Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Temperatur Messen mit SPS PT100 NTC PTC?


von Michael (Gast)


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Guten Tag
ich habe vor mit einer SPS verschiedene Temperaturen zu messen. Die SPS 
wird wahrscheinlich eine Modicon M221. Jetzt überlege ich mir gerade 
welche Methode dazu am besten geeignet wäre. Gedacht hätte ich an PT100 
nicht nur wegen der hohen zu erreichenden Genaugkeit, sondern auch weil 
ich zum Teil eventuell einige spezielle Bauformen benötige. Bei PT100 
gibt es ja alles mögliche.

Es ist eine Genauigkeit von ca. +-0.5K angestrebt. Wenn es jetzt +-1K 
wären, wäre es auch nicht tragisch +-0.5K wäre aber schon angebracht. 
Die Auflösung sollte dementsprechend etwas höher bei 0.1°C liegen. Der 
Messbereich liegt zwischen 0-100°C, schöne wäre auch wenn die Schaltung 
bis -20°C runter geht, die negative Temperatur brauche ich später noch 
für ein anderes Experiment. Also im Prinzip einmal von -30 bis 80°C und 
einmal von 0° bis 100°C wären schon. Von mir aus umschaltbar oder auch 2 
verschieden dimensionierte Schaltungen. Langzeitstäbilität ist nicht so 
wichtig, solange dies mit ab und an mal kalibrieren einigermaßen 
ausgleichbar ist. Falls PT100 hätte ich nichts gegen 4 Leiter. Die 
Kabellänge kann bis max. 5m sein, also sollte der Widerstand des Kabels 
schon kompensiert werden.

Jetzt meine Fragen.
1. Jetzt ist die Frage erreiche ich mit einem NTC/PTC eine Genauigkeit 
von +-0.5K, dann würde ich wahrscheinlich aufgrund dem sehr leichten 
Schaltungsaufwand diese Sensoren benutzen.
2. Gibt es günstige Messumformer? Selbst 60€ pro Umformer wären bei 
meinen 10 Sensoren immer noch 600€. Multiplex geht nicht da die Sensoren 
weit voneinander entfernt sind.  Eine Frage nebenbei wieso sind diese 
Messumformer den so teuer? Mir ist bewusst das dort einiges an Wissen 
drin steckt, andererseits werden diese Dinger genau einmal entwickelt 
und sind im Prinzip Selbstläufer über mehrere Jahrzente. Sind die 
Bauteile so teuer. Das Design so kompliziert? Einfach nur mal aus 
Interesse gefragt.
3. Wie lese ich mit der SPS am besten die Sensoren ein. Ist es sinnvoll 
eine Schaltung mit µC und einem DAC zu entwickeln. Der µC kümmert sich 
um den Sensor liest die Temperatur ein linearisiert diese und sendet 
dann die Daten über in DAC von 0-10V oder über eine Stromschleife 4-20mA 
an das SPS.
4. Mein Lösungsansatz wäre eine Schaltung mit der AN1154 von Microchip 
aufzubauen diese über einen µC verarbeiten zu linearisiern usw. und dann 
über einen DAC oder über eine Stromschnittstelle von 4-20mA 
rauszuschicken. Eventuell habe ich mir auch überlegt die Daten über 
einen Modbus rauszusenden, am liebsten sogar beides :), dann bin ich 
flexibel. Denkt ihr das würde so passen.

Gruß Michael

von Newbie (Gast)


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Hallo Michael,


mit einem PT100/1000 liegst du per se nicht so verkehrt. Die haben durch 
die Normung den Vorteil, dass du die Genauigkeit auch ohne Kalibration 
erreichen kannst.

Allerdings gehört zur Messkette auch noch ein Verstärker und oder 
DA/Wandler, Stromquelle, Referenzwiderstand etc. Da kommen natürlich 
auch noch Fehlerquellen hinzu die du beachten musst.

Wenn du es besonders einfach haben möchtest, könntest du einen digitalen 
Temperatursensor einsetzen. Deren garantierte Genauigkeit umfasst dann 
die gesamte Messkette und du bist fein Raus. Die müssen dann ggf. von 
dir in einen Fühler montiert werden. Jenachdem was du tun möchtest.

TMP117 high-accuracy temperature sensor  wäre zum Beispiel so ein 
Kandidat. Es gibt aber noch viele mehr.

