Термометр с двумя датчиками

[Кукин Николай Николаевич]

Всем добрый день.
Дмитрий, спасибо за помощь, но часть опечаток оказалась не исправлена. Поэтому для всех, прочитавших мои опусы в этой теме, – я ошибся в указании марки датчика. Вместо «DS16B20» нужно читать «DS18B20».

Кажется я победил датчик DS1821.
При анализе результатов измерений прослеживалось циклическое колебание значений с периодом порядка от 5 до 12-13 сек. Подсоединение шлейфа программирования или изменение нагрузочного сопротивления на управляющий вывод приводило к изменению как снимаемых значений, так и изменению периода колебаний. Подсоединение электролита на 1500 мкф параллельно питанию датчика полностью устранило это явление, и снимаемые значения стали стабильные во времени и перестали зависеть от сопротивления на управляющем выводе. При эксплуатации DS18B20 это явление отсутствовало.
Поэтому тем, кто будет в будущем использовать этот датчик для прецизионных измерений, могу рекомендовать выполнение следующих мероприятий.
- обязательное шунтирование датчика по питанию электролитическим конденсатором;
- при точном соблюдении тайм-слотов по даташиту фирмы Даллас, чтение 9-битной переменной, названной в appnote105 как "count_per_degre e", ОБЯЗАТЕЛЬНО необходимо предусматривать паузу между командами загрузки счетчика (команда 0x41) и чтения значения (команда 0xA0). Я начал с 1 сек, добрался до значения 1 мсек и на этом успокоился. Без этой паузы читалось как 511 (все единицы).
- обязательно необходимо учитывать саморазогрев датчика. Величина его зависит как от того, как оформлена конструкция, так и от частоты опроса датчика, что определяется программой. Поэтому тут придется искать компромисс между частотой опроса датчика и точностью калибровки. Я, например, отказался от непрерывного чтения флага завершения преобразования, чтобы определить момент начала возможности чтения результатов измерения, и заменил все на измерение примерно раз в секунду. Тем самым уменьшил саморазогрев.
Чувствительность получается очень высокой – датчик через пару секунд уже реагирует на тепло, излучаемое ладонью, поднесенной на расстоянии 10-15 см. Реально спокойно отслеживается изменение температуры на 0,01-0,015 градуса. Самый главный вопрос - как прокалибровать. Вчера на рыбалке попробовал прокалибровать, но получил результат, имеющий зависимость от положения датчика в среде измерения и времени измерения. Хотя, на первый взгляд, условия для создания тройной точки воды были почти идеальные – речной пирог: снизу слой льда толщиной около 45 см, сверху слой льда толщиной около 10-15 см, покрытый слоем снега около 35-40см, между слоями льда слой воды со снегом около 15 см. Температура воды подо льдом на 0,01 градуса теплее, чем внутри льда.(Это по результатам последующих измерений). Тем не менее, и здесь саморазогрев датчика,помещенного внутрь пирога, вносит величину от 0,1 до 0,2 градуса. Буду думать, как его полностью компенсировать.
Николай.

[ut1wpr]

Привет, Ник-Ник!
Где-то на просторах Инета в свое время я читал о погрешностях этих датчиков в области высоких температур. Интересно было написано, с приведением формул и кривой. Описан был и способ компенсации.
Вот только порядок значений абсолютной погрешности сейчас не вспомню. Надо рыть, а оно мне надо?

[Кукин Николай Николаевич]

Привет, Ник-Ник!

