Temperaturkomparator mit veränderbarer Schaltschwelle

[Crumble4all]

Hallo Leute!

Ich brauche bitte Hilfe bei meinem Messtechnik-Projekt.

Die Aufgabenstellung:

Verwenden Sie einen Temperatursensor z.B. KTY81 von Philips
Components. Entnehmen Sie den Eingangsbereich dem
Datenblatt und bauen Sie einen Temperaturkomparator mit
veränderbarer Schaltschwelle (10 ... 50°C) auf.

Als Schaltung habe ich mir folgendes ausgedacht:



Versorgung des OPV, symmetrisch mit +/-10V.

Durch den Spannungsteiler aus R2 und R3 lege ich eine Referenzspannung 2 an den positiven Eingang des OPVs an. Durch R3 (variabel) wird die Schaltschwelle festgelegt.

Der zweite Spannungsteiler besteht aus dem fixen R4 und dem R5, den ich später durch meinen Temperatursensor ersetzen will. Je nach Temperatur verändert sich nun der Wert von R5 und es liegt eine andere Spannung 1 am minus Eingang des OPVS an.

Je nachdem ob die Referenzspannung oder die Messspannung (minus Eingang) größer ist, schaltet der Komparator nun zwischen max. positiver und max. negativer Ausgangsspannung um.

Soweit so gut, meine Fragen dazu:

1.) Wie sollte ich die fixen Widerstände R4, R2 und R1 dimensionieren damit die Schaltung möglichst gut funktioniert?
2.) Wenn R5 und R3 ähnlich groß sind (Differenz ca. 10 ohm), spielt das Ausgangssignal verrückt, d.h. ich bekomm keine schöne "Linie" mehr hin, sondern sowas:



Bei R5= 960 ohm und R3=1k ohm kriege ich sogar ein Ausgangssignal, welches aussieht, als ob R5 größer wäre, als R3 (maximale negative Ausgangsspannung). Nehm ich z.b. für R5= 950 ohm oder 970 ohm, also weniger oder mehr als 960 ohm passt es wieder, und ich erhalte den richtigen Spannungsverlauf. Wisst ihr warum das so ist?

3.) Allgemeine Verbesserungsvorschläge/Anregungen zur Schaltung?

4.) Wenn ich schon mal nen Post erstelle, vll wisst ihr auch ob man in LTSpice einen temperaturabhängigen Widerstand simulieren kann?

Vielen Dank für eure Hilfe!! Ich komm nämlich einfach nicht drauf, wieso sich die Schaltung so verhält!

lg
Lukas

[Crumble4all]

Okey, zu 4. hab ich schon was gefunden:
http://denethor.wlu.ca/ltspice/#temp

Allerdings hab ich keine ahnung wie ich die nominaltemperatur eines gewöhnlichen Widerstands in LtSpice rausfinde. Irgendwelche Ideen? Die Fragen 1-3 sind noch aktuell leider :/

[BernhardS]

Hallo,

in der Komparator-Grundschaltung dürfte R1 nicht drin sein, wie ist denn der reingekommen?

Die Temperaturabhängigkeit der Widerstände braucht man in diesem frühen Entwurfsstadium noch nicht zu berücksichtigen.
Fang nochmal in Ruhe an. Welchen Widerstand hat der Sensor bei 10° und bei 50°? R4 wird dann so dimensioniert, daß der Spannungsabfall am Sensor im vernünftigen Bereich liegt - sagen wir 1/3 bis 2/3 der Versorgungsspannung.
Damit ergibt sich die Dimensionierung von R2/R3 automatisch - einfach die gleichen Werte nehmen.

Bernhard

[Crumble4all]

Hallo,

in der Komparator-Grundschaltung dürfte R1 nicht drin sein, wie ist denn der reingekommen?

Der R1 ist als Mitkopplung gedacht, um eine Schaltschwelle zu erzeugen (siehe http://de.wikipedia.org/wiki/Schmitt-Trigger). Oder sollte ich den weglassen?

Das mit der Dimensionierung der Widerstände klingt gut, ich werd das mal so realisieren.

Die Temperaturabhängigkeit von R4 hab ich mittlerweile schon hingekriegt, allerdings müsste ich die nominale Temperatur des Widerstands wissen, bzw. sie auf einen von mir bestimmten Wert setzen können. Weil von diesem "Normalwert" ist ja abhängig, wieviel sich der Widerstand ändert. (ist ja ne Änderung/pro Grad). Weißt du vll wie ich diesen Wert manuell setzen kann? Oder zumindest herausfinden kann?

Von diesem nominal-Wert hängt dann auch der Grundwiderstand meines Sensors ab.

Danke auf jeden Fall =)

[BernhardS]

Hallo,

ich hab mal bei KOA nachgesehen. Die liefern Metallfilmwiderstände in drei Klassen:
C: 50 ppm/K, D:100 ppm/K, L: 200ppm/K. Der Suchbegriff heißt TCR.

Angenommen Du nimmst als R4 einen Widerstand von 10k, und hast eine Temperaturänderung von 40K
dann ändert sich der Widerstand bei der Klasse C um 10000 x 50E-6 x 40 = 20 Ohm also 0,2%.

