Hallo zusammen. Ich möchte mittels eines PT100 und einer Messbrücke die Temperatur messen. Gedacht habe ich mir das so, dass ich beide Zweige der Messbrücke jeweils mit einer Konstantstromquelle betreibe. Die eine Platine beinhaltet nur einen Stecker, den PT100 und 4 matched und vergossene 100 Ohm Widerstände. Auf einer anderen Platine, die mit einem Kabel mit der "Sonsor-Platine" verbunden wird, soll die beiden konstanten Ströme liefern, sowie die Brückendifferenzspannung mittels Intrumentationsverstärker messen und anschließend AD-Wandeln. Alles soll so genau wie möglich sein. Entscheidend bei der Auswahl ist primär die Genauigkeit und die Größe der Bauteile, sekundär der Preis. Da in dem Gehäuse, in dem sich die beiden Platinen befinden, Temperaturen von ca -5°C bis ca 70°C auftreten können, soll die Änderung der konstanten Ströme gleich sein, damit sich die Brückenspannung nicht ändert. Mein Plan war also ein IC zu nehmen, dass zwei genau gleiche Ströme (zwischen 10mA und 50mA) erzeugt, die absolut nicht genau sein müssen, sondern nur identisch. Nach längerer Suche habe ich dann den REF200 von TI gefunden, doch der liefert nur 100µA. Bei einem PT100 mit 0 Grad wären das 10mV, was erst noch über das Kabel zum OP muss. Das scheint mir eine zu kleine Spannung zu sein. Doch eine andere Doppel-Stromquelle habe ich nicht gefunden. 2 einzelne ICs mit Stromquelle kann man zwar dicht aneinander Plazieren, sodass beide die gleichen Temperaturschwankungen haben, jedoch geben sie einen unterschiedlichen Strom aus, da die Bauteile ja nicht richtig gleich sind. Ich habe auch schon überlegt, eine Stromquelle diskret aufzubauen, mit Transistor, Z-Diode und 2 Widerständen, jedoch müssen dann alle Teile identisch doppelt sein, was mir wieder entwas zu aufwenig erscheint. Noch eine Idee von mir war es, zwei ungefär gleiche Konstantströme zu generieren, dessen Strom ich mit einem Shunt und ADC(-Channel) messe. Damit habe ich den Betrag der beiden Ströme und kann den unterschied rausrechnen. Doch das scheint mir wieder zu aufwendig. Ebenso wie eine konstante Spannung zu erzeugen und die nichtlinearität rauszurechnen. Hat jemand von euch noch Tipps, wie ich die Brücke am besten betreiben kann und kann mir ein paar Bauteile nennen? Den OP (AD8421 oder LTC6915), den ADC, den PT100 und das matched Widerstandsnetzwerk hab ich schon soweit rausgesucht. Es geht ansich nur noch um die Versorgung der Brücke. Vielen Dank schonmal
Früher hat man dafür noch Stromspiegel verwendet. Mit einer Konstantstromquelle und einem matched transistor-paar muss sich der Strom doch auf zwei Zweige aufteilen lassen...
Michael Skropski schrieb: > Auf einer anderen Platine soll die beiden konstanten Ströme liefern, Das ist irgendwie der falsche Ansatz. Typisch nimmt man nur eine Stromquelle, schaltet um, und misst nacheinander. Oder man schaltet PT100 und Referenzwiderstand in Reihe, und misst diese beiden Widerstände nacheinander. Da bei PT-Messungen 1 Promille bereits einen Fehler von 0,25° ergeben, wäre eine Doppelstromquelle eigentlich immer zu ungenau. Gruss Harald
Marius S. schrieb: > Früher hat man dafür noch Stromspiegel verwendet. Mit einer > Konstantstromquelle und einem matched transistor-paar muss sich der > Strom doch auf zwei Zweige aufteilen lassen... Stromspiegel sind m.E. für diesen Zweck zu ungenau, speziell wenn sie nicht auf einen IC integriert sind, sondern aus Einzelbauelementen zusammengesetzt werden. Eine Simulation wird da aber vermutlich ein anderes Ergebnis erbringen. :-( Gruss Harald
Harald Wilhelms schrieb: > Stromspiegel sind m.E. für diesen Zweck zu ungenau, speziell wenn > sie nicht auf einen IC integriert sind, sondern aus Einzelbauelementen > zusammengesetzt werden. Deswegen dachte ich, das alles schon in einem IC sein sollte. Ich hatte auch schon gedacht, warum überhaupt eine Brücke? Man kann ja auch einen Konstantstrom durch den PT100 geben und den Spannungsabfall messen. Doch der Projektleiter meinte, es ist im dynamischen Bereich schlechter, da 0°C ja schon einiges an Spannung liefert. Das nacheinander schalten klingt auch nicht schlecht. Doch dann kann man ja keine Differenzspannung direkt messen, oder? Sprich, man misst zuerst die Spannung über den PT100 und anschließend die Spannung über einen 100 Ohm Widerstand. Kann ich mir dann nicht gleich alles sparen und nur den PT100 mit konstanten Strom betreiben und die Spannung messen?
