Få de daglige nyheder fra Version2 og Ingeniøren. Læs mere om nyhedsbrevene her.

close
By signing up, you agree to our Terms & Conditions and agree that Teknologiens Mediehus and the IDA Group may occasionally contact you regarding events, analyzes, news, offers, etc. by telephone, SMS and email. Newsletters and emails from Teknologiens Mediehus may contain marketing from marketing partners.
phloggen

DS18B20 Kalibrering

Som jeg nævnte i forrige blogindlæg har jeg indkøbt en stak temperatursensorer til at overvåge varmesystemet i huset.

Min favorit-sensor til den slags opgaver har siden 1990'erne været Dallas Semiconductors DS18B20 - 1-Wire Temperature Sensor.

Det med "1-Wire" er en vild overdrivelse, i praksis er det rigeligt med 1/32 af en ledning per sensor, for sensorene kan parallelforbindes da de har hver deres fabriksindkodede addresse.

I stedet for at sidde og rode med loddekolben selv, købte jeg et bundt på 30 færdikonfektionerede sensorer på eBay, velvidende at de havde gjort det skrupforkert.

De fleste antager at en DS18B20 måler temperaturen på plastikhuset, jeg har sågar set folk påstå at det var den flade side af huset den målte, men det gør den ikke, den måler temperaturen på ben 1 - GND.

Her er et billede fra Ken Schirriff blog der viser hvorledes en TO-92 er opbygget:

Illustration: Ken Shirriff

Epoxy er et glimrende materiale, men det er ikke i nærheden af kobbers varmeledning og hvis man bare ukritisk lodder et kabel på en DS18B20 ender man derfor med at måle temperaturen på sensorens kabel.

Resultatet for 29 af de 30 sensorer der virkede er at de måler præcist ved rumtemperatur og 1°C for lavt ved 40°C:

Illustration: Poul-Henning Kamp

(Nummer 8 bliver lagt til side til senere undersøgelse)

Her er min opstilling:

Illustration: Poul-Henning Kamp

Bemærk at det sorte kabel til sensoren er udsat for rumtemperatur indtil et par centimeter fra selve sensoren.

Illustration: Poul-Henning Kamp

Her er opstillingen adskilt: Peltier-elementet på kølepladen bruges til at kontrollere temperaturen i et lille isoleret hulrum på ca. 4x4x4cm.

Illustration: Poul-Henning Kamp

Inde i hulrummet er en stump printkort med en Pt100 sensor og to clips til montering af DS18B20 sensorene.

Pt100 sensoren er koblet til et Ohm-meter, der via IEEE-488 aflæses af et Python-script, der igen via IEEE-488 indstiller den (bipolare) strømforsyning der driver Peltier-elementet.

Scriptet stepper temperaturen fra 21°C til 36°C og opsamler målingerne fra DS18B20 sensorene.

Illustration: Poul-Henning Kamp

Her er resultatet for to sensorer, de violette og cyan symboler viser gennemsnit og ± en standardafvigelse, linien er et mindste kvadraters fit.

Til sidst lidt rå måledata for en enkelt sensor:

Illustration: Poul-Henning Kamp

Den grønne kurve er Pt100 sensoren og udsvingene følger køleanlægget i rummet. Jeg har ikke gjort mig specielt umage med at tune PI sløjfen, så der er lidt overshoot.

De violette punkter er målingerne fra DS18B20 sensoren og som man kan se springer den et trin (= 1/16°C) op før køleanlægget kobler ind - fordi kablet varmes op udenfor det temperatur-kontrollerede rumfang.

Den rigtige måde at bruge en DS18B20 på er at omgive den med kobber, enten et lille tyndvægget kobber-rør (svære at skaffe) eller kobberfolie, som ben 1 loddes på. Så langt fra ben1 som muligt lodder man en enkelt eller to tråde fra kablet til kobberetuiet. Derefter indkapsles det hele på passende vis.

Hvis man bruger DS18B20 til at måle temperaturen af et printkort er det lige ud af landevejen: Bare plask den ned i groundplane et sted.

Men hvis man vil måle temperaturen på noget bestemt på printkortet, en CPU eller en FPGA f.eks, er det smartest at montere DS18B20 på den modsatte side af printet med ben 1 loddet direkte på samme ground-plane som den pågældende chip bruger.

phk

Poul-HenningKamp
er selvstændig open source-softwareudvikler. Han skriver blandt andet om politik, hysteri, spin, monopoler, frihedskampe gør-det-selv-teknologi og humor.

