Vergleich von Temperatursensoren für den Arduino & Raspberry PI

Aufnahme im Klimaschrank (WEIS SB22 160)
Aufnahme im Klimaschrank (WEIS SB22 160)

Für den Arduino & dem Raspberry PI gibt es diverse Temperatursensoren auf dem Markt. In diesem Beitrag möchte ich nun einpaar dieser Temperatursensoren gegenüberstellen und mit einem genauen Referenzwert prüfen.

Temperatursensoren für dieses Projekt
Temperatursensoren für dieses Projekt

Ziel

Das Ziel soll es sein die Genauigkeit der Sensoren zu ermitteln dazu nutze ich einen Referenzwert welcher in einem Klimaschrank mit dem geeichten Temperaturmessgerät TESTO 650 aufgenommen wurde.

Aufnahme im Klimaschrank (WEIS SB22 160)
Aufnahme im Klimaschrank (WEIS SB22 160)

 

Aufstellung Laptop und Messgerät TESTO 650
Aufstellung Laptop und Messgerät TESTO 650

Ermittlung des Referenzwertes

Um zu erkennen welcher Sensor wirklich genau ist benötigt man einen Referenzwert.
Der Referenzwert wird mit dem Gerät TESTO 650 ermittelt, dieser Temperatursensor ist geeicht und hat eine Abweichung von ca. ±0,1°C.

Messgerät TESTO 650
Messgerät TESTO 650

Der Klimaschrank von der Firma WEISS verfügt über einen eigenen Temperatursensor und einer Steuerung mit welcher ein SOLL Wert eingestellt werden kann.

Hier findest du die  Bedienungsanleitung zum Klimaschrank SB 22 160 50 von der Firma Weiss Umwelttechnik GmbH.

 

Einstellungen des Klimaschrankes Weiss SB22 160 40
Einstellungen des Klimaschrankes Weiss SB22 160 40

Ermittlung der Messwerte

Die Messwerte werden mit der Software „CoolTerm“ aufgezeichnet dabei gibt es alle 2,5 Sekunden einen neuen Messwert.

Weniger als 2 Sekunden ist in diesem Aufbau nicht möglich da der vorhandene DHT11 Sensor „nur“ alle 2 Sekunden einen neuen Messwert liefert.

Anwendung CoolTerm von Roger Meier's
Anwendung CoolTerm von Roger Meier’s

Die Anwendung „CoolTerm“ ist kostenfrei unter http://freeware.the-meiers.org/ erhältlich.

Welche Temperatursensoren?

Folgende Temperatursensoren verwende ich in diesem Experiment:

Sensor Temperaturmessbereich Toleranz
LM35DZ 0°C +100°C ±0,4°C
DS18B20 -55°C +125°C ±0,5°C
LM393 +20°C +80°C -keine Angabe-
DHT11 0°C +60°C ±2°C
DHT22 -40°C +80°C ±0,5°C
BME280 -40°C +85°C -keine Angabe-
SHT21 -40°C +125°C ±0,3°C

Der Temperatursensor SHT21 wurde mir von einem Arbeitskollegen bereitgestellt.
Vielen Dank an  Florian W.

Die Sensoren habe ich jeweils in einzelnen Tutorials behandelt daher möchte ich hier „nur“ auf die Genauigkeit eingehen.

Aufbau der Schaltung

Anschluss der Temperatursensoren am MakerUNO
Anschluss der Temperatursensoren am MakerUNO

Da ich leider keine passenden Schaltplanelemente für die Sensoren SHT21, BME280 sowie dem LM393 hatte, habe ich hier die Bilder eingefügt.

Für den Aufbau der Schaltung werden folgende Bauelemente benötigt:

Bezeichnung
400 Pin Breadboard
Breadboardkabel, männlich – männlich
Arduino UNO (oder vergleichbarer Microcontroller)
4,7 kOhm Widerstand
Sensor – DHT11
Sensor – DHT22
Sensor – LM393
Sensor – DS18B20
Sensor – LM35DZ

Quellcode

Den Quellcode habe ich in mehrere Dateien aufgeteilt. Dieses hat den deutlichen Vorteil das jede Logik für den Sensor getrennt ist.

Hauptklasse

LM35DZ

DS18B20

LM393

DHT11

DHT22

BME280

SHT21

Download

Der gesamte Quellcode kann über nachfolgenden Link heruntergeladen werden.

 

Messwerte

Die ermittelten Messwerte (Rohdaten) werden Semikolon separiert in eine Datei geschrieben.
Wobei die erste Zeile die Spaltenüberschrift mit der Bezeichnung des Sensors enthält.

 

Diese Daten können dann mit Microsoft Excel, Tabellarisch sowie nach einer Aufbereitung Grafisch dargestellt werden.

Die Temperaturwerte werden mit einem Punkt getrennt, für eine Verarbeitung mit Microsoft Excel müssen diese geändert werden, so das die Werte mit einem Komma getrennt werden.

Auswertung

Fehlerbalkendiagramm der Standardabweichung
Fehlerbalkendiagramm der Standardabweichung

Aus diesem Diagramm ist gut zuerkennen das der analoge Sensor LM35DZ sehr ungenau ist und der etwa Baugleiche Sensor DS18B20 und der Temperatursensor LM393 dagegen sehr genau sind. Preislich liegen diese  Sensoren etwa im gleichen Preissegment. Der Vorteil des LM393 Sensors ist zusätzlich das an diesem ein Schwellwert eingestellt werden kann über welchen ein digitaler PIN auf High gesetzt werden kann.

Der DHT22 hat die drittstärkste Genauigkeit und kann neben der Temperatur zusätzlich noch die Luftfeuchtigkeit messen. Jedoch war das Messen der Luftfeuchtigkeit nicht Bestandteil dieses Experimentes.

 

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