Schaltung zur Temperaturmessung

ich muss das ganze analog machen.

Marcel R. schrieb:
> Hallo,
>
> ich versuche gearde eine Schaltung für Temperaturmessungen mit einem
> pt100 Sensor,

> Ich möchte das Optimum aus den Sensoren raushohlen, bei dem pt100 Sensor
> sind das ja etwa eine Genauigkeit von 0,15 K. Genügt da ein OP fürs
> Entkoppeln und einer um das Signal zu verstärken ? Als ADC habe ich
> einen 12bit , zur not auch einen 16bit.

Nein, Du kannst zwar mit PT100 eine hohe Genauigkeit erreichen,
brauchst aber dafür auch einen gewissen Aufwand. Typischerweise
schliesst man den Sensor über 4 Drähte an. D.h. man braucht auch
4 Multiplexer. Ausserdem braucht man eine Konstantstromquelle
und einen Präzisionswiderstand zum Vergleich. Es sollte Dir klar
sein, das eine Temperaturänderung von 0,15 Grad einer Widerstands-
änderung von nur 60ppm entspricht.
Gruss
Harald

gut ok und wie sieht es mit dem Sensor von Innovatek:
 aus ? Er hat ja eine Tolleranz von ca 3,3 K , da dürfte eine Schaltung 
von 2 OPs ausreichen. Nur wegen der Konstantstromquelle mache ich mir 
gedanke, da ich für den Sensor sehr niedrige Ströme brauche, da der 
Sensorwiederstand bei 60 Grad C ca 3KOhm und bei 15Grad C 15KOhm 
beträgt. Bei 15KOhm und einem Strom von 5mA habe ich eine Spannugn von 
75V !!!
Als Konstantstromquelle wollte ich einen LM317 nehmen, aber er hat ja 
ein min. Load Current 3.5 mA !!!

Eine Konstantstromquelle mit dem LM317 oder ähnlichem ist für einen 
PT100 eine schlechte Idee. Wenn überhaupt nimmt man eine 
Konstantstromquelle, die die selbe Ref. wie der AD Wandler nutzt. 
Häufig geht auch die Abwandlung, dass die Spannung an einem Ref. 
Widerstand als Referenzspannung für den AD benutzt wird.

Um mit einem PT100 genaue Werte zu bekommen braucht man in der Regel 
eine 4 Leiter Messung. Dazu sollte der MUX dann wenigstens 3 Polig 
ausgeführt werden (1 Leitung kann immer Verbunden sein). Es ginge auch 
alle Pt100 in Reihe zu schalten und nur die 2 Anschlüsse zur 
Spannungsmessung umzuschalten.

Für die 2 Sensoren wird man wohl 2 Ref. Widerstände brauchen - weil der 
Strom wohl unterschiedlich sein wird: z.B. ca. 1 mA für den PT100 und 
ca. 0,1 mA (oder auch 0,01 mA) für den hochohmigeren Sensor.

Um den PT100 voll auszunutzen sollte man vom AD wandler ca. 0.05 K, oder 
feiner auflösen können. Da reicht der 12 Bit AD dann wohl nicht mehr, 
selbst wenn man den Wert für die untere Temperatur (ca. 70 Ohm ?) 
abzieht. Mit dem 16 Bit Wandler könnte man dann auch von 0 Ohm an 
messen.

hiermit werde ich dann wohl auch keinen Erfolg haben MC34063, Step Down 
?

Sonst kenne ich keine andere möglichkeit eine Konstantstromquelle zu 
machen.

Such mal nach "Konstantstrom-Quelle mit geerdetem Eingang und geerdetem 
Verbraucher". Da gibt es eine Operationsverstärker-Schaltung. Der 
Eingang ist dann eine (passende) Referenzspannung und der Ausgang z.B. 
ein PT100.

Gruß
Dietrich

tut mir leid, aber ich konnte bei google nichts finden .

Mein lieber Marcel,

den ganzen Kram mit Multiplexern, Konstantstromquellen, 
Operationsverstärkern und so weiter solltest du in die Tonne werfen. Das 
ist alles nur Unfug, denn die Leute, die so lustig darüber schwafeln, 
haben sich keinerlei Gedanken über Offsets, Auflösungen, Linearität und 
so weiter gemacht.

