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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Konstanstromquelle mit 0,1mA für PT1000


Autor: Jakob K. (jaykob)
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Hallo zusammen,

da ich langsam am verzweifelen bin brüchte ich mal eure Hilfe.

Ich muss über einen PT1000 eine Temperatur messen.
Habe hierfür auch schon diverse Schaltungen ausprobiert.

z. B. eine Messbrücke mir anschließender Verstärkung.
Hat auch wunderbar im Messbereich > -20°C funktioniert.
(Auflösung (ca. 25mV/K) und Linearität waren vollkommen ausreichend)

Nur unter einer Temperatur von -20°C ändert sich der AD-Wert( also die 
Sapnnung) kaum noch (ca. 1mV/K), was für einen 10Bit ADC natürlich zu 
wenig ist um eine Auflösung von 0,5K hinzubekommen.

Das Problem liegt vermutlich an der Eigenerwärmung, welche bei tieferen 
Temperaturen natürlich stärker zum Tragen kommt.


So nun aber zu meiner Frage:

Wie kann ich am besten eine Konstantstromquelle mit 0,1mA erzeugen?

Habe dazu auch schon diverse Schaltungen aus dem Tietze/Schenk 
Halbleiter-Schaltungstechnik ausprobiert, aber entweder war der Strom 
nicht konstant oder er war ein zu großer Temperaturdrift vorhanden.

Autor: Ideengeber (Gast)
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google mal REF200 der hat +-20ppm pro Grad

Autor: Jakob K. (jaykob)
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Des hört sich schon mal sehr interresant an

Weiß jemand wo man den kaufen kann, hab den leider weder bei reichelt 
noch bei conrad gefunden.

Autor: Harald Wilhelms (Gast)
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Jakob K. schrieb:

> Ich muss über einen PT1000 eine Temperatur messen.

> (Auflösung (ca. 25mV/K) und Linearität waren vollkommen ausreichend)

Wieso Linearität? PT-Fühler sind nicht linear.

> Nur unter einer Temperatur von -20°C ändert sich der AD-Wert( also die
> Sapnnung) kaum noch (ca. 1mV/K), was für einen 10Bit ADC natürlich zu
> wenig ist um eine Auflösung von 0,5K hinzubekommen.
>
> Das Problem liegt vermutlich an der Eigenerwärmung, welche bei tieferen
> Temperaturen natürlich stärker zum Tragen kommt.

Deshalb arbeitet man typisch auch mit getakteten Stromquellen.

> Wie kann ich am besten eine Konstantstromquelle mit 0,1mA erzeugen?

Das geht problemlos mit den typischen Standardschaltungen, wenn Du
abwechselnd Deinen Fühler und einen Referenzwiderstand misst. Eine
Langzeitdrift macht sich dann nicht mehr bemerkbar.
Gruss
Harald

Autor: Mathias H. (mathias_h)
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zu ref200 -> Du kannst ihn dir bei TI erstmal als Sample bestellen 
anonsten RS-Online oder Farnell dürften den haben

Autor: Jakob K. (jaykob)
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@ Harald Wilhelm:
Also für mich ist die Temperaturkennlinie schon annähernd linear
(siehe Anhang)


Was wär den z. B. eine Standardschaltung, wie gesagt hab schon einige 
Schaltungen aus dem Tietze/Schenk nachgebaut.

Und wie meinst du wenn man abwechselnd mit Refenzwiderstand messe, 
dieser hat doch immer den selben Wert. Daraus habe ich doch dann nichts 
gewonnen.

Autor: Branko Golubovic (branko)
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>z. B. eine Messbrücke mir anschließender Verstärkung.
>Hat auch wunderbar im Messbereich > -20°C funktioniert.

Was für eine Messbrücke? Schaltung?

Das mit Kontantstormquelle ist Märchen, dass funkrioniert nur wenn 
Temperaturbereich <20°C ist.
Bei größeren Temperaturbereich, sogar mit Konstantstrom, bekommst du 
Nichtlineare Temperatur-> Spannung Kennlinie.
Also muss man Linearisieren, entweder mittels Umkehrfunktion, oder 
mittels
eine Tabelle mit genügend Stützpunkten.

Das mit Konstantstromquelle ist Märchen, das funktioniert nur wenn 
Temperaturbereich <20°C ist.
Bei größerem Temperaturbereich, sogar mit Konstantstrom, bekommst du 
Nichtlineare Temperatur-> Spannung Kennlinie.
Also muss man Linearisieren, entweder mittels Umkehrfunktion, oder 
mittels
eine Tabelle mit genügend Stützpunkten.

