Hallo liebes Forum,
ich beschäftige mich schon seit längerer Zeit mit dem Thema
Temperaturmessung mit PT1000 Sensoren.
Nach einigen Überlegungn bin ich nun zum Schluss gekommen, für die
Auswertung eine Wheatstonesche Messbrücke aufzubauen.
Die entsprechende Schaltung habe ich mal schnell in Paint gezeichnet,
daher siehts vielleicht etwas unbeholfen aus, aber an und für sich
taugts...hoffe ich.
Ein paar Worte zur Schaltung:
Die zwei Operationsverstärker sind als Impedanzwandler geschaltet und
sollen die Widerstände der Zuleitungen ausregeln.
Für die Rückleitung des PT1000 ist mir leider nicht wirklich ne Lösung
eingefallen (Leitungslänge ca 2-3m), da hatte ich vor, die ganze
Messbrücke bei 0°C über das Poti abzugleichen (Messung der
Brückenspannung verstärkt über Instrumentenverstärker ---> 0,000V)
Kann ich dabei auch gleich den Offset des Instrumentenverstärkers mit
korrigieren? Wollte einen nehmen mit einem Offset von ca 20µV...oder
tuts da auch ein etwas "schlechterer", weil ich ja eh über das Poti die
Brücke bei 0°C auf Null abgleiche?
Zum Schluss noch ne Frage zum AD-Wandler der das ganze digitalisiert:
10 Bit (Atmel-Controller) ergeben ja 1024 Stufen...dabei möchte ich von
0-180°C messen und in 0,2°C - Schritten auflösen. Das wären also 900
Stufen...ist da genug "Luft" zu den 1024? Zwecks Unlinearitäten und co?!
Vielen Dank,
Gruß Jan
Die Schaltung mit den OPs korrigiert nur den einen Leitungswiderstand
"oben" der Widerstand unten bleibt als Fehlerquelle. Dafür kommt der
Offset des OPs mit als Fehler rein. Beim PT1000 geht es zur not auch
noch ohne, aber dann kann man sich die OPs eigentlich auch fast ganz
sparen.
Schon die Verwendung des Poties zum Abgleich der Brücke ist so keine so
gute Idee, denn viele Poties haben eher schlechte Temperaturstabilität.
Wenn überhaupt sollte der Poti nur für einen kleinen Rest da sein.
Eine guten Instrumentenvertärker braucht man da nicht, denn es gibt
schon reichlich Fehlerquellen. Einen kleinen Offset von vielleicht 500
µV kann man weitgehend mit Abgleichen, ggf. auch in Software.
Entsprechend wird man eher mehr als 10% des Bereichs nicht nutzen
können.
Für eine genau Messung wäre die direkte ratiometirsche Messung mit einem
AD-Wandler mit hoher Auflösung und idealerweise externer Differentieller
Referenz eher geeignet. Gut wäre z.B. so etwas wie LTC2440, wenn es sein
muss ginge auch ein ICL7135.
Ein PT1000 darf nur 300mV drueber haben. Wegen Selbsterwaermung. Dah es
wird schwierig mit einem 1k:1k Teiler. Ich verwend ueblicherweise einen
10k in Serie zum PT1000. An einer 2.5V Referenz. Ein 10Bit ADC wird
schwierig. Aber moeglicherweise machbar. Rechne's doch einfach durch.
@ Ulrich:
Kannst du mal "direkte ratiometrische Messung" genauer erläutern? Also
ohne OPV und die Brückenspannung direkt auf den 16 Bit ADC geben?
@...:
300mV über was? Und wenn er 300mV über "was auch immer" liegt, dann sagt
das noch nichts über die Eigenerwärmung aus. Es kommt ja auf die
Verlustleistung an...und die hängt ja auch von der Speißespannung ab!
Bei deinen 2,5V Referenz haut das mit so nem 1K : 1K Teiler grad hin,
dass nicht viel mehr als 1mA fließen (was in der Spez. vom PT1000 als
Maximalstrom angegeben ist)...
Zum Pt1000 gab es gerade einen anderen Thread, unter
Beitrag "AD7793 Vref von Rref?"
Da ging es um die Messung direkt am AD Wandler. Ein Vorteil ist das vor
allem wenn man 4 Leiter Technik nutzen will/muss und ein hohe
Genauigkeit/Auflösung braucht.
Die einfache Brückenschaltung kann man gut nutzen, wenn man mit 2 oder 3
Leiter Anschluss auskommt, und keine so hohe Genauigkeit braucht. Für
den µC internen 10 Bit AD und einen PT1000 paßt das mit der
Brückenschaltung eigentlich noch - nur sieht eine richtige Schaltung
etwas anders aus, ist aber nicht aufwendiger.