PTC/NTC ist insofern nicht so einfach wenn man einen großen 
Temperaturbereich abdecken möchte und weil sie ohne Kalibrierung in der 
Regel nicht zu gebrauchen sind.

von Harald W. (wilhelms)


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Newbie schrieb:

> Wenn du es besonders einfach haben möchtest, könntest du einen digitalen
> Temperatursensor einsetzen.

Können die denn direkt von der SPS ausgelesen werden? Wenn man
sowieso Zwischenmodule braucht, bleibt es sich wohl ziemlich
egal, welchen Sensortyp man nutzt.

von Newbie (Gast)


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Harald W. schrieb:
> Können die denn direkt von der SPS ausgelesen werden? Wenn man
> sowieso Zwischenmodule braucht, bleibt es sich wohl ziemlich
> egal, welchen Sensortyp man nutzt.

Das kommt auf die SPS an. Es ist in der Regel I2C oder SPI. Das kann man 
schon machen, kann aber nicht jeder Feld-Wald-Wiesen SPS'ler.

Für direkten SPS Anschluss kannst du einen Wandler für die PTs kaufen.

https://www.phoenixcontact.com/online/portal/de?uri=pxc-oc-itemdetail:pid=2864273&library=dede&tab=1

Sowas zum Beispiel. ALlerdings musst du bedenken, da kommt immer nochmal 
zusätzlich ein Fehlerbeitrag dazu. Den musst du berücksichtigen. Wenn du 
einen mit Analogem Ausgang hast sieht das ganze so aus:

Fühler (mindesetens Klasse A) -> Messwandler -> AD/Wandler in der SPS.

alternativ

Fühler (mindesetns Klasse A) -> Messwandlder -> digitale Schnittstelle 
-> SPS

das hätte eine Fehlerquelle weniger

oder eben

Digitaler Temperatursensor -> SPI/I2C -> SPS ...da hast du dann wirklich 
nur das was der Hersteller dir laut DB verspricht.

Grüße

von Manuel X. (vophatec)


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Michael schrieb:
> Die SPS wird wahrscheinlich eine Modicon M221. Jetzt überlege ich mir
> gerade welche Methode dazu am besten geeignet wäre.

Wenn man schon die Baugruppe festlegt sollte man doch einfach mal gucken 
was die so alles kann.

Wie jede 'gescheite' SPS hat auch Schneider seiner SPS Linie analoge 
Eingänge spendiert die sich parametrisieren lassen.

Man nimmt einfach das TMC2TI2 dazu und hat schon eine Temperatursensor 
'Schnittstelle' für Thernoelemente und RTD.

Alles andere ist nur gebastelt, was es a) nicht genauer macht und b) 
unnötig ist.

von Michael (Gast)


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Digitale Sensoren mit +- 0.5°C wären nett. Sind die digitalen Sensoren 
den für Wassermessung geeignet? Hat mir da einer Tipps wie ich diese 
Sensoren in ein Gehäuse wasserdicht vergieße und wie ist die 
Ansprechzeit wie schnell reagiert der Sensor in so einem vergossenen 
Gehäuse dann noch?

Mir sagen die Bauformen von PT100 oder NTC/PTC schon sehr zu. Solche 
Formen selber hinzubekommen sind denke ich eher schwierig.
Ist da ein PT100 besser bei der Ansprechzeit. Ich wäre bereit ein 
Messumformer zu bezahlen wie der genannte TMC2TI2 um dann ziemlich 
präzise zu messen und ein genauen "Vergleichswert" sage ich mal zu 
haben.

Ich bräuchte aber 10 Stück an 10 verschiedenen Orten. Deshalb ist es mir 
ein wenig zu teuer 10x einen Meßumwandler zu bezahlen. Ich würde die 
digitalen Sensoren dann über ein µC an den Modbus anschließen.

