Ich müsste da eine Temperatur wirklich sehr sehr sehr genau
stabilisieren.
Da der erste Verstärker nach der Messbrücke einen temperaturabhängigen
Drift hat, wäre meine Idee, die Messbrücke mit Wechselspannung zu
betreiben.
Frequenz könnte z.B. 700 Hz sein.
Die Spannung in der Brückendiagonalen dann mit einem AC-Verstärker *
10000 verstärken und dann mit einem Synchrongleichrichter
gleichzurichten.
Hat vielleicht jemand mit so etwas speziellem Erfahrung?
Bin bei Google leider nicht wirklich fündig geworden.
Raimund Rabe schrieb:> CHOPPER STABILIZED AMPLIFIER
ein CHOPPER STABILIZED AMPLIFIER ist leider nicht so toll, der
LTC1150 hat
Maximum Offset Voltage: 10μV
Maximum Offset Voltage Drift: 0.05μV/°C
der ICL7650 ist noch schlechter.
Ist nett gemeint von dir, aber nicht das was ich will.
Ich meine tatsächlich, die Messbrücke nicht mit Gleichstrom, sondern mit
Wechselstrom zu betreiben.
Oktoberfestbesucher schrieb:> Ich meine tatsächlich, die Messbrücke nicht mit Gleichstrom, sondern mit> Wechselstrom zu betreiben.
Was soll das bringen??
ACDC
>Die Spannung in der Brückendiagonalen dann mit einem AC-Verstärker *>10000 verstärken und dann mit einem Synchrongleichrichter>gleichzurichten.
Ja, aber die Drift hast du dann trotzdem, eventuell sogar noch eine
größere, da du die AC-Verstärkung mit dem Faktor 10000 ja auch nicht
driftfrei hinbekommen wirst.
Dieses Synchrongedöns macht man eigentlich nur, wenn man große Störungen
oder Rauschen hat, indem das Nutzsignal regelrecht versinkt.
Kai Klaas
Oktoberfestbesucher schrieb:> Bin bei Google leider nicht wirklich fündig geworden.
Hallo,
das dürfte daran liegen, dass die Technik längst veraltet ist. So hat
man das gemacht, als es noch keine Operationsverstärker gab, weil man
mit Röhren und Transistoren stabilere Wechselspannungsverstärker bauen
konnte. Das war aber eine andere Zeit, Präzision hatte eine ganz andere
Grössenordnung, und Google gab's auch noch nicht.
Du könntest aber in alten Funkschauheften oder in den Büchern von
Richter was finden.
Gruss Reinhard
Oktoberfestbesucher schrieb:> Raimund Rabe schrieb:>> CHOPPER STABILIZED AMPLIFIER> ein CHOPPER STABILIZED AMPLIFIER ist leider nicht so toll, der> LTC1150 hat> Maximum Offset Voltage: 10μV
10µV sind schlecht? Ich konnte auf die schnelle keinen deutlich besseren
finden.
Was für Anforderungen hast du denn, aber da drunter zu kommen dürfte
schwierig sein.
Gibts mal paar Angaben, die sehr sehr sehr genau bißchen präzisieren?
Welcher Temp-Bereich, welcher Messfühler, welche Genaugigkeit und
Auflösung?
Vielleicht hilft es, die Auswertung selbst nochmal temperaturstabil zu
betreiben?
Eine Brücke mit Wechselspannung ist alles andere als veraltet. Für sehr
hohe Genauigkeit macht man das immer noch, und wird es auch weiter so
machen. An sich ist das nicht aufwendiger als ein Chopper OP, nur das
man konsequent Gleichspannungen an allen kritischen Stellen vermeidet.
Gegen Thermospannungen im sub µV Bereich hilft einem kein Chopper OP,
die entstehen schon an der Brücke selber, an Steckverbindern.
Wechselspannungsmäßig sind 10 nV dagegen keine wirkliche Kunst bei
geringer Bandbreite. Von Rauschen sind Chopper OPs immer noch gut 10 mal
schlechter als normale OPs.
Mittlerweilen sind ja auch AD Wandler und µCs bzw. DSPs nicht mehr so
teuer. Man kann die phasenrichtige Detektion damit auch gut in Software
hinter den AD Wandler machen.
Es gibt auch fertige Geräte zur genauen Temperaturmessung per
Wechselspannungsbrücke, z.B. von LakeShore.