Vic-Nick привет!
Графики зависимости среднестатистической погрешности датчиков имеются в любом даташите на соответствующий датчик. Конечно, абсолютное отклонение зависит от величины измеряемой температуры. На краях рабочего диапазона эти погрешности максимальны, это тоже закономерно. Величина погрешности всегда не превышает величины точности ,даваемым изготовителем для конкретного типа датчика. Для DS18B20 это порядка +/- 0,2-0,3 градуса во всем рабочем диапазоне.
Для DS1821 это +/- 1 градус от -30 до+125 и -2 градуса от -30 до -55. Но нигде не пишут, учитывает ли величина погрешности саморазогрев датчика или нет. Более того, нигде не нашел указаний, как это можно компенсировать.
Но меня интересует узкий диапазон от 0 до +1 градус. Там эта погрешность около -0,2 градуса по графику.
Поэтому, на первый взгляд ничего не мешает произвести определение абсолютного значения поправки на тройной точке воды (0 градусов) и программным способом ее учитывать при индикации. Но вот тут и выяснилось, что даже той микроскопической величины тепла, которое датчик выделяет в окружающую среду с лихвой достаточно, чтобы сдвинуть температуру тонкого слоя окружающей среды с калибровочной точки на 0,1-0,2 градуса вверх. Причем, чем точнее пытаешься провести измерение, тем больше надо выполнить циклов измерений, тем больше выделяется тепла и, тем самым, больше величина возмущения , привносимого самим датчиком. Ну , и на сопротивлении теплопередаче слоя пластмассы, толщиной около 0,5 мм, тоже возникает температурный перепад. Пока эти (0,1-0,2) очень много для моих целей. Буду экспериментировать дальше. Может быть, остановлюсь на 1 отсчете за минуту. Лишний раз подчеркну, что эти проблемы возникают только при попытке достигнуть максимума возможного. Платиновые и другие высокоточные датчики пока не рассматриваю, т.к. хочу решить задачу наипростейшим способом, применив готовый цифровой датчик. Хотя, очень вероятно, что , применив и такие датчики, все равно попадешь на эти же грабли – ток ведь все равно будет течь и выделять тепло.
В последних экспериментах четко было видно, что дискретность 1/130 ( примерно такое значение имеет то, что названо «count_per_degree» в appnout105.pdf и «count_per_C» в даташите на датчик) при температуре 0 градусов Ц реально достижимая вещь.
А самое смешное во всей истории – для чего все это надо, если расскажешь – народ засмеёт и будет крутить пальцем у виска.
Николай.

[ut1wpr]

А самое смешное во всей истории – для чего все это надо, если расскажешь – народ засмеёт и будет крутить пальцем у виска.
Николай.

Я не буду!
Ты не пробовал "механический" подход? Максимально-короткими выводами припаять датчик на макисально-возможные по площади контактные площадки?
Теплоотвод, как-никак. Хотя особой теплопередачи по выводам ожидать нельзя, учитывая диаметр конструктивных соединителей кристалл-вывод.
Ну, и обратный эффект тоже может быть.

[Кукин Николай Николаевич]

Ты не пробовал "механический" подход?

Не, Виктор, такое точно не подойдет. Дело в том, что у меня уже получилось разобрать один такой датчик при попытке припаять отломившийся вывод. Выводы, оказывается, легко у них обламываются. Держит всего несколько изгибов непосредственно у корпуса, а потом трындец.
Конструктивно датчик состоит из 3 слоев. От каждого слоя идет свой вывод. Кристалл (средний слой) имеет размер порядка 1х1,5 мм. Параллельно плоской поверхности (у меня в корпусе PR35) под слоем пластмассы 0,5 мм идет луженая пластинка из железа, омедненная со стороны кристалла. Шероховатость медного покрытия очень низкая, поверхность практически зеркальная. На боковых поверхностях пластинки видны следы от штампа. Отштампована как единое целое с выводом из пластинки. Размер этой пластинки чуть-чуть меньше размера корпуса, таким образом, разработчики максимально уменьшили сопротивление теплопередаче этого слоя. Длина выводов внутри корпуса до поверхности корпуса порядка 1 мм. То есть, если обломил вывод, то почти 100% , что датчику каюк. Припаяться сложно.

Крепление датчика к какой-либо медной пластине с целью повышения теплоотдачи может принести эффект только при измерениях в воздухе. А мне надо в воде. В воде можно получить даже обратный эффект(т.е. увеличение сопротивления теплопередаче системы в целом) против условий, когда плоская поверхность датчика непосредственно омывается водой.
Убрать часть пласмассового слоя с целью улучшить теплотвод? Работа ювелирная, ну к тому же, будет потеряна герметичность. При цене датчика 4 убиенных енота я буду подумать.
Как-то так.

[vnnik71]

Несколько простых конструкций термометров на микроконтроллерах и различных датчиках температуры можно посмотреть на http://www.termocontrol.elshema.info. Есть термометры и с двумя датчиками