Eine PT100 Auswerteschaltung wie ich diese gerne hätte :) selber zu 
entwickeln ist denke ich mal nicht ganz trivial und meine Erfahrungen in 
analoger Elektronik sind eher mittelmäßig, ein PT100 zu messen der per 
0.1°K ein paar µV unterscheidet.

von Michael (Gast)


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Eine Sache muss ich nochmals hinzufügen. Die Sache wieso ich doch echt 
gerne PT100 verwenden würde, sind die Bauformen. Sowas bekommt man nur 
schwer gescheit hin mit digitalen Sensoren.

https://cdn03.plentymarkets.com/yth9r4g6mgq5/item/images/96896/full/Oberflaechenfuehler-19-0-0-0-0.jpg

von MaWin (Gast)


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Michael schrieb:
> Der Messbereich liegt zwischen 0-100°C, schöne wäre auch wenn die
> Schaltung bis -20°C runter geht, die negative Temperatur brauche ich
> später noch für ein anderes Experiment

100 GradC auf 0.5 genau und 0.1 auflösend ist nicht mehr billig.

Als digitaler Sensor schafft das wohl nur der TSYS01, den gibt es nur in 
1 Bauform.

Bei Pt100 braucht man zumindest Klasse A, besser 1/3B, und einen 
anständigen Messumformer auf 0-10V, keine Pollin Kinderschaltung. Eine 
Direktauswertung mit der SPS ohne Messumformer kannst du vergessen.

von Pandur S. (jetztnicht)


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Wahrscheinlich gibt es bein SMS Hersteller auch eine Seite zu  plug & 
play kompatiblen Sensoren. Ich wuerd so einen Sensor empfehlen.

: Bearbeitet durch User
von Peter M. (r2d3)


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Michael schrieb:
> Digitale Sensoren mit +- 0.5°C wären nett. Sind die digitalen Sensoren
> den für Wassermessung geeignet? Hat mir da einer Tipps wie ich diese
> Sensoren in ein Gehäuse wasserdicht vergieße und wie ist die
> Ansprechzeit wie schnell reagiert der Sensor in so einem vergossenen
> Gehäuse dann noch?

Michael schrieb:
> 
https://cdn03.plentymarkets.com/yth9r4g6mgq5/item/images/96896/full/Oberflaechenfuehler-19-0-0-0-0.jpg

Erst sprichst Du von "Wassermessungen" dann präsentierst Du einen 
Oberflächenfühler. Du solltest Dich vielleicht für eine Messart 
entscheiden.

Dann sprichst Du von Bauformen, die es bei PT1000 nicht gäbe (welche 
eigentlich?), dann aber willst Du selber Sensorelemente vergießen.
Was möchtest Du denn nun wirklich?

Du musst keine Sensoren vergießen, Du kannst die auch einsatzfertig 
kaufen.
Wenn Du gewerblich einkaufen kannst, kannst Du bei Variohm ab 10 Stück 
loslegen, so die Auskunft mir gegenüber.

Warum die Mühe einer Vierleitermessung auf sich nehmen, wenn man mit 
PT1000 den Leitungseinfluss um den Faktor 10 drücken kann?

Die Ansprechzeit ist massen- und wärmeleitabhängig. Bei einem 
Fertigprodukt solltest Du diese Information erhalten können, wenn Du 
selber Sensorelemente vergießt, musst Du wohl probieren.

von Michael (Gast)


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Eigentlich sagte ich, dass ich PT100 vorziehe weil es eben so viele 
verschiedene Bauformen gibt. Bei digitalen Bauteilen hat man meist 
irgendein Plastikgehäuse welches man irgendwie in die geeignete Bauform 
bekommen muss.

Der Oberflächenfühler war nur ein Beispiel. Bei PT100 gibt es ja noch so 
viele Bauformen wie Einstech, Einschraub, das alles findet man bei der 
digitalen Variante nicht oder nur wenig. Da muss man sich dann selber 
drum kümmern. Zudem muss ich sagen bin ich mir noch nicht ganz sicher 
welche Bauform sich am besten eignet. Jedoch denke ich eine 
Einschraubvariante ist ganz nett.

Den PT1000 schaue ich mir mal genauer an, der sollte für meine Zwecke 
auch ausreichen.

Was Temperaturmessungen angeht bin ich nicht so bewandert, dass +-0.5K 
nicht mehr günstig ist, war mir ehrlich gesagt nicht bewusst.

2 diskrete Fragen dazu noch
1. Gibt es irgendwelche Auswerteschaltungen die man sich "basteln" kann 
oder ist solch eine Aufgabe nichts mehr was man einfach so aus dem Ärmel 
schüttelt. Die AN1154 von Microchip verspricht ja eine sehr hohe 
Genaugkeit, ob das so einfach ist weiss ich jedoch nicht genau.