Glimrende artikkel, kan selv anbefale den 'gamle' Dallas 1-wire standard især hvis der skal trækkes lange tilslutninger.
Indre diameter i 1/8 tomme kobber vandrør (som f.eks. bruges til at tilslutte en amerikansk køleskab med vand/is automat) passer nøjagtigt til DS18B20 huset.

  • 1
  • 0

Med hvad f.eks. for nu skal man jo ikke isolere kobberrøret for meget.

Det er naturligvis altid et problem med temperatursensorer, men hvis hovedparten af metallet er placeret hvor man vil måle temperaturen er det kun tidskonstanten der lider hvis man varmeisolerer for godt.

Når kobberet har elektrisk forbindelse, sådan som jeg foreslår, skal man naturligvis have den detalje med i planlægningen.

  • 3
  • 0

Glimrende indsigtsfuld artikel. Er også selv stor fan af DS18x20, men har du aldrig skulle måle så nøjagtigt.

Man skal dog nok være forsigtig med altid at forvente at netop det ben har forbindelse til leadframen på et vilkårligt TO92 (eller lignende) layout - de forskellige producenter har for vane at gøre ting, ja, forskelligt.

  • 0
  • 0

Jeg læser meget om kvalitetstjek og måling af komponentens afvig.
Men hvordan det kalibreres har jeg ikke fået med mig..
Hvordan kalibreres det så når du har målt komponentens afvigelser ved forskellige temperaturer?

  • 0
  • 0

Hvordan kalibreres det så når du har målt komponentens afvigelser ved forskellige temperaturer?

Det er næste del af øvelsen.

En mulighed er at prøve at vikle 10-12 omgange a sensorkablet omkring det jeg vil måle temperaturen på, inden selve sensoren monteres.

En anden er at kompensere med de rette linier jeg har fundet ovenfor i software, men det vil kun virke der hvor omgivelsestemperaturen er ca. 21°C ligesom da jeg lavede disse målinger.

Endelig er der muligheden at montere sensorene og kalibrere dem enkeltvis in-situ med en Pt100 eller anden "rigtig" sensor.

  • 0
  • 1

Skal vi ik heller bare konkludere at det ikke er nogen kalibrering, og at det bestemt ikke er det næste, som du svarer mig, da du har et ugyldig måle resultat ud fra din setup.

Hvilket du selv erkender og tager stilling til ved at for lidt kabel er inde i varme området.
Og endda masser gode råd om forskellige brug og hvordan udføres korrekt i flere typer af målinger.

Du rammer udenfor specs med kun 10% af sensorens garanterede temperatur område testet.
Her ville alarmklokkene ringe ved mig...:-)

Og så ville jeg bestemt ikke sige kalibreringen er det næste ud fra den måling....
For du kan ikke beregne at replikere denne setups afvig ved en faktisk montering relateret til måling i huset.
Så...helt ærlig,,, en egentlig kalibrering var aldrig dit mål.
Du holder bare fast... uden jeg kan forstå hvorfor. :-). Historien er helt fin læsning, og kan være nyttig viden at tilegne sig, men altså hvis formålet var kalibrering, så gik det da helt galt.....

  • 2
  • 4

Jeg læser meget om kvalitetstjek og måling af komponentens afvig.
Men hvordan det kalibreres har jeg ikke fået med mig.

Jo PHK har udført en kalibrering, han har dog endnu ikke udført en justering på baggrund af hans kalibrering.
(En kalibrering er: At sammenligne med en kendt størrelse.)

Som du er inde på i dit andet indlæg, så kan der stilles spørgsmål ved nøjagtigheden og dermed anvendeligheden af den udførte kalibrering.

  • 4
  • 1

Der er ingen tvivl om, at det er en kalibrering.

En kalibrering indbefatter ikke nødvendigvis, at sensoren/måleværktøjet bliver justeret, som åbenbart antaget af Rune ovenfor, men blot at der bliver lavet en kalibreringskurve. I mange tilfælde er justering jo åbenlyst ikke muligt, f.eks. ved kalibrering af en skydelære.

Kalibringskuven benyttes selvfølgelig til enten at korrigere den aflæste værdi (evt. i dataopsamlingssystemet) eller til at konstatere, at måleudstyret overholder den ønskede nøjagtighed.

  • 0
  • 0

En kalibrering indbefatter ikke nødvendigvis, at sensoren/måleværktøjet bliver justeret, som åbenbart antaget af Rune ovenfor,

Korrekt.

Oprindelig var kalibrering en måling af en kanons indvendige diameter efter boringen for at fastslå dens "kaliber" og dermed hvilke kugler den kunne/skulle skyde med.

