И снова про термосопротивления, Как проще всего применить? Опции

[Reanimator++]

Есть прибор (плата), работающая в воздушной термокамере -60 +100 без контроля влажности.
Хочется довесить на эту плату возможность более-менее точно измерять температуру воздуха в которой оно сейчас находится.
Измерение температуры не является основным функционалом, поэтому простота реализации и доставаемость компонентов на первом месте (калибровать нет желания и нечем). Как я понимаю без калибровок и танцев с бубном получить +-0.1°С это предел.
Реальная температура по объему термокамеры будет плавать куда сильнее, также как и точность ее удержания, но тем не менее некоторый запас по точности измерения хотелось бы иметь (плат в камере много, хоть на разбег можно будет посмотреть).

Порыв немного каталоги терры и компела нашел термосопротивления 700-102BAA от Honey, которые недороги, есть на складе и к запрашиваемым параметрам близки. Также есть 16 бит ацп ADS1115 со встроенным предусилителем и компенсированной опорой.

Это все хорошо, но через термосопротивление надо пропустить стабилизированный ток, который надо где-то взять.. Ну или не стабилизировать ток, а иметь стабильный резистор последовательно с измерительным, измеряя падение на котором можно получить ток.
Бегло поискал резисторы, нашел +-0.1%, 25 ppm/°C (TNPW серия ф. Vishay). Т.е. во всем диапазоне будет 4000ppm. А у термосопротивления 3850 ppm/°C. Т.е. резистор даст погрешность в +-1°С на диапазоне. Оно конечно можно откалибровать, но калибровать совсем не хочется. Просто учесть в математике эти 25ppm/°C, считая их линейными? Про ТЧХ ничего не написано..

Как проще сделать?

[Microwatt]

Как я понимаю без калибровок и танцев с бубном получить +-0.1°С это предел.
Как проще сделать?

Без бубна на терморезисторе вытанцуете 2-3С.
А 0.1С проще попросить кого-то, кто уже 1С осилил. Только не бухалтерию, а измерения.
С++ не годится, АЦП на 100 разрядов тоже не поможет .

[Tanya]

Без бубна на терморезисторе вытанцуете 2-3С.

Это обидно.
Терморезистор у автора платиновый. А какой бубен - непонятно.

[rx3apf]

Как проще сделать?

Взять стабильный опорный резистор. Не гоняться за 0.1, взять хоть однопроцентный, но с хорошей термостабильностью, а потом откалибровать хоть в одной точке. Хотя диапазон да, суровый... А наружу (в более комфортные условия) от платы ничего нельзя вывести ?

Сообщение отредактировал rx3apf - Oct 22 2011, 04:51

[MaslovVG]

Взять стабильный опорный резистор. Не гоняться за 0.1, взять хоть однопроцентный, но с хорошей термостабильностью, а потом откалибровать хоть в одной точке. Хотя диапазон да, суровый... А наружу (в более комфортные условия) от платы ничего нельзя вывести ?

А где взять опору точнее 0.05%. Без калибровки не обойтись. Если взять что нибудь от AD со встроенной опорой.

[rx3apf]

А где взять опору точнее 0.05%. Без калибровки не обойтись. Если взять что нибудь от AD со встроенной опорой.

Я предложил взять опору не _точнее_, а _стабильнее_. А потом - откалибровать (хоть по магазину сопротивлений с хорошей стабильностью, хоть как). Мы используем в таких цепях отечественные С2-29 (единственный российский компонент, который используем), однако у топикстартера очень уж широкий температурный диапазон, там и С2-29 могут уходить больше, чем упомянутые резисторы от Vishay. Надо (IMHO) искать какие-то фольговые резисторы.

[Reanimator++]

Ну кстати измерить сопротивление опоры _точнее_ не проблема если она _стабильнее_ ибо это можно сделать в НУ.
Где взять опору стабильнее для меня вопрос. Я могу только купить то что предлагают фирмы по продаже компонентов типа терры. Манганина у меня нету, да и мотать что-то свое нет никакого желания. Измерение температуры функционал не основной, поэтому единственный вариант это небольшой модуль где-то на плате из покупных компонентов не требующих доп. настройки и вывода на улицу доп. проводов.

Касательно временной стабильности тех же резисторов TNPW обещают старение не более 0.05% за 1000 часов работы (500ppm).

Собственно, какая разница сколько ppm/°C будет у опорного резистора? это можно учесть в математике. Вопрос в том насколько нелинейно оно будет?