2. Eine Alternative fällt mir da noch ein. Ich habe von Atlas Scientific 
PT100 OEM Circuits gefunden, dort noch ein Modbus dran und ich hätte was 
ich brauche. Der Preis ist auch ok. 
https://www.atlas-scientific.com/product_pages/oem/oem_rtd.html. Hat 
einer Erfahrung mit den Modulen? Jedoch wenn man eine "eigene" Schaltung 
aufbauen könnte wäre der Lerneffekt höher und ich hätte ein Design 
welches ich oft replizieren könnte :).

von MaWin (Gast)


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Michael schrieb:
> 1. Gibt es irgendwelche Auswerteschaltungen die man sich "basteln" kann

Basteln kann man viel.

Eine Umsetzung von Pt100(0) in 0-10V die auf 0.5 GradC genau ist sollte 
schon mit 0.1% Widerständen und <75uV OpAmps aufgebaut werden. Wenn man 
Llasse A statt Klasse 1/3B einsetzen will sogar noch präziser weil man 
weniger Rest hat.

4-Draht-Messung erfordert mehr Aufwand als einen einzelnen OpAmp.

http://www.dse-faq.elektronik-kompendium.de/dse-faq.htm#F.32

von Lothar (Gast)


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Es gibt Modbus PT100 Klemmen

von Harald W. (wilhelms)


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Michael schrieb:

> Was Temperaturmessungen angeht bin ich nicht so bewandert, dass +-0.5K
> nicht mehr günstig ist, war mir ehrlich gesagt nicht bewusst.

Nun, für eine Genauigkeit von +-0,5K muss die Auswerteschaltung
eine Genauigkeit von +-2Promille haben, wenn der Fühler eine Ab-
weichung 0 hat. Da ja auch die Fühler Meßfehler haben, muss die
Genauigkeit der Auswerteschaltung noch um einiges besser sein.
Solche Genauigkeiten sind nur mit höherem Aufwand erreichbar.

von Weg mit dem Troll ! (Gast)


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Redet de Armen nicht immer ein, dass man 0.5 Grad Genauigkeit brauche... 
wozu ?
Aufdie andere Seite kommt der Poster mit unspezifischen Traeumen.. glaub 
mit, ob die 150 Grad nun 3 Grad daneben sind ist meist egal.

von Michael (Gast)


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Weg mit dem Troll ! schrieb:
> Redet de Armen nicht immer ein, dass man 0.5 Grad Genauigkeit
> brauche...
> wozu ?
> Aufdie andere Seite kommt der Poster mit unspezifischen Traeumen.. glaub
> mit, ob die 150 Grad nun 3 Grad daneben sind ist meist egal.

Erstmal Danke für eure Antworten.

Es kommt auf immer auf die Anwendung an. Bei hohen Temperaturen ist es 
tatsächlich oft nicht so wichtig. Ob man in einer Stahlschmelzanlage 
jetzt 10°C mehr oder weniger hat ist relativ egal und lässt sich kaum 
steuern.

Bei Biologischen oder chemischen Experimenten oder bei 
Wetterbeobachtungen sind +-0.5K bis +-1K oder besser schon wichtig. Mein 
Ziel ist es eine einigermaßen universelle Schaltung oder Auswertung im 
Bereich von den oben gennanten -50K bis 50K und 0 bis 100K zu haben. 
Grundsätzliche habe ich mit den Sensoren verschiedene Experimente vor, 
weshalb es für mich schon lohnt eine einigermaßen gute "universelle" 
Auswertung zu haben. Wenn man den menschlichen Körper als Beispiel 
nimmt. Bei 18°C friert man doch schon ein bisschen, bei 20°C fühlt man 
sich schon deutlich wohler.

Ein Projekt ist zum Beispiel die Wassertemperatur eines Weihers zu 
messen um die Temperatur über das ganze Jahr aufzuzeichnen und zu 
vergleichen. Hier kann der Temperaturbereich durchaus etwas weniger sein 
als oben genannt. Ich hätte aber eine einigermaßen universelle Schaltung 
für zukünftige Experimente. Der Bereich -15K bis 40K ist mir dabei bei 
den meisten Anwendungen der wichtigste.