Idag er en kalibrering en sammenlignende måling, eller måling af en kendt standard, med det formål at fastslå måleudstyrs systematiske målefejl, normalt med sporbarhed til højkvalitets SI implementeringer igennem 2-3 led.

Hvis måleudstyret er indenfor specifikation vil man normalt intet foretage sig, hvis det er drevet udenfor specifikationen kan man forsøge at justere det, eller hvor dette er umuligt eller uøkonomisk, nøjes med at dokumentere afvigelsen og tydeligt markere på instrumentet at denne skal benyttes.

  • 0
  • 0

Super, så fik jeg trods alt noget lærdom... :-)
Ja, det er jo rigtig man kan have en tabel for afvik, lige som magnetisk nord på et kort.
Men nu var det største ankepunkt det store afvik, som satte målemetoden under lupen fra min side.
Så jeg holder nu stadig på at måledata ikke kan benyttes til kalibrering, hvad enten implementeret i målersoftware, eller vedlagt som en tabel ved siden af.

For det er utroværdig at alle sensorer måler så meget offset fra dets specs, hvilket PHK selv har taget stilling til, men uden at det medførte nogen videre vurdering af resultatet end det nok var for lidt kabel længde i klimarummet til sensoren.

Dermed er jo resultatet ugyldig, da det nok ikke vil være representative for den måde dem efterfølgende bliver benyttet.

For mig at se er det jo hele udgangspunktet for kalibrering.

Så.. lad os ændre mit udsagn til at det var en mislykket / fejlbehæftet kalibrering... :-)
Og så tager jeg til efterretning at kalibrering ikke nødvendigvis skal implementeres for at være en kalibrering. Der forhastede jeg mig

  • 0
  • 1

Dermed er jo resultatet ugyldig, da det nok ikke vil være representative for den måde dem efterfølgende bliver benyttet.

Resultatet af en kalibrering kan kun være ugyldigt hvis det viser sig at du har målt forkert på en eller anden måde og det er der groft sagt kun tre måder at gøre forkert:

  • Den målte genstand/artifakt/reference/måleopstilling er forkert (anvendt)

  • Referenceinstrumentet lever ikke op til forvetningerne/certificeringen (eller bruges forkert)

  • Det instrument der skal kalibreres bruges forkert.

Uanset at resultatet, så længe det er korrekt målt, falder udenfor de ønskede område er kalibreringen en success.

Man kan naturligivs sige at det instrument der skal kalibreres "fejler", men det er kravene til certificering den fejler på, ikke selve kalibreringen.

Så.. lad os ændre mit udsagn til at det var en mislykket / fejlbehæftet kalibrering... :-)

Formålet med øvelsen var flere ting:

  • Detekter defekte sensorer.

  • Find ud af om de, som forventet, havde lavet monteringen forkert.

  • Karakteriser hvor slem fejlen er, til den videre planlægning.

Alle disse ting kom i hus.

  • 1
  • 2

Formålet med øvelsen var flere ting:

Detekter defekte sensorer.

Find ud af om de, som forventet, havde lavet monteringen forkert.

Karakteriser hvor slem fejlen er, til den videre planlægning.  

Alle disse ting kom i hus.

Hvilket ikke kan kaldes kalibrering.

De to første punkter kaldes fejlfinding - det tredie punkt ligger og svæver et eller andet sted mellem oplysning og fejlfinding.

Det vigtigste punkt ved kalibrering, er, at man ved hvad man laver, at man har en sporbar reference. Er din PT100 sporbar? dit ohmmeter?

Du er sikkert tilfreds med din egen reference - godt nok når du ikke har behov for sporbare tal.

Man kan naturligivs sige at det instrument der skal kalibreres "fejler", men det er kravene til certificering den fejler på, ikke selve kalibreringen.

Det er en forståelsesfejl!

Instrumentet kan vise rigtigt, selvom det ikke er kalibreret! (ikke videre sandsynligt)

Instrumentet kan vise forkert, selvom det er kalibreret! (meget sandsynligt). Her består kalibreringen i, at man kender fejlen.

Hvis instrumentet fejler på certificeringen, som du kalder det, er det ikke kalibreret.

Man kan godt kalibrere sine egne instrumenter, hvis man har et sporbart instrument, at gøre det med.
Kalibrering betyder altså, at man kender fejlen.

  • 2
  • 3

Phk, det ændrer jo ik at din måling er fejlbehæftet, hvis ibrugtagning af temp sensorene ikke er tilsvarende forhold som du har testet dem under.

