Am besten läßt Du Dir von Analog Devices (evtl. das Münchener Büro) einen AD7414 oder AD7415 als Muster schenken. Das sind recht neue Temperatursensoren im SOT-23 Gehäuse, die einen 10-bit AD-Wandler sowie einen Übertemperatur-Alarm beeinhalten.
Bei 40°C ist der maximale Fehler mit +0,87 -0,82 °C spezifiziert und über den zulässigen Bereich von -40..+70°C ist der maximale Fehler +/- 1,5°C.
Die Datenblätter zu diesen und anderen findest Du bei http://www.analog.com/bulletins/power-thermal

Wenn Du ein solches Teil mit einem PIC oder AVR Mikrocontroller zusammenbastelst, wird es sicher besser sein als die C... Lösung.



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Bei obigem Beitrag handelt es sich um meine private Meinung.
Rechtsansprüche dürfen aus deren Anwendung nicht abgeleitet werden.
Besonders VDE0100; VDE0550/0551; VDE0700; VDE0711; VDE0860 beachten !


[ Diese Nachricht wurde geändert von: perl am 21 Apr 2003 20:33 ]

Erstmal danke für die Antworten!

Ich habe auf eure Stichworte hin mal ein wenig gegoogelt und bin zur Überzeugung gekommen, dass es wohl am einfachsten und günstigsten ist das ganze über C-Control laufen zu lassen.

Meine Anforderungen habe ich schlauerweise im vorigen Beitrag vergessen zu erwähnen...

Es geht mir um Temperaturen im Bereich von etwa -20°C bis 120°C, wobei ich eine Regelgenauigkeit von mindestens 0,5°C benötige, besser wäre 0,1°C.

Die Genauigkeit hängt dann ja wohl im Wesentlichen vom Sensor ab, großartige Hysteresen sollte es in so einem µC System ja nicht geben. Kennt ihr eine Bezugsquelle für solche, auf 0,1°C genaue Thermoelemente? Bringen Wiederstandssensoren einen Vorteil hinsichtlich der Genauigkeit?

Was Kosten betrifft:
Für C-Control mit Application-Board bin ich schon bei etwa €100, nochmal 100€ sind auf jedenfall drin, wenn mehr müsste ich mich halt nach Sponsoren umsehen. (Das ganze soll Teil eines Jugend-forscht Projektes werden, da habe ich in letzter Zeit gute Erfahrungen gemacht, was Sponsoring angeht).

@DoS:
Was genau meinst du mit Zeit? Entwicklungs/Bauzeit oder ob der Regelvorgang zeitkritisch ist?
Fertig sein sollte das Gerät bis zum Herbst und da das System aufgrund der Wärmekapazitäten der Heizbäder und Proben eh eine gewisse Trägheit hat, ist eine meesung/Regelung im Sekundentakt ausreichend.

[ Diese Nachricht wurde geändert von: phibs am 26 Apr 2003  1:36 ]

Zitat :

...Kennt ihr eine Bezugsquelle für solche, auf 0,1°C genaue Thermoelemente?...

Abgesehen von der Tatsache, daß die Domäne von Thermoelementen da ist, wo es wirklich heiß zugeht, wirst Du vermutlich mit Thermoelementen Probleme bekommen, weil sie allenfalls 50µV/K liefern und außerdem eine Kaltlötstellenkompensation benötigen.
Darüberhinaus gibt es m.E. ein Verständnisproblem:

Meinst Du auf 0,1°C genaue Sensoren, die dürften fast unbezahlbar sein, oder willst Du lediglich die Temperaturschankungen auf 0,1°C begrenzen ?

Bei einer digitalen Regelschleife mußt Du immer mit dem Quantisierungsfehler rechnen, und dann reicht ein 10-Bit-Wandler für diese Stabilität im geforderten Temperaturbereich nicht aus.

Analoge Regelschleifen funktionieren auch sehr gut, und ein bißchen Hysterese hilft Regelschwingungen zu dämpfen.

