Langzeitkonstanz NTC...

[Peter Heitzer]

Ich habe aus defekten Akkupacks einige NTC mit 10k@25 Grad, ähnlich
wie https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/3b/NTC_bead.jpg

Wie gut ist deren Langzeitkonstanz bzgl. des Widerstands bei gegebener
Temperatur? Ich möchte damit ein einfaches Thermometer mit Schaltausgang
bauen. Der zu umfassende Bereich soll etwa 0..100 Grad sein; eine max.
Abweichung von 2 Grad wäre tolerabel. Zur Kalibrierung würde ich den
Sensor bei 0, 50 und 90 Grad messen und damit die Koeffizienten für
die Steinhart-Hart-Formel ermitteln. Damit errechne ich dann die
Werte für den ADC meines µC (PIC16F73) und lege sie als Lookuptable
im Flash ab. Ich verwende eine ratiometrische Messung im µC, sodaß ich
dessen Betriebsspannung als Referenz verwenden kann.
Ist unter den angegebenen Bedingungen die geforderte Genauigkeit über
einen längeren Zeitraum (>= 5 Jahre) gegeben?


--
Dipl.-Inform(FH) Peter Heitzer, peter.heitzer@rz.uni-regensburg.de

 

[Leo Baumann]

Am 08.08.2022 um 14:24 schrieb Peter Heitzer:

Ich habe aus defekten Akkupacks einige NTC mit 10k@25 Grad, ähnlich
wie https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/3b/NTC_bead.jpg

Wie gut ist deren Langzeitkonstanz bzgl. des Widerstands bei gegebener
Temperatur? Ich möchte damit ein einfaches Thermometer mit Schaltausgang
bauen. Der zu umfassende Bereich soll etwa 0..100 Grad sein; eine max.
Abweichung von 2 Grad wäre tolerabel. Zur Kalibrierung würde ich den
Sensor bei 0, 50 und 90 Grad messen und damit die Koeffizienten für
die Steinhart-Hart-Formel ermitteln. Damit errechne ich dann die
Werte für den ADC meines µC (PIC16F73) und lege sie als Lookuptable
im Flash ab. Ich verwende eine ratiometrische Messung im µC, sodaß ich
dessen Betriebsspannung als Referenz verwenden kann.
Ist unter den angegebenen Bedingungen die geforderte Genauigkeit über
einen längeren Zeitraum (>= 5 Jahre) gegeben?

Also, wie das mit Deinen gebrauchten NTCs aussieht weiß ich nicht, aber
hier ein Anhaltswert eines Präzisions-NTC von B+B.

Da steht drin: Langzeitstabilität besser als 1%

https://b2c.bb-sensors.com/out/media/Datenblatt_Praezisionstemperatursensor_TS-NTC-833.pdf

Grüße

 

[Rolf Bombach]

Peter Heitzer schrieb:

Ich habe aus defekten Akkupacks einige NTC mit 10k@25 Grad, ähnlich
wie https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/3b/NTC_bead.jpg

Wie gut ist deren Langzeitkonstanz bzgl. des Widerstands bei gegebener
Temperatur? Ich möchte damit ein einfaches Thermometer mit Schaltausgang
bauen. Der zu umfassende Bereich soll etwa 0..100 Grad sein; eine max.
Abweichung von 2 Grad wäre tolerabel.

Abertausende von Heizungen messen die Aussentemperatur mit einem NTC,
Jahrzehnte lang. Ich sehe keine Änderung nach 20 Jahren, das Ding
zeigt immer noch genau gleich (falsch) an, aber das liegt wohl an
der Justierung.

Die Leitfähigkeit nimmt ja exponentiell mit der Temperatur zu.
100 K Bereich scheint mir da etwas herausfordernd. Allerdings
gibt es ja das Testo 110, welches -50 °C bis 150 °C mit einem
NTC macht. Eventuell aber ist das ein spezieller.

Ich hätte eher an zwei NTC gedacht, mindestens einer mit Parallel-
widerstand. Schaltungen hatte ich früher schon mal gefunden gehabt.
Ich mag mich dumpf erinnern, dass es NTC-Temperatursensoren, die so
aufgebaut sind, fixfertig gibt.

NTC-basierende Thermostate habe ich einige gebaut, dabei den NTC auf
die angestrebte Temperatur linearisiert mit Parallelwiderstand.

Genaugenommen der Widerstand der Halbbrücke, den man eh hat.