Deswegen ist sinnvoll statt Konstantstromquelle, einen Präzisions- 
Widerstand
zu verwenden, und eine "Über-Alles" Linearisierung durchführen, z.B. 
mittels eine Exzell-Tabelle wo du Temperatur -> Widerstand -> Spannung 
-> ADC-Wert Abhängigkeit berechnest, dann ein Diagramm einfügst wo 
ADC-Wert
X-Achse, und Temperatur Y-Achse ist, und zu erzeigte Kennlinie auch
seine  Trendlinie einfügst( Trendlinie-Formel unbedingt anzeigen 
lassen).
Letztendlich verwende diese Formel in deinem Programm zu ADC-Wert -> 
Temperaturberechnung.

Vorteile liegen auf dem Hand: Statt Konstantstromquelle braucht du nur
WIDERSTAND, mit 0,1% Toleranz kostet auch nicht viel, und was noch 
wichtiger ist, Temperaturdrift ist  weniger ppm, was mit Stromquelle 
kaum
zu schaffen ist.

Autor: Mathias H. (mathias_h)
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Doch, damit kannst du dir dann nämlich den exaten Wert für I ausrechnen 
und damit dann dein gesuchtes R im Vergleich

Autor: Harald Wilhelms (Gast)
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Jakob K. schrieb:

> @ Harald Wilhelm:
> Also für mich ist die Temperaturkennlinie schon annähernd linear
> (siehe Anhang)

Dann informier Dich mal ein bisschen genauer über PT-Fühler.
Besonders im negativen Temperaturbereich brauchst Du nicht nur
ein Glied zweiten, sonderrn zusätzlich noch ein Glied dritten
Grades zur Korrektur.

> Was wär den z. B. eine Standardschaltung, wie gesagt hab schon einige
> Schaltungen aus dem Tietze/Schenk nachgebaut.

Wenn Du eine beliebige OPV-Stromquelle nimmst, ist die Kurzzeitdrift
ausreichend gering, um bis in den Millikelvinbereich hinein genau
zu messen. BTDT

> Und wie meinst du wenn man abwechselnd mit Refenzwiderstand messe,
> dieser hat doch immer den selben Wert. Daraus habe ich doch dann nichts
> gewonnen.

Dooch! Die Langzeitdrift fällt raus.
Gruss
Harald

Autor: Jakob K. (jaykob)
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> Was für eine Messbrücke? Schaltung?

Ist eine Wheatstone Brücke mit Widerständen, wobei der R4 halt der 
PT1000 ist.
Und anschließend hab ich die Brückenspannung einfach über einen 
Differenzverstärker verstärkt.

Ich kann morgen auch gern meinen Schaltplan hochladen.

> Deswegen ist sinnvoll statt Konstantstromquelle, einen Präzisions-
> Widerstand
> zu verwenden, und eine "Über-Alles" Linearisierung durchführen, z.B.
> mittels eine Exzell-Tabelle wo du Temperatur -> Widerstand -> Spannung
> -> ADC-Wert Abhängigkeit berechnest, dann ein Diagramm einfügst wo
> ADC-Wert
> X-Achse, und Temperatur Y-Achse ist, und zu erzeigte Kennlinie auch
> seine  Trendlinie einfügst( Trendlinie-Formel unbedingt anzeigen
> lassen).
> Letztendlich verwende diese Formel in deinem Programm zu ADC-Wert ->
> Temperaturberechnung.

Habe auch eine Exel-Tabelle mit Temperatur- und ADC-Werten erstellt.
Lade diese Morgen auch mal hoch.

Passt auch soweit, halt nur bis ca -20°C
Danach habe ich eine zu geringe Spannungsänderung und ich kann die 
Temperatur nicht mehr auf 0,5°C genau bestimmen

> Vorteile liegen auf dem Hand: Statt Konstantstromquelle braucht du nur
> WIDERSTAND, mit 0,1% Toleranz kostet auch nicht viel, und was noch
> wichtiger ist, Temperaturdrift ist  weniger ppm, was mit Stromquelle
> kaum
> zu schaffen ist.

Was willst du dann mit dem Widerstand machen?

Meinst du dann einfach einen Spannungsteiler aus dem Widerstand und dem 
Sensor mit anschließender Verstärkung?

Autor: Branko Golubovic (branko)
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>Meinst du dann einfach einen Spannungsteiler aus dem Widerstand und dem
>Sensor mit anschließender Verstärkung?

