Heyho! Ich würde gerne für meine Arbeit an der Uni (Temperaturmessungen zwecks kalorimetrischer Auswertung) einen PT100 Messverstärker bauen. Bei den anfänglichen Fragen wurde mir im Usenet sehr toll geholfen, allerdings geht es inwzwischen doch immer mehr in Richtung integrierter Schaltkreise und auch Bildanhänge werden für weitere Fragestellungen immer wichtiger. Darum möchte ich das Projekt nun gerne mit euch weiter verfolgen... :-) Erst einmal, worum es geht: Ich muß wie gesagt Temperaturen möglichst hoch aufgelöst messen, um aus den Änderungen dann auf die ein- oder ausgetragene Energie rückschließen zu können. Dafür verwende ich momentan einen analogen Messverstärker/Linearisierer, der ein PT100 im Bereich 0-200 °C als Signal von 0-10 V ausgibt. Dieses sample ich über eine Keithley KPCI-3116 und erreiche nach Mittelwertbildung (2000 Hz Samplefrequenz) etwa 0.001 K Auflösung. Diese reicht zwar zur Auswertung halbwegs, jedoch ist die Gesamtlösung recht unbefriedigend: Ich verwende eine Analogkiste mit 4 Potis und mindestens 50 anderen passiven Bauteilen pro Kanal (Driftgefahr!) , sample mit 16 bit und trickse dann über den Mittelwert usw.. Außerdem ist der Grundaufbau bald 20 Jahre alt, weshalb die Messverstärker auch mehr und mehr Marotten entwickeln. Also Selbstbau... ...Für den Selbstbau habe ich mich lange mit ADCs beschäftigt und auch in Richtung SPI und Mikrocontroller inzwischen einiges ausprobiert. Als Ideal hat sich immer wieder eine Kombination aus dem AD7793 und einem ATMEGA zum Sammeln und Übersetzen der Daten nach RS232 herauskristallisiert. Dabei möchte ich nach dem Motto "keep it simple" auch auf MUX usw. verzichten und möglichst jedem Kanal einen eigenen ADC samt Spannungsversorgung und Referenzen zur Verfügung stellen. Mir ist schließlich die Auflösung weit mehr wert, als wenn ich nachher an der Kiste 50€ gespart hätte. Nun zur Fragestellung. Momentan bin ich bei der Auslegung der Schaltung, um diese dann endlich zu erstellen und in eine Platine zu bannen. Bitte kommentiert bzw. verbessert wenn möglich meine Rechnungen: Der ADC soll wie oben geschrieben ein AD7793 werden, weil dieser sowohl OpAmp, als auch Stromquellen integriert hat. Damit ergibt sich AFAIK als Dimensionierung: - Ich möchte 1 mA Messtrom nutzen - PT100 hat bei 0 °C 100 Ohm, also 0.10 V Spannungsabfall - PT100 hat bei 210 °C etwa 180 Ohm, also 0.18 V Spannungsabfall - Gain*16 ergibt 1.6 V bei 0°C und etwa 2.9 V bei 210°C, also ein delta von 1.3 V - Die Referenzspannung wird ratiometrisch aus der zweiten Stromquelle erzeugt. Hier kommt dann 1.6K und 2.9K in Reihe, so daß 1.6 V und 2.9 V als low bzw. high zur Verfügung stehen. ...Laut Datenblatt macht der AD7793 bei gain=16 mit externer Referenz 19(21.5) Bit bipolar bei 1 Mikrovolt noise. Rechne ich mir die mit meinem Messbereich von 1.3V/210K durch, komme ich auf 0.0004 K bzw. 2.5 Mikrovolt Auflösung, also richtig tolle Werte. Was meint ihr dazu?! Liebe Grüße, Dennis
Die meisten Messungen finden so im Bereich 70-100 °C statt. Ich wollte mich aber wegen des bisherigen Bereiches von 0-200 °C nicht zu sehr festlegen und diesen ebenfalls realisieren. Unter 0 °C werden wir wohl nie etwas messen müssen und über 200 °C wird die Anlage auch rein Sicherheitstechnisch schon zu heikel. Es sollte also ganz gut passen. Aber dran denken: Ich brauche relative Genauigkeit. Meinetwegen kann die Kiste bei 70 °C ihre 75 °C anzeigen. Eine Temperaturerhöhung UM 1 °C sollte hingegen nicht viel mehr als 0,1 % von der Realität abweichen, da ich mir sonst über die Dauer einen riesen Fehler zusammen integriere. UNd bevor Unklarheiten entstehen: Der Messverstärker befindet sich natürlich außerhalb des Abzugs auf Raumtemperatur und ist über 2 m lange Strippen (4-adrig) mit den PT100 verbunden.
