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11 KiB
632 lines
11 KiB
#LyX 1.6.7 created this file. For more info see http://www.lyx.org/
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\lyxformat 345
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\begin_document
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\begin_header
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\textclass article
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\author ""
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\author ""
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\end_header
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\begin_body
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\begin_layout Section
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Thermocouple
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\end_layout
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\begin_layout Standard
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Ein K-Type Thermocouple hat eine Spannung von ungefähr
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\begin_inset Formula $40\unitfrac{\text{µV}}{\text{°C}}$
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\end_inset
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, die allerdings nicht genau linear ist.
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Polynomannäherungen und lookup-Tabellen findet man auf
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\begin_inset Flex URL
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status collapsed
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\begin_layout Plain Layout
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http://srdata.nist.gov/its90/download/type_k.tab
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\end_layout
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\end_inset
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.
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\end_layout
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\begin_layout Standard
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Da Thermocouples nur Temperaturdifferenzen messen braucht man eine cold
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junction compensation, welche man allerdings in Software realisieren kann
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wenn man genau genuge Temperaturmessungen der cold junction hat (zum Beispiel
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durch einen Siliziumtemperatursensor oder ein Pt100).
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\end_layout
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\begin_layout Section
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Schaltung
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\end_layout
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\begin_layout Itemize
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Wir brauchen eine Verstärkerschaltung mit Gain von etwa 50 und möglichst
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geringem Offset.
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\end_layout
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\begin_layout Itemize
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Da warscheinlich etwa 400°C Maximaltemperatur gefragt ist und die Schrittgröße
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schon im sub-Grad-Bereich liegen sollte (idealerweise unter
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\begin_inset Formula $0.1\text{°C}$
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\end_inset
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) wird eine A/D-Wandlerauflösung von mindestens 10bit benötigt.
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Für die Schrittgröße kleiner
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\begin_inset Formula $0.1\text{°C}$
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\end_inset
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braucht man schon eine Auflösung von 12bit.
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\end_layout
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\begin_layout Itemize
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Ein Chopper wäre ratsam, da auch sehr gute und teure Instrumentenverstärker
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Offsetspannungen im Bereich von
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\begin_inset Formula $50\text{µV}$
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\end_inset
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haben, was schon mehr als
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\begin_inset Formula $1\text{°C}$
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\end_inset
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Fehler entspricht.
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\end_layout
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\begin_deeper
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\begin_layout Standard
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Alternative wäre ein Schalter der den Verstärker nullen kann und Kompensation
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in der Software.
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Das könnte sogar deutlich einfacher und/oder genauer sein als ein Chopper.
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Zum Nullen kann man z.B.
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einen FET nehmen.
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\end_layout
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\end_deeper
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\begin_layout Itemize
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Pt1000 am Thermoblock muss auch auf etwa 0,1°C genau sein, im Bereich von
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etwa 15°C bis 35°C.
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\end_layout
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\begin_deeper
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\begin_layout Itemize
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|
Eine Widerstandsmessbrücke an einem AVR-A/D-Wandler reicht vielleicht.
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\end_layout
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\begin_layout Itemize
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|
ein op-amp wäre vielleicht doch nicht schlecht
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\end_layout
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\begin_layout Itemize
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|
alternativ direkte analoge cold-junction-compensation indem ein pt100 über
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recht genaue widerstände an die thermocouples gekoppelt wird.
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(Fig 9 im INA114-Datenblatt o.
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Ä.)
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\end_layout
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\end_deeper
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\begin_layout Section
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|
Teile
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\end_layout
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\begin_layout Subsection
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Instrumentenverstärker
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\end_layout
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\begin_layout Subsubsection
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|
OP-Amps
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\end_layout
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\begin_layout Itemize
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\series bold
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OP37
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\series default
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|
: kostet etwas 1,37€.
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\end_layout
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|
\begin_deeper
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|
\begin_layout Standard
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|
Pros:
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\end_layout
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\begin_layout Itemize
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\emph on
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|
sehr
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\emph default
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|
geringe Offsetspannung (
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\begin_inset Formula $30\text{µV}$
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\end_inset
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)
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\end_layout
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|
\begin_layout Itemize
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|
preiswert
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\end_layout
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|
\begin_layout Standard
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|
Cons:
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\end_layout
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|
\begin_layout Itemize
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kein Instr-Amp: Gain ist nicht so genau (mehr Proportionalfehler, weniger
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Offsetfehler)
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\end_layout
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\begin_layout Itemize
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|
einige externe Bauteile nötig (0,1%-Präzisionswiderstände für 0,41€/stück?)
