Hallo!
Nach langem Suchen hab ich mir jetzt meine ersehnte
Pt1000-Versärkerschaltung zusammengebaut. Allerdings: Die
herauskommenden Werte sind, gelinde gesagt, schwachsinnig. Ich hab alles
überprüft, die Bauteile müssten funktionieren. Könnte sich das einer von
euch mal schnell durchschauen, ob die Schaltung prinzipiell richtig ist?
Damit wär mir sehr geholfen!
Noch ein paar zusätzliche Angaben:
Links ist eine Wheatstone-Brücke zu sehen. Sie ist bei genau -50°C
ausgeglichen; der Pt1000 hat bei -50°C 803,06 Ohm Widerstand.
Die Maximaltemperatur beträgt +200°C; hier besitzt der Pt1000 genau
1758,56 Ohm.
Die Ausgangsspannung soll zwischen 0 und 2,4 Volt betragen, für den
AD-Wandler.
Rechts ist dann die Verstärkerschaltung. (Dazu noch ne Frage: Könnte ich
die Widerstände R_6A..R_6D auch weglassen?
Vielen Dank schon mal!
du hast dir einen instrumentenverstärker diskret nachgebaut. das kannst
du auch integriert haben, wobei du den R_4 extern anschließen kannst.
ansonsten siehts gut aus, die werte hab ich jetzt aber nicht
nachgerechnet.
Danke für deine Antwort.
Wie siehts aus, zwischen Pt1000 und R_1 müsste doch ein niedrigeres
Potential sein als zwischen R_2 und R_3.
Wird hier jetzt der untere Zweig vom oberen abgezogen, oder anders rum?
Das würde vielleicht erklären, dass ich falsche Werte herausbekomme.
in deiner schaltung wird die spannung über dem Pt1000 von der spannung
zwischen den festen widerständen abgezogen.
Der INA114 ist ein Integrierter Instrumentenverstärker (ca 9€):
http://focus.ti.com/lit/ds/symlink/ina114.pdf
Die Abgriffe von der Brücke tauschen, sonst wird die Ausgangsspannung
(theoretisch) negativ. Was Du beachten solltest:
Der OP07 arbeitet laut Datenblatt erst ab +/-3V, also 6V
Betriebsspannung. Der OP07 ist kein Rail-to-Rail-OPV, anderen verwenden.
Über den PT1000 fließen 3mA, das ist für manche schon ausserhalb des
zugelassenen Maximalstromes. Da passiert noch nichts, aber je nach Größe
des PT1000 führt das durch die Eigenerwärmung zu falschen Messungen.
Zusätzlich zur Krümmung der Kennlinie des PT1000 ist die Kalibrierkurve
stark gekrümmt, weil die Brücke nur bei -50°C im abgeglichenen Zustand
ist. Muss der Controller rausrechnen. Vielleicht erklärt das die
Abweichung von Deinen erwarteten Werten.
Da der Controller eh korrigieren muss, kannst Du Dir die
0.1%-Widerstände sparen, 1%-Metallfilm sollten reichen. Oder einen
fertigen Instrumentenverstärker nehmen, INA118 oder so.
Außerdem solltest Du im Interesse von Stromverbrauch und Eigenerwärmung
für die Brücke die Spannung runterteilen, mit C stabilisieren und gleich
als Referenz für den ADC nehmen, dann bleiben Spannungschwankungen
aussen vor.
Die übrigen Widerstände im Bereich 10k ansiedeln. Die Eigenerwärmung
sorgt sonst für Messwertdriften beim Einschalten, bis sich ein
thermisches Gleichgewicht an den Widerständen eingestellt hat.
Das Poti RX kannst Du Dir sparen, was soll das dort machen?
Das Poti ist für die genaue Kalibrierung der zu erwartenden Messwerte
bei 0 und 100°C (über Eiswasser und kochendes Wasser).
3mA? verdammt, das hab ich gar nicht berücksichtigt...
Dann nehm ich besser 2,5Volt, oder?
Die Referenzspannung des ADC kann ich nicht verändern, weil da an andren
Kanälen noch 3 andre Thermometer dranhängen.