Читая форум обнаружил ссылку на кварцевые термодатчики - http://www.qsens.ru/products/termo.html
Этот вариант может быть интересен тем что на плату уже заведена рубидиевая опора и есть точный частотомер, способный дать 0.1 Гц (фактически она решает те же задачи что описаны в ТЗ в теме про измерение частоты).
Единственное но - как я понял кварц этот надо откалибровать хотя бы в одной точке. Плюс влияние емкостей схемы возбуждения?.. Также не нравится относительно малый наклон ТЧХ - порядка 1 Гц/°С.. И какие-то невнятные данные по старению.. По словам наших производителей кварцев резонаторы с крутым тчх обычно стареют много быстрее..
Кто-нибудь их использовал?

[Tanya]

Как проще сделать?

Проще сделать это снаружи. Кроме непоняток с резисторами есть еще непонятки с усилителем (АЦП). И даже (!) с градуировкой датчика. Как-то думается, что такой простенький резистор не даст десятую в таком широком диапазоне по стандартному полиному долгое время.
А главное - зачем?
В термокамере можно устранить градиенты такого порядка, если только все внутри выключить и держать температуру очень теплопроводящей оболочки в коридоре десятая градуса несколько часов. А "на ходу" градиенты неизбежны и пропорциональны скорости изменения температуры.

[Reanimator++]

Проще сделать снаружи
Понятно, значит при таком ТЗ от термосопротивлений лучше отказаться. Единственный простой вариант для них это четырехточка и измерительный блок при НУ. Но тогда и размещать датчик на плате нет смысла.
Собственно цель это как раз увидеть эти градиенты в термокамере и доказать метрологам что они сильно заблуждаются насчет реальной температуры на изделиях. Да и в конце концов дополнительный контроль своими средствами, доп. защита от дурака в ПО.

Точные камеры с выдержкой делали на базе РТП 8.1 http://www.iztech.ru/goods/10/ . Они за 8-10 часов встают в +-0.01°С.. По крайней мере если верить показаниям этого РТП...

Остается кварцевый датчик. Кто что скажет по опыту применения?

[Tanya]

Проще сделать снаружи
Понятно, значит при таком ТЗ от термосопротивлений лучше отказаться. Единственный простой вариант для них это четырехточка и измерительный блок при НУ. Но тогда и размещать датчик на плате нет смысла.
Собственно цель это как раз увидеть эти градиенты в термокамере и доказать метрологам что они сильно заблуждаются насчет реальной температуры на изделиях.

Тогда дифференциальная термопара - самое лучшее средство для измерения разности температур. Один спай - на стенке, второй в точке X. Считается, что значение температуры стенки мы знаем. Но его даже и не нужно точно знать в данном случае.
Еще один вариант - два одинаковых термодатчика в тех же местах. Тогда еще два одинаковых резистора образуют мост,
и все прекрасно можно измерять с требуемой Вам точностью. И не нужны точные опоры и пр. заморочки. И все можно измерять уже внутри.

[Reanimator++]

Измерение разности температур не совсем то что нужно. Нужно абсолютную температуру на платах. Их любят засовывать в разные установки и от наличия термодатчика на плате можно получить дополнительный профит. Городить систему снаружи не хочется т.к. ее придется таскать за платами.
Тут как я понимаю мостовая схема не поможет (я пока не очень ориентируюсь в способах применения термосопротивлений).
Я скорее более склонен загрубить требования к точности в пользу упрощения конструкции.
Как я понимаю обсуждение встало на том где достать более-менее точный стабильный во времени резистор? Ну неужели нельзя купить?.. На том же манганине что-нибудь маленькое и современное?..

[Reanimator++]

Вот нашел прецизионный резистор от того же Vishay - http://www.google.ru/url?sa=t&rct=j&am...QR1d86tHuM52e4g
В платане продается.. ~10$..
Соединяем последовательно с терморезистором, меряем падение на том и на этом - вроде все сходится..
Мнения?

[Tanya]

Вот нашел прецизионный резистор от того же Vishay - http://www.google.ru/url?sa=t&rct=j&am...QR1d86tHuM52e4g
В платане продается.. ~10$..
Соединяем последовательно с терморезистором, меряем падение на том и на этом - вроде все сходится..
Мнения?