Am Ende vom Tag würde ich so eine Schaltung doch gerne auch mal selbst 
zusammenbasteln um etwas dazu zu lernen. Wenn meine selbstgebastelte 
Schaltung dann nicht so genau und toll ist, ist es auch nicht so 
schlimm. Ich dachte bisher, dass +-0.5K nicht so schwer zu erreichen 
sind, die 1000 verschiedene Beiträge aus dem guten INet verwirren da 
einen, der eine sagt easy der nächste sagt super schwer :). Ich werde 
einfach mal die 4 Leitertechnik von MaWins genanntem Link probieren und 
auch die AN1154 von Microchip sieht relativ gut aus, dazu nemme ich ein 
Präzisionsthermometer welches mir ein Kollege leihen kann und vergleiche 
mal wie hoch die Präzision meiner Schaltungen ist. Ich denke die Module 
von Atlas Scientific werde ich mir auch mal eines bestellen und schauen 
wie gut diese sind. Falls noch einer Tipps zu Schaltungen oder Modulen 
hat, welche meine Anforderungen entsprechen gerne her damit :).

von Temperaturfühler DS18B20 (Gast)


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von MaWin (Gast)


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Temperaturfühler DS18B20 schrieb im Beitrag #6090347:
> Der DS18B20 von Maxim würde sich eignen

Der eignet sich überhaupt nicht wenn man auf 0.5GradC genau sein will.

TSYS01 wurde genannt, hättest du dich auch weiterbilden können.

von Temperaturfühler DS18B20 (Gast)


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Ob sich der DS18B20 für seine Anwendung eignet oder nicht, wird dann ja 
Michael entscheiden.

Laut der zuletzt genannten Messgenauigkeit von +-0,5 ° mit leichten 
Abstrichen im oberen Messbereich sind die Anforderungen sehr leicht, 
sehr günstig und vor allem ohne große Bastlerei zu erreichen.
Vor allem wenn man noch 1-2 dieser Gateways verwendet.

Sorry MaWin, aber wenn du einen Alternativen Vorschlag nicht akzeptieren 
kannst, dann ist dir eh nicht zu helfen.

von Michael (Gast)


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Vielleicht nochmal zu dem Verständnis weshalb ich so viel Aufwand 
betreiben möchte. Ich bin Hobby Biologe und Chemiker und für sehr viele 
Experimente brauche ich eine relativ genaue Temperatur auch über längere 
Zeit. Für jedes dieser Experimente ein pt100 meßwandler für 200€ zu 
kaufen geht doch irgendwann ins Geld. Bei manch einem Experiment sind 
besondere Bauformen die es bei pt100 gibt ziemlich angenehm vor allem 
auch in Behältern in denen Druck herrscht bringt mir ein Digitalsensor 
ohne die geeignete bauform Recht wenig. Außerdem macht es mir auch Spaß 
etwas über analoge Elektronik zu lernen :). Ich habe ja oben beschrieben 
wie ich erstmal vorgehe.

von Harald W. (wilhelms)


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Michael schrieb:

> Für jedes dieser Experimente ein pt100 meßwandler für 200€ zu
> kaufen geht doch irgendwann ins Geld.

Nun, man kann ja an einen Wandler mehrere Pt100 über Multiplexer
anschliessen. Man sollte dann aber auch einen Vierdrahtanschluss
machen. Grundsätzlich gilt: PT100 sind deutlich genauer als ande-
re Wandler; das erkauft man sich aber auch durch einen deutlich
häheren Aufwand und damit Preis.

von Christian (Gast)


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Ich arbeite mit diesen Tabellen, wenn ich mit Temperatursensoren arbeite 
und das hat super funktioniert. AD Werte für PIC sind praktischerweise 
mit dabei. Ich nehme eigentlich immer einen µC für die Auswertung.

Für PT
http://afug-info.de/Download/tab/PT-X-100-500-1000/

Für NTC
http://afug-info.de/Download/tab/NTC/

von Peter M. (r2d3)


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Hallo Michael,

Michael schrieb:
> Vielleicht nochmal zu dem Verständnis weshalb ich so viel Aufwand
> betreiben möchte. Ich bin Hobby Biologe und Chemiker und für sehr viele
> Experimente brauche ich eine relativ genaue Temperatur auch über längere
> Zeit.