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\end_layout
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\begin_layout Itemize
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|
braucht unbedingt symmetrische Versorgung
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\end_layout
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|
\end_deeper
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|
\begin_layout Subsubsection
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|
Instr-Amps von Reichelt
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\end_layout
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|
\begin_layout Itemize
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|
\series bold
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|
INA 114 AP
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|
\series default
|
|
: kostet 8,40€
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\end_layout
|
|
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|
\begin_deeper
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|
\begin_layout Itemize
|
|
DIL-Gehäuse
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\end_layout
|
|
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|
\begin_layout Itemize
|
|
ziemlich guter und teurer amp
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\end_layout
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|
|
\begin_layout Itemize
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|
Offsetspannung:
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\begin_inset Formula $50\text{µV}$
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\end_inset
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|
max (wow!)
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\end_layout
|
|
|
|
\begin_layout Itemize
|
|
braucht leider genauen Gain-Widerstand
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\end_layout
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|
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\begin_layout Itemize
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|
\emph on
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|
nicht
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\emph default
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|
rail-to-rail, kann aber warsch bei 5V Versorgung mit Eingängen genau in
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der Mitte (2,5V) gerade so betrieben werden.
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\end_layout
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|
\end_deeper
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|
\begin_layout Itemize
|
|
|
|
\series bold
|
|
INA 155 U
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|
\series default
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|
: 2,80€
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|
\end_layout
|
|
|
|
\begin_deeper
|
|
\begin_layout Itemize
|
|
SO-8
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\end_layout
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|
\begin_layout Itemize
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|
typical 200µV Offsetspannung, maximum leider 1,5mV
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|
\begin_inset Formula $\Rightarrow$
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\end_inset
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|
Offsetkompensation wichtig
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\end_layout
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|
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|
\begin_layout Itemize
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|
rail-to-rail (vorsicht: den Takeover im Bereich Vs-1,8V bis Vs-0,8V vermeiden
|
|
weil dort die Offsetspannung explodiert).
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\end_layout
|
|
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|
\begin_layout Itemize
|
|
fixed Gain 10x oder 50x (50x passt ganz gut für uns, mit 1V Referenz)
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|
\end_layout
|
|
|
|
\begin_layout Itemize
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|
CMRR mittelmäßig aber genug: um die 90dB (bei geringen Frequenzen)
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\end_layout
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|
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|
\begin_layout Standard
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\begin_inset Formula $\Rightarrow$
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\end_inset
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|
schön billig aber warscheinlich gut genug
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\end_layout
|
|
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|
\end_deeper
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|
\begin_layout Subsection
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|
Multiplexer
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\end_layout
|
|
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|
\begin_layout Standard
|
|
Keinplan.
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|
74HC 4051 zwischen Amps und Wandler.
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\end_layout
|
|
|
|
\begin_layout Subsection
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|
Wandler
|
|
\end_layout
|
|
|
|
\begin_layout Itemize
|
|
|
|
\series bold
|
|
MCP3421
|
|
\series default
|
|
: 2,15€
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|
\end_layout
|
|
|
|
\begin_deeper
|
|
\begin_layout Itemize
|
|
Tolles teil: Sigma-Delta-Wandler bis 18bit, kann 60 sps bei 14bit
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\end_layout
|
|
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|
\begin_layout Itemize
|
|
genaue interne Referenz (0,05%!)
|
|
\end_layout
|
|
|
|
\begin_layout Itemize
|
|
Programmierbares Gain (wir wollen 2x mit nem 50x instr-amp)
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|
\end_layout
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|
\begin_layout Itemize
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|
differenzieller Eingang und Wandlung (=> wir werfen ein bit weg da der negative
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|
Bereich nicht genutzt wird)
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\end_layout
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\begin_layout Itemize
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|
durch sigma-delta-Prinzip schon viel Tiefpass.
|
|
(Aliasing der Störungen ist uns warsch egal, aber vllt will man doch noch
|
|
etwas filtern.)