Mein Rat: Kauf die bei Reichelt einige kleine Sigma-Delta-Wandler von 
Microchip für ca. 3.50 Euro und halte dich an die Appnotes von Microchip 
zu diesem Thema. Jeder PT100 bekommt dann einen möglichst 
temperaturstabilen Vorwiderstand und einen Wandler. Mehr braucht es 
nicht. Die Wandler sind klein (8 Beine) und verbrauchen nur 0.2 mA und 
benötigen nur 2 digitale Leitungen zum uC.
So ein Sigma-Delta-Wandler hat rund 19..22 nutzbare Bits, kann den 
Netzbrumm wirksam unterdrücken und ist damit jedem 12 Bit Wandler 
haushoch überlegen.

W.S.

W.S. schrieb:

> den ganzen Kram mit Multiplexern, Konstantstromquellen,
> Operationsverstärkern und so weiter solltest du in die Tonne werfen. Das
> ist alles nur Unfug, denn die Leute, die so lustig darüber schwafeln,
> haben sich keinerlei Gedanken über Offsets, Auflösungen, Linearität und
> so weiter gemacht.

Komisch, die meisten Industriegeräte arbeiten aber auch so...
Gruss
Harald

Harald Wilhelms schrieb:
> Komisch, die meisten Industriegeräte arbeiten aber auch so...

Ach, du kennst tatsächlich DIE MEISTEN INDUSTRIEGERÄTE, ja? Und du bist 
so schlau, daß du aus der Kenntnis einiger Gerätschaften schließt, daß 
man es genau so tun muß?

Marcel will aus einem Klasse A Fühler auch das herausholen, was er kann 
und er will nicht sich mit Ungenauigkeiten im Bereich von +/- 3 Kelvin 
herumärgern. So ein Fühler ist nämlich ab Werk (für teuer Geld) 
hochpräzise abgeglichen, so daß er der ISO-Norm entspricht. Wer wollte 
da so blöd sein, diesen Abgleich durch irgendwelche Kunst-Schaltungen 
zunichte zu machen? Versuche doch mal, dir auszurechnen, auf wieviel 
Stellen ein 100 Ohm Widerstand abgeglichen werden muß, damit er auf 
Temperaturen umgerechnet eine Absolutgenauigkeit von 0.15 Kelvin 
erreicht. Mit 1 prozentigen Widerständen ist da nix zu machen.

Also, mein lieber Harald, schau mal lieber auf die Seiten von MicroChip 
und lies dort, was deren Fachleute in die Appnotes geschrieben haben. 
Das ist wesentlich lehrreicher als das Studium der 'meisten komischen 
Industriegeräte'.

W.S.

Helmut Lenzen schrieb:

> PS: Man mus es nur richtig machen dann klappt es auch mit dem
> Multiplexen.

Ja, und das mit einfachen 405x-Multiplexern bis in den
mK-Bereich hinein. BTDT.
Gruss
Harald
PS: 12-bit-Wandler ist natürlich wirklich zu wenig.

Ich habe vielleicht euer Problem noch nicht richtig erfasst. Ich hatte 
mal die Schaltung wie im Bild geplant. Stromquelle mit LM334 (Temperatur 
kompensiert mit Diode). Bereichsanpassung über Spannungsteiler an V+, 
beliebige Verstärkung. Ich wollte 10 Temperaturen mit AVR erfassen. Mit 
dem 10Bit-Wandler und 100° Messbereich kommen da 0,1° Auflösung raus.

Mir waren dann die PT100 zu teuer und die 4-Drahtanschlüsse zu aufwendig 
und bei meinen langen Leitungen alles zu ungenau. Ich habe das ganze 
direkt mit den LM334 gelöst und bin immer noch begeistert: Beliebig 
lange Leitungen, seit Jahren stabil und besonders sehr sehr einfache 
Kalibrierung. Die Kalibrierung kann man bei einer beliebigen Temperatur 
machen, da der 2. Temperatur-Punkt der absolute Nullpunkt ist.