Wenn R4 klein ist, dann ist der absolute Fehler durch den Temperaturkoeffizienten klein, aber der Spannungsteiler bringt weniger Unterschied, außerdem wird der Fehler durch die Eigenerwärmung des Temperatursensors größer.
Das ist doch mal eine hübsche Aufgabe, herauszurechnen bei welchem Widerstand der Fehler am kleinsten ist.

Wenn Du damit fertig bist legen wir den dritten Grad auf: Der Temperaturkoeffizient ist keine feste Größe sondern temperaturabhängig. Er kann positiv oder negativ sein, auch das kann temperaturabhängig sein.
Weiter ist er nicht unveränderlich, sondern verändert sich bereits beim Einlöten das erste mal und dann über die Jahre weiter. Für ganz genaue Elektronik werden die Teile vorher erstmal im Ofen ausgeheizt bis die Werte sich nicht mehr stark ändern.

Bernhard

[Crumble4all]

Hmm, real aufbauen müsste ich die Schaltung gar nicht. Nur theoretisch entwerfen.

Aber deine Infos sind trotzdem sehr sinnvoll, werde deine Aufgaben mal durchrechnen.

Noch ne Frage: Hab jetzt die Schaltung so dimensioniert, wie du es mir in deinem 1. Post vorgeschlagen hast und zudem den R1 entfernt. So wie ich das verstanden habe, ist der nur sinnvoll wenn man eine untere und eine obere Schwelle hat oder? Weil dann lass ich den einfach weg und hab dann diese komische "Zacke" im Ausgangssignal nicht mehr =)

Zu der Dimensionierung: Es macht anscheinend nicht viel Unterschied ob ich R4 und R2 jetzt 10k wähle oder nur 700 (dann hätte ich um die 2/3 der Ausgangsspannung). Oder hab ich da was übersehen? ^^

Danke!

[BernhardS]

Nee, passt schon.

Ich hab das Datenblatt wieder mal angeschaut, hat doch ein paar Ohm mehr als gedacht, und kurz überschlagen wieviel Prozent Spannungsänderung sich zwischen 10°und 50° ergeben, wenn man verschiedene Widerstände verwendet (hatte Excel gerade offen). Viel über 30% wird es nicht, ich muss mich daher bei den 1/3 und 2/3 korrigieren.

Bernhard

[anders]

Wie sollte ich die fixen Widerstände R4, R2 und R1 dimensionieren damit die Schaltung möglichst gut funktioniert?

Das macht man überhaupt nicht so, sondern man nimmt, - ohne Rückkopplung- , zwei Komparatoren, z.B. LM339 oder LM393, von denen je einer für die untere und einer für die obere Schaltschwelle zuständig ist. Deren Ausgänge betätigen ein RS-Flipflop.

Eingangsseitig hängen deren Eingänge an einem Spannungsteiler aus z.B. drei Widerständen o.ä. und eben am Meßsignal.
Auf diese Art kann man obere und unter Schaltschwelle, oder den Betrag der Hysterese, separat und rückwirkungsfrei einstellen.

[der mit den kurzen Armen]

Schau dir mal den Ne 555 an der hat schon 2 Komperatoren und ein RS- Flipflop intern
Gruß Bernd

[Crumble4all]

Ich brauch eh nur eine Schaltschwelle glaub ich, also verwende ich einfach 2 Spannungsteiler und einen Komparator. Die Schaltung sieht jetzt so aus:

http://www.imgbox.de/users/public/images/1Lj4XToZk6.png

Mit R1 als Schaltwiderstand (im obrigen Fall Schaltschwelle = 20°C)

Funktionieren tut sie so einwandfrei. Aber vielleicht habt ihr ja trotzdem noch einige Anregungen =)

An dieser Stelle danke noch einmal an alle, die mir geantwortet haben!

[BernhardS]

Hallo,

Schön, nur noch eine Frage: Das Ding schaltet wenn der Widerstand des Sensors 961 Ohm ist. Entweder habe ich das falsche Datenblatt oder bei welcher Temperatur hat der KTY81 961 Ohm?

Bernhard

[Crumble4all]

Der KTY81-122, den ich verwendet habe, hat bei 20°C folgende Widerstandswerte laut Datenblatt:
min: 960 typ:971 max: 982

Bei 20°C passen aber 961 ohm besser als 971, ansonsten schaltet er nicht genau bei 20° laut meiner Simulation.

[scannerrat]

Hallo,

wenn Du nun noch R1 als 820 Ohm + Poti 470 Ohm (1-2 gebrückt) nimmst, hast du quasi ein Duplikat vom PTY im Bereich von ca. 2 °C - knapp 60 °C. Damit bist Du auf der sicheren Seite. Eine Rückkopplung als kleine Hysterese würde ich schon einbauen (≥ 1MOhm) damit das Ding am Schaltpunkt nicht zu "klappern" anfängt. Ein paar nF an den OP-Eingängen würde ich noch spendieren und auch noch ein paar μF über OP-Versorgung. Dann sollte das auch klappen ohne viel Aufwand.

Gruß Scanner