Genauigkeit Temperatursensor DS 18b20

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Spittyman
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Genauigkeit Temperatursensor DS 18b20

#1

Beitrag von Spittyman » Samstag 30. Januar 2021, 17:01

Hallo ihr Elektrotechniker, Informatiker und E-Nerds,
zwecks Bau mehrerer ISpindeln habe ich mir auf Ebay 10 OneWire Temperaturen gekauft (DS18b20). Interessehalber habe ich dann zwei davon über mein Breadboard mit dem RbPi verbunden und die Temperaturen über CraftbeerPi ausgelesen. Zu meinem Erstaunen war die Differenz der Temperaturen >0,5°C. Nun gut, bei einer Toleranz von +/- 0,5°C kann das ja durchaus vorkommen. Ich habe dann die übrigen Sensoren, ausgenommen des letzte, per Breadboard mit dem Pi verbunden und mir das Ganze nach einer 30 Minuten noch mal angeschaut (s. Bild). Die Sensoren sind auf dem Breadboard direkt hintereinandergeschaltet.
Die Messdaten sind erschreckend!
Bildschirmfoto 2021-01-30 um 16.52.07.png
Ich habe keine Referenzmessung vorgenommen, aber die wahre Temperatur dürfte irgendwo zwischen 17 und 18°C liegen.

Meine Fragen an euch:
Woran kann es liegen? Billige China-Ware? Meine Unfähigkeit?
Habt ihr das in der Form auch schon erlebt?
Gibt es geeichte Sensoren, bei denen ich auf jeden Fall davon ausgehen kann, dass diese innerhalb der normalen Toleranzen liegen.

Ich freue mich auf eure Antworten!

Grüße
Fabian
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Re: Genauigkeit Temperatursensor DS 18b20

#2

Beitrag von JackFrost » Samstag 30. Januar 2021, 17:10

Hi,

Hier ist eine Anleitung wie man echte erkennt.
Die Preise bei eBay sind so gering das es da schwer wird das es Originale sind.

Bei Mouser kostet einer 2,43€ bei einer Abnahme von einer ganzen Rolle mit 1000 Stück.

Die originalen von Dallas sind ja werkseitigen kalibriert.

Die Eigenerwärmung muss man auch berücksichtigen, aber wenn alle nebeneinander sind sollten sie die gleiche Temperatur anzeigen

Gruß JackFrost.
Meine Hardware:
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Ss-Brewtech 10 Gal Topf
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Re: Genauigkeit Temperatursensor DS 18b20

#3

Beitrag von Spittyman » Samstag 30. Januar 2021, 17:13

Das ist schon mal ein gute Hinweis, danke!
Ich frage mich, wie viele Sensoren schon verbaut wurden, die genau so ein Firlefanz anzeigen, wie meine?
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Re: Genauigkeit Temperatursensor DS 18b20

#4

Beitrag von maker7 » Sonntag 31. Januar 2021, 19:21

Ich bin auch gerade dabei eine messtechnische Untersuchung der DS18B20 durchzuführen. Mir geht es hierbei weniger um die absolute Genauigkeit, sonder um Stabilität und Rauschverhalten.

Ergebnisse veröffentliche ich hier im Repo: https://github.com/100prznt/Temperature ... lification

Bin noch ziemlich am Anfang, bisher gibt es daher auch noch nicht wirklich irgendwelche Erkenntnisse welche von Interesse sein könnten.

Grüße Elias

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Re: Genauigkeit Temperatursensor DS 18b20

#5

Beitrag von Innuendo » Sonntag 31. Januar 2021, 19:44

Hallo,
manche der sehr günstigen DS18B20 haben nicht nur eine deutliche Streuung. Die Sensoren werden zwar für Temperaturen über 100°C angeboten, aber beim Kochen wir die Verklebung in den Hülsen weich. Zieht man nun "etwas unvorsichtiger" am Kabel, ist irgendwann ein Blick auf das Innere möglich. Spätestens an der Stelle fallen die Sensoren regelmäßig aus bzw. übermitteln mitten im Maischevorgang plötzlich -127°C (reziprok proportional verhält sich der Blutdruck). Ich habe gute Erfahrungen mit den DS18B20 aus sensorshop24 in der Version 180°C. Wenn man die DS18B20 von den Billigsensoren abschneidet (ich hatte 5x 3m), bleiben brauchbare Kabel übrig ...

Innu

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Re: Genauigkeit Temperatursensor DS 18b20

#6

Beitrag von marsabba » Sonntag 31. Januar 2021, 20:32

Fabian,
hast du zwischen + und der Datenleitung einen 4k7 Widerstand geschalten ? Evtl verbessert das deine Messwerte.

