Temperatur mit einem AtMega messen

[Hemi]

Hallo zusammen,

ich habe ein kleines Problem, bzw. eine Verständnisfrage.

Und zwar möchte ich Öltemperatur messen. Der Sensor ist bekannt, das Datenblat ist hier: Datenblatt

Der Widerstand bei -40° ist 75762Ohm und bei +150 ist er 41,72Ohm. Wie stelle ich es an, dass es funktioniert?

Gemessen wird im Fahrzeug, die Bordspannung entspricht dann 13,8V.

Ich dachte, ich bräuchte hier einen Spannungsteiler. Eins der Widerstände wird der Sensor sein und dann brauche ich noch den zweiten. Und genau hier ist das Problem.

Spannungsteiler wird ja so berechnet:
Uaus = Uein * R2 / (R1 + R2)

Welchen Wert soll ich beim R1 einsetzen? Den höchten oder den niedrigsten vom Sensor?

Danke Euch.

Grüsse
Heinrich

 

[Oskar01]

Hallo @ Helmi...,
die Spannung Uo an der Summe der beiden Widerstände R1 + R2 ist die Klemmenspannung, also Deine 13,8 Volt.
Die Spannung an einem der Teilwiderstände wird dann mit der Formel berechnet.
Die Spannung U2 an R2 ist dann proportional zum Verhältnis dieses Widerstandswertes zur Spannung an der Summe von R1 + R2.

Also:

U0 ..... (R1 + R2)
--- = ----------
U2 ..... R2


(Die Pünktchen dienen zum Formatieren, Leerzeichen werden nicht akzeptiert.. kenne das Editorproblemchen.)

und Formel umstellen:
Das Ganze auf den Kopf stellen, und Du erhältst durch über Kreuz multiplizieren Deine obige Formel.


Also, so kannst Du auch die Formel umstellen, um ein beliebiges Spannungsverhältnis auszurechnen.

Grundidee: Die Widerstände verhalten sich proportional zu den Spannungen.
Großer Widerstand => große Spannung und kleiner Widerstand =>kleine Spannung

Nehme aber an, dieser Lösungsansatz führt nicht direkt zum gewünschten Ziel.

Überlegung ist schon richtig:
Der Sensor darf nicht direkt an die 13,8 Volt geklemmt werden. Er würde bei mittleren Temperaturen sich selbst aufheizen, und immer mehr Strom ziehen, bis er durchbrennt.

Also muß ein Vorwiderstand her.
Da dieser einen konstanten Wert hat, hängt die Spannung dann vom variablen Widerstandswert des Temperaturfühlers ab.
Spannung am NTC gleich gewünschte Meßspannung.

So einfach scheint es mir aber nicht zu sein, da die Temperatur/Spannungskurve nicht "linear" verläuft. Also Bedingung gleiche Temperaturänderung
gleiche Widerstandsänderung, ist nicht gegeben. (Muß mir die Werte im Datenblatt nochmals genauer ansehen, schade, daß nicht gleich eine "Kurve" mitgeliefert wurde.)

( Hier müßte dann vielleicht noch ein Transistor einbezogen werden, der mit seiner gegenläufigen exponentiellen Kennline dann zur Linearisierung beiträgt.)







Gruß von Oskar01

 

[dino03]

Hallo Heinrich,

Welchen Wert soll ich beim R1 einsetzen? Den höchten oder den niedrigsten vom Sensor?

Das muß ja nicht unbedingt der kleinste oder größte oder so sein. Du mußt ja nicht
unbedingt genau durch 2 oder was anderes Teilen.

Ich würde es im Auto z.B. z.B. folgendermaßen machen ...
Da die Bordspannung ziemlich stark schwankt und der Widerstandbereich bei der
Temperaturänderung doch ziemlich groß ist würde ich den Sensor mit ner
Konstantstromquelle versorgen. Dann kann man mit der Vierleitermethode den
Spannungsabfall am Sensor ohne große Beeinträchtigungen messen.

