OpAmp PT100 0-50°C Schaltungsdesign + Berechnung

[Hans K. (Firma: none) (hkais)]

Hallo zusammen,

ich bin seit vielen Jahren (15) wieder mal aktiv geworden in der 
Elektronik. Daher ist viel Wissen "verrostet".

Ich dachte ich hätte das Prinzip eines OpAmps als Differenzverstärker 
verstanden und das Wissen wäre immer noch da, aber dem ist leider nicht 
so...

Hier mal meine Schaltung als LTSpice Schema. Die Schaltung soll mir 
einen  Restwärmefühler PT100 auf ein vernünftigen Pegel bringen. Der 
Restwärmefühler wird im Innenraum genutzt, welcher zwischen 15°C und im 
Sommer bei max. 40°C liegt. Daher die Dimensionierung von ~0-50°C.
Die Kurve Ua wird ab ca. 1,5°C bis 49°C linear. Das reicht aber für 
meine Anwendungsfälle bestens aus. (Siehe Bild2)

Kurz zu meiner Schaltung (Bild1)
Ich habe einen Spannungsteiler zwischen R1 und meinem Rvar (PT100). 
Dieser ist so dimensioniert, dass ca. 1mA (empfohlener Messstrom) durch 
den PT100 fließt und damit eine Spannung von ca. Ue=100mV bei 100Ohm 
(0°C) dort anliegt. Die Spannung Ue steigt in meinem Messbereich auf ca. 
125mV.

- mit einer Spannung von 125mV möchte ich den Maximalpegel von 4.4V am 
OpAmp Ausgang haben. Damit müsste ja mein Spannungsteiler R5/R7 = 
4.4V/125mV = 35,2 sein. Ich musste aber durch Simulationsversuche 
820k/3.6K = 228 dimensionieren. Was mache ich falsch?!?

- dann wollte ich den MCP602 nehmen 
(Beitrag "PT100 Messumformer Platinen Layout"), aber hier scheitere ich 
schon komplett da ich die Dimensionierung laut OpAmp-Datenblatt zu 
meiner Schaltung nicht mehr zusammenbekomme. Beim einfachen Austausch 
des OpAmps bleibt mein Ausgang fast konstant bei 500mV. Kann mir hier 
jemand auf die Sprünge helfen?

- Was muss ich beachten, damit meine Schaltung stabil bleibt bei oben 
genannten Tempänderungen sowie Rauschabhängigkeiten zu minimieren?

Ich hoffe ich konnte mein Anliegen klar formulieren.

Grüße hkais

[Michael B. (laberkopp)]

> - mit einer Spannung von 125mV möchte ich den Maximalpegel von 4.4V am
> OpAmp Ausgang haben. Damit müsste ja mein Spannungsteiler R5/R7 =
> 4.4V/125mV = 35,2 sein. Ich musste aber durch Simulationsversuche
> 820k/3.6K = 228 dimensionieren. Was mache ich falsch?!?

Der Nullpunkt deiner Steigung liegt nicht bei 0V, sondern dort wo 
Eingangsspannung=Ausgangsspannung sein soll.

Rechenformeln siehe http://www.maxim-ic.com/app-notes/index.mvp/id/3450
http://www.umnicom.de/Elektronik/Schaltungssammlung/Temperatur/Pt1000/Pt1000.html 
bei leicht vereinfachten Schaltungen.

> - dann wollte ich den MCP602 nehmen

Eigentlich müsste der gehen (im Gegensatz zum LT1013, der gar kein 
Rail-To-Rail ist) und 820k sind auch keine zu grosse Last am Ausgang. 
Ganz allgemein ist es aber schlau, vom Ausgang einen (10k) Widerstand 
nach 0V zu legen, damit der OpAmp bis auf 0V herunter kommt (dafür kommt 
er dann nicht mehr so knapp an 5V).

[Harald W. (wilhelms)]

Hans K. schrieb:

> Hier mal meine Schaltung als LTSpice Schema. Die Schaltung soll mir
> einen  Restwärmefühler PT100 auf ein vernünftigen Pegel bringen. Der
> Restwärmefühler wird im Innenraum genutzt, welcher zwischen 15°C und im
> Sommer bei max. 40°C liegt. Daher die Dimensionierung von ~0-50°C.
> Die Kurve Ua wird ab ca. 1,5°C bis 49°C linear.

Seltsam. Normalerweise sind PT-Fühler immer unlinear. :-)
Mit PT-Fühler kann man zwar sehr präzise messen, dafür ist
aber ein gewisser Aufwand nötig. Für "Allerweltstemperatur-
messungen" sind analoge oder digitale Halbleiterfühler
besser geeignet.
Gruss
Harald

[W.S. (Gast)]

Hans K. schrieb:
> Ich hoffe ich konnte mein Anliegen klar formulieren.

Nö.

Du hast deine Simulation und ein paar Gedanken über die Durchführung 
beschrieben, aber was zum Kuckuck ist dabei dein Anliegen?

Wenn du per PT100 Temperaturen messen willst (was man nach der 
Überschrift durchaus vermuten kann) und nicht bloß einem Regler seinen 
Input liefern willst, dann laß jeglichen OpV bleiben und begnüge dich 
mit einem temperaturstabilen Vorwiderstand 6k8 o.ä. und einem 
ordentlichen ADC - näheres findest du bei den Appnotes von MicroChip zu 
deren hochauflösenden ADC's.

Dazu hat es hier in diesem Forum schon hunderte verbissene Diskussionen 
gegeben. Such einfach mal.

W.S.