Temperaturkompensation von Sensoren

[taylor22]

hallo zusammen!
Möchte die Grundlagen über die Temperaturkompensation von Sensoren lernen! Mir geht es vor allem darum, welches Konzept dahinter steckt und wie man das Problem löst! Kennt ihr eine gute Einführung, die ich im Netz nachlesen kann oder wollt ihr mir gerade selber ein Einführung geben?

[shaun]

Tjaaaa... Du hast einen Sensor, der neben der Empfindlichkeit auf die zu erfassende Größe (zB Feuchtigkeit) auch eine Querempfindlichkeit für die Temperatur hat. Dann bestimmst Du diese, ermittelst eine Funktion, wie die Ausgangsgröße von Feuchte und Temperatur abhängt, misst mit einem Temperatursensor die Temperatur und rechnest die Auswirkung der Temperatur heraus. Das wird heute häufig digital gemacht, aber mit geschickten Analogschaltungen kann man auch rein analog kompensieren.

[taylor22]

naja das wäre jetzt mal das konzept und wie löst man dann ein konkretes beispiel? für jede temperatur ergibt das ja dann eine andere funktion oder? man kann doch nicht für jede temperatur eine andere funktion nehmen?! -> zu grosser programmier- und messaufwand?!?!
erstens müsste man für jede temperatur die funktion bestimmen, viel vergnügen...
zweitens ist der programmieraufwand zu gross:
switch(temp)
case 1: nimm funktion1
case 2: nimm funktion2
case 3: ....
......
ok das sind nur meine gedanken, woraus ihr auch meine lücken und fragen lesen könnt!
Wie macht man das wirklich?

[Vitis]

Bei Temperatursensoren ist die Eigenerwärmung immer so ne
Sache. Beim DS1820 kann man z.B. hin gehen und den
über parasite Power betreiben, sprich, solange man keine
Werte ausliest ist das Ding stromlos und erwärmt sich daher nicht.
Nur zum lesen bekommt er kurz Saft, dann "unverfälscht" auslesen
und Saft wieder weg. So bekommt man relativ gute Werte
aus dem raus.
In einer Anwendung mach ich das auch mit Analogsensoren so,
die schalte ich über nen Leistungstransistor an Saft n paar Millisekunden
bevor ich messe, dann den Saft wieder weg bis zur nächsten Messung.
Spart zusätzlich Strom der Vorgang.

[Manf]

Die temperaturabhängige Funktion wird zur Kompensation meistens linearisiert und es wird dann nur der lineare Teil kompensiert. Dadurch erhält man einfache Kompensationsfunktionen die sich leicht realisieren lassen und die den größten Teil des Fehlers kompensieren.

Man beschränkt die Funktion dazu auch auf den erforderlichen Bereich um mit der Linearisierung eine bestmögliche Annäherung zu erreichen.
Manfred

[taylor22]

ok angenommen ich messe einen druck! der output ist dann irgend eine abhängige spannung! bei 20°C sieht dann die Funktion beispielsweise so aus: U(p)=p^2
bei 30°C sieht dann die Funktion beispielsweise so aus:
U(p)=p^2+1
Dann will ich beispielsweise eine Temperaturkompensation um den Arbeitspunkt bei 25°C machen!
Wie mach ich das jetzt? Steh ein bisschen auf der Leitung, aber wenn jemand mir das ganze anhand dieses beispiels erklären könnte, ginge es sicher :-)

[Vitis]

Messprotokoll anfertigen und dann polynomregression
Funktion 2. 3. 4. Ordnung

[ranke]

In manchen Fällen verwendet man auch mehrere (2 oder 4) Sensoren, die sich in engem thermischen Kontakt befinden. Dabei wird nur die Hälfte der Sensoren dem Meßsignal ausgesetzt, die anderen laufen "leer" mit. Durch geschickte Verschaltung (Wheatstonsche Brückenschaltung) ist das Ausgangssignal der Brückenschaltung bereits temperaturkompensiert.
Bei Dehnungsmeßstreifen (DMS) wird diese Schaltungsvariante fast ausschließlich verwendet, da der Temperatureinfluß im Vergleich zum Nutzsignal ziemlich stark ist und es auch relativ einfach ist, mehrere praktisch baugleiche DMS auf einen Folienstreifen zu integrieren.

[Hessibaby]

High-End-Sensoren z.B. in der Medizintechnik werden auf Temperaturen geheizt bei denen sie normalerweise nicht betrieben werden. Früher wurden Quarze in Sendern ( Rundfunk/Fernsehen) in Quarzöfen auf 80°C geheizt um jegliche Temeraturdrift von vornherein auszuschliessen. Aktuell wird dieses Vorheizen bei allen GPS-Empfängern praktiziert. (Deshalb dauert das nach dem Einschalten des Empfängers auch so lange bis die Satelitten gefunden werden).
Das Vorheizen ist also die eleganteste Methode das Driften zu vermeiden.
Bei normalen Sensoren kannst Du ( im herstellerspezifiziertem Temperaturbereich ) immer mit einer linearen Drift rechnen. Deshalb gibt es fast alle Sensoren für unterschiedliche Temperaturbereiche. Was sich aber dann auch im Preis widerspiegelt.
Gruß

[shaun]

Dem bisher Gesagten ist eigentlich nicht viel hinzuzufügen. Nur so viel: wenn die Funktion Ergebnis=f(Messgröße, Temperatur) analytisch nicht vernünftig aufzudröseln ist, suchst Du Dir wie schon geschrieben wurde ein Polynom 2. oder 3. Ordnung, dass Deiner Messreihe oder Deinen berechneten Werten (bei bekannten f(T)) am nächsten kommt und ob Du das dann versuchst, als Hardwarelösung analog auf das Sensorsignal einwirken zu lassen oder digital damit verrechnest, musst Du dann selbst entscheiden.
Bei kapazitiven Luftfeuchte- oder auch Gassensoren gab es in der Vergangenheit reichlich Schaltungen, die rein analog mit einem entsprechend dimensionierten NTC den Temperaturgang des Sensors hingebogen haben. Da ein NTC selbst schon alles andere als linear ist, ist das nicht ganz trivial und immer eine Frage der gewünschten Genauigkeit.

[Besserwessi]

Quarze werden normalerweise nur auf ca. 40 Grad geheitzt. Für diese Temperatur gibt es nämlich einen besonders geringen temperaturkoeffizienten. Bei 80 Grad wäre auch die Alterung auch zu stark. Die etwas längere Zeit nach dem Einschalten kommt wohl eher vom syncronisieren mit dem Satelitensignal und übertragen der Bahndaten. Gerade bei mobilen Geräten wir man den Quarz wohl nicht vorheizen, sonderen höchstens einen TCXO, d.h. einen Quarz mit elektronischer Temperatur-kompensation, verwenden.

[Manf]

Das mit den Quarzen ist ein besonders ausgiebig untersuchtes Thema. Schön, was man alles aus der Kurvenschaar des AT Schnitts ablesen kann.
http://www.aextal.com/tutorial-cut.htm

Bei 80°C hat man die Steigung null bei geringer Empfindlichkeit gegenüber dem Schnittwinkel, (gepunktete Kurve).
Anstreben sollte man den Wendepunkt, (geringste Krümmung) bei der Steigung null. Das wäre die Kennlinie mit der Steigung null bei 26°C, die ganz praktisch ist, aber nicht immer ohne Kühlung garantiert werden kann.
Für die Steigung null bei 40°C wird man ohne Kühlung auskommen und hat immer noch eine geringe Krümmung der Kurve.
...
Manfred

http://www.aextal.com/images/Frequency-Temperature.gif