For dine kalibreringstal vil nok forringe dit resultat hvis medtages som korrektion senere når sensorene er monteret.
Og du skrev da helt tydelig i første svar at det var det næste...at bruge kalibreringen.
Altså ikke en funktions test og for at finde defekte sensorer som du senere begrunder med.

Jeg synes du kommer længere og længere ud i noget jo mere du forklarer.
Du må kunne blive en god politiker,,,he he..

Poengten er,, enhver anden ville sige.. stop en halv... mine resultater er ikke som forventet, hvor går den galt, hvorfor... hvilket du på en måde gør.. men uden at forfølge det.. blot skriver om lige netop faldgruberne med forskellige typer temperatur måling.

Det er da 100% nødvendig at målemetoden samsvarer med hvordan produktet vil blive taget i brug.
Derfor siger jeg den har fejlet. Du kan nemlig ikke benytte din kalibrering til ret meget, uden du laver nogle mærkelige forudsætninger for varmen i sensorkabelet i forhold til xx milimeter måleområde.

Andre ville nok med det samme fokusere på afviget, og hvad det skulle til for at sensorene jobber indenfor specs... og det forstår jeg stadig ikke du siger dig fornøjed med din indsats... blot fordi du lavet en teknisk overbevisende måle og termostat styring, som med scripted udførelse laver måleindsamling ved flere temperaturer.

Elgant men fejlbehæftet... så kan du skrive det så pænt du vil, jeg siger det blot som jeg oplever det,,, fejlbehæftet måling, som ikke tilfører andet end at det kan laves korigering til måleopsættet og så lave øvelsen på ny indtil man er kendt med produktets krav til installation for at vise rigtig.

Nå... men du holder jo fast i du fik kalibreret dem,, for derefter at sige du fik afdækket de fejl og mangler ved produktet du forudså ville være. :-)
Men du sagde klart at næste step altså var implementere/ bruge kalibreringen, hvilket jo må betyde du mener den vil tilføre dine husvarme målinger forbedret præcision.

Ja, ja.... af sådan grunde er jeg skeptisk til teoretisk forklaringer og videnskabelige forsøg.. he he he.

  • 1
  • 4

Hvis måleudstyret er indenfor specifikation vil man normalt intet foretage sig, hvis det er drevet udenfor specifikationen kan man forsøge at justere det, eller hvor dette er umuligt eller uøkonomisk, nøjes med at dokumentere afvigelsen og tydeligt markere på instrumentet at denne skal benyttes.


Det er også en forståelsesfejl.

Hvis instrumentet er uden for specifikationen, og ikke kan justeres, er det fejlbehæftet og kan ikke kalibreres; men skal sendes til reparation.

Når man kalibrerer et instrument, medfølger der altid en kalibreringskurve.

Mærkater der angiver fejl uden for specifikationen, betyder ikke at man kan bruge apparatet som værende kalibreret.

Et kalibreret instrument kan selvfølgelig også fejle; men her gør dokumentationen, sporbarheden, at man efterfølgende kan se, hvor i kæden det gik galt, og man kan tage sine forholdsregler.
Rekalibrering af alle efterfølgende instrumenter i sporbarhedsrækken, tilbagekaldelser af produkter til fornyet kontrol etc.

Hvis noget går galt, kan kalibrering og kalibreringsrutine være afgørende for, hvor et evt. ansvar skal placeres.

PH kan kalde sine hobbyaktiviteter for kalibrering; men det hører ikke rigtigt hjemme på et forum for ingeniører.
Man kunne fx kalde det registrering af systematiske fejl med ukalibreret udstyr i hjemmelavet opstilling.
Eller i det mindste sætte kalibrering i gåseøjne.

  • 3
  • 5

Og så er vi vist nået til det punkt hvor det bare handler om PH-bashing, så jeg stopper her.

I det mindste har vi fået ryddet ud i dine forståelsesfejl.

Om du er i besiddelse af sporbare normaler er i den sammenhæng ligegyldigt, hvilket vel også er grunden til, at du nævner det. :o)

Lad dig endelig ikke stoppe af, at du ikke ved hvad du laver.
Mange gode erkendelser kommer af uvidenhed, nysgerrighed og virketrang.

Når min tid tillader det, er det en fornøjelse at lede dig på ret vej.

  • 1
  • 7

Har du et blog-indlæg i tankerne om hvordan du transporterer/lagrer data fra dine sensore ?

Bakser med et vejrstations/klima-overvågnings projekt til skuret, og er kommet til punktet hvordan det bedst lagres (rrdtool er umiddelbart mit bedste bud).

  • 1
  • 0