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\end_layout
|
|
|
|
\end_deeper
|
|
\begin_layout Section
|
|
Module
|
|
\end_layout
|
|
|
|
\begin_layout Subsection
|
|
Analog/Elektronik
|
|
\end_layout
|
|
|
|
\begin_layout Itemize
|
|
Versorgung (Digital, Analog): 7805, Filter
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|
\end_layout
|
|
|
|
\begin_layout Itemize
|
|
Virtuelle Masse (bei etwa 2V odersowas, für Amp und Wandler)
|
|
\end_layout
|
|
|
|
\begin_deeper
|
|
\begin_layout Standard
|
|
LM358 mit widerstandsteiler => genau genug für fast alles
|
|
\end_layout
|
|
|
|
\end_deeper
|
|
\begin_layout Itemize
|
|
Sensorfilter (TODO)
|
|
\end_layout
|
|
|
|
\begin_layout Itemize
|
|
Amp
|
|
\end_layout
|
|
|
|
\begin_layout Itemize
|
|
Offsetkompensation
|
|
\end_layout
|
|
|
|
\begin_layout Itemize
|
|
Muxer: 74HC 4051
|
|
\end_layout
|
|
|
|
\begin_layout Itemize
|
|
Wandler
|
|
\end_layout
|
|
|
|
\begin_layout Itemize
|
|
Cold Junction Messung
|
|
\end_layout
|
|
|
|
\begin_layout Itemize
|
|
USB-Schnittstelle
|
|
\end_layout
|
|
|
|
\begin_layout Itemize
|
|
Kommunikation zwischen AVRs
|
|
\end_layout
|
|
|
|
\begin_layout Itemize
|
|
Display mit Anbindung
|
|
\end_layout
|
|
|
|
\begin_layout Subsection
|
|
Software
|
|
\end_layout
|
|
|
|
\begin_layout Itemize
|
|
I2C-Treiber
|
|
\end_layout
|
|
|
|
\begin_layout Itemize
|
|
Auslesecode für Wandler
|
|
\end_layout
|
|
|
|
\begin_layout Itemize
|
|
Wandlercode für Cold Junction Messung
|
|
\end_layout
|
|
|
|
\begin_layout Itemize
|
|
Kennlinienkompensation Thermocouple
|
|
\end_layout
|
|
|
|
\begin_layout Itemize
|
|
Kennlinienkompensation Cold Junction Sensor
|
|
\end_layout
|
|
|
|
\begin_layout Itemize
|
|
Messwerteaufbereitung (Mittelung, ...)
|
|
\end_layout
|
|
|
|
\begin_layout Itemize
|
|
Displaytreiber
|
|
\end_layout
|
|
|
|
\begin_layout Itemize
|
|
Anzeigecode
|
|
\end_layout
|
|
|
|
\begin_layout Itemize
|
|
evtl inter-avr-kommunikation
|
|
\end_layout
|
|
|
|
\begin_layout Itemize
|
|
USB-Protokoll
|
|
\end_layout
|
|
|
|
\begin_layout Subsection
|
|
Mechanik
|
|
\end_layout
|
|
|
|
\begin_layout Itemize
|
|
Gehäuse
|
|
\end_layout
|
|
|
|
\begin_deeper
|
|
\begin_layout Itemize
|
|
Display
|
|
\end_layout
|
|
|
|
\begin_layout Itemize
|
|
Buchsen
|
|
\end_layout
|
|
|
|
\end_deeper
|
|
\begin_layout Itemize
|
|
Thermoblock
|
|
\end_layout
|
|
|
|
\begin_layout Itemize
|
|
Netzteil
|
|
\end_layout
|
|
|
|
\begin_layout Section
|
|
Nächste Schritte
|
|
\end_layout
|
|
|
|
\begin_layout Subsection
|
|
Noch zu suchen:
|
|
\end_layout
|
|
|
|
\begin_layout Itemize
|
|
Bauart für den Buchsenblock mit Temperatursensor
|
|
\end_layout
|
|
|
|
\begin_layout Subsection
|
|
Offene Fragen
|
|
\end_layout
|
|
|
|
\begin_layout Itemize
|
|
1 oder 2 AVRs:
|
|
\end_layout
|
|
|
|
\begin_deeper
|
|
\begin_layout Itemize
|
|
darf der PT1000 an einem AVR sein der USB macht? Oder kommt er an einen
|
|
separaten Wandler?