Wenn Du hohe Einstellgenauigkeit forderst, würde ich Dir zu einer Brückenschaltung mit einem Pt1000 Widerstandsfühler raten. Der Widerstandsverlauf von Platin ist sehr genau bekannt.

Wenn die absolute Temperatur nicht so wichtig ist, liefert Dir de gut erhältliche LM35 von National Semiconductors über den zulässigen Bereich von -50..+150°C eine Spannung von 10mV/°C.
Der elektrische Nullpunkt enspricht 0°C, deshalb muß für negative Temperaturen eine negative Hilfsspannungsquelle vorhanden sein.

Alternativ könntest Du den LM135 oder LM235 verwenden, der eine Spannung von 10mV/K liefert, also auf 0K bezogen ist.

Ähnlich funktionieren die Stromquellen AD590 (-55°C..+150°C, 1µA/K, teuer) von Harris oder LM134 (auch von SGS-Thomson lieferbar, -55°C..+125°C, Steilheit einstellbar), die anstelle einer Spannung einen Strom liefern.

Sehr einfach kannst Du einen Thermostaten auch mit dem LM56 aufbauen, Du gibst die Temperatur nur als Spannung vor, und der Chip liefert ein Ein/Aus Signal.

Im Anhang habe ich Dir die Datenblätter dieser Chips zusammgestellt. Wer die Wahl hat, hat die Qual...

mfg
perl



Uploaded file: ThermoChips.zip

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[ Diese Nachricht wurde geändert von: perl am 26 Apr 2003  4:35 ]

@phibs:

zur Regelgenauigkeit: Du sprichst leichtfertig von "0.1°" - was meinst Du damit?
Wenn du meinst, die Temperatur muss auf 0.1° "stehen", kannst Du mit herkömmlichen Termostatschaltungen nicht weiterkommen. Da muss eine "intelligente" Regelung her!

Dies ist keine Frage der Sensorgenauigkeit, sondern ein waschechtes Regelproblem, das sich nur mit PID Kreisen (o.Ä.) regeln läßt. Da gehen dann Grössen wie thermische Trägheit des Systems, Heizleistung und Abstrahlleistung ein. Die Algorithmen an sich sind recht simpel (der PID KReis läßt sich in C in 10 Zeilen programmieren) erfordert aber in der Anwendung etwas gewurschtel.

Wenn Du im Netz etwas rumGoogelst, dürftest Du ziemlich schnell passende Quelltexte finden.

By the Way: lass die Finger lieber von den Thermoelementen (ich hab an der Kaltstellenkompensation mal 'ne halbe Woche gerechnet bis es sauber funktioniert hat).
Pt100/Pt1000 dürfte das Passende sein...


mfg

DoS

Danke für die Antworten, besonders für die Datenblätter.

Was ich mit 0,1°C meine, ist, dass die Temperatur des Heizbades +-0,1°C der eingestellten Temperatur entspricht.

Was die Regelschleife betrifft:
Da die Temperaturregelung (und gerade auch die Verstellung der zu regelnden Temperatur) synchron zu den eigentlichen Messungen des Spektrometers laufen sollen, ist eine digitale Regelung IMHO schon von Vorteil.

Zur Brückenschaltung:
Wenn ich das richtig verstanden habe, lege ich die gewünschte Temperatur am veränderbaren Wiederstand vor.
Die Regelung läuft dann darüber, dass ab einer gewissen positiven bzw negativen gemessenen Spannung die Heizquelle hoch bzw herunter geregelt wird.
Dazu zwei Fragen:
1. Wenn ich die Regeltemperatur, also den Wiederstand in der Brückenschaltung, per PC oder µC einstellen möchte bräuchte ich ja eine Art elektronisches Poti. Wie kompliziert ist sowas?
2. Wie realisiert man eine Regelung, die direkt also ohne A/D-Wandlung und softwareseitige Regelung, von der Brückenspannung abhängig ist?(ansonsten hängt es ja wieder am digitalisierungsproblem). Ist sie wenn man Dinge wie den PID Algorithmus einbezieht überhaupt noch möglich??