Martin

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Re: Genauigkeit Temperatursensor DS 18b20

#7

Beitrag von emilio » Sonntag 31. Januar 2021, 20:59

Für mich sieht das eher so aus als ob einer der Sensoren defekt ist und warm wird und damit die Messwerte der Umliegenden verfälscht. Meine Erfahrung mit den DS18B20 ist eigentlich eher, dass die sehr genau sind. Allerdings habe ich auch nicht die ganz billig Ware.

Grüße
Andreas

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Re: Genauigkeit Temperatursensor DS 18b20

#8

Beitrag von maker7 » Sonntag 31. Januar 2021, 21:01

marsabba hat geschrieben:
Sonntag 31. Januar 2021, 20:32
hast du zwischen + und der Datenleitung einen 4k7 Widerstand geschalten ? Evtl verbessert das deine Messwerte.
Die Signalübertraugung erfolgt Digital - da gibt es nur „geht“ und „geht nicht“. Ein Pullup-Widerstand wird also nichts an den Messwerten ändern.

Grüße Elias

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Re: Genauigkeit Temperatursensor DS 18b20

#9

Beitrag von marsabba » Sonntag 31. Januar 2021, 21:10

ja wenn du meinst ...

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Re: Genauigkeit Temperatursensor DS 18b20

#10

Beitrag von ak59 » Sonntag 31. Januar 2021, 22:41

... Elias nat vielleicht indirekt genau recht - geht oder geht nicht ;-)

https://rn-wissen.de/wiki/index.php/Pul ... Widerstand

Gruß,

Andreas

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Re: Genauigkeit Temperatursensor DS 18b20

#11

Beitrag von Innuendo » Montag 1. Februar 2021, 09:26

Beim typischen 3-Pin DS18B20 muss imho zw. VCC und Data ein PullUp 4k7 gesetzt werden.

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Re: Genauigkeit Temperatursensor DS 18b20

#12

Beitrag von hiasl » Montag 1. Februar 2021, 11:16

Ich habe bei einem Einschraubfühler (DS18B20) von sensorshop24, den ich in der Würzepfanne integriert habe, festgestellt, dass dieser falsch zu niedrig beim Kochen anzeigt. Ich brauche den nur dafür, dass beim Erreichen der Kochtemperatur automatisch die Leistung der Hendi gedrosselt wird. Daher habe ich einfach einen Bias von +6 K bei dem Sensor eingestellt. Vielleicht kühlt die Würze nach außen auch zu rasch ab (habe keine Isolierung), aber 6 K Differenz ist schon eine Nummer. Ich kann mit dieser Lösung "leben", ärgerlich ist es schon, zumal ich eigentlich davon ausgehe, dass ich bei diesem Händler keinen Ramsch bekomme.
Gruß
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Re: Genauigkeit Temperatursensor DS 18b20

#13

Beitrag von Spittyman » Montag 1. Februar 2021, 12:16

marsabba hat geschrieben:
Sonntag 31. Januar 2021, 20:32
Fabian,
hast du zwischen + und der Datenleitung einen 4k7 Widerstand geschalten ? Evtl verbessert das deine Messwerte.

Martin
Ja, habe ich!
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Re: Genauigkeit Temperatursensor DS 18b20

#14

Beitrag von Spittyman » Montag 1. Februar 2021, 12:19

hiasl hat geschrieben:
Montag 1. Februar 2021, 11:16
Ich habe bei einem Einschraubfühler (DS18B20) von sensorshop24, den ich in der Würzepfanne integriert habe, festgestellt, dass dieser falsch zu niedrig beim Kochen anzeigt. Ich brauche den nur dafür, dass beim Erreichen der Kochtemperatur automatisch die Leistung der Hendi gedrosselt wird. Daher habe ich einfach einen Bias von +6 K bei dem Sensor eingestellt. Vielleicht kühlt die Würze nach außen auch zu rasch ab (habe keine Isolierung), aber 6 K Differenz ist schon eine Nummer. Ich kann mit dieser Lösung "leben", ärgerlich ist es schon, zumal ich eigentlich davon ausgehe, dass ich bei diesem Händler keinen Ramsch bekomme.
Die Frage ist natürlich auch, ob die sich die Abweichung linear zur Temperatur im Maischebottich verhält. Falls nicht, bringt dir der kompensierte Bias auch nicht viel.
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Re: Genauigkeit Temperatursensor DS 18b20

#15

Beitrag von Spittyman » Montag 1. Februar 2021, 12:22

Vielleicht habe ich ja bei meinen Sensoren einfach in die Scheiße gegriffen, um es mal auf gut Deutsch zu sagen, wenn dem nicht so ist und die Problematik ist allgemein bei den günstigen Sensoren ein Thema, dann dürften ja einige Messeinrichtungen Marke Eigenbau betroffen sein.
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Re: Genauigkeit Temperatursensor DS 18b20

#16

Beitrag von Bitter » Montag 1. Februar 2021, 12:24

JackFrost hat geschrieben:
Samstag 30. Januar 2021, 17:10
Hier ist eine Anleitung wie man echte erkennt.