Hermann schrieb:
> Ich habe vielleicht euer Problem noch nicht richtig erfasst. Ich hatte
> mal die Schaltung wie im Bild geplant. Stromquelle mit LM334 (Temperatur
> kompensiert mit Diode). Bereichsanpassung über Spannungsteiler an V+,
> beliebige Verstärkung. Ich wollte 10 Temperaturen mit AVR erfassen. Mit
> dem 10Bit-Wandler und 100° Messbereich kommen da 0,1° Auflösung raus.

Ja, es ist Dir aber klar, das die Genauigkeit deutlich schlechter ist?

> Mir waren dann die PT100 zu teuer und die 4-Drahtanschlüsse zu aufwendig
> und bei meinen langen Leitungen alles zu ungenau. Ich habe das ganze
> direkt mit den LM334 gelöst und bin immer noch begeistert: Beliebig
> lange Leitungen, seit Jahren stabil und besonders sehr sehr einfache
> Kalibrierung.

Nun, ich bin auch der Ansicht, das man mit PT-Widerständen
sehr präzise Spannungsmessungen machen kann. Die geringe
Steigung der Sensoren erzwingt aber eine aufwändige Schaltung.
Dieser Aufwand lohnt sich m.E. nur, wenn die geforderte
Genauigkeit gleich oder besser 0,1K ist. Ansonsten sollte man
eher auf Halbleiterfühler übergehen. Sie sind wesentlich
"pflegeleichter".

> Die Kalibrierung kann man bei einer beliebigen Temperatur
> machen, da der 2. Temperatur-Punkt der absolute Nullpunkt ist.

Aha, und wie verwirklichst Du den absoluten Nullpunkt, um Deine
Kalibrierung durchzuführen? :-)
Eine Zweipunktkalibrierung sollte eigentlich das mindeste sein,
was man macht. Sie ist mit dem 0° Punkt und einem Fieberthermometer
im überwiegend genutztem Bereich auch verhältnismässig einfach 
durchzuführen. Bei Messungen über 100° kommt man wohl um das
Ausleihen eines geeigneten Kontrollinstruments zur Kalibrierung
nicht drumherum.
Gruss
Harald

Harald Wilhelms schrieb:
> Ja, es ist Dir aber klar, das die Genauigkeit deutlich schlechter ist?

Ist mir spontan nicht so klar. Du meinst vermutlich die Stromquelle. Man 
müsste eine genaue Fehlerbetrachtung machen. Der Strom ist typisch 
0,01%/V genau und die Temperaturkompensation ist für den theoretisch 
richtigen Wert gewählt. Ich hätte auch lieber einen Stromkonstanter, der 
nicht gleichzeitig Temperatursensor ist - habe aber bisher keinen 
vergleichbaren gefunden. Auf jeden Fall muss man aber gute Widerstände 
nehmen.

Harald Wilhelms schrieb:
> Aha, und wie verwirklichst Du den absoluten Nullpunkt, um Deine
> Kalibrierung durchzuführen? :-)

Das kostet leider den Aufwand einer genauen negativen Spannung (siehe 
Bild). Aus dem gewünschten Messbereich ergibt sich der Strom (0,308mA) 
und der Widerstand (34k5) und dann ergibt sich die neg. Spannung für den 
absoluten Nullpunkt. Beim absoluten Nullpunkt fließt 0 µA Strom laut 
Datenblatt. Bei 0° kommen  im Beispiel 0V heraus. Die angegebenen Werte 
ergeben einen Temperaturbereich von 0 bis 70° für die Vollaussteuerung 
des ADC (Uref=2,49V). Ich habe mir eine Excel-Tabelle gemacht, mit der 
ich die Werte für jeden Anwendungsfall berechnen kann. Wenn die 
Spannungs- oder Widerstandswerte nicht genau sind, verschiebt sich nur 
der Spannungsbereich und der Offset, aber nach der Kalibrierung nicht 
die Genauigkeit der Messung. Aber alle Werte müssen stabil sein. Ich 
habe nur 0,1%-Widerstände mit 25ppm/° genommen.
Durch die 1-Punkt-Kalibrierung braucht man keine Temperatur anzufahren 
und zu stabilisieren, sondern nimmt einfach die, die gerade ansteht. Ich 
nehme die Raumtemperatur, die ich mit einem kalibrierten Thermometer auf 
0,05° genau messen kann.