Думаю, что не стоит так напрягаться. Зачем Вам точная температура с такой точностью во всем диапазоне в одной точке? Раза в два-три хуже все получите легко. Кажется мне, что Вам нужна именно разница температур между стенкой (или чем-то там) и Вашей точкой. И стабильность, наверное, тоже не нужна.
Мое мнение - дифференциальная термопара или мост (можно сразу многоплечий мост для нескольких точек). Так можно дрейф или разницу до тысячной градуса получить. И резисторы моста можно из манганина сделать, если он у Вас есть.

[Ruslan1]

Совершенно непонятно, вся измериловка должна работать в диапазоне -60...+100? Или только сенсор там находится? Если вся измериловка- то я не знаю как сделать с такой точностью.

Если в шкафу только сенсор, то абсолютно непонятно, зачем токозадающий резистор туда же пихать в эту среду? Делается измериловка просто до безобразия:
1. В шкафу только сенсор (терморезистор), подключен 4-х проводкой.
2. Снаружи (в комнате) последовательно с ним прецизионный резистор (с любым нормальным ppm/C, экзотика не нужна).
3. Падение на эталонном резисторе используется как опорное напряжение для АЦП, падение на сенсоре измеряется этим самым АЦП. Ряд АЦП позволяет иметь опорное напряжение продвешенное сильно выше GND, причем это напряжение может меняться в широких пределах без потери точности (Я Аналог Девайс пользую для такой задачи). Кстати, у меня применение резисторов 0.1% позволило вообще отказаться от процедуры калибровки, что только зер гут для любого производства. На Дижикей Панасоник 0.1% SMD0805 по 0.5$ в розницу или по 0.2$ от 50 штук.
4. Измеренная величина есть соотношение между сопротивлениями эталонного резистора и сенсора.

Но точноть 0.1 градуса это конечно экстрим. Разрешающая способность не вопрос, но вот точность.....

[Reanimator++]

Раза в два-три хуже все получите легко
Собственно этим принципом и руководствуюсь - делай лучше а плохо само получится )

Ruslan1, спасибо за подробное описание процесса!
Вы какую мс АЦП используете?

Я попробую-таки запихнуть все в термокамеру вместе с ацп и вышеуказанным резистором, посмотрим что получится. Ценник решающего значения не имеет, плата стоит килобакс.. Выносного блока при НУ нету, городить только ради температуры не вариант.

Жалко что насчет кварцевых термодатчиков никто не высказался. Интересно где там подвох..

[Ruslan1]

Ruslan1, спасибо за подробное описание процесса!
Вы какую мс АЦП используете?

AD7788/AD7789.
еще пользую AD7792/AD7793, но для вас он сильно избыточен.

Я попробую-таки запихнуть все в термокамеру вместе с ацп и вышеуказанным резистором, посмотрим что получится. Ценник решающего значения не имеет, плата стоит килобакс.. Выносного блока при НУ нету, городить только ради температуры не вариант.
ался. Интересно где там подвох..

А можно узнать, ваше устройство действительно работоспособно в диапазоне температур -60 до +100 С ??
Можете ссылку дать, хочу почитать про такое чудо? Сам только слышал про такую низкотемпературность, не более того (в наших краях уже давно ничего заатмосферного не делают). И как, включается и работает при -60 после того как хорошо промерзло в выключенном состоянии?
По мне, так плата АЦП, способная стартовать и работать при -60, должна стоить больше килобакса, но наверное я отстал от современных технологий (Ну разве что у вас там термос и/или микроклимат каким-нибудь Пельтье обеспечивается, тогда не интересно)

[Reanimator++]

Устройство для контроля частоты кварцевых генераторов. В общем это такой очень многоканальный частотомер (делали варианты плат на 48, 64, 128 позиций) иногда нагруженный вспомогательными функциями программирования генераторов. Плата чуть менее чем полностью состоит из циклона 2 который если верить альтере держит -40 +125 (умных микросхем больше нет, остальное преобразователи уровней и т.п.). Если верить опыту плисоводов из этой конференции то от перехода с -40 до -60 ничего страшного с ней не будет. Платы наши используют в основном в диапазоне -40 +100 (в установках термокомпенсации -40+85 по 2-3 цикла в день, в установке контроля старения частоты постоянно на плюсе +60 +100) сейчас вот собираем установку контроля монотонности ТЧХ, там -60 надо будет. Имеющиеся платы пробовали -60 +100 гонять несколько циклов - полет нормальный. Правда включать на минусе не приходилось, включили, погнали на -60, выдержка 15 минут, и далее по 1 градусу в минуту на +100.
Фотки плат надо порыть, их немного и спрятаны хорошо..
В принципе ничего великого в климатике не вижу, лишь бы микрухи работали. Плату достаточно хорошо покрыть лаком и всякие конденсаты и т.п. ей не страшны.