Eine weitere Idee, die mir beim Durchblättern der National Semiconductor Seiten gekommen ist, ist das ganze mit dem LM92 über einen I²C-Bus (der wiederum an einem µC hängt)laufen zu lassen. Ist sowas im endeffekt leichter zu lösen?

mfg,
philipp

Die Verständigungsschwierigkeiten sind leider immer noch nicht ausgeräumt.

Zitat :

..Was ich mit 0,1°C meine, ist, dass die Temperatur des Heizbades +-0,1°C der eingestellten Temperatur entspricht...

Bedeutet das, daß Du, wenn Du 100,0°C eingestellt hast, haargenau am Siedepunkt von Wasser (unter bestimmten Randbedingungen) ankommen mußt, oder ist dann auch eine nicht genau definierte aber stabile Temperatur im Bereich 99°C bis 101°C akzeptabel ?

und:

Zitat :

Da die Temperaturregelung (und gerade auch die Verstellung der zu regelnden Temperatur) synchron zu den eigentlichen Messungen des Spektrometers laufen sollen,

Wieso laufen ? Wollten wir nicht die Temperatur konstant halten = Thermostat, oder schwebt Dir in Wirklichkeit ein Temperaturprogrammer vor ?

Weiter oben schreibst Du von einem Temperaturbereich von -20°C bis +120°C . Wenn Du dabei an eine Peltierregelung denkst, muß ich Dich enttäuschen. Das geht nicht ohne weiteres, da deren maximal zulässige Temperatur bei +80°C liegt.
An die mögliche Kondenswasser bzw.Eisbildung hast Du sicher schon gedacht.

Ein Wort noch zur Leistung.
Willst Du nur die Küvette thermostatisieren oder auch den Probengeber ?
Im letzten Fall wirst Du wohl mehr als einen Regler brauchen.



Wie auch immer, für hochgenaue also auch langzeitstabile Thermostaten würde ich Pt-Widerstandsgeber bevorzugen. Einfacher zu handhaben sind die Halbleitersensoren, allerdings liegen mir keine Erkenntnisse über deren Langzeitstabilität vor.
Halbleitersensoren mit eingebautem AD-Wandler kommen wegen der mäßigen Auflösung der Wandler für eine hochstabile Regelung eher nicht in Frage, was aber eine digitale Regelung nicht grundsätzlich ausschließt. Man muß dazu nur externe AD-Wandler mit höherer Auflösung verwenden.









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Zitat :

Bedeutet das, daß Du, wenn Du 100,0°C eingestellt hast, haargenau am Siedepunkt von Wasser (unter bestimmten Randbedingungen) ankommen mußt?

Ja, das würde ich gerne erreichen.

Zitat :

Wieso laufen ? Wollten wir nicht die Temperatur konstant halten = Thermostat, oder schwebt Dir in Wirklichkeit ein Temperaturprogrammer vor ?

Sinn und Zweck der Apparatur ist es bei verschiedenen Temperaturen Spektren aufzunehmen.
Es soll also eine bestimmte Temperatur vorgelegt werden, bei der dann einige Spektren aufgenommen werden, dann wird die Temperatur erhöht und wieder werden Spektren aufgenommen. Das Spiel wiederholt sich dann, bis ein bestimmter Temperaturbereich durchfahren ist.

Für größere Messreihen wäre es nun natürlich angenehm, wenn man die zu regelnde Temperatur per PC oder µC steuern könnte.

Zitat :

Weiter oben schreibst Du von einem Temperaturbereich von -20°C bis +120°C . Wenn Du dabei an eine Peltierregelung denkst, muß ich Dich enttäuschen. Das geht nicht ohne weiteres, da deren maximal zulässige Temperatur bei +80°C liegt.

Ich hatte gedacht die Küvette oder den Probenbehälter (näheres dazu weiter unten) in ein Heizbad zu stellen, das wiederum von zwei seperaten Elementen temperiert wird: Ein Peltierelement für die niedrigen Temperaturen (Was die Minusgrade angeht bin ich mir nicht ganz sicher, wie tief ich komme, je nach Probenpuffer gefrieren mir die sonst die Proben) und für höhere Temperaturen ein konventionelles Heizelement (ich dachte z.b. an einen Mini Lötkolben).

