ZH1820. Прецизионный датчик температуры.

[Z_h_e 75]

Доброго времени суток.

Трудно наверное будет поспорить с утверждением, что самый главный тип датчика для автоматизации производства алкоголя - это датчик температуры и тут несомненный лидер, конечно же DS18B20. Цена, цифровой интерфейс (достаточно надежный) и наличие 100500 раз разжованных апноутов, мануалов и готовых библиотек сделали свое дело. Ну действительно удобный девайс. Вот только бы разрешающую способность увеличить и точность измерения.

Около года назад, я поставил себе задачу  попытаться сделать нечто подобное, но с дискретностью измерения температуры не менее 0.01гр.Ц и погрешностью <0.1гр.Ц.  Естественно уложиться в такие же размеры (т.е. в размер корпуса TO92) я даже теоритически представить не могу как это возможно для меня, а вот засунуть все в гильзу размером 6х40мм уже реальная задача.

На нижеследующем фото четыре датчика ZH1820 (пускай так будут наречены)  и один китайский гильзованный DS18B20 для сравнения. Квадратная платка с клеммниками только для моего удобства и представляет собой лишь коммутационное устройство для удобства отладки. Вся электронная схема уместилась внутри гильзы и из нее выходят три провода, аналогично DS18b20.

ZH1820 так же имеют уникальный адрес, поддерживают основные команды протокола 1-wire, включая "search rom". Работают по трехпроводной схеме.

Пару месяцев назад, я отправлял один такой Дмитрию (Антел). Попробовать. Датчик был еще очень сырой , периодически сбоил (по цифровой части). Я знал это, Дмитрий был об этом предупрежден.  Но меня интересовала в первую очередь метрология, т.е. в целом то можно так или нет измерять.  Почему я не сам делал такие испытания?
1. Нагло пользуюсь безотказностью  и добротой.
2. Очень редко сам перегоняю, то есть реально не могу проводить боевые испытания.

Нижеследующий скрин. Лог DS18B20  и ZH1820 за небольшой интервал времени, установлены внизу царги максимально рядом. Отметки абсциссы - 5 сек интервал. Лог достаточно большой, рект не бывает малым по времени, поэтому лишь малый кусок. Я в логе искал место, где был приостановлен отбор из-за роста температуры и затем продолжен, мне кажется так значительно интереснее. 


ZH1820 был подключен в одну линию к остальным датчикам DS1820. Автоматика БАРС.  Я считаю, что испытания были крайне удачные, датчик работать могёт. И еще как.

Несомненно scratchpad ZH1820 несколько отличается от DS18b20, разрешение температуры ведь значительно повышено. Это я сейчас для тех, кто понимает про что я. Собственно  я и хочу, в первую очередь обратиться к тем, кто понимает как работать с 1-wire, хотя бы на уровне скетчей и вопрос будет задан ниже. БАРС был научен понимать ZH1820, но только для лога. Эх, знать бы заранее, что может понадобится дискретность в сотые, математика была бы заложена другая, а сейчас так просто его не переделать.

Теперь о минусах. Я пока все еще не доделал датчики, хотя уже они не сырые и  надеюсь, что почти релизные. Ведь даже стабильную температру с  0.1 гр. не так просто дома получить, молчу уже о сотых. Но у меня есть возможность иногда пользоваться хорошими термостатами, с дискретностью 0.001гр. 
1. Пока датчики трудоемки в производстве, домашнем конечно.
2. Ток потребления получился высокий. Изначально 30мА, сейчас уже снизил до 20мА. Это в режиме измерения.  Это приводит к саморазогреву датчика, однако при одном и том же интервале измерений показания стабильные. К слову , DS1820 тоже подвержены этой беде.
3. Цена. Конечно это не коммерческая тема и это не заявление о продаже. Но если я его буду продавать, то стоимость будет около 1тыс.руб., это инфа только для справки, ни о какой продажи речь сейчас не идет.  Если буду продавать. То есть будет релиз, будет отдельная тема в соотвестующем разделе.

Вот теперь у меня вопрос к форумчанам. Наверное в первую очередь к тем кто ищет "философский спирт" и производителям автоматики (под производителями я понимаю всех у кого в руках паяльники, отвертки , кнопки компа и молоток тоже).
И так вопрос. А оно надо?
Гипотетически - любое повышение точности в любых измерения это гуд. Практически -  всегда есть прагматический потолок . Я дошел до той стадии, интерес удовлетворен, теперь рутина, деньги и  время.

