Wie funktioniert diese Schaltung

[apfelmeister]

Hallo,

in einer Präsentation habe ich einen Schaltplan gefunden, mit dem man Temperaturen (bzw. Widerstände) per RS232 messen kann.

Hier der Schaltplan:


So wie es aussieht, werden DTR und TXD nicht geschalten, sondern nur als Spannungsquellen verwendet. Per DSR wird wohl gemessen.
Leider verstehe ich nicht ganz, wie diese Schaltung funktioniert.
Wie sieht das Signal bei DSR aus, und wie hängt das Signal vom Widerstand ab?

MfG

[Erfinderlein]

Hallo,

ich bin jetzt zu faul, das näher durchzudenken. Aber es fällt auf, dass der Kondensator und der Widerstand ein frequenzabhöängiges R_C_Glied bilden. Man wird also auf TXD und oder DTR Impulse unterschiedlicher Frequenzen anliefern und die via DSR gemessene Spannung bei bekanntem C in den unbekannten R umrechnen.
So oder ähnlich, denke ich mir das mal mit vollem Bauch.

Grß Lothar

[apfelmeister]

Danke für die Antwort :)
Ja es kann gut sein, dass über TXD bzw. DTR Impulse gegeben werden. Jedoch kann an DSR nur "gemessen" werden, ob die Spannung >3V oder <-3V ist. Zwischen -3 und 3V ist der Zustand nicht definiert.

[BernhardS]

Hallo,

das funktioniert über eine Zeitmessung. Man misst (per Software) die Zeit bis der Kondensator auf die Schaltschwelle des Pins geladen ist.

Bernhard

[anders]

Zwischen -3 und 3V ist der Zustand nicht definiert.

Sagt die Norm.
In der Praxis aber entscheidet die meisten Emfängerchips aber bei etwa +1,5V ziemlich scharf, ob sie am Ausgang H oder L abliefern.

Die Funktion ist ziemlich klar:
TD ist inaktiv und liefert konstant negative Spannung, damit der Elko nicht verpolt wird, wenn DTR umgepolt wird.

DTR ist zunächst auch negativ und der Kondensator wird deshalb über die Diode ziemlich schnell entladen.
DSR ist dann fast so stark negativ, wie DTR.
Nach einem Moment, der aber lang genug sein muß um den Kondensator vollständig zu entladen, aktiviert die Software DTR, und startet im gleichen Moment eine Stoppuhr, mit der festgestellt wird, wie lange es dauert bis DSR den "Nulldurchgang" meldet.
Diese Zeit ist, unabhängig von der genauen Lage der Schaltschwelle von DSR, proportional dem Produkt R*C.
Das war dann schon alles und man kann DTR wieder negativ schalten.

Da man die genaue Lage der Schaltschwelle von DSR nicht kennt, und auch Elkos ziemlich große Toleranzen haben, wird es nötig sein die Schaltung vorher mit einem bekannten Widerstand zu kalibrieren.
Evtl. wird man mit einem weiteren bekannten Widerstand noch eine weitere Kalibrierung machen, damit die Software den Einfluss des Innenwiderstands von DTR herausrechnen kann, der ja in Reihe mit dem Prüfling liegt.

[Erfinderlein]

Also kannst du auch ein Kapazitätsmessgerät bauen, wenn man R als bekannt nimmt.

[elko]

Hier mal ein Beispiel in C# wie so ein Programm aussehen könnte (in rot die Wiederstandsmessung und in blau die Kapazitätsmessung)

using System;
using System.Diagnostics; //für Stopwatch
using System.Collections.Generic;
using System.ComponentModel;
using System.Data;
using System.Drawing;
using System.Text;
using System.Windows.Forms;

namespace RC_Messung
{
public partial class Form1 : Form
{
private Stopwatch stopWatch;
double kal, mes;

public Form1()
{
InitializeComponent();
stopWatch = new Stopwatch();
}

private void radioButton3_CheckedChanged(object sender, EventArgs e)
{
if (serialPort1.IsOpen)
{
serialPort1.Close();
button1.BackColor = Color.Red;
}
else
{
serialPort1.Open();
button1.BackColor = Color.Green;
}
}

private void button1_Click(object sender, EventArgs e)
{
serialPort1.DtrEnable = true;
serialPort1.BreakState = false;
stopWatch.Start();

do
{
} while (serialPort1.DsrHolding == false);

stopWatch.Stop();
kal = stopWatch.ElapsedMilliseconds;
label4.Text = Convert.ToString(kal);

stopWatch.Reset();
serialPort1.DtrEnable = false;
serialPort1.BreakState = false;
}

private void button2_Click(object sender, EventArgs e)
{
double C, rC;
serialPort1.DtrEnable = true;
serialPort1.BreakState = false;

stopWatch.Start();
do
{

} while (serialPort1.DsrHolding == false);
stopWatch.Stop();
mes = stopWatch.ElapsedMilliseconds;

C = mes / kal * 22;

rC = Math.Round(C);

textBox1.Text = Convert.ToString(rC);
}

private void button3_Click(object sender, EventArgs e)
{
kal = 0;
mes = 0;
label4.Text = "0";
textBox1.Text = "0";
serialPort1.DtrEnable = false;
serialPort1.BreakState = false;
}

private void button4_Click(object sender, EventArgs e)
{
Close();
}
}
}

hab noch irgendwo die Platine rum liegen für die Messung muss sie aber erst noch suchen

Gruß elko

[apfelmeister]

Vielen Dank für die Erklärung und das Codebeispiel.