Ich hab das mal überschlagen ...
Bei -40 Grad und 75,7kOhm sind das minimal 13 micro Ampere die da fließen können.
Bei +150 Grad und 41,7 Ohm wären das dann 24 milli Ampere.
Ein irrer Strombereich !! Lohnt es sich überhaupt bis -40 Grad zu messen ?
Man sollte also die Konstantstromquelle so bemessen, das sie den Strom für den
kleinsten Temperaturwert geregelt bekommt. Also z.B. 0,6mA für -20 Grad.

Dann fließen von +150 ... -20 Grad immer 0,6mA durch den Sensor und man kann
über die Vierleitermethode ohne Beeinträchtigung durch Übergangswiderstände
(bei 41 Ohm ist das sicherer) den Spannungsabfall am Sensor messen.

Gruß
Dino

 

[Hemi]

Danke Euch beiden erstmal.

@Dino: Daran habe ich auch schon gedacht. Das würde auch den Vorteil bringen, dass ich vom Bordnetz unabhängig bin.

Kann ich dann mit 5V vom 7805 (gefilter natürlich) an den Sensor direkt dran gehen oder brauche ich einen Spannungsteiler? Ich habe einen Thread in einem anderen Forum gesehen, da gibt es um mehr oder weniger das Gleiche. Er hat den Sensor ebenfalls mit 5V versorgt, über einen Spannungsteiler mit einem 1kOhm.

Nein, es ist nicht notwendig bis -40° zu messen. Ich meine, wie oft haben wie solche Temperaturen? Denke, bis -20° ist es völlig ausreichend.

Danke & Grüsse
Heinrich

 

[dino03]

Hallo Heinrich,

DKann ich dann mit 5V vom 7805 (gefilter natürlich) an den Sensor direkt dran gehen oder brauche ich einen Spannungsteiler? Ich habe einen Thread in einem anderen Forum gesehen, da gibt es um mehr oder weniger das Gleiche. Er hat den Sensor ebenfalls mit 5V versorgt, über einen Spannungsteiler mit einem 1kOhm.

KonstantSTROMquelle keine Konstantspannungsquelle wie den 7805 !
Die Konstantstromquelle liefert immer einen konstanten Strom von 0,6mA
durch den Sensor. Durch die Widerstandsänderung des Sensors ändert sich
nach dem Ohmschen Gesetz dann die Spannung am Sensor. Die kannst Du
dann mit dem ATmega messen.

Der Sensor wird also in Reihe mit der Konstantstromquelle geschaltet.
Sieh dir mal die Schaltungen an, die mit 2 Transistoren als Konstantstromquelle
z.B. für LEDs verwendet werden. Da arbeitet ein Transistor als Referenz
und der andere als Regler. So etwas brauchst Du dafür.

Ich kann ja mal sehen ob ich nen Schaltplan zusammengebaut bekomme

Gruß
Dino

 

[Hemi]

Ähm ja, wer lesen kann, ist im Vorteil.

Sind diese 0,6mA einfach ein Beispielwert oder hat er einen Grund? Mit 0,6mA finde ich irgendwie nichts, aber mit 20mA.

Was spricht gegen so eine Schaltung:

Der R1 wäre dann für 10mA ca. 130 Ohm (Metalschicht, 1%)

Grüsse
Heinrich

 

[dino03]

Warum die 0,6mA ... Die Erklärung

Hallo Heinrich,

Sind diese 0,6mA einfach ein Beispielwert oder hat er einen Grund? Mit 0,6mA finde ich irgendwie nichts, aber mit 20mA.

Das ist ein grob gerechneter Wert. Leider kein Beispiel. Es sollte also in
der Größenordnung sein.

Die Erklärung:
Bei 13,8V Gleichspannung und 0,6mA brauchst Du einen Widerstand von
23k Ohm um den Strom zu erreichen.

Bei 13,8V Gleichspannung und 20mA brauchst Du einen Widerstand von
690 Ohm um den Strom zu erreichen.

23k Okm sind etwas unter -20 Grad (laut dem Datenblatt)
690 Ohm liegen bei ca +55 Grad.

