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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik PT100 4-Leiter-Messung mit MCP3551


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Autor: Christian (Gast)
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Hallo,

in der Zeitschrift Funkamateur wurde eine Pt100-Meßschaltung mit einem 
Delta-Sigma-A/D-Wandler vorgestellt: 
http://www.funkamateur.de/tl_files/downloads/hefte...

Die dort gezeigte 4-Leiter-Messung (Auszug im Anhang) kompensiert den 
Leitungswiderstand R_L zum Temperaturfühler allerdings nicht 
vollständig:
R_\mathrm{Pt}=\frac{U_\mathrm{Pt}}{U_\mathrm{ref}-U_\mathrm{Pt}}\cdot R_2 + \frac{R_\mathrm{Pt}}{R_2 + R_\mathrm{L}}\cdot R_\mathrm{L}
Der erste Summand stellt das fehlerbehaftete Meßergebnis dar, der zweite 
Summand den Meßfehler aufgrund des Leitungswiderstands R_L.
Für R2 >> R_L ergibt sich der Meßfehler näherungsweise zu
\frac{R_\mathrm{Pt}}{R_2}\cdot R_\mathrm{L}
In der o.g. Schaltung bei 0°C also 1/68 R_L. Das ist zwar schon besser 
als bei einer 2-Leiter-Messung, aber meines Erachtens wäre es doch 
günstiger, R2 nach Masse zu legen (siehe zweite Schaltung im Anhang). 
Denn dann wäre
R_\mathrm{Pt}=\frac{U_\mathrm{Pt}}{U_\mathrm{ref}}\cdot R_2
also ohne Fehlerbehaftung durch den Leitungswiderstand R_L.

Wäre die zweite Schaltungskonfiguration im Anhang mit dem MCP3551 so 
machbar? Oder wird es Probleme geben, die ich übersehen habe?

Christian.

Autor: Thorsten Eggert (eggert)
Datum:

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Hi Christian,
ich bin auf der Suche nach PT100 Schaltungen auf deinen Post gestoßen, 
Ich weiß zwar nicht, ob deine Schaltung besser ist, aber kann man das 
nicht sehr einfach experimentell ermitteln? Ich denke da an sehr genaue 
Widerstände als PT100 Ersatz, oder ein Poti und ein Messgerät.

cu

Thorsten

Autor: Harald Wilhelms (wilhelms)
Datum:

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Thorsten Eggert schrieb:
> Hi Christian,
> ich bin auf der Suche nach PT100 Schaltungen auf deinen Post gestoßen,
> Ich weiß zwar nicht, ob deine Schaltung besser ist, aber kann man das
> nicht sehr einfach experimentell ermitteln? Ich denke da an sehr genaue
> Widerstände als PT100 Ersatz, oder ein Poti und ein Messgerät.

Experimentelle Versuche scheitern oft, wenn es um Abweichungen im
Promille-Bereich geht. Normalerweise sind dann logische Überlegungen
anhand der Formeln (die man aber vorher auf Richtigkeit überprüfen
muss) besser.
Gruss
Harald

Autor: MaWin (Gast)
Datum:

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> Wäre die zweite Schaltungskonfiguration im Anhang mit dem MCP3551 so
> machbar?

Spät, aber:
Ja, der MCP3551 kann Spannungen über VRef messen, bis 0.3V über VCC,
also geht das, und es ist besser als def Murks aus dem Funkamateuer.

Autor: hmm (Gast)
Datum:

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Wie kommst auf das Ergebnis vom ersten Beispiel?

Ich komme auf:
Rpt / (R2 + RL) = Upt / (Uref - Upt)

Autor: hmm (Gast)
Datum:

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Okay ist das selbe :-)

Autor: W.S. (Gast)
Datum:

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MaWin schrieb:
> und es ist besser als def Murks aus dem Funkamateuer.

Vielleicht solltest du mal den Text von Christian lesen, bevor du hier 
so große Töne von dir gibst.

Zur Schaltung:
Der Kontakt- und Leitungswiderstand landet bei dieser Schaltung in jedem 
Fall irgendwo - und zwar nicht beim PT100, sondern beim wirksamen 
Vorwiderstand, aber bei dem Vorwiderstand von 6k8 sehe ich da kein 
Problem. Schließlich ist das rund 60x so viel wie beim PT100 und damit 
vernachlässigbar.

Es ist EGAL, an welcher Stelle man den Vorwiderstand anordnet, denn 
der Kontaktwiderstand addiert sich nur dann NICHT zum Vorwiderstand, 
wenn dieser ebenfalls per Kelvinkontakten abgetastet wird. Aber wozu? 
Nen 6k8 mit Kelvinkontakten abgreifen, weil man 300 milliOhm 
Leitungswiderstand fürchtet?
Hab's grad nicht nachgemessen, aber der Fehler dürfte deutlich unterhalb 
der Spezifikation eines PT100 liegen und ist deshalb egal.