Ich habe nun mal den Sketch "classify_fake_DS18B20.ino" aufgespielt und zwei unterschiedliche Sensoren getestet:

1. Sensorkabel mit blauer Datalitze
2. Sensorkabel mit gelber Datalitze

Nun sagen die Farben ja nichts über die Qualität der Sensoren aus, allerdings kann ich von (1) nur das Kabel benutzen, die Sensoren sind absoluter Schrott.

So sehen jeweils die Ausgaben im Serial-Monitor aus:

1.

Code: Alles auswählen

28-58-23-45-92-12-02-E0: Family D1 (Clone w/o parasitic power).
Die Einschäzung auf GitHub:

Family D1: Noisy Rubbish with Supercap

2.

Code: Alles auswählen

28-A4-0D-BE-32-20-01-F8: Family B1 (Clone).
Family B1: GXCAS 18B20, Matching Datasheet Temperature Offset Curve


Der Sensor 2 ist durchaus brauchbar, ich habe damit bisher jedenfalls keine Probleme.


Gruß Lothar

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Re: Genauigkeit Temperatursensor DS 18b20

#17

Beitrag von hiasl » Montag 1. Februar 2021, 13:53

Spittyman hat geschrieben:
Montag 1. Februar 2021, 12:19
hiasl hat geschrieben:
Montag 1. Februar 2021, 11:16
Ich habe bei einem Einschraubfühler (DS18B20) von sensorshop24, den ich in der Würzepfanne integriert habe, festgestellt, dass dieser falsch zu niedrig beim Kochen anzeigt. Ich brauche den nur dafür, dass beim Erreichen der Kochtemperatur automatisch die Leistung der Hendi gedrosselt wird. Daher habe ich einfach einen Bias von +6 K bei dem Sensor eingestellt. Vielleicht kühlt die Würze nach außen auch zu rasch ab (habe keine Isolierung), aber 6 K Differenz ist schon eine Nummer. Ich kann mit dieser Lösung "leben", ärgerlich ist es schon, zumal ich eigentlich davon ausgehe, dass ich bei diesem Händler keinen Ramsch bekomme.
Die Frage ist natürlich auch, ob die sich die Abweichung linear zur Temperatur im Maischebottich verhält. Falls nicht, bringt dir der kompensierte Bias auch nicht viel.
Klar. Nur für die Überwachung des Kochvorgangs geht das. Mein Maischebottich hat einen anderen Sensor, den ich mal mit einem kalibrierten Thermometer gegengemessen habe. Das hat im Bereich der Maischetemperaturen eigentlich schon gepasst. Mein Anspruch war hierbeit +/- 1 K.
Gruß
Matthias
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Re: Genauigkeit Temperatursensor DS 18b20

#18

Beitrag von maker7 » Montag 1. Februar 2021, 19:39

Bitter hat geschrieben:
Montag 1. Februar 2021, 12:24

Code: Alles auswählen

28-A4-0D-BE-32-20-01-F8: Family B1 (Clone).
Family B1: GXCAS 18B20, Matching Datasheet Temperature Offset Curve

Der Sensor 2 ist durchaus brauchbar, ich habe damit bisher jedenfalls keine Probleme.
Kann ich für meinen "B1" auch bestätigen.

Code: Alles auswählen

28-AA-D5-D2-4F-14-01-E0: Family B1 (Clone).
Der "B1" DS18B20 (DUT_1) liefert folgende Daten:
temperature_diagram.png
Temperaturverlauf von 0 - 105 °C

temperature_diagram_detail75.png
Ausschnitt 75 °C Punkt

dut_error.png
Fehler an den Messpunkten

Mit max -0,6 K zwar leicht außerhalb der Spec, aber auch in meinen Augen noch brauchbar. Als Referenz dient ein kalibrierter Sensor + Messumformer mit einer Genauigkeit von < +/- 0,01 K über den angegebenen Bereich.




Morgen wird dann mal das "Original" getestet:

Code: Alles auswählen

28-48-CB-33-0B-00-00-99: Family A1 (Genuie Maxim).


