Charakterisierung PT100

Teststand

PT 100 Sensoren, 8 Stück

Messgerät: Keysight-Messgerät (34972) mit 20-Channel-Multiplexer-Modul (34901A)

Alu-Temperatur-Testblock (von Kai Martin)

PID-Peltier

Multimeter mit Temperaturmessspitze

Oszilloskop

Netzgerät

Durchführung

Je 2 Sensoren wurden an ein Patchkabel mit RJ-45 Stecker gelötet. Die Widerstände der Sensoren wurden mit der 4-Wire Methode gemessen, da in der Vergangenheit Störungen durch Kabelwiderstand und schlechten Kontakt von Buchse & Stecker aufgetreten sind. Im 20-Channel-Modul wurde die Belegung auch entsprechend der 4-Wire Methode gewählt, d.h. für einen Sensor sind Pin n & n+1 die Source und Pin n+10 & n+11 die Sense Channel. Die Sensoren wurde mit Wärmeleitpaste und Capton-Band am Alublock fixiert und zusätzlich mit wärmeisolierendem Gummi an den Testblock gepresst. Der Testblock wurde zur Messung in einen Karton gestellt.

Mit einem PID-Regler wurde der Testblock auf eine bestimmte Temperatur stabilisiert. Es gibt 9 Messpunkte bei folgenden Temperaturen T: T= [16.8 21.7 24.6 27.9 31.1 27.8 24.6 21.5 18.0]. Mithilfe des Intervall-Scans wurde zu jeder Temperatur der Widerstand jedes Sensors 30mal über 2 Minuten gemessen. Das Oszilloskop wurde benutzt, um das Fehlersignal des PID-Reglers zu betrachten. Bis zum Messpunkt wurde gewartet, bis der Fehler kleiner 5mV ist.

Auswertung

\\AFS\.iqo.uni-hannover.de\projects\magnesium\Projekte\PT 100 Temperatursensoren\4_Wire_Messung

Die Auswertung wurde mit Matlab durchgeführt. Zur Grundlage wurde das fast-lineare Verhalten der PT100 herangezogen, wobei der quadratische Anteil vernachlässigbar ist (siehe Bachelorarbeit Daniel Holzwart). Bei Matlab wurden die Messwerte von einem USB-Stick aus eingelesen, gemittelt, gefittet und geplottet. Es wurde eine lineare Regression mit fitnlm und die Unsicherheit der beiden Parameter der linearen Funktion ermittelt. Nach gaußscher Fehlerfortplanzung wurden die Unsicherheit für 110 Ohm berechnet, was circa der Raumtemperatur entspricht.

<hi #fff200>nächste Schritte: </hi>

Charakterisierung der Vakuumkammer mit einem Infrarotmessgerät

gemessen wurde mit einer Infrarotkamera: diese muss einen konst. Abstand zum Messpunkt von 30cm haben!

orienteren kann man sich an der Ausrichtung der Auftreffstellen des Ziellasers am Messgerät

zu tun: es müssen Messwerte mit den Spulen im Dauerbetrieb bzw. Schaltbetrieb (Uhrenbedingungen) genommen werden.

Danach kann sich die Anbringung der Temperatursensoren überlegt werden.

Ort	entspricht Sensor Nr.	Messung (unter der Bedingung:)
Spulen aus	Spulen an	Spulen (schalten) in Betrieb
gemessen: 07-2019	gemessen am:	gemessen am:
Ofen	2	27,8°
geringe Entfernung von Ofen	0	25,8°
obere Spule	5	25,0°
untere Spule	7	24,5°
zwischen optischen Zugängen (1)	3	24,9°
zwischen optischen Zugängen (2)	1	24,3°
Vakuumpumpe	4	24,3°
zu vergeben	6	-

Wahl der Messpunkte an der Vakuumkammer für die PT100 Sensoren

Programm zum Aufnehmen der Messwerte mit dem Keysight 34972A

____________________________________________________________________________

Vorheriger Messaufbau

Nicht zu empfehlen, da einige RJ45 Stecker Wackelkontakte zu den Buchsen haben und bei leichter mechanischer Einwirkung um bis zu 50 Ohm Widerstand zunehmen. Bei einem PT100 entspricht das der Hälfte des Widerstands bei RT, wodurch die Messungen unbrauchbar werden. Es empfiehlt sich also die 4-Draht Methode, um den Kabelwiderstand nicht mitzumessen oder eine für analoge Signale geeignete Art von Stecker und Buchse.