OK, Einen andren OPV. Welchen würdest du mir vorschlagen?
Vielen Dank für Deine ausführliche Antwort!
Du könntest noch näher beschreiben, was Du mit "schwachsinnigen Werten"
meinst. So tappt man ja doch sehr im Dunkeln, ob Dein Aufbau oder die
Schaltung an sich das Problem ist.
Naja mit schwachsinnigen Werten mein ich, dass immer viel zu hohe
Spannungen rausgekommen sind; 1,5 Volt bei 0° und ca 4 Volt bei 100°C.
Doppelt schwachsinnig vor der Tatsache, dass eigentlich negative Werte
herauskommen hätten müssen...
Ich hab natürlich auch direkt an der Brücke mal nachgemessen; hier ist
alles in Ordnung, ich hab nach etwas Justieren genau die zu erwartenden
Werte bekommen; bei 0°C ca. 0,27 Volt und ca. 0,9V bei 100°C. Allerdings
gabs ziemlich krasse Abweichungen von an die 0,15 Volt bei 0°C. Dies hab
ich nur verhindern können, wenn ich das Wasser um den Sensor umgerührt
hab... jetz weiß ich ja, warum :) Über 5mA sag ich nur... Hätt ich
eigentlich selber draufkommen können!
So, und aus dem Ganzen hab ich dann geschlossen, dass der Fehler in der
Verstärkung liegen muss. Wahrscheinlich liegts am fehlenden
Rail-to-Rail. Ich denk mal ich nehm den LMC6484, der hat sogar 4 OPVs
und kostet nur 2,35€.
Mehr Kopfzerbrechen bereitet mir dann eher die krasse Eigenerwärmung.
Soll ich jetz einen Spannungsteiler nehmen, oder gleich eine
Referenzspannung mit nem LM336-2,5? Oder noch weniger als 2,5?
Das Poti an der Stelle bringt nichts. Vielleicht falsch eingezeichnet.
Wenn die Brücke nicht abgeglichen ist (alles über -50°C), geht die
Referenzspannung in die Messung ein. Woher bekommt der ADC seine
Referenz. Vielleicht kannst Du die abgreifen und über einen
Spannungsfolger (OPV mit Verstärkung 1) abnehmen oder über einen
Spannungsteiler runterteilen und mit OPV puffern.
Als OPV würd ich OPA2340 oder OPA347 nehmen, aber Achtung! Nur bis 5.5V!
Den INA bekommst Du eventuell als Sample, dauert nur ein bißchen. Aber
diskret aufbauen ist auch in Ordnung, lernt man was bei...
Btw, Du kannst auch die Brücke anders aufbauen: Obere Widerstände je
3.3k..10k, untere Widerstände PT1000 und 750ohm. Mit den 750ohm
verschiebt sich Dein -50°C Wert etwas, so dass der OPV nicht bis GND
runter muss, mit den 10k wird die Krümmung der Kalibriergeraden stärker.
Aber der Controller muss eh kompensieren. Dann kannst Du die Brücke
direkt an 5V hängen, es fließen nur 0.5..1mA, das sollte gehen.
Der µC kriegt seine Referenz von... keine Ahnung :) Irgendwo von der
Platine her, wo er drauf ist. Aber ich könnt sie schon abgreifen, da
gibts nen extra Anschluss für, hab ich grad im Datenblatt gesehn, gute
Idee!
Aber das zweite scheint mir fast einfacher...
Der µC muss eh nix rechnen, der schickt bloß die digitalen
Spannungswerte an den PC. Der darf dann rechnen.
Ich werde das auf jeden Fall mal ausprobieren, und sag Bescheid, obs
geklappt hat!
...alias... wrote:
> Das Poti ist für die genaue Kalibrierung der zu erwartenden Messwerte> bei 0 und 100°C (über Eiswasser und kochendes Wasser).
Eiswasser? PT1000-Thermometer werden mit Festwiderständen abgeglichen
und nicht durch Wasserpanschen. Die entsprechenden Werte sind hier drin:
http://www.ephy-mess.de/deutsch/daten/pt1000d.pdf
Widerstandswert ablesen, anklemmen, die dazugehörende Temperatur muß vom
Meßgerät angezeigt werden. PT100/PT1000-Emulatoren sind nichts anderes
als einstellbare Widerstandsdekaden.