Das funktioniert aber nur wirklich gut innerhalb ±10 K oder so.
Mit einem uC geht das natürlich einfacher. Aber auch da wird
man mit dem dynamischen Bereich aufpassen müssen.

--
mfg Rolf Bombach

 

[Rolf Bombach]

Rolf Bombach schrieb:

Ingrid meint, für läppische 300 Taler kriegt man:

The model 44900 Series temperature sensors are NASA-Qualified epoxy
encapsulated precision interchangeable NTC thermistors for use in
extended space flight applications.

https://www.te.com/usa-en/product-CAT-NTC0069.html

0.1 K interchangeable.

--
mfg Rolf Bombach

 

[Peter Heitzer]

Rolf Bombach <rolfnospambombach@invalid.invalid> wrote:

Peter Heitzer schrieb:
Ich habe aus defekten Akkupacks einige NTC mit 10k@25 Grad, ähnlich
wie https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/3b/NTC_bead.jpg

Wie gut ist deren Langzeitkonstanz bzgl. des Widerstands bei gegebener
Temperatur? Ich möchte damit ein einfaches Thermometer mit Schaltausgang
bauen. Der zu umfassende Bereich soll etwa 0..100 Grad sein; eine max.
Abweichung von 2 Grad wäre tolerabel.

Abertausende von Heizungen messen die Aussentemperatur mit einem NTC,
Jahrzehnte lang. Ich sehe keine Änderung nach 20 Jahren, das Ding
zeigt immer noch genau gleich (falsch) an, aber das liegt wohl an
der Justierung.

Die Leitfähigkeit nimmt ja exponentiell mit der Temperatur zu.
100 K Bereich scheint mir da etwas herausfordernd. Allerdings
gibt es ja das Testo 110, welches -50 °C bis 150 °C mit einem
NTC macht. Eventuell aber ist das ein spezieller.

TDK gibt für die meisten 10k NTCs 1% Abweichung an. Allerdings
habe ich keine Ahnung, wie genau die NTCs in den Akkupacks sind.
Dort soll ja nur verhindert werden, daß bei zu hoher/niedriger Temperatur
nicht mit zu hohem Strom geladen wird. Da reichen vmtl. 5 Grad
Genauigkeit aus.

Ich hätte eher an zwei NTC gedacht, mindestens einer mit Parallel-
widerstand. Schaltungen hatte ich früher schon mal gefunden gehabt.
Ich mag mich dumpf erinnern, dass es NTC-Temperatursensoren, die so
aufgebaut sind, fixfertig gibt.

NTC-basierende Thermostate habe ich einige gebaut, dabei den NTC auf
die angestrebte Temperatur linearisiert mit Parallelwiderstand.

Genaugenommen der Widerstand der Halbbrücke, den man eh hat.

Das funktioniert aber nur wirklich gut innerhalb ±10 K oder so.
Mit einem uC geht das natürlich einfacher. Aber auch da wird
man mit dem dynamischen Bereich aufpassen müssen.

Ich habe mir mal die Daten für einen Spannungsteiler mit 10k und dem
NTC ausgeben lassen für 2K Auflösung reichen die 8 Bit des ADC vmtl.
nicht aus. Bei Umschalten des Serienwiderstandes könnte es evtl. gehen.
Nur mit dem µC und dem NTC alleine wird es allerdings wohl nicht gehen, da
der ADC des PIC eine Quellimpedanz mit weniger als 10k sehen möchte.
Bevor ich allerdings zu programmieren anfange, werde ich mal ein paar
der NTCs ausmessen und schauen, ob die Temperatur/Widerstandswerte,
die die Steinhart-Hart-Formel liefert, mit den realen Werten soweit
übereinstimmen.

--
Dipl.-Inform(FH) Peter Heitzer, peter.heitzer@rz.uni-regensburg.de

 

[Hans-Juergen Schneider]

Peter Heitzer wrote:

Ich habe mir mal die Daten für einen Spannungsteiler mit 10k und dem
NTC ausgeben lassen für 2K Auflösung reichen die 8 Bit des ADC vmtl.
nicht aus.

Keinen Spannungsteiler! Du musst eine Stromquelle nehmen.
Am einfachsten geht das mit dieser LM317-Schaltung.
Die PICs können doch wohl 10 Bit?

