gesagt perfekt. 4 Hz ist genau das, was ich auch ohne Neuaufbau künftig mit der KPCI aufzeichnen wollte, um hinterher flexibler glätten zu können. Die bisherigen 1 Hz sind da leider noch etwas zu grob für.

Liebe Grüße, Dennis

Dennis Köhn schrieb:

Der AD7793 filtert dir eh alles weg aufgrund seines Wandlerprinzips. Die

10Hz brauchst du nicht weiter zu beachten. 50Hz sind auch weg. Ich glaube den hatte ich mal vor 10 Jahren verwendet.

Sehr genaue Widerstände bekommst du bei Isabellenhütte oder Vishay. Conrad dürfte da einige im Programm haben.

- Henry

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Oft begnügt man sich über die kritischen Teile eine Styrophorkappe zu setzen um Temperaturänderung die aus der Umgebung kommt zu vermeiden.

Typisch werden 50Hz angestrebt um Netzbrumm besser zu unterdrücken.

Bezüglich Filterung der digitalisierten Daten: man kann zwar simple Mittelwertbildung machen, aber die unterdrückt nur Rauschen das gausssche Verteilung hat gut, nicht Spikes. Für Spikes sind Medianfilter günstiger. Die sind zwar rechnerisch umständlich, sollte hier aber kein so grosses Problem sein wenn ein Pentium werkelt.

MfG JRD

Henry Kiefer schrieb:

Joah - poly und vinyl kommt schon ganz gut hin, wobei Ac hier wohl eher für "Acetat" steht. Hieße es "Acrylat", hättest du schon fast mein Thema... ;-)

Henry kiefer schrieb:

Hmmm - abgesehen davon, daß ich das sigma-delta-Prinzip noch nicht ganz durchschaut habe spricht das Datenblatt aber schon von bis zu 500 Hz Samplingfrequenz. Gut, die ist nun für mich uninteressant aber möglich wär's, oder nicht?!

Das ist doch schonmal ein super Tipp - danke :)

Rafael Deliano schrieb:

Eine "trockene" Variante wäre mir natürlich auch am liebsten, jedoch hatte ich hier weniger die Umgebung als die Eigenerwärmung der Teile im Auge. Oder spielt die nur untergeordnet eine Rolle? Ich wäre wie gesagt auch bereit mit Cd-Lot zu arbeiten, selbst wenn dies Mehraufwand bedeutet. Abzüge haben wir genug und das know-how im Umgang mit gefährlichen Stoffen sowieso. Was dagegen spricht ist, daß Temperatureffekte innerhalb der Bauteile hierbei natürlich trotzdem außen vor bleiben.

Also mit 50 Hz messen, damit man quasi immer denselben Punkt der Phase "trifft"? Sind die Frequenzen denn so genau, daß das effektiv funktioniert oder hat man dann wieder irgendwelche langwelligen Interferenzen, die stören? Ehrlich gesagt wäre mir eine knackige Filterung am Eingang mit hoher ADC Auflösung lieber. Der Filter müßte ja noch nicht einmal sonderlich steil sein.

Bisher benutzen wir immer eine Hannig-Fensterfunktion, damit die Charakteristik der Kurve nicht zu sehr verfälscht wird. Mit dem Thema Glättung habe ich mich noch nicht weiter beschäftigt, würde es aber gerne, da ich mit den Ergebnissen oft unzufrieden bin. Da die Berechnung der chemischen Energie differenziell erfolgt, wäre mir natürlich eine möglichst glatte Kurve am liebsten. Die Dynamik darf dabei aber zumindest im Bereich von dagen wir sollte hier aber kein so grosses Problem sein wenn ein Pentium

Sollte klappen, da ich eh alles offline mache. Den Medianfilter nehme ich mal als Stichwort für eine Literaturrecherche, da wir Spikes bisher ganz simpel über "if....then" mit Ersatz durch den letzten korrekten Wert realisiert haben.

Liebe Grüße, Dennis

Eher etwas mit langen Kabeln zum Einstoepseln oder Unterklemmen.

Die meisten, mit denen ich zu tun hatte, sind zum lokalen Einloeten.

--
Gruesse, Joerg

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Schon, bringt Dir aber nicht viel. Zu Deiner frueheren Frage, wie man den ganzen ADC bereich ausnutzen kann: Das braucht man nicht. Bei 24 Bits kann man laessig ein bis zwei Bits floeten gehen lassen.

Das tut sie. Daher ist es ratsam, die Chose einige Stunden vor dem Messung einzuschalten.

Die 50Hz sind nicht so genau, wie bei solchen Sachen oft angenommen. Kommt drauf an, ob gerade mal wieder ein dicker Pott den Emskanal runter muss ... SCNR.

Zum Filtern genuegt manchmal schon ein fetter Kondensator. Aber bitte keinen keramischen aus der Grabbelkiste, das sollte hier ein hochwertiger Folienkondensator sein.

Spikes sollten bei einem guten Tiefpassfilter aber nicht mehr vorhanden sein.

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Gruesse, Joerg

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Dennis Köhn schrieb:

Ich weiß nicht mehr genau obs genau dieser Typ damals war. Ging jedenfalls wunderbar. Bei Analog Devices kannst du dich auch auf deren Angaben verlassen. Was nicht überall gegeben ist... Im Chip kann man einiges einstellen. Der Nachteil von Sigma-Delta ist ja gerade die sau-niedrige Wandelrate. Was aber für dich kein Problem ist.

Die 50Hz sind zu über 95% immer zwischen 49,9 und 50,1Hz. Irgendwo hab ich da auch noch einen Link. Abundzu wird EU-weit die Frequenz absolut korrigiert, um Uhren wieder in den Schritt zu kriegen.

Wie man das nun in die Theorie des Wandlers einbaut, weiß ich auswendig auch nicht. Manche Wandler locken auf die Netzfrequenz bzw. Vielfachem. Die 50Hz wirst du nur in besonders kleinen abgeschirmten Bereich los. Ansonsten sind die einfach überall im Raum. Da der Platinwiderstand relativ niederohmig ist, wirds aber nicht so schlimm werden.

- Henry

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