Ich habe bereits vorher, um so genau wie möglich zu messen, alles in C++ geschrieben (als DLL, die später in eine C# Anwendung mit GUI geladen wird)

Dabei wird momentan noch GetTickCount() als Timer verwendet, der leider nur eine Auflösung von ~15ms bietet. Ich werde später noch den HighPerformanceTimer mit einer weit besseren Auflösung benutzen.

Mein Code ist bereits getestet (per Multimeter und manuellem Setzen von DSR), aber eine richtige Messung konnte ich noch nicht durchführen, da ich noch nicht die benötigten Bauteile habe.
Wenn es gewünscht ist, kann ich, sobald alles fertig ist, den Quellcode der C++ DLL posten.

Hier noch eine Frage zu den Bauteilen:
Ist dieser Elko geeignet: 47uF Elko

Außerdem brauche ich einen wärmeabhängigen Widerstand. Messungen werden bei ca. +60 bis +120°C durchgeführt.
In der Schaltung aus dem ersten Post wurde ursprünglich ein Silizium Temperatursensor KTV 10 (= KTY81-210-B bei Conrad) verwendet. Dieser geht im Temperaturbereich -50 bis +150°C von 980 bis 4280 Ohm, bei 25°C liegt er bei 2000 Ohm.
Ist dieser Temperatursensor zu empfehlen? Sollte ich lieber einen anderen nehmen, z.b. einen Platinsensor, der auch viel höhere Temperaturen aushält? Allerdings dürfte bei Platinsensoren die Messungenauigkeit höher sein, da pro K relativ wenig Unterschied des Widerstands erreicht wird (ca. 3-4 Ohm im Vergleich zu 10-14 Ohm bei dem KTV 10)

Eine Diode habe ich noch herumliegen..

Wieviele ms wird es schätzungsweise dauern, bis DSR umschaltet, wenn der Widerstand 2000 Ohm groß ist?

[Erfinderlein]

Ist dieser Temperatursensor zu empfehlen?

das mußt du wissen, von wo nach wohin du damit Temperaturen messen willst. Von der Anwendung her ist der KTY allemal zu empfehlen. In meinem Sinterofen brauche ich Platin-Platin Rhodium, weil ich bis 1600 Grad C damit arbeiten kann. Wenn du über 200 Grad gehen willst empfiehlt sich so ein Pt 100 bis 1000 Widerstand bis 600 Grad unverpackt. Heißt aber Laserschweißen der Anschlüsse oder Hartlöten eines 0,2.er Drahtes.

Gruß Lothar

[anders]

Ist dieser Elko geeignet:

Besser verwendest du einen Tantal-Elko, der hat eine bessere Langzeitkonstanz. Gemäß der Schaltung sollte er 25V aushalten.

Platinwiderstände haben eine hohe Absolutgenauigkeit, und Konstanz, aber sie sind relativ teuer und hier vermutlich nicht erforderlich.
Im Zusammenhang mit dieser Primitivschaltung wären das Perlen vor die Säue geworfen.
Den KTY kannst du verwenden, aber es gibt sie in einer Vielfalt von Gehäusen, teilweise auch erheblich günstiger oder mit weiterem Temperaturbereich. http://www.conrad.de/ce/de/product/153681/ http://www.conrad.de/ce/de/product/153387/
Erheblich größere Temperaturkoeffizienten, ca. 4..5%/K, allerdings auch höhere Toleranzen, haben NTC-Widerstände.
Sie sind ebenfalls preiswert und es gibt sie mit einem viel größeren Wertespektrum.
Mit Rücksicht auf die Eigentümlichkeiten dieser Schaltung solltest du da einen wählen, der bei der gewünschten Temperatur etwa 10k..50kOhm hat.

r leider nur eine Auflösung von ~15ms bietet

Du kannst auch einfach einen größeren Kondensator verwenden. Dann verlängert sich die Meßzeit entsprechend, aber du bekommst eben auch weniger Werte pro Minute.

[apfelmeister]

Habe nun alles zusammengebaut. Es funktioniert und man bekommt Werte, aber wirklich verlässlich sind sie nicht. Das war aber zu erwarten

Zusätzlich ist in der Schaltung noch ein Schalter per Optokuppler enthalten.

Hier der Schaltplan und zwei Bilder der Platine.