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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Signalaufbereitung PT100


Autor: Schorschi (Gast)
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Hallo zusammen,

ich bin auf der Suche nach einer kleiner Schaltung, die aus meinem
Multimeter und einem Pt100-Sensor ein präzises Thermometer macht d.h.
wenn möglich die Nichtliearität des Sensors mitkompensiert.
Folgendes ist angedacht:
Anschluss für einen 3-Leiter PT100-Sensor, Ausgang 10mV/K. Also -50°C =
0,500V, 0°C = 0,000V, 100°C = 1,000V usw..
Eine schöne Schaltung (siehe Anhang) hätte ich im Datenblattes des
LT1021 (www.linear.com) gefunden, allerdings gibt die Schaltung 100mV/K
aus und somit benötigt man ungleich größere Spannungen (+- 20V) und ich
wollte eigentlich mit einem 9V-Block auskommen. Für einen 3leiter
Snesor hab ich die Schaltung noch ummünzen können, am Rest bin ich aber
kläglich gescheitert, da greift einfach zu viel ineinander (oder ich
stell mich zu dumm an).
Vielleicht hat der eine oder andere einen Schaltplan rumliegen, der mir
helfen könnte. Auf DC/DC-Wandler hatte ich eigentlich keine Lust...

Danke
Schorschi

Autor: Bernhard S. (bernhard)
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Hallo Schorschi,

eigentlich ist die Schaltung vom Prinzip her relativ einfach,

ein nichtinvertierender Verstärker mit einer Spannungsverstärkung
von ca. 100

Interessant sind die Gegenkopplungen/Mitkopplungen, die die
Nichtlinearität des PT100 komensieren sollen.

In Deinem konkreten Anwendungsfall würde ich die Schaltung
stark vereinfachen
und gemeinsam mit dem Datenblatt des PT100 die Schaltung durchrechnen,
vielleicht reicht Dir die Temperatur/Spannungs Genauigkeit.


Bernhard

Autor: Schorschi (Gast)
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Hallo Bernhard,

dass das Grundprinzip der Schaltung nicht sonderlich kompliziert ist,
ist klar, sie funktioniert aber annähernd perfekt (Mit DIN-Tabelle und
Spice probiert, auch bei größeren Zuleitungswiderständen). Die
"interessanten" Mit/Gegenkopplungen sind aber verdammt gut
ausgetüftelt, weswegen ich sie gern gehabt hätte.
Ich habs probiert das ganze mit Spice, Taschenrechner und jeder Menge
Hirnschmalz hinzubiegen, bin aber gescheitert. Vielleicht muss ich es
einfach noch mal aus einer anderen Richtung probieren.
Für diejenigen, die sich schwer tun: Rf stellt die Verstärkung ein,
durch R10 wird mitgekoppelt um die Nichtlinearität des PT100 zu
kompensieren und R11 ist dafür zuständig, dass sich die Einstellung der
Mitkopplung nicht auf den Offset bzw. die Steigung auswirkt.

Naja, ich hoffe auf einen Anfall von Genialität, vielleicht wirds ja
doch noch was.

Schorschi

Autor: Bernhard S. (bernhard)
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@Schorschi

Ich messe bei mir zu Hause die Aussentemperatur,
aber bei ungünstigen Windverhältnissen kommt es zu einem
"Wärmestau" und der Messwert trifftet weg  :(

Beim messen einer Temperatur eines Heizungsmediums kommt es im höheren
Temperaturbereich darauf an,
wie der Fühler exakt im Heizungsrohr angebracht ist. 2-3% Messfehler
sind hierbei problemlos möglich  ;)


Letztendlich ist es immer wieder eine Frage der gewünschten
Messgenauigkeit.

Ich habe den PT100 noch nicht durchgerechnet, aber wie groß ist den
seine Nichtlinearität?

Ich weiß nicht, was Du messen möchtest?

Bernhard

Autor: Schorschi (Gast)
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Zur Verwendung des Thermometers: Ich hab damit nichts spezielles vor, es
ist nur immer mal wieder praktisch, eine verläßliche Referenz zur Hand
zu haben; vor allem wenn es darum geht einen anderen Sensor zu
kalibrieren. Von daher soll es so genau wie möglich werden, ungenauer
wird es eh von alleine. Wenn "ungenauer" reichen würde, würde ich
gleich ein Thermoelement nehmen.

Nach DIN EN 60 751 ist der Widerstand eines Pt100 folgendermaßen von
0°C bis 850°C definiert (für -200°C bis 0°C gibt es eine anderes
Polynom dritter Ordnung):
R = 100R * (1+A*t+B*t^2)
A=  3,908*10^-3 °C^-1
B= –5,775*10^–7 °C^–2
(t angegeben in °C)

Daraus ergibt sich zwischen 0°C und 100°C der überall nachzulesende
durchschnittliche Temperaturkoeffizent von 3,85 * 10-3 °C^-1

Schorschi

Autor: Schorschi (Gast)
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Leider hat es mir den Koeffizenten B verhagelt, von daher ein zweiter
Versuch:
B= -5,775*10^-7 °C^-2

Autor: Bernhard S. (bernhard)
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0°C bis 850°C definiert (für -200°C bis 0°C gibt es eine anderes
Polynom dritter Ordnung):
R = 100R * (1+A*t+B*t^2)
A=  3,908*10^-3 °C^-1
B= -5,775*10^-7 °C^-

ich habe mal aus dieser Formel eine Excel-Tabelle erstellt, hiermit

könnte man eine Korrekturtabelle für einen µC erstellen

und die "theoretische" Fehlerabweichung einer
Verstärker-Schaltung die nicht kennlinienkompensiert ist ermitteln.