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|
\end_layout
|
|
|
|
\begin_layout Itemize
|
|
hat ein AVR der USB macht genug zeit um den Wandler schnell genug auszulesen?
|
|
(warsch schon)
|
|
\end_layout
|
|
|
|
\begin_layout Itemize
|
|
wie groß ist die komplexität des Kommunikationscodes
|
|
\end_layout
|
|
|
|
\end_deeper
|
|
\begin_layout Itemize
|
|
Reichen 8k Flash? Wohl nicht.
|
|
\end_layout
|
|
|
|
\begin_deeper
|
|
\begin_layout Itemize
|
|
USB braucht bis zu 4k
|
|
\end_layout
|
|
|
|
\begin_layout Itemize
|
|
Display braucht potentiell viel, kann auch so 2k sein.
|
|
Vor allem das bequeme sprintf liegt bei 1,2k
|
|
\end_layout
|
|
|
|
\begin_layout Itemize
|
|
eine LUT für K-Types wäre bei mind.
|
|
1k.
|
|
Kann man aber auch mit polynomen odersowas berechnen.
|
|
\end_layout
|
|
|
|
\begin_layout Itemize
|
|
andere Codeteile, bequemlichkeit beim Entwickeln, ...
|
|
\end_layout
|
|
|
|
\end_deeper
|
|
\begin_layout Subsection
|
|
TODO
|
|
\end_layout
|
|
|
|
\begin_layout Subsubsection
|
|
Elektrotechnik
|
|
\end_layout
|
|
|
|
\begin_layout Itemize
|
|
Muxer etwas recherchieren
|
|
\end_layout
|
|
|
|
\begin_layout Itemize
|
|
Offsetkompensation designen
|
|
\end_layout
|
|
|
|
\begin_layout Itemize
|
|
Pt100/Pt1000-Messung entwerfen
|
|
\end_layout
|
|
|
|
\begin_layout Itemize
|
|
Filter entwerfen
|
|
\end_layout
|
|
|
|
\begin_layout Itemize
|
|
Bauteilliste erstellen
|
|
\end_layout
|
|
|
|
\begin_layout Subsubsection
|
|
Mechanik
|
|
\end_layout
|
|
|
|
\begin_layout Itemize
|
|
Gehäuse, Displayeinbindung
|
|
\end_layout
|
|
|
|
\begin_deeper
|
|
\begin_layout Itemize
|
|
Warscheinlich Holz, entweder oben Plexi (yay, elektronik zu sehen) oder
|
|
auch Holz, dann mit schablone entsprechend ausgefräst g.g.f.
|
|
innen mit Alufolie auskleiden(?),
|
|
\end_layout
|
|
|
|
\end_deeper
|
|
\begin_layout Itemize
|
|
Thermoblock
|
|
\end_layout
|
|
|
|
\begin_layout Itemize
|
|
Buchsen
|
|
\end_layout
|
|
|
|
\begin_deeper
|
|
\begin_layout Itemize
|
|
USB
|
|
\end_layout
|
|
|
|
\begin_layout Itemize
|
|
Strom
|
|
\end_layout
|
|
|
|
\begin_layout Itemize
|
|
Sensoren
|
|
\end_layout
|
|
|
|
\begin_deeper
|
|
\begin_layout Itemize
|
|
Schwer zu kriegen, Händler wollen 10eu Versand.
|
|
Schiebeklemmen (die Dinger die immer mit Kabelschuhen drüber kommen)?
|
|
\end_layout
|
|
|
|
\end_deeper
|
|
\end_deeper
|
|
\begin_layout Subsubsection
|
|
Informatik
|
|
\end_layout
|
|
|
|
\begin_layout Itemize
|
|
gewünschte Features.
|
|
Vorschläge
|
|
\end_layout
|
|
|
|
\begin_deeper
|
|
\begin_layout Itemize
|
|
Differenzmessung
|
|
\end_layout
|
|
|
|
\begin_layout Itemize
|
|
Slew rate
|
|
\end_layout
|
|
|
|
\begin_layout Itemize
|
|
einstellbare Samplerate/Genauigkeit
|
|
\end_layout
|
|
|
|
\begin_layout Itemize
|
|
unterschiedliche Rauschfilter
|
|
\end_layout
|
|
|
|
\end_deeper
|
|
\begin_layout Itemize
|
|
Protokoll auf USB
|
|
\end_layout
|
|
|
|
\end_body
|
|
\end_document
|