Teststand

PT 100, 8 Stück, wobei nur Sensor 0,2,3,4,5,6 sinnvolle Spannungswerte an der Redlab Card ausgeben

Alu-Temperatur-Testblock (von Kai Martin)

Thermo 8

Redlab Card

PID-Peltier

Multimeter mit Temperaturmessspitze

Oszilloskop

Netzgerät

Computer im Lab

Durchführung

PID Regler

Die PT 100 am RJ45 Kabel wurden mit Wärmeleitpaste und Kaptonband am großen Testblock von Kai Martin befestigt. Außerdem wurden die Sensoren mit 3-lagigem Gummi von Klaus von oben vorsichtig angepresst.

Es wurden drei PID-Peltiers getestet, indem diese den Testblock auf eine Temperatur stabilisieren sollte. Dabei wurde der Testblock zur Isolation in einen Pappkarton gestellt. Nur ein PID-Regler hat funktioniert, der Error des PID-Regler FWJ T3 divergiert (selbst nach troubleshootig), der PID-Regler FWJ G3 hatte einen Offset (circa +0,5V). Der Trimmer wurde so gedreht, dass der Fehlerstrom +10V betragen hat. Am Oszilloskop wurde der Spannungsverlauf über der Zeit aufgenommen. Nach 30min war der Error des PID-Regler auf +-5mV stabil.

Widerstände der PT 100/Belegung der Pins am RJ45-Stecker

Als nächstes wurden die Widerstände der PT100 vermessen (bei Raumtemperatur). Dabei ist die Belegung der Pins am RJ45-Stecker zu beachten (1&2,3&6,4&5,7&8):

Kabel	Pins am RJ-Stecker	Widerstand/Ohm
A	1,2	120
3,6	132
4,5	123
7,8	116
B	1,2	121
3,6	132
4,5	120
7,8	122

Thermo 8

Am Thermo 8 wurden die Schalter für alle Referenzwiderstände geöffnet, sodass der Referenzwiderstand am Spannungsteiler maximal war.

Folgende Ausgangsspannungen wurden gemessen (Dabei zeigen die Ausgänge 2 und 8 bereits zu hohe Eingangsspannungen, sodass der Fehler wahrscheinlich bei den Sensoren liegt; gemessen an Pin 3 vom Opamp U1):

Ausgang Nr.	1	2	3	4	5	6	7	8
U in mV an den Ausgängen	574	347	323	568	525	434	273	252

Messung 1

Die erste Messreihe wurde im Lab bei den Temperaturen 20.8, 23.6, 27.6, 31.0, 32.6 °C durchgeführt. Es wurden nur die Sensoren 0,2,3,4,5,6 gemessen, da Sensor 1 und 7 keine passenden Werte gegeben haben (obwohl die Schaltung am Thermo 8 erneut geprüft wurde.

Die Messpunkte wurden im Abstand von circa. 30 Minuten aufgenommen. Ein Messpunkt beinhaltet je circa 3000 Spannungen der 6 Sensoren, die gemessen wurden.

\\AFS\.iqo.uni-hannover.de\projects\magnesium\Projekte\PT 100 Temperatursensoren\Messreihe 1 Data

Messfehler

Temperaturfühler des Multimeters: +-0,1°C Error vom PID-Regler: +-5mV

Charakterisierung

Die Auswertung wurde mit Matlab durchgeführt. Es wurden zu jedem Messpunkt je 1000 Spannungen gemittelt. Anschließend wurde eine Regression mit einem linearen Fit (polyfit) durchgeführt.

\\AFS\.iqo.uni-hannover.de\projects\magnesium\Projekte\PT 100 Temperatursensoren

Messung 2

Die erste Messreihe wurde im Lab bei den Temperaturen 16,7 19,4 22,6 25,7 28,5 32,6 °C durchgeführt. Es wurden alle Sensoren (0-7) gemessen.

Die Messpunkte wurden im Abstand von circa. 20 Minuten aufgenommen. Ein Messpunkt beinhaltet je circa 3000 Spannungen der 8 Sensoren, die gemessen wurden.

\\AFS\.iqo.uni-hannover.de\projects\magnesium\Projekte\PT 100 Temperatursensoren\Messreihe_2_Data

Messfehler

Temperaturfühler des Multimeters: +-0,1°C Error vom PID-Regler: +-5mV

Charakterisierung

Die Auswertung wurde mit Matlab durchgeführt. Es wurden zu jedem Messpunkt je 1000 Spannungen gemittelt. Anschließend wurde eine Regression mit einem linearen Fit (polyfit) durchgeführt.

\\AFS\.iqo.uni-hannover.de\projects\magnesium\Projekte\PT 100 Temperatursensoren

Rohen Messdaten

Bereinigt

Messung 2

Es wurde von 16°C bis zum Maximum des PID-Reglers (32°C) aufwärts gemessen, dann blieb das System eine Stunde angeschaltet und dann wurde abwärts gemessen.

Messfehler

Temperaturfühler des Multimeters: +-0,1°C Error vom PID-Regler: +-5mV

Rohen Messdaten

Bereinigt