Zitat :

Willst Du nur die Küvette thermostatisieren oder auch den Probengeber ?

Ich will versuchen die Küvette direkt (d.h. über einen mit Heiz/Kühlflüssigkeit gefüllten Kreislauf) zu thermostatisieren. Da die Probenkammer des Spektroskopes sehr klein ist, muss ich dafür evtl. eine seperate Kammer bauen, in die das Licht dann über Lichtleiter aus dem und in das Spektrometer geleitet wird.

Zitat :

Wie auch immer, für hochgenaue also auch langzeitstabile Thermostaten würde ich Pt-Widerstandsgeber bevorzugen.

Ich verstehe nicht ganz, wo damit das Problem, der exakten absoluten Temperaturmessung liegt. Woher kommt die unsicherheit in der absoluten Temperatur? Die Toleranz der Pt1000 Elemente ist doch viel geringer? Reicht eine Einpunkt-Kalibrierung aus um die absolute Temperatur genau einzustellen?

Gibt es übrigens Pt-Sensoren, die genauer als 1/3 DIN sind? Kennst du eine Bezugsquelle für solche Pt-1000 oder sogar Pt-2000?

Nochmal zur eigentlichen Regelung, ich glaube immernoch, dass es das einfachste ist die Regelung softwareseitig auszuführen (Also Messdaten über einen PID- oder Fuzzy Control-Algorithmus auswerten und damit regeln) und habe sogar bei ELV einen recht günstigen 24-Bit A/D Wandler entdeckt. Ich müsste das ganze dann irgendwie so basteln, dass ich die gnaze Therm-Einheit auf eine Schnittstelle bekomme, aber das sollte das kleinere Problem sein.

Um die Messbrücke (und dann auch die Leistung der Heizelemente) per PC/µC einzustellen wäre dann aber immer noch die Frage des elektronischen Potis. Bauteile gibt es ja reichlich, Für die Meßbrücke wäre aber ein sehr präzises Modell gefragt, sowas habe ich jetzt auf die schnelle nicht finden können. Wer stellt so etwas her?

Danke schonmal!

Gruß,
Philipp


[ Diese Nachricht wurde geändert von: phibs am  3 Mai 2003  3:01 ]

Zitat :

Ich verstehe nicht ganz, wo damit das Problem, der exakten absoluten Temperaturmessung liegt. Woher kommt die unsicherheit in der absoluten Temperatur? Die Toleranz der Pt1000 Elemente ist doch viel geringer? Reicht eine Einpunkt-Kalibrierung aus um die absolute Temperatur genau einzustellen?

Das Problem reicht von der Toleranz des Sensors zum Widerstand der Zuleitung und Abweichung der Referenzspannung.
Wenn Du einen PT1000 nimmst, spielt wenigstens der Kabelwiderstand bei Längen um 1m keine grosse Rolle.

Zitat :

Um die Messbrücke (und dann auch die Leistung der Heizelemente) per PC/µC einzustellen wäre dann aber immer noch die Frage des elektronischen Potis. Bauteile gibt es ja reichlich, Für die Meßbrücke wäre aber ein sehr präzises Modell gefragt, sowas habe ich jetzt auf die schnelle nicht finden können. Wer stellt so etwas her?

Für einen PT100/Pt1000 brauchst Du keine Messbrücke. Einfach über 2k/20k an VCC. DAs kommt jetzt natürlich auf den verwendeten Wandler an. Wenn Du genügend Bit hast, reicht das in der Regel. Falls nicht, ist die Messbrücke OK.
Aber auch da reicht es, ungefähr die passenden Widerstände zu nehmen und hinterher einen Zweipunkt Abgleich durchzuführen. Wenn Du den Temp.Sensor einbeziehst, hast Du eine rechte gute Genauigkeit.
Zur Theorie müsste ich jetzt im Geschäft nachgucken (ich habe damals einen Tag gerechnet, wie das am besten zu lösen ist).

mfg

DoS

Zitat : dos6510 hat am  3 Mai 2003 06:05 geschrieben :

Das Problem reicht von der Toleranz des Sensors zum Widerstand der Zuleitung und Abweichung der Referenzspannung. Wenn Du einen PT1000 nimmst, spielt wenigstens der Kabelwiderstand bei Längen um 1m keine grosse Rolle.