MfG
hjs

 

[Peter Heitzer]

Hans-Juergen Schneider <echo@hrz.tu-chemnitz.de> wrote:

Peter Heitzer wrote:

Ich habe mir mal die Daten für einen Spannungsteiler mit 10k und dem
NTC ausgeben lassen für 2K Auflösung reichen die 8 Bit des ADC vmtl.
nicht aus.

Keinen Spannungsteiler! Du musst eine Stromquelle nehmen.

Ob ich via Stromquelle den Widerstand ermittle oder per ratiometrischer
Messung das Widerstandsverhältnis zu meinem 10k ist in diesem Falle
egal. Die Werte werden sowieso über eine Lookuptable in die entsprechende
Temperator umgesetzt.

Die PICs können doch wohl 10 Bit?
Der 16F73 hat nur einen 8 Bit ADC.

--
Dipl.-Inform(FH) Peter Heitzer, peter.heitzer@rz.uni-regensburg.de

 

[Rolf Bombach]

Hans-Juergen Schneider schrieb:

Peter Heitzer wrote:

Ich habe mir mal die Daten für einen Spannungsteiler mit 10k und dem
NTC ausgeben lassen für 2K Auflösung reichen die 8 Bit des ADC vmtl.
nicht aus.

Keinen Spannungsteiler! Du musst eine Stromquelle nehmen.
Am einfachsten geht das mit dieser LM317-Schaltung.
Die PICs können doch wohl 10 Bit?

Mit Spannungsteiler ist die Dynamik besser und man kann ratiometrisch messen.

Eine Lösung hatte ich angedeutet (nicht meine Idee) und die umfasst
zwei NTC in Serie je mit Parallelwiderstand. Die Rechnerei/Optimierung
ist allerdings übel.

--
mfg Rolf Bombach

 

[Peter Heitzer]

Rolf Bombach <rolfnospambombach@invalid.invalid> wrote:

Hans-Juergen Schneider schrieb:
Peter Heitzer wrote:

Ich habe mir mal die Daten für einen Spannungsteiler mit 10k und dem
NTC ausgeben lassen für 2K Auflösung reichen die 8 Bit des ADC vmtl.
nicht aus.

Keinen Spannungsteiler! Du musst eine Stromquelle nehmen.
Am einfachsten geht das mit dieser LM317-Schaltung.
Die PICs können doch wohl 10 Bit?

Mit Spannungsteiler ist die Dynamik besser und man kann ratiometrisch messen.
Letzteres ist mir am wichtigsten, da ich dann keine Referenz für den ADC brauche.

Eine Lösung hatte ich angedeutet (nicht meine Idee) und die umfasst
zwei NTC in Serie je mit Parallelwiderstand. Die Rechnerei/Optimierung
ist allerdings übel.

Ich habe auch schon überlegt, es ohne ADC zu machen und den NTC als
frequenzbestimmenden Widerstand in einem R/C Oszillator zu verwenden.
Die Periodendauer kann ich mit höherer Auflösung messen.
Vorher muss ich aber, wie schon in einem anderen Posting geschrieben, die
realen Werte des NTCs bei unterschiedlichen Temperaturen messen. Es kann ja
sein, daß die NTCs für genauere Temperaturmessungen nichts taugen.

--
Dipl.-Inform(FH) Peter Heitzer, peter.heitzer@rz.uni-regensburg.de

 

[Uwe Bonnes]

Peter Heitzer <peter.heitzer@rz.uni-regensburg.de> wrote:

Ich habe aus defekten Akkupacks einige NTC mit 10k@25 Grad, ähnlich
wie https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/3b/NTC_bead.jpg

Wie gut ist deren Langzeitkonstanz bzgl. des Widerstands bei gegebener
Temperatur? Ich möchte damit ein einfaches Thermometer mit Schaltausgang
bauen. Der zu umfassende Bereich soll etwa 0..100 Grad sein; eine max.
Abweichung von 2 Grad wäre tolerabel. Zur Kalibrierung würde ich den
Sensor bei 0, 50 und 90 Grad messen und damit die Koeffizienten für
die Steinhart-Hart-Formel ermitteln. Damit errechne ich dann die
Werte für den ADC meines µC (PIC16F73) und lege sie als Lookuptable
im Flash ab. Ich verwende eine ratiometrische Messung im µC, sodaß ich
dessen Betriebsspannung als Referenz verwenden kann.
Ist unter den angegebenen Bedingungen die geforderte Genauigkeit über
einen längeren Zeitraum (>= 5 Jahre) gegeben?