Fuer eine Temperaturmessung wahrscheinlich uebertrieben. Ein Millikelvin
aufzuloesen ist nicht so das Problem, dass macht man mit einem NTC und
16bit Wandler. Viel schwieriger ist es die Temperatur auch richtig zu
messen. Und dann noch in einem Regelkreis... Im Millikelvin Masstab hat
auch dickes Kupfer ploetzlich einen Gradienten.
Ulrich schrieb:> ...> Von Rauschen sind Chopper OPs immer noch gut 10 mal> schlechter als normale OPs.
Wer hat Dir denn diese Binsenweisheit verkauft?
Solange Du aber nicht genau spezifizierst welchen Frequenzbereich Du
dabei im Auge hast, wird es zugegebenermaßen auch etwas schwierig Deine
Aussage qualitativ zu bewerten.
Eines kann ich Dir aber aus meiner Erfahrung bestätigen:
Chopper Stabilized Amplifier sind dazu da kleine DC-Spannungen (oder
sagen wir mal Spannungen im untersten Infraschallbereich) zu verstärken.
Dabei sind sie, was das Rauschen anbelangt, von 'normalen' OpAmps nicht
zu schlagen - auch nicht von den von Haus aus als rauscharm
bezeichneten!
Was grundätzlich richtig ist, und da scheinen wir uns wohl alle einig zu
sein ist, daß man AC-Spannungen wesentlich besser verstärken kann als
DC-Spannungen, sonst würde man nicht zu solchen 'Kniffen' wie den
Chopper Stabilized Amplifiern greifen müssen.
Bezüglich der hohen (geforderten) Auflösung (wie genau auch immer die
beim 'Oktoberfestbesucher' aussehen mag), kann ich mich noch gut daran
erinnern was für Klimmzüge wir bei unserem Produkt machen mußten, um mit
einem Pt100(/Pt1000) eine Auflösung von besser als 0,01K zu erreichen.
;-)
Dabei war es nicht nur die Messtechnik allein, sondern auch noch die
Linearisierung der Sensoren mittels Polynome höherer Ordnung.
Michael O. schrieb:> Nur stationär oder auch dynamisch??
Nur stationär.
Meine Temperatur liegt zwischen 50°C und 100°C.
Wenn der richtige Wert erstmal gefunden ist, soll dieser auf ca. 1µk
festgehalten werden und über Monate stabil sein.
Raimund Rabe schrieb:> Bezüglich der hohen (geforderten) Auflösung (wie genau auch immer die> beim 'Oktoberfestbesucher' aussehen mag), kann ich mich noch gut daran> erinnern was für Klimmzüge wir bei unserem Produkt machen mußten, um mit> einem Pt100(/Pt1000) eine Auflösung von besser als 0,01K zu erreichen.
In Wikipedia steht:
Der Warmwiderstand R eines Platin-Temperatursensors mit dem
Nennwiderstand R0 lässt sich bei gegebener Temperatur T nach den
folgenden Gleichungen berechnen. Im Temperaturbereich zwischen 0 und 100
°C gilt näherungsweise die lineare Funktion (Polynom 1. Grades) der
Temperatur T (in °C):
R = R0 · (1 + a · T)
a = 3,85 · 10-3 / K
Nur um mal eine Abschätzung zu bekommen:
Bei einem PT1000:
Um die Eigenerwärmung gering zu halten möge in der Brückenschaltung
ein Strom von 1mA durch den PT1000 fließen,
die Verlustleistung des PT1000 ist dann 1mW.
Bei 0°C ist der Spannungsabfall am PT1000 dann 1V.
Die Spannungsänderung ist dann abgeleitet:
I0 R0 a
= 1mA 1000 Ohm 3,85 · 10-3 / K
= 3,85mV/°K
= 3,85µV/°mK
= 3,85nV/°µK
Ist zwar faktor 77 mal besser als ein Thermoelement mit 50µV/°K
aber 3,85nV/°µK ist echt voll wenig.
Besser auf einen NTC als Sensor ausweichen?!
Was ist mit dem Rauschen der Verstärker?
Mein Gedanke bei dieser Wechselstrommessbrücke war, wenn ich die bei
700Hz anstelle bei DC = 0Hz betreibe, vom bösen 1/f Rauschen
wegzukommen.