http://groups.google.de/group/de.sci.electronics/browse_thread/thread/6f4a76565e833cb4/6aa603074f212afd?hl=de&q=group%3Ade.sci.electronics+k%C3%B6hn&lnk=ol&# 122 Postings in de.sci.electronics -- und immer noch Unklarheiten? Und hier nochmals von vorne?
Stefan Salewski wrote: > http://groups.google.de/group/de.sci.electronics/browse_thread/thread/6f4a76565e833cb4/6aa603074f212afd?hl=de&q=group%3Ade.sci.electronics+k%C3%B6hn&lnk=ol&# > > 122 Postings in de.sci.electronics -- und immer noch Unklarheiten? > > Und hier nochmals von vorne? Da kann man nur hoffen, das er seine Diplomarbeit bald fertig hat :-(
Ich habe mich einige Zeit mit der Erfassung von Temperturen (genaue Erfassung) beschäftigt, und bin im semiprofessionellen- bzw. hobby- Bereich auf eine Auflösung von 0.01 K gekommen. Im bereich von Differnzmessungen auf eine Auflösung von etwa 0.001 K. Das alles mit reletiv wenigen Bauteilen, um genau zu sein 3 primären Bauteilen, einer Referenzspannungsquelle, einen AD-Wandler und einem Temperatursensor. Habe mich zurvor auch mit dem Thema befasst, und diverse analoge Bauteile verwendet (OP's, Differnzverstärker etc.), hat aber - ausser Aufwand - nicht viel gebracht. "Eine Temperaturerhöhung UM 1 °C sollte hingegen nicht viel mehr als 0,1 % von der Realität abweichen", ist machbar - wenn die Möglichkeit besteht die Messanordnung abzugleichen - z.B. in Eisawasser, wenn man dem glauben schenken will. Ich habe meine Schaltung angewendet um die Energieeffizienz eines Wasserboilers, bzw. den Energieertrag eines Sonnoenkollektors zu ermitteln.
Dennis, der Ansatz ist gut, aber etwas akademisch. Anstelle eines Stromes von 1mA wuerde ich einen Spannungsteiler benutzen.
Angehängte Dateien:
-
pt100.png
2,5 KB
3356 wrote: > Dennis, der Ansatz ist gut, aber etwas akademisch. Anstelle eines > Stromes von 1mA wuerde ich einen Spannungsteiler benutzen. Akademisch? Eher der Normalfall (da sich sonst der Strom durch den Messwiderstand und somit auch die Selbsterwärmung verändert). http://www.hartscientific.com/publications/super-theory.htm > - Die Referenzspannung wird ratiometrisch aus der zweiten Stromquelle > erzeugt. Hier kommt dann 1.6K und 2.9K in Reihe, so daß 1.6 V und 2.9 V > als low bzw. high zur Verfügung stehen. VCM ((AIN+ - AIN-)/ 2) muss >= 0.5 V sein. D.h. ich würde die Schaltung zum Testen so wie im Anhang aufbauen. > ...Laut Datenblatt macht der AD7793 bei gain=16 mit externer Referenz > 19(21.5) Bit bipolar bei 1 Mikrovolt noise. Rechne ich mir die mit > meinem Messbereich von 1.3V/210K durch, komme ich auf 0.0004 K bzw. 2.5 > Mikrovolt Auflösung, also richtig tolle Werte. Was meint ihr dazu?! 0.4 mK? PT100 ~ 100 Ohm * 0.00385 Ohm/Ohm/°C (näherungsweise zw. 0 °C - 100 °C) = 0.385 Ohm/°C 0.385 Ohm/°C * 1 mA = 385 uV / °C 1/1000 °C ~ 385 nV RMS Noise bei Gain = 16 min 0.1 uV, bei 32 0.065 uV, bei 64 0.039 uV macht rauschfrei 660 nV, 429 nV bzw. 257 nV (jeweils bei 4.17 Hz Update Rate). D.h. ohne "Nachbehandlung" ist die Auflösung mit dem AD7793 und einem PT100 nicht < 1 mK. Für höhere Auflösungen wären z.B. der CS5532 bzw. CS5534 besser geeignet.