Um den Strom von 20mA bei -20 Grad (also 23kOhm) aufrecht zu
halten bräuchtest Du eine Spannung von 460 Volt !!

Du hast aber nun im Auto leider nur 13,8V zu Verfügung
Weiter kann die Spannung nicht steigen.

Darum die 0,6mA.

Sonst läuft es nämlich so das du von -40 bis +55 Grad immer 13,8V
am Sensor mißt und ab +55 Grad die Spannung dann langsam bis
+150 Grad auf 0,8V abfällt.

Rechne dir das mal mit den Werten und dem Ohmschen Gesetz durch.
Dann wirst Du selber auch drauf kommen. Dann fällt der Groschen

Sonst ist die Schaltung schon OK wenn sie die 0,6mA auch regeln kann

Gruß
Dino

 

[dino03]

Konstantstromquelle mit Transistoren

Hallo nochmal,

noch ein paar Links zu Konstantstromquellen mit Transistoren ...

Elektronik-Kompendium ...
Transistor als Konstantstromquelle
FET als Konstantstromquelle
Transistor-LED-Konstantstromquelle
Der Transistor-LED-und der FET-Konstantstromzweipol

Elektroniktutor
Konstantstromquellen

Microcontroller.Net
Konstantstromquelle

DieElektronikerSeite
Konstantstromquelle - Immer das Gleiche

Als kleine Anregung für eigene Berechnungen...



Gruß
Dino

 

[Hemi]

Hallo Dino,

danke für die Links, ich werde sie mir anschauen, okay, bin gerade dabei.

Aber ich habe mir was anderes überlegt. Und zwar gibt es von Infineon einen Sensor ST-20M. Im Inneren ist ein KTY19 verbaut: Datenblatt

Über einen Spannungsteiler in Reihe mit einem 2,7k Widerstand und an 5V angeschlossen, kann man eine recht gute Genauigkeit erreichen.

Die Idee der Messung ist das Öltemperatur zu überwachen um zu wissen, wann man "Druck" machen kann, da kommt es nicht auf 5Grad mehr oder weniger.

Grüsse
Heinrich

 

[dino03]

KTY-Sensoren

Hallo Heinrich,

Aber ich habe mir was anderes überlegt. Und zwar gibt es von Infineon einen Sensor ST-20M. Im Inneren ist ein KTY19 verbaut: Datenblatt

die Temperatur/Widerstandskurve sieht ja ganz gut aus
Bei anderen KTY-Sensoren hab ich schon ziemlich besch... Kurven gesehen
bei denen sich der Widerstand bei einem 2k Ohm Sensor im Bereich von
20-50 Ohm ändert. Da ist die Spannungsdifferenz so klein das man erst
mal mit nem OP-Verstärker verstärken und strecken muß.

Über einen Spannungsteiler in Reihe mit einem 2,7k Widerstand und an 5V angeschlossen, kann man eine recht gute Genauigkeit erreichen.

Denk an eine Spannungsstabilisierung für deinen Spannungsteiler. Sonst
ändert sich auch die abgegriffene Mittelpunktspannung des Teilers.
Das gibt dann beim Einschalten der Heckscheibenheizung gute Meßfehler

Denn mal viel Spaß beim experimentieren

Gruß
Dino

 

[Hemi]

Ja, die Kurve sieht echt gut aus.

Die Spannungsstabilisierung ist im KFZ immer ein Thema. KFZ ist ja was anderes als zu Hause in eigenen vier Wänden.

Ich nehme bei KFZ-Projekten immer diese Schaltung hier als "Netzteil":

Funktioniert astrein.

Grüsse
Heinrich

 

[dino03]

Hallo Heinrich,

Ich nehme bei KFZ-Projekten immer diese Schaltung hier als "Netzteil":
.....
Funktioniert astrein.

Die Schaltung sieht astrein zuverlässig aus Die Drossel und die
Schutzdiode D1 hauen mit Sicherheit einiges an Störungen und Spikes
weg

Gruß
Dino

 

[Hemi]

Warum grinste denn? Hab ich was falsch gemacht?

Grüssle
Heinrich

 

[dino03]

Hi Heinrich,

Warum grinste denn? Hab ich was falsch gemacht?