Grüße
Elias

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Re: Genauigkeit Temperatursensor DS 18b20

#19

Beitrag von Spittyman » Montag 1. Februar 2021, 19:47

Interessant, würde mich ja mal interessieren, ob die Messfehler im allgemeinen temperatuspezifisch sind oder normalverteilt.

Im ersten Fall könnte man ja eine Korrektur vornehmen. Finde ich ziemlich interessant, leider reicht mein technisches Können nicht aus.
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Re: Genauigkeit Temperatursensor DS 18b20

#20

Beitrag von Spittyman » Montag 1. Februar 2021, 19:52

maker7 hat geschrieben:
Montag 1. Februar 2021, 19:39
Bitter hat geschrieben:
Montag 1. Februar 2021, 12:24

Code: Alles auswählen

28-A4-0D-BE-32-20-01-F8: Family B1 (Clone).
Family B1: GXCAS 18B20, Matching Datasheet Temperature Offset Curve

Der Sensor 2 ist durchaus brauchbar, ich habe damit bisher jedenfalls keine Probleme.
Kann ich für meinen "B1" auch bestätigen.

Code: Alles auswählen

28-AA-D5-D2-4F-14-01-E0: Family B1 (Clone).
Der "B1" DS18B20 (DUT_1) liefert folgende Daten:

temperature_diagram.png
Temperaturverlauf von 0 - 105 °C


temperature_diagram_detail75.png
Ausschnitt 75 °C Punkt


dut_error.png
Fehler an den Messpunkten

Mit max -0,6 K zwar leicht außerhalb der Spec, aber auch in meinen Augen noch brauchbar. Als Referenz dient ein kalibrierter Sensor + Messumformer mit einer Genauigkeit von < +/- 0,01 K über den angegebenen Bereich.




Morgen wird dann mal das "Original" getestet:

Code: Alles auswählen

28-48-CB-33-0B-00-00-99: Family A1 (Genuie Maxim).


Grüße
Elias
Was bedeuten DUT und Chamber? Und warum sind die Messkurven logarithmisch? Wir die Messung mit jedem Sample genauer, oder warum?
Menschen, die bestimmte Biere aufgrund ihrer Herkunft, Brauart oder Farbe als "Hundepisse" bezeichnen, tun mir leid. :thumbdown Es lebe der Geschmack und die Vielfalt in jederlei Hinsicht! :Bigsmile

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Re: Genauigkeit Temperatursensor DS 18b20

#21

Beitrag von maker7 » Montag 1. Februar 2021, 20:48

Spittyman hat geschrieben:
Montag 1. Februar 2021, 19:47
Im ersten Fall könnte man ja eine Korrektur vornehmen.
Genau das ist meine Intention. Also die Stabilität zu klassifizieren um ggf. mit einer Kalibrierkennlinie arbeiten zu können.


Spittyman hat geschrieben:
Montag 1. Februar 2021, 19:52
Was bedeuten DUT und Chamber? Und warum sind die Messkurven logarithmisch? Wir die Messung mit jedem Sample genauer, oder warum?
DUT steht hier für "Device Under Test", typischer Begriff aus der Messtechnik, zu Deutsch "Prüfling".
Chamber ist der Prüfraum, im Falle der DS18B20 Sensoren, ist es ein Blockkalibrator mit einer Stabilität von +/-0,005 °C.

Was meinst du mit logarithmischen Messkurven? Die Achsen im Diagramm sind linear und die Kurven (DUT und Reference) nähern sich in Form einer e-Funktion an die jeweilige Temperatur des Prüfraumes an. Die Samplerate ist über die gesamte Messung nahezu konstant, die Digitsprünge werden mit sinkenden Temperaturgradienten natürlich weniger (was man beim Referenzsensor sieht ist als Rauschen zu bewerten), sodass man im gewählten Diagramm die einzelnen Messpunkte nicht mehr sieht. Hier sind die Rohdaten der Messreihe: https://github.com/100prznt/Temperature ... _18-29.csv


Grüße Elias

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Re: Genauigkeit Temperatursensor DS 18b20

#22

Beitrag von Spittyman » Dienstag 2. Februar 2021, 09:53

maker7 hat geschrieben:
Montag 1. Februar 2021, 20:48
Spittyman hat geschrieben:
Montag 1. Februar 2021, 19:47
Im ersten Fall könnte man ja eine Korrektur vornehmen.
Genau das ist meine Intention. Also die Stabilität zu klassifizieren um ggf. mit einer Kalibrierkennlinie arbeiten zu können.