Analog Dialogue https://www.analog.com/en/analog-dialogue.html hat
gerade einen zweiteiligen Artikel ueber NTC Temeraturmessung.
--
Uwe Bonnes bon@elektron.ikp.physik.tu-darmstadt.de

Institut fuer Kernphysik Schlossgartenstrasse 9 64289 Darmstadt
--------- Tel. 06151 1623569 ------- Fax. 06151 1623305 ---------

 

[Rolf Bombach]

Peter Heitzer schrieb:

Ich habe auch schon überlegt, es ohne ADC zu machen und den NTC als
frequenzbestimmenden Widerstand in einem R/C Oszillator zu verwenden.
Die Periodendauer kann ich mit höherer Auflösung messen.

Sehr gute Idee. Damit wird das mit der Dynamik imho einfacher.
Hatten nicht die uralten \"game ports\" einen ähnlich aufgebauten
\"ADC\" für die Joystick-Einlese? Da hatte ich schon mal NTC angeschlossen,
das funktionierte zumindest in einem Bereich eigentlich ganz gut.
Nur die Karte digitalisierte das sehr grob.

Vorher muss ich aber, wie schon in einem anderen Posting geschrieben, die
realen Werte des NTCs bei unterschiedlichen Temperaturen messen. Es kann ja
sein, daß die NTCs für genauere Temperaturmessungen nichts taugen.

Im Allgemeinen sind NTC sehr genaue Thermometer.

--
mfg Rolf Bombach

 

[Hans-Juergen Schneider]

Rolf Bombach wrote:

Hans-Juergen Schneider schrieb:
Peter Heitzer wrote:

Ich habe mir mal die Daten für einen Spannungsteiler mit 10k und dem
NTC ausgeben lassen für 2K Auflösung reichen die 8 Bit des ADC vmtl.
nicht aus.

Keinen Spannungsteiler! Du musst eine Stromquelle nehmen.
Am einfachsten geht das mit dieser LM317-Schaltung.
Die PICs können doch wohl 10 Bit?

Mit Spannungsteiler ist die Dynamik besser und man kann ratiometrisch messen.

Glaub ich nicht.
Der 10k-NTC hat bei 0°C 32 kOhm, bei 100°C noch 0,68 kOhm.
Wenn Peter dort 150 µA reinschiebt, dann genügt der 8-Bit ADC.

MfG
hjs

 

[Wolfgang Martens]

Am Mo.,08.8.2022 um 14:24 schrieb Peter Heitzer:

aus defekten Akkupacks einige NTC mit 10k@25 Grad... Wie gut ist
deren Langzeitkonstanz... Einsatz etwa 0..100 Grad ... max.
Abweichung von 2 Grad wäre tolerabel. Ist unter den angegebenen
Bedingungen die geforderte Genauigkeit über einen längeren Zeitraum
(>= 5 Jahre) gegeben?

Ein Link zu B+B mit Angabe Langzeitkonstanz 1% wurde ja schon genannt.
Leider ist das ohne Angabe von Bedingungen!

Für einen weit verbreiteten, bedrahteten Epoxy Standardtyp ohne
Glaseinschluss gibt Epcos=TDK 2% R/R für 10000h/70°C an, in anderen
Unterlagen wird explizit genannt, dass das mit der Temperatur zunimmt
und über die Zeit abnimmt.
https://www.tdk-electronics.tdk.com/inf/50/db/ntc/NTC_Mini_sensors_S861.pdf

Delta R 2% entspricht bei 0°C ~0,4K und bei 100°C ~0,8K.
Da der Akkupacksensor sicher schon einige Jahre alt ist, werden die
geforderten 2K Drift bestimmt eingehalten, wenn der NTC nicht gerade
dauerhaft bei 100°C eingesetzt wird.

Hier ein Diagramm, wie ein Präzisionstyp bei Raumtemperatur über die
Jahre altert:
https://www.digikey.jp/Site/Global/Layouts/DownloadPdf.ashx?pdfUrl=1C15035A829A485182E867F0FDED227E

Hier hat sich die NIST vor langer Zeit mit dem Thema auseinandergesetzt:
https://nvlpubs.nist.gov/nistpubs/jres/83/jresv83n3p247_A1b.pdf

Das hier legt nahe, dass Lagerung für 100h bei 125°C einiges vom Drift
vorwegnimmt:
https://www.researchgate.net/figure/Experimental-electrical-drift-of-NTC-thermistors-for-several-aging-temperatures-Mn-1_fig1_227091056


Wie alt sind die Akkupacks? Ggf mal die Datecodes der Überwachung-ICs
checken.