Единственное что меня смущает в подобном включении АЦП это большое соотношение между опорным и измерительным резистором (если брать опорный 10к а измерительный 1к например), то 3-4 бита динамического диапазона теряем только на этом. С другой стороны оставшихся битов вполне достаточно..

[Tanya]

Единственное что меня смущает в подобном включении АЦП это большое соотношение между опорным и измерительным резистором (если брать опорный 10к а измерительный 1к например), то 3-4 бита динамического диапазона теряем только на этом. С другой стороны оставшихся битов вполне достаточно..

А что мешает поставить 1 кОм?

[Reanimator++]

Кстати да, не подумал - опорный ведь не обязан быть токозадающим. Спасибо.

[Designer56]

.....
А можно узнать, ваше устройство действительно работоспособно в диапазоне температур -60 до +100 С ??
Можете ссылку дать, хочу почитать про такое чудо? Сам только слышал про такую низкотемпературность, не более того (в наших краях уже давно ничего заатмосферного не делают). И как, включается и работает при -60 после того как хорошо промерзло в выключенном состоянии?
По мне, так плата АЦП, способная стартовать и работать при -60, должна стоить больше килобакса, но наверное я отстал от современных технологий (Ну разве что у вас там термос и/или микроклимат каким-нибудь Пельтье обеспечивается, тогда не интересно)

Мне приходилось такое делать. ЦАП/АЦП с погрещностью 0,1% в диапазоне -60+85. И даже не на современных технологиях. 572ПА2 и 572ПВ1. С приемкой, разумеется. Устройство летало ( и сейчас летает) в самолетах. Но, АЦП для потенциометрического датчика, включенного по логометрической схеме. ЦАП- аналогично, усилитель для управлением сельсином. Если пост. ток- то использовался особый ИОН. С соответствующей стабильностью. Но это очень недешево. Резисторы, задающие коеффициенты усиления- в специальной сборке из напыленных манганиновых, с гарантированной стабильностью отношения сопротивлений. ИОН, тот вообще очень дорогой. Да и диапазон напряжений, что измеряемых, что генерируемых был +-10 В. Соответственно, и относительная погрешность считалась от этого. А такая штука для измерения десятков- сотен милливольт с терморезистора- явно потянет не на 1к зеленых. Хотя, сделать можно. Но непросто.

Если верить опыту плисоводов из этой конференции то от перехода с -40 до -60 ничего страшного с ней не будет.

В принципе ничего великого в климатике не вижу, лишь бы микрухи работали. Плату достаточно хорошо покрыть лаком и всякие конденсаты и т.п. ей не страшны.

Ну-ну.... Флаг Вам в руки. Попробуйте...

[Tanya]

Кстати да, не подумал - Спасибо.

Термометр подмышкой сколько времени нужно держать для получения десятой градуса?
Там масса (теплоемкость) выше, но и контакт (теплопроводность) - тоже.
А Вы хотите температуру поднимать на градус в минуту...
Подумайте еще разок.... Пожалуйста.

[Reanimator++]

Это тоже интересный момент. Термодатчик позволит _оценить_ насколько температура на изделиях отстает от температуры воздуха в камере. Для измерений монотонности это не важно (поскольку исследуется только наличие перегибов ТЧХ), но для измерений ТЧХ например нужно эту погрешность знать. В любом случае платы используются в _разных_ установках и точный термодатчик там не будет лишним.

Собственно, вы пытаетесь меня убедить что такая точность не нужна - я с этим согласен. Буду делать как получится, наверняка получится хуже.
Ну допустим мы ослабим ТЗ до 0.3-0.5 градуса - к каким изменениям в конструкции датчика это приведет? Вроде оптимальную конструкцию уже описали выше...

[Tanya]

Это тоже интересный момент. Термодатчик позволит _оценить_ насколько температура на изделиях отстает от температуры воздуха в камере.

Только в том случае, когда Вы можете гарантировать очень хорошую тепловую связь датчика с объектом и очень плохую с воздухом.

Ну допустим мы ослабим ТЗ до 0.3-0.5 градуса - к каким изменениям в конструкции датчика это приведет? Вроде оптимальную конструкцию уже описали выше...