Ja, wenn man richtig guten Stoff produzieren will, muss man Druck und 
Temperatur genau kontrollieren, sonst entstehen ja Substanzen mit ganz 
anderen Eigenschaften. :)

In der Elektronik ist es immer schön, wenn man die Spezifikationen 
quantifizieren kann. Was ist denn "längere Zeit"?

> Für jedes dieser Experimente ein pt100 meßwandler für 200€ zu
> kaufen geht doch irgendwann ins Geld. Bei manch einem Experiment sind
> besondere Bauformen die es bei pt100 gibt ziemlich angenehm vor allem
> auch in Behältern in denen Druck herrscht bringt mir ein Digitalsensor

Die Bauformen gibt es technologieübergreifend:

https://www.variohm.de/sensoren/detail.php?sid=11&did=Temperaturfuehler,-NTC-Widerstand,-PT100,-PT1000

> ohne die geeignete bauform Recht wenig. Außerdem macht es mir auch Spaß
> etwas über analoge Elektronik zu lernen :). Ich habe ja oben beschrieben
> wie ich erstmal vorgehe.

Lies' mal Rudtsch, von Rohden:
"Calibration and self-validation of thermistors for high-precision
temperature measurements"

Harald W. schrieb:
> Grundsätzlich gilt: PT100 sind deutlich genauer als ande-
> re Wandler; das erkauft man sich aber auch durch einen deutlich
> häheren Aufwand und damit Preis.

Hochwertige langfriststabile NTCs werden im Bereich von 0 bis 70 Grad 
mit +-0,1 °C angeboten.

Michael schrieb:
> Für jedes dieser Experimente ein pt100 meßwandler für 200€ zu
> kaufen geht doch irgendwann ins Geld. Bei manch einem Experiment sind

Wozu überhaupt ein Messwandler?
Es reicht ein Multimeter mit Schnittstelle. Das muss noch nicht einmal 
ein Tischmultimeter sein. Bei NTCs und PT1000 brauchst Du bei Deinen 
Ansprüchen auch keine Vierleitermessung. Mit Hilfe eines bekannten 
Referenzwiderstands in 100 Ohm (PT100), 1000 Ohm (Pt1000) oder z.b. 
10kOhm (NTC mit 10kOhm bei 25° C) kannst Du den Skalierungsfaktor Deines 
Multimeters in Software, also z.B. R oder Excel herausrechnen. Wenn Du 
PT100 mit einem Handmultimeter in Zweileitertechnik messen willst, musst 
Du halt die Messleitungen einfach mal kurzschließen und dann mit der 
"rel"-Taste oder ähnlichem die Anzeige Deines Handmultimeters nullen, 
oder später den hier gemessenen Wert herausrechnen.
Die geloggten Widerstandswerte kannst Du dann in der Software Deiner 
Wahl auf Basis von Kennlinien in Temperaturwerte umrechnen.

Wenn Deine Experimente alle parallel ablaufen sollen, ist der 
Aufzeichnungsvorgang halt aufwendiger.

Beispiel: Messung von 100 Ohm am UT61E (hat serielle Schnittstelle)

Messleitung kurzgeschlossen 0,04 Ohm
Anzeige 99,96 Ohm (echter bekannter Wert 99,9987 Ohm)
=> Offset-Korrektur 0,04 Ohm
=> 99,92 Ohm offsetbereinigter Messwert
=> Skalierungsfaktor: 99,9987 Ohm / 99,92 Ohm = 1,00078763010408

Du musst also nur nach initialer Kalibrierung (s.o.) in Deiner 
Auswertesoftware 0,04 Ohm abziehen und mit 1,000788 multiplizieren.
Das sind Deine Kalibrierparameter.

Bei mehreren Experimenten gleichzeitig wird es etwas aufwendiger.

Michael schrieb:
> Der Bereich -15K bis 40K ist mir dabei bei
> den meisten Anwendungen der wichtigste.

Die Kelvin-Skala ("K") beginnt bei 0.
Es gibt keine Temperatur darunter.
0°C entsprechen 273,15 Kelvin.
Du meinst wohl -15°C bis 40°C.

: Bearbeitet durch User
von hodoe (Gast)


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Michael schrieb:
> ich habe vor mit einer SPS verschiedene Temperaturen zu messen.

In welchem Medium soll denn überhaupt gemessen werden?

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