Demnächst muss ich für den PT1000 ein µC Programm erstellen,
deshalb fand ich die Diskussion jetzt sehr interessant.

Gruß

Bernhard

Autor: Thomas (Gast)
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Die Linearisierung ein PT100 oder PT1000 wird i.A. durch ein postitive
Mitkopplung der Stromquelle erreicht. Damit sind Fehler in der Gegend
von einige zig mKelvin möglich. Eine ganz nette Applikationsschrft gab
es mal bei LT beim LT1043. Soweit ich mich erinnere, war diese
Schaltung auch bei "kleineren" Betriebsspannungen lauffähig.

Eins der größten Probleme wird jedoch sein, das Ganze mit
Amateurmitteln zu kalibrieren. Was nützt eine Messschaltung auf 0,1
Grad genau, wenn die Kalibrierung nur 1-2 Grad genau ist.

Gruß Thomas

Autor: Schorschi (Gast)
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@Bernhard
Gugust du hier, ich hoffe es läßt sich öffnen, da steht eigentlich
alles (incl. großer PT100-Tabelle drin):
http://alicedcs.web.cern.ch/alicedcs/Documents/JUM...
Aber ich wollte mein Problem eigentlich nicht durch Rechenleistung
"erschlagen" sondern möglichst elegant lösen.

@Thomas
Das mit dem Kalibrieren ist kein Problem, nachdem mir zum Glück nicht
nur "Amateurmittel" zur Verfügung stehen. Wenn man kein hochpräsises
Tauchbad hat, so ließen sich zumindest die zu messenden Widerstände
recht genau bestimmen und dann damit die Schaltung kalibrieren. Man
will ja sowieso Austauschbarkeit der Sensoren erreichen, von daher ist
es egal, ob jetzt PT100 bei genau 100°C oder ein (zugegebenermaßen
präziser) Widerstand von 138,51Ohm.

Gruß
Schorschi

Autor: Bernhard S. (bernhard)
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@Schorschi

ein sehr interessanter Link. Danke  :)

>Aber ich wollte mein Problem eigentlich nicht durch Rechenleistung
>"erschlagen" sondern möglichst elegant lösen.

Manchmal kommt man durch ein berechnen auf elegante Lösungen.

Konntest Du mal eine µC- Variante "durchrechnen", eine ohne analoge
Messwertaufbereitung ?

Gruß

Bernhard

Autor: Schorschi (Gast)
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@Bernhard
Zu meinen Beweggründen warum analog und nicht digital:
Ich wollte ein kleines Gehäuse haben mit einem 9V-Block, und etwas
Elektronik, einfach zum Anstecken ans DMM. Das ganze möglichst robust
und klein, würde ja im Werkzeugkoffer immer mitgetragen und
entsprechend belastet.
Wenn ich es digital mache, dann hab ich nur zwei Möglichkeiten:
Entweder eigenes Display oder das Ergebnis wieder durch einen DAC
rauswerfen. Damit ich damit ich aber mit beiden Varianten auf das selbe
Ergebnis komme darf ich damit wesentlich höheren Aufwand treiben. Meine
Rechnung sieht folgendermaßen aus: Ich brauche geschätzte 13Bit ENOB
mit Messwertaufbereitung (ob durch OP oder internen PGA sei
dahingestellt) oder 18Bit ENOB ohne Messwertaufbereitung.

Zugegeben, es spiele auch eigene Vorlieben eine Rolle: Eine durchdachte
Analogschaltung gibt mir mehr ab, als eine digitale Schaltung (die mit
gebotenem Aufwand) sicher im Stande ist das selbe, wenn nicht sogar
mehr, zu leisten.

Gruß
Schorschi

Autor: Bernhard S. (bernhard)
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@Schorschi

>Eine schöne Schaltung (siehe Anhang) hätte ich im Datenblattes des
>LT1021 (www.linear.com) gefunden

Eigentlich bräuchtest Du nur die die Schaltung und die Dimensionierung
auf Deine Bedurfnisse anpassen.

Ich denke, dass man durch experimentelles Ermitteln der Mitkopplungen
schneller zum Ziel kommt als durch's umständliche Berechnen.

Nach der Methode: Versuch und Irrtum ;)

Das Kalibrieren dieser Schaltung könnte dann durch exakte
Widerstandswerte (an Stelle des PT 100) vorgenommen werden.

Gruß

Bernhard

Autor: Dirk S. (Gast)
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abo

Autor: arc (Gast)
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