Heyho! @Stefan: Bitte den ersten Satz lesen, dann erübrigt sich eine Antwort eigentlich. Hier geht es nicht mehr um die Theorie, sondern um die Umsetzung selbiger in ein spezifisches Bauteil, sowie dessen Ansteuerung via Mikrocontroller. @Hannes: Hat "er" längst abgeschlossen. Es ging bei dem Selbstbau schon immer um die Promotionsarbeit. @3356: Wieso denn zu akademisch - gibts auch was anderes?! ;-) . Ich dachte, die Variante mit Konstantstrom wäre die gemeinhin übliche. Eine mit Spannungsteiler habe ich zwar auch mal irgendwo gesehen, wegen der vielen R's aber schnell wieder verworfen, da die dann ja ebenfalls sehr driftstabil und somit teuer sein müßten. @Arc Net: Ja, hab' ich mich denn so sehr verguckt?! Ich war scht der Meinung, 1 mK wären 2.5 uV aber deine Rechnung ist richtig und nachvollziehbar. Na super - alles von vorn :-/ . Ich werde mir die von dir genannten typen gleich mal anschauen, denn in den nächsten Wochen sollte sich in Sachen PT100 hier schon langsam was tun. Danke für den Hinweis. Liebe Grüße, Dennis
Als Widerstaende fuer einen Spannungsteiler gibt es zB die Vishay S102CT Serie, die hat eine Genauigkeit von 0.01% und eine Drift von 2ppm/K. kosten um die 8 Euro. Wahrscheinlich geht auch etwas Guenstigeres.
@3356: Ich hatte mich eigentlich in die Z-Fold Serie verguckt, wenn auch die Verfügbarkeit noch nicht geklärt ist. Die hätten dann sogar 0.2 PPM. Dennoch ist mir der Spannungsteiler nach wie vor unsympathisch, weil man ihn in keiner PT100 Beschreibung oder Referenzdesign findet. Ich habe eine solche Schaltung halt nur mal mit dem Kommentar "so würde es auch gehen" unter einer Standard-Konstantstrom-Variante gefunden. @Arc Net: Uiuiui, da hatte ich mich aber ganz schön verschätzt. Ich habe die Berechnung nun endlich mal in ein Excel-Sheet gebannt und erhalte für den AD7793 1.1 mK Auflösung. Der CS5532-AS ist mit 0.29 mK deutlich besser und der -BS hat mit 0.15 mK noch einmal die Nase vorn. Bei letzterem müßte man jedoch wegen Preis und Verfügbarkeit schauen. Noch eine Frage zu deiner Schaltung oben: Ich hatte genau diese Variante auch schon mal gefunden, jedoch nicht ganz durchblickt: Wird der Bereich VRef nicht durch RTD mit verschoben? RRef hängt ja hinter RTD und der Strom muß erstmal durch letzteres durch. Ansonsten gefällt mir die Variante, da sie mit einer statt zwei Konstantstromquellen auskommt.
Für eine möglichst hohe Auflösung würde ich an deiner Stelle einen DeltaSigma ADC verwenden. http://www.sprut.de/electronic/pic/programm/compadc/compadc.html Er hat hier die Verwendung bis 16bit Auflösung erklärt, das ist schon ziemlich heftig... Inox5
Daniel B. wrote: > Für eine möglichst hohe Auflösung würde ich an deiner Stelle einen > DeltaSigma ADC verwenden. > http://www.sprut.de/electronic/pic/programm/compadc/compadc.html > Er hat hier die Verwendung bis 16bit Auflösung erklärt, das ist schon > ziemlich heftig... > > Inox5 Ohne hier jemandem zu Nahe treten zu vollen, aber das ist, verglichen mit den vorgeschlagenen Delta-Sigma-Wandlern, absolut unbrauchbar.
Der vorgeschlagene Wandler, der AD7793 macht 24bit, glaub ich ... wovon mehr als 20 zu erreichen schon als gut betrachtet werden kann.