Ja

>Passt auch soweit, halt nur bis ca -20°C
>Danach habe ich eine zu geringe Spannungsänderung und ich kann die
>Temperatur nicht mehr auf 0,5°C genau bestimmen

Dann, statt Formel eine Umrechnungstabelle nützen, und zwischen 
Stützpunkten interpolieren.

>Danach habe ich eine zu geringe Spannungsänderung

ich würde sagen dass dein OPA nicht ein Rail to Rail typ ist.
Also wo ist der Schaltung?

Autor: Jakob K. (jaykob)
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> Dann, statt Formel eine Umrechnungstabelle nützen, und zwischen
> Stützpunkten interpolieren.

Hab ich auch gemacht, nur unter -20°C hab ich eine zu geringe 
Spannungsänderung.

Wie gesagt ich lade morgen mal die Tabelle hoch, kanns heute leider net 
machen da ich heute nicht heim komme und die tabelle auf meinem rechner 
gespeichert hab.

> ich würde sagen dass dein OPA nicht ein Rail to Rail typ ist.

Laut Datenblatt schafft er bis Vcc

> Also wo ist der Schaltung?

Ist im Anhang, die Werte muss ich aber auch morgen nachliefern.
Der OPV ist ein TL071.

Autor: Toni M. (mindsmith)
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Autor: Jakob K. (jaykob)
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Toni M. schrieb:
> wie wär es damit?
> 
http://www.pollin.de/shop/dt/NTU4OTgxOTk-/Bausaetz...


Wär auch möglich, nur leider muss ich die komplette Schaltung auf eine 
Platine bringen

Autor: Branko Golubovic (branko)
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>Der OPV ist ein TL071.
Schlecht, Offset 3mV(Typ), 10mV(Max).
Input Common Mode Voltage Range(bei +-15V Versorgung): +15V, -12V.
Also, ohne negative Versorgungsspannung wird alles was unter +3V am
Eingang liegt nicht verstärkt.

Verwende besser ein "Zero-Offset" Typ, wie AD8551 oder LTC2050.
Diese gehen auch bis 0mV hinunter.

Autor: Toni M. (mindsmith)
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Wenn Du auf Download klickst ist die komplette Schaltung drin ;-)
Funktioniert auch gut

Autor: Harald Wilhelms (Gast)
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Toni M. schrieb:
> wie wär es damit?
> http://www.pollin.de/shop/dt/NTU4OTgxOTk-/Bausaetz...

Naja, die Schaltung ist auch nicht viel besser als die von Jakob.
Aber eine gute Umrechnugstabelle ist drin. :-)
Wenn man Aufheizung durch den Messstrom vermeiden will, kommt man um
eine Taktung des Messstroms nicht drumherum. Auch professionelle
Messgeräte sind so aufgebaut. PT-Fühler bieten zwar eine hohe
Präzision bei der Temp.-Messung; ein gewisser Aufwand im "Frontend"
muss aber allein schon wegen dem geringen Tk von 0,4% getrieben werden.
Gruss
Harald

Autor: Jakob K. (jaykob)
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>>Der OPV ist ein TL071.
>
> Schlecht, Offset 3mV(Typ), 10mV(Max).
> Input Common Mode Voltage Range(bei +-15V Versorgung): +15V, -12V.
> Also, ohne negative Versorgungsspannung wird alles was unter +3V am
> Eingang liegt nicht verstärkt.
>
> Verwende besser ein "Zero-Offset" Typ, wie AD8551 oder LTC2050.
> Diese gehen auch bis 0mV hinunter.

Vielen Dank für die hilfreiche Auskunft, werd morgen mal diese Sachen 
ausprobieren und mich dann wieder melden

Autor: Jakob K. (jaykob)
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So hab jetzt zum Testen mal negatives Vcc am OPV angelegt und oh Wunder 
der ADC-Wert geht bis auf 0 herunter.


Als Zusammenfassung kann man nun sagen dass eine Brückenschaltung mit 
anschließender Verstärkung für die Temperaturmessung ausreichend ist.
Es muss nur darauf geachtet werden dass der OPV ein Rail-to-Rail ist, 
sonst klappts nur bedingt.


Somit vielen Dank für die große Hilfe an euch alle!
Vorallem an branko ein großes Lob!

PS: Falls jemand die Schaltung nachbauen will kann man hier die Werte 
für die Messbrücke berechnen
http://stegem.de/Elektronik/OP3/

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