Spittyman hat geschrieben:
Montag 1. Februar 2021, 19:52
Was bedeuten DUT und Chamber? Und warum sind die Messkurven logarithmisch? Wir die Messung mit jedem Sample genauer, oder warum?
DUT steht hier für "Device Under Test", typischer Begriff aus der Messtechnik, zu Deutsch "Prüfling".
Chamber ist der Prüfraum, im Falle der DS18B20 Sensoren, ist es ein Blockkalibrator mit einer Stabilität von +/-0,005 °C.

Was meinst du mit logarithmischen Messkurven? Die Achsen im Diagramm sind linear und die Kurven (DUT und Reference) nähern sich in Form einer e-Funktion an die jeweilige Temperatur des Prüfraumes an. Die Samplerate ist über die gesamte Messung nahezu konstant, die Digitsprünge werden mit sinkenden Temperaturgradienten natürlich weniger (was man beim Referenzsensor sieht ist als Rauschen zu bewerten), sodass man im gewählten Diagramm die einzelnen Messpunkte nicht mehr sieht. Hier sind die Rohdaten der Messreihe: https://github.com/100prznt/Temperature ... _18-29.csv


Grüße Elias
Verbessere mich, der letzte Mathematikunterricht ist bei mir schon etwas länger her, aber zeichnet sich der Verlauf einer logarithmischen Funktion nicht dadurch aus, dass sie gegen eine Bestimmte Zahl konvergiert, dh. dass die Steigung der Kurve im Gegensatz zur Exponentialfunktion abnimmt, so wie es bei DUT und der Referenz zu sehen ist?

Bezüglich der Samplerate ist mir schon klar, dass die Frequenz nicht variiert, ich habe mich einfach gefragt, ob der Wert nach jeder Einzelmessung genauer wird.
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Re: Genauigkeit Temperatursensor DS 18b20

#23

Beitrag von maker7 » Dienstag 2. Februar 2021, 11:30

Spittyman hat geschrieben:
Dienstag 2. Februar 2021, 09:53
Verbessere mich, der letzte Mathematikunterricht ist bei mir schon etwas länger her, aber zeichnet sich der Verlauf einer logarithmischen Funktion nicht dadurch aus, dass sie gegen eine Bestimmte Zahl konvergiert, dh. dass die Steigung der Kurve im Gegensatz zur Exponentialfunktion abnimmt, so wie es bei DUT und der Referenz zu sehen ist?
Mit der e-Funktion meine ich in diesem Zusammenhang eine spezielle Exponentialfunktion, nämlich diese welche e (Eulerische Zahl) als Basis hat (Umkehrfunktion zum natürlichem Logarithmus). Das ist bei Erwärmungs- und Abkühlungskurven von Interesse, weil sich somit leicht eine Aussage über die Zeitkonstante [Tau] des Prozesses treffen lässt.

Die Erwärmungskurve lässt sich dann durch folgenden Zusammenhang beschreiben:
Formel_Erwärmungskurve.PNG
Formel_Erwärmungskurve.PNG (3.84 KiB) 304 mal betrachtet
[Delta] T ist hierbei die Temperaturdifferenz zwischen Anfangs und Endwert, gegen diesen konvergiert die Funktion auch (im allgemeinen sagt man nach 5 [Tau] ist der Endwert erreicht.

Spittyman hat geschrieben:
Dienstag 2. Februar 2021, 09:53
Bezüglich der Samplerate ist mir schon klar, dass die Frequenz nicht variiert, ich habe mich einfach gefragt, ob der Wert nach jeder Einzelmessung genauer wird.
Die Messwerte werden alle einzeln betrachtet, sind also Rohdaten. Das was du beschreibst würde einen Filter mit Verzögerung voraussetzen, ist bei den geringen Rauschen in meinen Augen aber hier nicht erforderlich.
"Genauer" wird der Messwert nach jeder Messung, zumindest solange sich der Sensor selber noch in der Erwärmung befindet. Mein Programm bewertet hierzu den Temperaturgradienten und nimmt die für die Kalibrierkennlinie erforderlichen Stützpunkte erst auf, wenn der Gradient entsprechend klein ist. Danach wird die nächste Temperatur vorgegeben.


Grüße Elias

PS
Per Definition ist nur der Wertebereich der Exponentialfunktion bei 0 begrenzt. ln(x) hat einen unendlichen Wertebereich und ist damit divergent.

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Re: Genauigkeit Temperatursensor DS 18b20

#24

Beitrag von Spittyman » Dienstag 2. Februar 2021, 11:35

Ok, danke für deine Erklärung! :thumbsup
Ich denke, ich habe das Wesentliche verstanden :-)
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