Wenn es, auch angesicht des Zeitaufwandes zum ausmessen, nicht auf den
Cent ankommt, rate ich zu selektierten, bedrahteten PT1000, Klasse
F0.1 wie Conrad 2482843 für 3€.

 

[Peter Heitzer]

Rolf Bombach <rolfnospambombach@invalid.invalid> wrote:

Peter Heitzer schrieb:

Ich habe auch schon überlegt, es ohne ADC zu machen und den NTC als
frequenzbestimmenden Widerstand in einem R/C Oszillator zu verwenden.
Die Periodendauer kann ich mit höherer Auflösung messen.

Sehr gute Idee. Damit wird das mit der Dynamik imho einfacher.
Hatten nicht die uralten \"game ports\" einen ähnlich aufgebauten
\"ADC\" für die Joystick-Einlese? Da hatte ich schon mal NTC angeschlossen,
das funktionierte zumindest in einem Bereich eigentlich ganz gut.
Nur die Karte digitalisierte das sehr grob.

Vorher muss ich aber, wie schon in einem anderen Posting geschrieben, die
realen Werte des NTCs bei unterschiedlichen Temperaturen messen. Es kann ja
sein, daß die NTCs für genauere Temperaturmessungen nichts taugen.

Im Allgemeinen sind NTC sehr genaue Thermometer.

Am WE habe ich mal eine Messreihe getätigt. Der Versuchsaufbau war wie folgt:
Spannungsteiler 10k+NTC an 4.00 V Referenzspannung (mittels TL431 eingestellt);
NTC an + 4.00 V. NTC und Referenzthermometer waren in einem kleinen Glas mit Wasser,
das mit einem Tauchsieder auf ca. 90 Grad erwärmt wurde und dann gut verrührt wurde.
Beim langsamen Abkühlen wurde alle 5 Grad die Spannung am 10k Widerstand notiert;
der Versuch wurde 1 mal wiederholt.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, die Messungen beim langsamen Abkühlen des
Wassers zu tätigen, da hier im Gegensatz zur Aufwärmphase die Wärmeverteilung
recht homogen ist.
Aus den Messwerten wurden 3 Wertepaare mit Temperaturen im Abstand von 20 K
genommen und daraus die Steinhart-Hart Parameter ermittelt. Die damit errechneten
Werte waren mit denen der Messreihe bis auf +/- 10 mV identisch; die Abweichung
war unter 1 %.
Ein zufällig herausgegriffener anderer NTC der gleichen Bauform zeigte nahezu
identische Werte. Es ist also anzunehmen, daß in LiIon-Akkupacks NTCs mit
ähnlichen Werten Verwendung finden.

--
Dipl.-Inform(FH) Peter Heitzer, peter.heitzer@rz.uni-regensburg.de

 

[Peter Heitzer]

Hans-Juergen Schneider <echo@hrz.tu-chemnitz.de> wrote:

Rolf Bombach wrote:

Hans-Juergen Schneider schrieb:
Peter Heitzer wrote:

Ich habe mir mal die Daten für einen Spannungsteiler mit 10k und dem
NTC ausgeben lassen für 2K Aufl�¶sung reichen die 8 Bit des ADC vmtl.
nicht aus.

Keinen Spannungsteiler! Du musst eine Stromquelle nehmen.
Am einfachsten geht das mit dieser LM317-Schaltung.
Die PICs können doch wohl 10 Bit?

Mit Spannungsteiler ist die Dynamik besser und man kann ratiometrisch messen.

Glaub ich nicht.
Der 10k-NTC hat bei 0°C 32 kOhm, bei 100°C noch 0,68 kOhm.
Wenn Peter dort 150 µA reinschiebt, dann genügt der 8-Bit ADC.

Theoretisch ja. Allerdings hat der µC keine eingebaute Referenz. Ich müsste für
die Stromquelle und den ADC also eine externe Referenz verwenden. Bei
ratiometrischer Messung reicht die Betriebsspannung, die nicht einmal stabilisiert
zu sein braucht, sondern auch von einer Li-Ionenzelle stammen kann.

--
Dipl.-Inform(FH) Peter Heitzer, peter.heitzer@rz.uni-regensburg.de