Если оно надо, то  я могу выслать датчик попробовать, с возвратом или на других условиях, да и вряд ли в этом году и  это пока вторично (еще много вопросов у меня есть) и наверное в личку этот вопрос.

И так еще раз, а оно надо? Есть востребованность именно в таких? 

--------------------------------------
Немного тех инфы.
 

Скрытый текст

--------------------------
Это пока не окончательные.
•   Напряжение питания (4.8.. 5.5)В , отклонение  напряжение на +0.1В отклоняет показания приблизительно на +0.015…+0.02.
•   Ток потребления в режиме ожидания <1мА ;
•   Ток потребления в режиме измерения <20мА;
•   Основная абсолютная погрешность, ±0.10C (данная точность обеспечивается результатами калибровки в проведенном диапазоне, но не шире чем (0…+100 )°C;
•   Дискретность измерения температуры, 2^-8 или 0.01, в зависимости от формата данных;
•   Время преобразования (измерения)  <4200мс; (4200 первые экземпляры, думаю будет где-то 2.5сек,но вряд ли меньше 2сек).

Принцип действия измерения температуры основан на сравнении частот двух генераторов импульсов с разными зависимостями частоты от температуры. Т.е. так же как и DS18B20.

Формат scrathpad.
Байт   Имя
0   TEMPERATURE LSB (9Ah*)
1   TEMPERATURE MSB (24h*)
2   ADCcurr0
3   ADCcurr1
4   ADCcurr2
5   ADCcurr3
6   TEMPERATUREd LSB (4Ch*) int_dec
7   TEMPERATUREd MSB (0Eh*) int_dec
8   CRC8

Температура представлена в двух форматах. Байты 0 и 1 двоичный формат, практически как в DS1820. Только байт 0 выделен весь под дробную часть, а байт 1 целая часть.
Байты 7 и 8  температура в целом десятичном формате, можно сказать в сантиградусах.

 

Изменено 22 декабря 2019 пользователем Z_h_e

[Crossraccoon 0]

актуально?

[Z_h_e 75]

Скорее да, чем нет.

Времени больше не было заниматься.  Но в планах вернуться.

[Crossraccoon 0]

ну я тут очередную автоматику собрал уже почти, ребятам буду давать тестировать

можно совместно с 18b20 на отбор поставить на тест

данные пишутся на сервере, можно анализировать потом

ну понятно, что и в процессе графики все в онлайне крутятся

он не мешает другим устройствам на шине?

[Z_h_e 75]

Тестам я буду только рад. Сам размениваюсь на все, ничего не успеваю .

Ну давай, постараюсь в апреле  сделать градуировку датчиков (это мне надо договорится на термостаты попасть). Если получится то отправлю на тесты. Поглядим как поведет себя в длительной эксплуатации. Да и раз в месяц я через Ебург на поезде езжу (если что на будущее).

6 минут назад, Crossraccoon сказал:

он не мешает другим устройствам на шине?

Не должны. Не могу сказать, что прямо идеально выдержал стандарт 1-wire, но проблем не заметил. Единственное ток потребления многоват.  Может пореже замер надо будет делать, чтобы избежать саморазогрева.

 

 

[Crossraccoon 0]

договорились

 

замер хоть раз в час  

1820 я раз в 2 секунды отпрашиваю, данные шлю раз в 8 сек на сервер

ограничения по длине кабеля есть с таким током?

[Z_h_e 75]

2 минуты назад, Crossraccoon сказал:

ограничения по длине кабеля есть с таким током?

Попозже скину в личку протопип ДШ на датчик. Собственно ограничение по длине я вижу только в падении напряжения питания, пока не получилось сделать работу  в широком диапазоне напряжений питания. Так что лучше как можно точнее держать 5В (+0.2).

 

[Crossraccoon 0]

ну надо будет чё-нить придумать

так у меня девайс питается от усб, он аккумулятора и от БП из блока нагрузки

только от аккумулятора стабильно получается с контроллера заряда  

 

[Naruto 1 618]

@Z_h_e только увидел тему, прочитал первый пост..