>Wenn der richtige Wert erstmal gefunden ist, soll dieser auf ca. 1µk>festgehalten werden und über Monate stabil sein.
Ach komm schon, tut dir das nicht selbst weh, 1µK?
Kai Klaas
>Wenn der richtige Wert erstmal gefunden ist, soll dieser auf ca. 1µk>festgehalten werden und über Monate stabil sein.
Haha, schau dir mal auf den Seiten der PTB an, was die für einen Aufwand
treiben um auch nur in die Nähe dieser Anforderung zu kommen.
Da ist ja schon die Alterung des Sensors ein Vielfaches davon.
Bei einer Wechselspannungbrücke wählt man die Frequenz in der
Größenordnung 1 kHz. Rauscharme OPs sind da im Bereich von etwa 1-5 nV/
sqrt(Hz), bei 1 kHz oder höher. Rauscharme Chopper OPs liegen kaum unter
50 nV/sqrt(Hz) für Frequenzen unter 1 kHz. Dazu kommen dann noch
thermoelektrische Störungen bei der DC Messung. Ganz so schlimm ist das
mit dem Rauschen nicht, wenn man etwas hochohmigere Sensoren hat. Ein 10
K Ohm Sensor hat schließlich auch von sich aus schon rund 10 nV
rauschen. Wenn man Stabilitätsgründen einen PT100 hat, ist das Rauschen
aber schon wichtig.
Durch das geringere Rauschen kann man dann mit weniger Leistung in der
Brücke arbeiten und hat weniger Selbsterwärmung. 1 mA such einen PT1000
oder ähnlichen Widerstand sind schon relativ viel, weniger
Selbsterwärmung wäre schon wünschenswert.
Bei Dehnungsmesstreifen sind Wechselstrombrücken auch das üblicher
Verfahren. Da kommt man noch allerdings auch leichter in die
Verlegenheit das man die volle Auflösung.
Das Rauschen ist voellig egal, denn bei einer hinreichend langsamen
Regelung fliegt das Messrauschen eh raus. Ja. fuer 3nV / uK wuerd ich
auch mit Wechselstrom arbeiten. Schau dir mal den AD630 an, der macht
Synchrongleichrichtung. Ich hab den auch mal verwendet nach einer AC
Versterkung mit faktor 10000 auf den AD630, und dann auf einen
Integrator. Dann kamen langsam mV raus. Wichtig ist einfach den AC
Verstaerker bereits mit Bandfilter auszustatten. zB die Kette auf 5kHz
laufen lassen und die Verstaerker als 5kHz Bandpaesse laufen zu lassen.
zB 50Hz breit.
Aus Gruenden der eigenerwaermung waere ein PT1000 einem PT100
vorzuziehen.
Was wird das ein Kalorimeter für ein Frequenznormal?
die ist schon klar das auch ein PT 100 bei der Auflösung 1µK
und einem Temperaturfenster von 50K nicht mehr Linear arbeitet
das mach einen Wertebereich von 50 000 000
Das macht Analog kein Regler und digital kannst du den Faktor 10-100
drauflegen um halbwegs regeln zu können.
da würde ich stufenweise Vorgehen grob und feinreglung. dann bekommst du
auch die verstärkung und die temperaturdrift in den Griff
außerdem Brauchs du nen Kalorimeter ums Kalorimeter sonst bringt dir
jedr Hach die Kiste schneller aus dem Gleichgewicht als der Regler
nachkommt. und am besten den Regle mit in das äußere Kalorimeter. das
reduzirt schon mal die Drift.
Ja. Sicher muss man bei einem Mikrokelvin mehrstufig vorgehen. Ein
millikelvin gegen ein mittel isoliertes Ambient ist auch schon
sportlich.
Zwei Dewars ineinander. So'n Setup laeuft als Doktorarbeit, nehm ich an.
Oktoberfestbesucher schrieb:> Meine Temperatur liegt zwischen 50°C und 100°C.>> Wenn der richtige Wert erstmal gefunden ist, soll dieser auf ca. 1µk>> festgehalten werden und über Monate stabil sein.
Wovon träumst du nachts?
Ralph Berres
Eine berechtigte Frage. Der Temperaturgradient ueber die Messanordnung
sollte ja auch in den Mikrokelvin liegen ... wie macht man das ? In
Fluessigkeit ?