Не знаю, что и где Вы хотите измерять... А датчик Вам выбирать. Конструкция его задается изготовителем, которого Вы выбираете.
Дифференциальная термопара позволит измерить разницу температур воздух-точка X без напряжения.

[Ruslan1]

Если верить опыту плисоводов из этой конференции то от перехода с -40 до -60 ничего страшного с ней не будет. Платы наши используют в основном в диапазоне -40 +100 (в установках термокомпенсации -40+85 по 2-3 цикла в день, в установке контроля старения частоты постоянно на плюсе +60 +100) сейчас вот собираем установку контроля монотонности ТЧХ, там -60 надо будет. Имеющиеся платы пробовали -60 +100 гонять несколько циклов - полет нормальный. Правда включать на минусе не приходилось, включили, погнали на -60, выдержка 15 минут, и далее по 1 градусу в минуту на +100.

Да, тоже поддерживаю про морозостойкость альтеры. Тоже одно устройство, позиционированное как "от -40" (FLEX10K, PIC18F, плюс куча аналога и транзисторов), как-то прокатали в камере на -55, причем считающийся самым жестким тест включения "промерзшего кирпича" на -55 выдержало с честью, полностью все функционировало, времянки правда никто не замерял

Но это так, шалости. В жисть бы не взял на себя ответственность перемаркировывать диапазон с -40 на -60 даже для резистора, не то что для полупроводника. А от -40 это понятно и почти неинтересно.

[OlegNS]

Поставь два датчика: один в интегральном исполнении(например: ADT7310 +-0.5C при -40 .. +105С или другой на вкус) и терморезистор на диапазон -60..-40С, легче будет подобрать параметры ибо маленький диапазон.
Если их поставишь рядом, склеишь, зальешь(нужное подчеркнуть), то можно делать автоматическую калибровку терморезистора пока температура выше -40(зависит от схемной реализации).

[Designer56]

Да, тоже поддерживаю про морозостойкость альтеры. Тоже одно устройство, позиционированное как "от -40" (FLEX10K, PIC18F, плюс куча аналога и транзисторов), как-то прокатали в камере на -55, причем считающийся самым жестким тест включения "промерзшего кирпича" на -55 выдержало с честью, полностью все функционировало, времянки правда никто не замерял
.....

А вы попробуйте гнать серию с обязательным контролем на работоспособность при -60. Вас ожидают сюрпризы...
И второе: а каков ресурс по наработке на отказ будет в таком случае?
А так я в свое время и пластмассу советскую на -60 испытывал- рабтоает. И цифра и аналог. Из этого ничего не следует касательно морозостойкости.

[Sirko]

Исходя из этого:

Я скорее более склонен загрубить требования к точности в пользу упрощения конструкции.
Собственно цель ... доказать метрологам что они сильно заблуждаются

возникает вопрос - а стоит ли ради этого пытаться "на коленке" гнаться за точностью?

Может, проще воткнуть какой-нибудь цифровой датчик?
Жалко DS18S20 слегка не дотягивает до Вашего диапазона. Зато даром.


А теперь собственно по теме:

...или не стабилизировать ток, а иметь стабильный резистор...
...Вопрос в том насколько нелинейно оно будет?

Возможно Вам проще засунуть образцовый резистор в термостат?

...а потом откалибровать хоть в одной точке...

Возможно для "наколенной" калибровки по одной точке сойдет ртутный медицинский термометр. Т.е., если попадется не особо брехливый, то точность 0.025°C (как нас когда-то учили цена деления / 4)

[Microwatt]

Исходя из этого:
возникает вопрос - а стоит ли ради этого пытаться "на коленке" гнаться за точностью?

Там точности в 1-2С предостаточно. Дело в другом.
Смешно думать, что прибор, грамотно разработанный на -60..+100С будет отказывать при +100.1С и "показания независимого термометра спасут от прокуррора".
Так я понял, что при температуре в камере 100С есть опасения, что в районе платы 110С, а так создатель платы не договаривался? Понятно. Тогда берем аттестованную термопару, клеим на плату и показываем это кому надо.
Испытания всегда проводятся с опорой на измерительные средства испытательной аппаратуры. А подопытная аппаратура встроенными средствами может при сем показывать все, что угодно. Как студент на экзамене.


Похоже, очередной раз трудоустраивают микроконтроллер. Создают ему рабочее место и себе дополнительные заботы.