> 3mA? verdammt, das hab ich gar nicht berücksichtigt...> Dann nehm ich besser 2,5Volt, oder?
Bißchen viel, würde ich sagen.
> Allerdings gabs ziemlich krasse Abweichungen von an die 0,15 Volt bei 0°C.> Dies hab ich nur verhindern können, wenn ich das Wasser um den Sensor> umgerührt hab... jetz weiß ich ja, warum :) Über 5mA sag ich nur...> Hätt ich eigentlich selber draufkommen können!
Bißchen sehr viel. Konstantstromquelle mit 0.1mA paßt da schon eher.
Angesichts einer Sensorgröße von 2*2 mm (M222-Sensor von Heraeus) ist es
zwangsweise notwendig, deutlich unter 1 mA zu bleiben. Wenn die
Linearisierung softwareseitig erfolgen soll, geht anstatt einer
Konstantstromquelle auch einfach ein Vorwiderstand von 47kOhm. Nur muß
dann die Kennlinie aufgenommen werden.
Hier findet sich noch mehr zum Thema DIN-genormte Sensoren:
http://www.ephy-mess.de/deutsch/daten/tdframe.htm
Gruß
Jadeclaw.
Naja, ein Sensor, den er in Wasser taucht, hat hoffentlich ein
Metallgehäuseund damit eine ausreichend hohe Wärmekapazität /
Wärmeleitung zu Umgebung. Unter 0.2mA würde ich nicht gehen, sonst
werden die Spannungen zu klein und OPV-Driften machen sich zu stark
bemerkbar.
Oder hat er einen blanken Sensor in Wasser getaucht? Hat er...?
Das mit dem Abgleich stimmt, dafür sind die PT1000 ja genormt und
austauschbar. Geht ausserdem vieeel schneller als die Wasser-Messung.
Tut mir leid, wenn ich das so sage, aber Deine Schaltung ist am Ziel
vorbeigeschossen!
Du hast Deinen PT1000 mühsam zu einer Messbrücke ergänzt, die du mit
einem mühsam aufgebauten Instrumentenverstärker verstärkst.
ABER:
Du brauchst für den PT1000 nur eine kleine STROMQUELLE(!!!) Damit wäre
dann den Ausgangssignal linear zur Temperatur, welche Du dann sehr
einfach mit einem yC berechnen könntest.
Mit Deiner Schaltung bekommst Du trotz Deiner Mühe eine quadratische
Abhängigkeit deines Ausgangssignals zur Temperatur, damit kannst du die
Temperatur nicht mehr so einfach berechnen, ( es sei denn, dein yC kann
quadratische Gleichungen lösen...) ggv. mußt du sogar mit einer Tabelle
arbeiten, aus der Du den richtigen Temperaturwert ermitteln kannst.
Dann könntest du aber gleich einen primitiven Spannungsteiler nehmen,
den du, falls nötig auch nur mit einem OPAMP verstärken kannst.
Das Ganze geht viel einfacher. Eine 2.5V Referenz, einen 10k 0.1% in
Serie zum PT1k, das Ganze radiometrisch an einen 24bit ADC und gut ist.
Den Rest braucht man nicht.
Es gibt ja keine anderen mehr. Frueher gabs noch die 7109, die wurden
alle durch die 24bitter ersetzt. Dass man einen Contoller internen
10bitter nicht nehmen kann sollte wohl klar sein.
> Das Ganze geht viel einfacher. Eine 2.5V Referenz, einen 10k 0.1% in> Serie zum PT1k, das Ganze radiometrisch an einen 24bit ADC und gut ist.> Den Rest braucht man nicht.
Gibt es hier eine Fehlerberechnung zu?
Pauli der Längsregler wrote:
>> Das Ganze geht viel einfacher. Eine 2.5V Referenz, einen 10k 0.1% in>> Serie zum PT1k, das Ganze radiometrisch an einen 24bit ADC und gut ist.>> Den Rest braucht man nicht.>> Gibt es hier eine Fehlerberechnung zu?!