Jupp, stimmt. So im Bereich 19-20 bit sollte ich schon landen, sonst macht das Ganze wenig Sinn. 16 Bit hängen momentan dran - die Sample ich dann mit 2000 Hz und verwende den Mittelwert. Geht auch, ist aber nur ein Provisorium...
Hallo Ich habe mich vor einiger Zeit auch mit der Materie befaßt. Allerdings rein theoretisch, da ich mit anderen Projekten befaßt bin. Ich sehe einen guten Ansatz in der Verwendung von TDCs - Time-to-Digital Convertern . z.B http://www.acam.de . Schau Dir mal die Applikationen an. Könnte ein neuer interessanter Ansatz sein.Hochgenauer Referenzwiderstand und Zeit messen. Auflösung im ps Bereich!! Paßt jetzt zwar nicht mehr in die Rubrik Analogtechnik. Sorry, aber ... Noch einen schönen Tag Gruß Siegmar
Vielleicht hilft dir das hier etwas weiter: http://www.hmi.de/events/SEI/archiv/2001-10/vortrag/schatzberger.pdf Die im Literaturverzeichnis angegebene Dissertation ist wohl nur gegen Bares verfügbar. Arno
Man kann den Delta-Sigma wahrscheinlich auch mit über 32bit aufbauen,
nur dann wird die Wandlung wahrscheinlich vergleichsweise lange dauern
>10s.
Aber 24bit wären auch drin...
Ich bin da nur drauf gestoßen als ich recherschiert hatte.
Ich schau' mir die beiden Links gleich mal an, besten Dank :-). Nun soll das Rad aber auch nicht nochmal neu erfunden werden und zumindest die Grundzüge der Schaltung sich endlich mal verfestigen. trotzdem könnten aber wertvolle Tipps drin stehen :) LG, Dennis
moin... ist der thread noch aktiv...? wenn ja würde ich den AD7190 empfehlen... samples hab ich schon und versuche damit eine gleich so gute auflösung, jedoch mit thermoelementen (Typ K (40uV/K)) als sensoren. damit möchte ich die eigenerwärmung der PT "serie" ausschließen. Mfg Rick...
Rick Noname wrote: > moin... > > ist der thread noch aktiv...? > wenn ja würde ich den AD7190 empfehlen... > samples hab ich schon und versuche damit eine gleich so > gute auflösung, jedoch mit thermoelementen (Typ K (40uV/K)) als > sensoren. > damit möchte ich die eigenerwärmung der PT "serie" ausschließen. > > Mfg Rick... Auflösung 1 mK d.h ~40 nV/mK Der AD7190 hat im besten Fall ein Peak-To-Peak-Rauschen von 6.6 * 6 nV = 39.6 nV. Dann einfach mal nachrechnen viele Wandlungen durchgeführt werden müssen, um das Rauschen des Wandlers so klein zu bekommen, das das Nutzsignal noch sauber herauskommt. Als nächstes die Anforderungen an die Referenz, Schaltung, Layout etc. bedenken und schonmal überlegen wo und wie man an entsprechende Referenzgeräte sprich Ölbäder, Sensoren, Thermometer u.a. herankommt. Anders gesagt: Die Eigenerwärmung von PT100 liegt je nach Bauform z.B. in der Größenordnung 0.05 K/mW (üblicher Keramik-PT100) d.h. wenn man nur mit 100 uA (P = I^2 * R) arbeitet, kann man sich leicht ausrechnen welcher Fehler größer ist. Der durch die Selbsterwärmung oder der durch die Messschaltung?
Das Thermoelemente dafür prinzipiell ungeeignet sind wurde hier schon in einigen Threads durchgekaut.
hmm... so langsam entscheide ich mich doch einen pt100 zu benutzen. mit diesem thema beschäftige ich mich schon seit einiger zeit, nur das es sich bei mir nicht um eine dauerhafte absolute temperaturmessung handelt, sondern um eine messung mit 2 sensoren (zur zeit thermoelementen in einer differenzschaltung) zur selben zeit an zwei unterschiedlichen orten in einem bestimmten zeitraum ( ca. < 1min ). desshalbt spielt der offsetdrift bei mir auch nicht so eine "grosse" rolle... im anhang habe ich noch einen schaltplan meines derzeitigen prototyps. die kaltstellenkompensation ist nicht dabei, da mich nur die differenz interessiert.
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