В общем очень надо... Зачем... На тарельчатой колонне измерять разность АБСОЛЮТНУЮ температур кипения , разница как раз от 0,1 до 0,2 гр С и ds с их погрешностью в 0,5 показывают либо одинаковую температуру либо вообще "херню" их дискретности хватает, что бы уводить колонну в стопы , но не хватает, что бы отслеживать реальную температуру кипения, которая мне лично необходима для создания алгоритма отбора с каждой тарелки и вообще привязки Т кипнич примесей на тарелке к ГХ анализу ссж с этих тарелок.

Пока то что я вижу из сети датчики с таким разрешением стоят от 500 баксов за один экземпляр ... И там то же все "не безоблачно".

Изменено 10 января 2022 пользователем Naruto

[Z_h_e 75]

Доброго времени суток.

Так как особого интереса к ним я не увидел, занимался ими крайне вяло.  В недавнем декабре  кое-что "подпилил напильником" и договорился посидеть на термостатах в госстандарте и тут вызвали на работу - не судьба.

 

Если действительно нужны, если сможешь с них считать данные. То в январе феврале постараюсь заняться ими.  Надо понимать, что это тестовые, в реальном бою не применялись. Как себя поведут пока точно не ясно.

[Датчик Самогоныч 12]

11.01.2022 в 00:15, Naruto сказал:

На тарельчатой колонне измерять разность АБСОЛЮТНУЮ температур кипения

У меня есть подходящий прибор. Абсолютную точность на широком диапазоне калибровать долго и геморно. Быстро можно все зонды откалибровать на одну температуру.

Но у меня только четыре температурных зонда. Тебе наверное больше надо.

[Naruto 1 618]

10 часов назад, Датчик Самогоныч сказал:

Но у меня только четыре температурных зонда. Тебе наверное больше надо.

Давай по подробнее на чем ты собирал? (я так понимаю терморезисторы) какая аппаратная часть? если терморезисторы, то я проходил с ними все на 3d печати, помимо долгой калибровки (при этом для достижения заявленной точности, точек калибровки должно быть кратно больше, те каждые там 0,5 гр надо снимать сопротивление с резистора и вносить его в таблицу, дальше эту таблицу скармливать прошивке., прошивку компилировать и закачивтаь в ардуину.  И самое главное терморезисторы аналоговые устройства на их показания влияет так же длинна проводника которым они подключены к мозгам, собственно температура проводника, напряжение которое подается на резистор, а оно от банального блока питания и чем оно там стабилизируется и вот эти колебания напряжения то же надо устранять, в общем напруга должна быть стабильной с большой точностью, а это то же задача требующая отдельного внимания. в общем с этими датчиками очень много, НО.

Я допускаю, что ты собрал работающий образец, но как написали где то на форуме, Запалу кажется, - сделай поверку в лаборатории и получи поверочный сертификат о заявленной точности.

можно и самостоятельно поверить ртутным термометром, причем поверку надо делать не моментальную, а длящуюся, что бы убедиться в стабильности работы и показаний.

Мне надо семь, но пока я справляюсь одним ртутным, ds три датчика подключенных к автоматике на арудине удалось научить показывать с точностью 0,2 гр С погрешностью. этого в общем с натяжкой хватает для понимания ситуации на тарелках, но конечно хорошо бы 7.

Придет новая автоматика, разберу эту и передалаю ее чисто на измерение температуры, пока как то так.

11.01.2022 в 10:17, Z_h_e сказал:

если сможешь с них считать данные.

Скинь инфу на описание, что они там передают и как это интерпретировать, я перешлю сыну, он мне запилит на досуге какую ни будь читающую этот датчик железку с софтом. для поверки я бы рекомендовал использовать трутный термометр, хоть у них и заявляют точность 0,5 гр С, но в стандарте прописана погрешность снятия показаний со шкалы глазами с учетом деления шкалы, а если использовать "Бастрыкин стайл" - аналогово-цофровое снятие показаний :). (помните как он с лупой монитор разглядывал), так вот если снимать показания делая мкакрофотографии, то вполне читаются показания с точностью в 0,125 (те половина деления) , а при должной сноровке и в 0,06 С . в общем можно вполне оттестить при помощи ртути. Главное не только точность, сколько стабильность длительная, скажем так полчаса и ds показывают так же как ртуть, а вот проходит час, два и показания ds начинают различаться от ртути, пока я добился того что 0,2 гр выявил расхождение (и врет всегда в большую сторону при этом, видимо саморазогрев). Я просто очень опасаюсь, что эта "болезнь" свойственна всем электронным измерителям. Дошел до того, что решили с сыном запилить устройство снимающее показание с ртутного градусника, ему зашла идея, говорит киберпанком отдает.