Die Abweichung der Referenzspannung sollte sich mit den entsprechenden Bauteilen minimieren lassen, und der Rest ist (bei gegebener Betriebstemperatur) eine Gerätekonstante, die sich doch eigentlich durch eine Kalibrierung ausräumen ließe, oder?

Zitat :

Für einen PT100/Pt1000 brauchst Du keine Messbrücke. Einfach über 2k/20k an VCC. DAs kommt jetzt natürlich auf den verwendeten Wandler an. Wenn Du genügend Bit hast, reicht das in der Regel.

Doofe Frage: Macht es einen Unterschied, ob ich den Pt-Widerstand vor oder nach dem dem anderen Widerstand schalte?
Zum Wandler, ich denke 24-Bit sollten bei einem Pt-1000 dicke ausreichen.

gruß,
philipp

Ich hab mir speziell die ELV Wandler nicht angesehen, kenne aber solche Chips.
Es handelt sich um Sigma-Delta-Wandler, deren 24-bit Datenwort zum erheblichen Teil aus digitalem Rauschen besteht.
Die Meßgeschwindigkeit solcher Wandler ist auf Kosten der Auflösung umschaltbar und bei 10 Messungen/sek garantieren die Hersteller gewöhnlich nur 24-bit No-Missing-Codes.
Wenn Du bei 10 Messungen/sek 18 stabile Bits bekommst, kannst Du zufrieden sein.

Wenn man allerdings einmal den digitalisierten Temperaturwert vorliegen hat, bietet es sich an, die komplette Regelschleife digital auszuführen. Das sollte besser funktionieren als ein einfacher PID-Algorithmus.

Zur Stabilität:
Platin hat einen Temperaturkoeffizienten von etwa 4*10^-3 oder 4000ppm/°C.
Wenn Du auf 0,1°C genau arbeiten willst, muß die gesamte Unsicherheit Deines Meßaufbaus deutlich unter 400ppm sein.
Das ist schwer.
Den absoluten Fehler des Pt1000 und der Referenzspannung kannst Du mit einem Tripelpunktthermostaten (so Du einen hast) ausgleichen, aber dann kommt die Drift und Temperaturkoeffizienten der elektronischen Bauteile.
Gewöhnliche 1% Metallfilmwiderstände driften 50..100ppm/°C, billige Spannungsregler sind indiskutabel, die meisten Referenzelemente haben auch zuviel Drift, es gibt allerdings seit einiger Zeit bei Maxim recht gute. Über deren Rauschverhalten ist mir allerdings nichts bekannt.
Der ADC selbst und eventuelle Vorverstärker haben auch Temperaturkoeffizienten, und selbst Thermospannungen an den Anschlüssen musst Du berücksichtigen.
Es wird also notwendig sein, die gesamte Meßwertaufbereitung selbst in einen Thermostaten zu stecken.

Und dabei ist noch nichts über Linearitätsfehler und die Langzeitstabilität der Teile gesagt.

Wir erwähnten ja schon, 0,1°C absolute Genauigkeit ist nicht leicht, und die Küvettenhalterung sollte aus einem dicken Cu-Block bestehen.



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Bei obigem Beitrag handelt es sich um meine private Meinung.
Rechtsansprüche dürfen aus deren Anwendung nicht abgeleitet werden.
Besonders VDE0100; VDE0550/0551; VDE0700; VDE0711; VDE0860 beachten !


[ Diese Nachricht wurde geändert von: perl am  5 Mai 2003  7:46 ]