Hmm also ich war bisher eigentlich immer der Auffassung, dass eine
Messbrücke so ziemlich das beste ist, um kleine Spannungsänderungen
möglichst genau zu messen.
Ich geb dir Recht, dass meine Schaltung den unteren Leitungswiderstand
nicht kompensieren kann, hierfür wäre eine negative Betriebsspannung
nötig, aber ich weis nicht ob das nicht evtl zuviel Aufwand ist.
Stichwort "Mit Kanonen auf Spatzen".
Daher wollte ich ja den unteren Leitungswiderstand einmalig beim
Kalibrieren der Schaltung "ausgleichen". Klar hol ich mir durch die OPVs
diverse Offsets rein, aber auch diese können ja beim Kalibrieren
ausgeglichen werden? Oder hab ich grad nen Denkfehler?
Das mit dem Poti seh ich ein...hier wäre es wohl besser im rechten
Brückenzweig nen Metallschichtwiderstand zu verwenden und dazu ein Poti,
um nur nen "kleinen Rest" wegtrimmen zu können?!
Gruß Jan
Eine Brückenschaltung ist schon sehr gut, aber nur wenn man auch im
Vergleichszweig hochwertige Widerstände hat. Wenn man dann noch eine
Kompensation für eine 4 Leiter Messung haben will wird es auch schon
relativ kompliziert. Mittlerweile ist ein passender hochauflösender
AD-Wandler (z.B. LTC2440 oder AD7793) schon fast billiger als 2
hochwertige Widerstände mit TK unter 10ppm/K und entsprechender
Genauigkeit. Die Möglichkeit zur 4 -Leiter Messung bekommt man dabei
dann auch gleich mit.
So klein sind die Spannungsänderungen auch noch gar nicht beim PT100x.
Schon bei rund 270 C verdoppelt sich Widerstand. Für wirklich kleine
Änderungen wie beim DMS ist die Brücke schon gut, da hat man aber gleich
eine ganze Brücke als Sensor, und nicht nur 1 Widerstand.
Sinnvoll bleibt die Brückenschaltung weiter, wenn man mit
Wechselspannungsanregung messen will - damit fallen dann die ganzen
Offsets heraus, und als präzise Teiler gibt es spezielle
Transformatoren. So kommt man dann auch auf unter mK Auflösung.
Hallo Ulrich,
danke für die Infos. Ich muss sagen der AD7793 gefällt mir sehr gut.
Möchte ja insgesamt 6 PT1000 verwenden und da komm ich mit zwei AD7793
fast günstiger weg als wenn ich da 6 Brücken aufbaue mit
temperaturstabilen Widerständen + OPVs...
Wenn ich das richtig versteh, dann hat der AD7793 eine
Konstantstromquelle drin, mit der ich nen definierten Strom auf den
PT1000 gebe und den Spannungsabfall darüber dann im AD7793 verstärke,
messe und AD-Wandle...und per SPI auslese?
Also brauch ich quasi nur den PT1000 anschließen?
Gruß Jan
Ob man die Leitungen beruecksichtigen muss oder nicht zeigt eine kleine
Fehlerrechnung. Es ist eine Frage der gewuenschten Genauigkeit und der
benoetigten Leitungslaenge. Bei einer Verdrahtung von 1m mit 0.25mm^2
sind die Verbindungen 70mOhm. Ein PT1000 macht 3 Ohm pro Grad. Dh ein
nicht beruecksichtigtes Kabel ist arquivalent zu 23mK. Ob das
vernachlaessigbar ist oder nicht kann jeder selbst entscheiden.
Einen Praezisionswiderstand braucht man auch bei der
Spannungsteilermethode.
Die Stromquelle im AD7793 ist nicht besonders genau. Für eine genaue
Messung fließt der Strom durch den PT1000 und einen ref. Widerstand. Die
Spannung am Ref. Widerstand dient dann als Ref. für den AD Wandler. Die
Stromquelle dient dabei nur noch dazu den Strom an und Abzuschalten und
während einer Messung ungefähr konstant zu halten. Man braucht also
schon noch 1 genaue Referenz-Widerstand. Mit nur der
Konstantstromquelle verschenkt man doch recht viel der möglichen
Genauigkeit und könnte das ggf. billiger haben.
Je nach Aufbau kann man die PT1000 in Reihe schalten und dann ggf. auch
mit einem IC (z.B. AD7794, als Version mit 6 Kanälen) auch bis zu 6
Kanäle messen. Alternativ reicht auch ein relativ einfacher Multiplexer,
wenn der AD zu wenig Kanäle hat.
Wenn man ohnehin nur einen 10 Bit AD Wandler im µC nutzen will, sind die
23 mK durch 1 m Leitung in der Regel zu vernachlässigen. Vor allem kann
man davon den konstanten Teil auch noch in Software berücksichtigen.
opv.PNG
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