Изменено 19 января 2022 пользователем Naruto

[Датчик Самогоныч 12]

1 час назад, Naruto сказал:

Давай по подробнее на чем ты собирал?

Слушай, наверное тут разворачивать обсуждение моей железки - оффтоп. Я уж и так увидел, что тебе точность нужна, и влез сюда не очень корректно. Прошу прощения у Z_h_e

Отвечу в своей теме. Тебе наверное уведомление придет о упоминание ника.

[Z_h_e 75]

8 часов назад, Naruto сказал:

Скинь инфу на описание

В двух словах - для пользователя это как DS18b20.  Цель  сделать аля DS18B20,  который как по размерам (в данном случае речь про гильзы) так и программно должен относительно легко встроиться в существующую автоматику, на одной линии могут быть и мой и DS без конфликтов.  Если автоматика использует тип данных float, то скорее всего достаточно будет считанные данные о температуре разделить на 16. Заготовку даташита на ZH1820 прикладываю.

 

8 часов назад, Naruto сказал:

бы рекомендовал использовать трутный термометр, хоть у них и заявляют точность 0,5 гр С

ТЛ-4, ТЛ-18, ТЛ-19, ТЛ-20... Пределы допустимой абсолютной  ПГ +-0,2гр, цена деления 0,1гр.  В паспорте на них указываются поправки для точек. Но есть нюанс. данные термометры имеют заявленную точность при полном погружении их в измеряемую среду, то есть до считываемой отметки.  Как по факту влияет то, что практически весь термометр будет  воздухе я не знаю. Но мой субъективный опыт говорит, что при нахождении рядом  преобразователя температуры с высоким классом точности и термометра ТЛ-4 погруженного только до нижней отметки дает разницу не более 0,1, но не всегда.

В мою сторону движется ТЛ-4-2, если повезет то доберется целым. Если найду ТЛ-4-3, то диапазон нужный перекрою. Но термостат высокого класса лучше, хотя бы еще разок надо попасть :).

8 часов назад, Naruto сказал:

Я просто очень опасаюсь, что эта "болезнь" свойственна всем электронным измерителям

Скорее у тех, у коих начинка в непосредственной близости к чувствительному элементу. 

ZH1820 DS rev3.docx

[Z_h_e 75]

Naruto, тебе нужен термометр ТР-1, на каждую тарелку. Один термометр 40тыс. стоит , нормальная такая цена для домашнего хобби.

[Naruto 1 618]

13 минут назад, Z_h_e сказал:

тебе нужен термометр ТР-1,

Я знаю писал уже где то что ценник от 500 баксов за датчик. Коллега пишет что он вот заставил ntc работать с такой точностью. 

[Z_h_e 75]

На счет ТР-1 шутканул конечно.

 

Я себе свои все равно хочу допилить, чтобы были. Если сподоблюсь, то могу и отравить для пробы, но только если будешь пробовать, а не чтобы валялся :).

[Vladimir888 2]

Скажите, что за маниакальное пристрастие к кривым и медленным китайским далласам? Да еще и аналог пилить. Чем не устраивает тонкопленочная платина? 100 - 50 рублей за датчик, 70 рублей за TM7705, 30 рублей за три CD4051. Итого за 1000 рублей имеем восьмиканальный термометр с разрешением в сотку, мизерной тепловой инерцией и точностью без калибровки с самыми дешевыми датчиками в 0,3 градуса

[alex24.73 2]

@Vladimir888 а можно со схемой и ссылками? Поисковик что-то не особо находит решение.

[Vladimir888 2]

Схему чего? Подключения RTD к AD7705? Так в даташите же. Ратиометрическое включение, датчики по четырем проводам. Многоканальность - три 4051 переключают датчики. Земля общая. В коммутаторах еще и защитные диоды вроде есть. Вывод сброса на ацепехе я не использовал. Резистор только надо постабильнее найти.  https://aliexpress.ru/item/1005002315428623.html

[deen 102]

 Насколько я помню, самые точные датчики это пт-100, а эти все терморезистры - баловство. Лучше бы ты оцифровку этого датчика сделал, чтобы можно было воткнуть в любую автоматику

[Z_h_e 75]

12 часов назад, Vladimir888 сказал:

что за маниакальное пристрастие к кривым и медленным китайским далласам?