Wie gesagt, es geht, aber das Ausgangssignal ist nich linear!
Denn:
ändert sich der Widerstand des PT1000 dann ändert sich auch der Strom
durch den PT 1000 bzw. Spannungsteiler!
Deshalb: Strom konstant halten, mit Spannungsquelle, dann ist das
Ausgangssignal proportional zur Temperatur.
Die Auflösung des ADC hängt natürlich von der benötigten Genauigkeit
ab.Also sind nicht automatisch 24 bit notwendig.
Ich selbst habe mit einer Tabelle gearbeitet, und mit einem einfachen
Spannungsteiler.
Ich habe mir die ADC-Schritte ausgerechnet und lasse den yC nach der ADC
Wandlung aus der Tabelle zuerst einen Index ermitteln, dann aus dem
Index und einer zweiten Tabelle die passende Temperatur.
Was werden denn hier für Halbwahrheiten verbreitet?
Ein PT1000 ist IMMER nichtlinear, auch mit Stromquelle. Die
Widerstandskennlinie ist angenähert eine quadratische Funktion, je
größer der Messbereich, desto größer die Abweichungen. Man KANN
versuchen, die Nichtlinearität durch eine Stromquelle mit negativem
Innenwiderstand einigermaßen auszugleichen, muss man aber nicht.
Eleganter macht das der µC.
Die Messbrücke ist so schlecht nicht, weil bei einer Lösung mit
Konstantstromquelle die Drift der Stromquelle (temperaturabhängig)
direkt mit gemessen wird.
Ohne Angaben zur geforderten Genauigkeit zu haben, kann man eigentlich
keine Aussage treffen, ob vielleicht ein einfacher Spannungsteiler mit
direktem Abgriff zum ADC auch ausreicht. In den meisten Fällen würde er
das wohl.
24bit-ADC sind im Bastelbereich was für Nerds, die sich Widerstände auf
12 Stellen nach dem Komma ausrechnen. Was soll der Schwachsinn? Alles ab
16bit Auflösung ist nur mit hohem Aufwand beherrschbar, schon allein an
einer ausreichend stabilen Referenzspannung scheitert das Ganze.
Quadratische Gleichungen einen µC lösen lassen: Wozu? Ein Lookup-Table
mit Werten in 2, 5 oder 10K-Schritten, dazwischen wird linear
interpoliert. Geht schnell, ist einfach zu programmieren und die
Stützpunkte gibt es für PT1000 zuhauf im Internet. Offset und
Verstärkung natürlich mit einrechnen.
LOL, 24 Bit- ADC. Hab gar ned gewusst dass es sowas gibt!
Nein, ich hab 12 Bit zur Verfügung. Mir ist auch klar, dass ein Pt1000
NICHT linear ist! Und: Der µC muss überhaupt nix berechnen, sondern bloß
den digitalen Spannungswert an den PC schicken. (Mehr Code würd ich eh
nicht draufkriegen, da ich eine 2k - Grenze vom Compiler her hab)
Den Sensor hab ich natürlich nicht blank ins Wasser getan ^^
Und am Ziel vorbei geschossen würd ich mal nicht sagen... Eine gescheite
Konstantstromquelle ist mit Sicherheit mindestens so aufwendig! (Eine
richtig gute für unter 1mA hab ich sowieso noch nie gesehn.)
Ich könnte locker mit den 4096 Unterteilungen eine Auflösung von 0,1K
erreichen, rein von der Auflösung her (auch am anderen Ende der Skala,
wo es nicht mehr ansatzweise linear ist). Mir ist natürlich klar, dass
ich das nie so genau hinkriegen werde - aber das muss ja mein
Physik-Lehrer nicht wissen :D (Facharbeit.)
Aber so 0,25-0,5K wäre schon schön.
Höhö, die Wandlung und Umrechnung bekommst Du locker rein, 1k für den
Code, 1k für die Lookup-Table. Assembler heisst das Zauberwort. Aber
klar kann die Umrechnung auch der PC machen, dann kann der auch den
Offset- und Verstärkungsabgleich rechnen.
Mach das mal so, ist schon in Ordnung.
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