Neee!
Bei dem Smiley steht ja auch "Großes Lächeln"
Sieht gut aus die Schaltung. Das gibt dann beim Sensor mit ca 2k Ohm
und nem weiteren Widerstand mit ca 2k Ohm als Spannungsteiler einen
Strom von ca 1 ... 1,5mA durch den Spannungsteiler. Du darfst ihn laut
Buch also mit 1/10 des durchfließenden Stroms (also mit ca. 0.1 mA)
belasten. Ich würde also die Spannung am Mittelpunkt sicherheitshalber
mit nem OP-Amp abgreifen (Impedanzwandler). Dann kann man gleich
mit Verstärkungseinstellung und Nullpunktverschiebung den
Spannungsbereich optimal an den AD-Wandler des ATmega anpassen.

Gruß
Dino

 

[Hemi]

Hallo Dino,

wenn ich einen 2,7k nehme, komme ich bei ziemlich genau 0,0018A, also 1,8mA. Im Datenblatt steht:
Maximum operating current: 5mA
Peak operating current: 7mA

Also alles im grünen Bereich.

Aber welchen OV soll ich da nehmen? (hab noch nie was mit OV gemacht)

Grüssle
Heinrich

 

[dino03]

Hallo nochmal ...

wenn ich einen 2,7k nehme, komme ich bei ziemlich genau 0,0018A, also 1,8mA. Im Datenblatt steht:
Maximum operating current: 5mA
Peak operating current: 7mA

Also alles im grünen Bereich.

Da sach ich ja nix gegen Nur du darfst den Spannungsteiler nur mit
einem zehntel des Querstroms belasten. Also bei dir nur mit
0,18mA !!maximal!! Sonst verzerrst du dein Ergebnis über die Last.
Das wär so als ob du mit nem analogen Multimeter mit 10kOhm/Volt
Die Spannung über nem Widerstand von 1 Megaohm messen willst.
Dann fließt mehr Strom durch dein Meßgerät als durch deinen
Spannungsteiler Ergebnis: Meßergebnis vorn Ar....

Aber welchen OV soll ich da nehmen? (hab noch nie was mit OV gemacht)

Da seh ich keine Probleme. Du
machst ja keine Audioanwendung und nen bischen mehr Rauschen verdirbt
dir das Ergebnis auch nicht so stark wenn es sowieso nicht auf nen Grad
mehr oder weniger ankommt. Da gibt es den alten LM741, den TL071 den
den LM358 (geht glaube ich auf obwohl er eigentlich nen Komparator ist).
Sieh das mal nicht so eng. Was die Bastelkiste so hergibt
Geht aber auch mit nem TL082, TL072, TL062, TL081, TL061, TL084, TL074,
TL064, LM324, .... Sind zwar Mehrfach-OPs aber lassen sich auch ohne
Probleme verwenden wenn man die nicht benötigten Stufen tot legt.

Gruß
dino

 

[Hemi]

Hallo Dino,

das schaue ich mir morgen mal an. Bin jetzt auf die Schnelle nicht schlauer geworden.

Danke Dir herzlichst für die Hilfe.

Grüssle
Heinrich

 

[Oskar01]

Hallo,
thread ist zwar schon in eine etwas andere Richtung gelaufen,
nur nochmals Thema Konstantstromquelle:

Ein Transistor bekommt in seine Basiszuleitung zwei Dioden.
Ein Widerstand zu Vcc sorgt für Strom über die Dioden und "Spannungsfall".
Dann bekommt der Transistor in seine Emitterleitung einen Widerstand, der Kollektor bleibt "offen" bzw. wird mit der zu speisenden Schaltung verbunden.

Dann berechnet sich das so:
R= (Us-2xUd): (5xIK:B).
Also Querstrom über die Dioden fünfmal größer als die Gleichstromverstärkung
des Transistors einstellen.
Das ist der Trick.


Hoffe, die Formeln sind einigermaßen rübergekommen, konnte auf die Schnelle kein Schaltbild zeichnen.



Gruß von Oskar01