1. Они не кривые. Полностью  соответствуют даташиту. Погрешность в диапазоне ( -10... 85) . ±0,5гр.Ц.  (про клоны речь не веду). Как-то свои давненько проверял, обнадежили и выше  85 гр.  При составлении данной таблицы были нюансы, но цифры  думаю достаточно достоверны.

2. Воспроизводимость измерения на уровне дискретности. У меня в царге после стабилизации показывают всегда одну и ту же температуру при разных перегонах во времени,  ±0,1гр.Ц . Это говорит о том что можно сделать поправочную таблицу при наличии термостата и желания.

3. Нетребователен к питанию и к проводам.

4. Компактен, при этом полностью готовый девайс.

5. Дешев.

6. Цифровой интерфейс, значит нет доп. погрешности на передачу данных.

7. Можно повесить все датчики на один провод.

8. Есть готовые библиотеки под Ардуины.

9. Медленный, согласен, этот недостаток нивелируется что оборудование еще медленнее. 

 

Конечно он не идеален, но при всех плюсах и минусах он рулит.

 

13 часов назад, Vladimir888 сказал:

Да еще и аналог пилить

Идея взять полезные плюшки из перечисленного.

1. Полностью готовый и так же компактный.

2. Легко заменяемый для существующих автоматик.

 

54 минуты назад, deen сказал:

самые точные датчики это пт-100

Для термосопротивления класса АА (найди еще такой) абсолютная погрешность  ± (0,1 + 0,0017|t|), где t текущая температура.

Т.е. для 85 градусов погрешность  ±0,24 гр.Ц, для 100 будет  ±0,27 гр.Ц.  Это только само термосопротивление. К нему еще надо какое вторичную аппаратуру приладить со своей погрешностью и подключить к какой-то автоматике.

12 часов назад, Vladimir888 сказал:

 https://aliexpress.ru/item/1005002315428623.html

Заявлен класс А, допустим соответствует (на чем бы это проверить еще).  Тогда ПГ ± (0,15 + 0,002|t| Т.е. для 85 градусов погрешность  ±0,32 гр.Ц, для 100 будет  ±0,35гр.Ц. 

[Vladimir888 2]

9 часов назад, Z_h_e сказал:

Они не кривые

Мне так с DS18B20 не везло. Не скажу, что я проверял все те градусники, которые прошли через мои руки, но некоторые, из недавних покупок, меня удивляли, да. В кипящем чайнике температура обычно была примерно 100, ну, иногда, 101. А вот я больше 35 градусов не набирал( В стакане с талой водой и снегом было очень холодно - 4. Да, эти датчики я покупал не в дижикее. Может, конечно, и в этом дело. Но даже самый американский датчик, который мексы лазером индивидуально рихтовали, весь покрыт толстым слоем пластика и весьма инертен. В курсе, что в апноуте к ним есть рекомендация не опрашивать их чаще, чем в три секунды? Ибо совершенно бессовестно греются. На воздухе, при опросе примерно в полсекунды, на полтора градуса вырастает температура. Это без всякой гильзы. Но, датчик, конечно, очень удобен. На 13 тиньке получаются отличные термостаты. Вентилятор там покрутить или печку включить погреться. Плюс, если нужно много, экономия на проводах, вешай себе гирляндой, правда привязка неудобная. В общем, если точно не надо, самое то.

Меня с платиной всегда пугала сложность и высокая цена преобразователя. А в реальности все оказалось более чем доступно. Ценник я приводил выше. Чуть позже приведу картинки.

[Vladimir888 2]

Смотрим даташит на ad7705   

[Vladimir888 2]

Еcли хочется два градусника - используем AIN2, если нужно больше - берем три аналоговых коммутатора и включаем как нарисовано. Потом очевидное. Ацапу совокупляем с SPI мастером и получаем искомое Rrtd = Rs*(значение АЦП)/0xffff; Затем по госту считаем температуру из сопротивления. Rs нужен прям термостабильный. На текущий момент замакетировал в двух вариантах - и два датчика и восемь. Оба радуют. Если интересно могу в отдельную тему конкретику, а здесь, наверное, флуд. Все таки тема  про далласы.

Изменено 9 марта 2023 пользователем Vladimir888