W.S.

Autor: Thorsten Eggert (eggert)
Datum:

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Harald Wilhelms schrieb:
>> Hi Christian,
>> ich bin auf der Suche nach PT100 Schaltungen auf deinen Post gestoßen,
>> Ich weiß zwar nicht, ob deine Schaltung besser ist, aber kann man das
>> nicht sehr einfach experimentell ermitteln? Ich denke da an sehr genaue
>> Widerstände als PT100 Ersatz, oder ein Poti und ein Messgerät.
>
> Experimentelle Versuche scheitern oft, wenn es um Abweichungen im
> Promille-Bereich geht. Normalerweise sind dann logische Überlegungen
> anhand der Formeln (die man aber vorher auf Richtigkeit überprüfen
> muss) besser.
> Gruss
> Harald


Moin Harald,
im Prinzip hast Du natürlich Recht. Ich meinte nur das man, wenn man 
sich nach der Formelarbeit nicht sicher ist, das Ergebnis experimentell 
überprüfen kann. Du hast natürlich auch Recht, wenn Du schreibst das das 
bei sehr geringen Abweichungen schwierig bis undurchführbar wird. 
Allerdings würde ich sagen, wenn der Effekt so gering ist, das er meine 
Messtechnik überfordert, ist er in der Regel eh egal, da er durch andere 
Toleranzen in den Bauteilen, etc. aufgefressen oder kompensiert wird.

Wie dem auch sei. Zumindest habe ich den Thread wieder aufgefrischt und 
damit eine, wie ich finde, fruchtbare Diskussion losgetreten (-:.

cu

Thorsten

Autor: Timm Thaler (timm-thaler)
Datum:

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Da könnte man jetzt noch die böse Frage stellen, wie weit der PT100 
entfernt sein muss, damit das relevant wird. Sind es nur ein paar Meter, 
kann man den ADC auch dicht an den PT100 setzen (wo es noch nicht so 
warm wird) und das Messignal digital übertragen. Erfordert auch 4 
Leiter...

Autor: Harald Wilhelms (wilhelms)
Datum:

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Thorsten Eggert schrieb:

> Allerdings würde ich sagen, wenn der Effekt so gering ist, das er meine
> Messtechnik überfordert, ist er in der Regel eh egal, da er durch andere
> Toleranzen in den Bauteilen, etc. aufgefressen oder kompensiert wird.

Das Problem bei PT-Widerständen ist die geringe Steigung der
Temperatur/Widerstandskennlinie. Bereits 4 Promille Abweichung
bedeuten eine Abweichung von einem Grad. Deshalb sind in vielen
Fällen andere Temperaturfühler mit steileren Kennlinien besser
geeignet. Andererseits kann man durch geschickte Schaltung
gewisse Fehler, wie Leitungswiderstände und Thermospannungen
völlig ausblenden. Und wenn man diese Möglichkeit hat, sollte
man sie auch nutzen. Typisch für PT-Schaltungen sind z.B die
Umschaltung der Fühler und der Referenzwiderstände per Analog-
Schalter. Dort muss man mit stärkeren Schwankungen der Wider-
stände im durchgeschaltetem Zustand rechnen. Das spielt aber
bei Vierdrahtanschluss (und natürlich auch 4 Schaltern) über-
haupt keine Rolle, weshalb man dort problemlos Billigschalter
aus der 405x Reihe nehmen kann.
Gruss
Harald

Autor: W.S. (Gast)
Datum:

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Harald Wilhelms schrieb:
> Das Problem bei PT-Widerständen ist die geringe Steigung der
> Temperatur/Widerstandskennlinie.

Sehe ich nicht als Problem an. Wenn ich mich recht erinnere, dann macht 
1 Ohm beim PT100 so etwa 2.5 Grad aus und der oben genannte ADC kann 
locker 20 Bit Auflösung liefern. Bei dem genannten 6.8k Vorwiderstand 
muß man also 6 Bit abziehen und übrig bleiben immer noch 14 Bit für den 
Wert des PT100. Ich denke, das reicht dicke.

Und dem Beitrag von Timm Thaler kann ich nur zustimmen: Der ADC schluckt 
nur etwa 0.2 mA und kann deshalb so ziemlich vor Ort angebracht werden.

W.S.

Autor: G. G. (g_g)
Datum:

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Hallo,

alle die mal einen PT1000 und einen LTC2400 auf einfachster Weise 
probieren möchten:

http://www.basteln-mit-avr.de/atxmega128a3.html#PT1000

Gruß G.G.

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