Michael Skropski schrieb: > Ich möchte mittels eines PT100 und einer Messbrücke die > Temperatur messen. Gedacht habe ich mir das so, dass ich beide Zweige > der Messbrücke jeweils mit einer Konstantstromquelle betreibe. Einer von uns beiden steht auf dem Schlauch. Wenn man einen Sensor in einer Brückenschaltung betreibt und die Diagonalspannung der Brücke als Meßsignal verwendet, dann braucht man doch gar keine Stromquellen? Vor allem nicht in der Mehrzahl, weil es ja gerade der Witz an der Brückenschaltung ist, daß beide Zweige aus der gleichen Quelle versorgt werden. Statt dessen speist man die Brücke mit einer konstanten Spannung. Konstant deshalb, weil die Spannung als Proportionalitätsfaktor in das Ergebnis eingeht. Und wenn man es clever anstellt und die Spannung gleich als Referenzspannung des ADC verwendet, dann muß sie sogar nur kurzzeitstabil sein. XL
Aktive Stromteiler: http://www.google.com/patents/US4973857 ... sitzen im TDA1540 und 1541 von Philips drin. Hier im Datenblatt ist es etwas einfacher: http://www.lampizator.eu/lampizator/LINKS%20AND%20DOWNLOADS/DATAMINING/tda%201540.pdf Gruß Jobst
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Axel Schwenke schrieb: > Einer von uns beiden steht auf dem Schlauch. Wenn man einen Sensor in > einer Brückenschaltung betreibt und die Diagonalspannung der Brücke als > Meßsignal verwendet, dann braucht man doch gar keine Stromquellen? Vor > allem nicht in der Mehrzahl, weil es ja gerade der Witz an der > Brückenschaltung ist, daß beide Zweige aus der gleichen Quelle versorgt > werden. > > Statt dessen speist man die Brücke mit einer konstanten Spannung. > Konstant deshalb, weil die Spannung als Proportionalitätsfaktor in das > Ergebnis eingeht. Und wenn man es clever anstellt und die Spannung > gleich als Referenzspannung des ADC verwendet, dann muß sie sogar nur > kurzzeitstabil sein. Der Vorteil bei einem konstaten Strom ist, dass sich die Spannung linear zum PT100-Widerstand ändert. Sprich U = R(pt100) * Iref. Bei einer konstanten Spannung ist es dann U = Uref / ( 1 + R/R(pt100) ). Somit steht der Widerstandswert des PT100 im Nenner -> nicht linear. Konstantspannung ist allerdings deutlich einfacher zu realisieren, wie es scheint.
Michael Skropski schrieb: > Axel Schwenke schrieb: >> Einer von uns beiden steht auf dem Schlauch. Wenn man einen Sensor in >> einer Brückenschaltung betreibt und die Diagonalspannung der Brücke als >> Meßsignal verwendet, dann braucht man doch gar keine Stromquellen? > Der Vorteil bei einem konstaten Strom ist, dass sich die Spannung linear > zum PT100-Widerstand ändert. Klar. Nur wozu dann die Brücke? Wenn du den Widerstand deines PT100 Sensors linear erfassen willst, dann speise ihn einfach mit Konstantstrom und miß die Spannung. Wozu dann noch 3 hochgenaue 100R Widerstände drum herum garnieren? Natürlich mußt du dann den Strom entweder langszeitstabil bereitstellen oder kurzzeitstabil machen und messen. Wie ein Vorposter schon schrieb, ist es dann eine Möglichkeit, den Strom wahlweise auf einen 100R Referenzwiderstand zu schalten und die Spannung an diesem zu messen. XL
Axel Schwenke schrieb: > Klar. Nur wozu dann die Brücke? Wenn du den Widerstand deines PT100 > Sensors linear erfassen willst, dann speise ihn einfach mit > Konstantstrom und miß die Spannung. Wozu dann noch 3 hochgenaue 100R > Widerstände drum herum generieren? Naja. Mit der Brücke und dessen Differenzspannung bedeutet 0°C 0V. Somit kann ich den gesamten Bereich vom ADC ausnutzen. Bei einem Pt100 einzeln sind es (eine 30mA Quelle vorausgesetzt) 3V bei 0°C und 4.1553V bei 100°C. Sprich, ich hab eine Spannungsdifferenz von 1.1553V und bei der Brücke die gesamte Breite von z.b. 4.096V -> mehr Auflösung. Wegen dem IC von Maxim werde ich morgen mal den Projektleiter fragen.
Michael Skropski schrieb: > Brücke die gesamte Breite von z.b. 4.096V -> mehr Auflösung. Wat? o.O - Wie kommst Du denn da hin? Eine Brücke hat eigentlich nur einen konkreten Vorteil: Die Gleichheit von zwei Spannungen festzustellen. Keine Spannung oder keinen Strom kann man nämlich am genauesten messen. Wie Du auf einmal darauf kommst, eine Brücke würde Dir die Spannung verstärken, ist mir unklar. Gruß Jobst
Michael Skropski schrieb: > Harald Wilhelms schrieb: >> Stromspiegel sind m.E. für diesen Zweck zu ungenau, speziell wenn >> sie nicht auf einen IC integriert sind, sondern aus Einzelbauelementen >> zusammengesetzt werden. > > Deswegen dachte ich, das alles schon in einem IC sein sollte. Ich hatte > auch schon gedacht, warum überhaupt eine Brücke? Man kann ja auch einen > Konstantstrom durch den PT100 geben und den Spannungsabfall messen. Doch > der Projektleiter meinte, es ist im dynamischen Bereich schlechter, da > 0°C ja schon einiges an Spannung liefert. Anderen Projektleiter suchen scnr ;) 4-Leiter-Schaltung mit z.B. einem AD7792/3/4/5 als AD-Wandler. Bei z.B. 210 uA durch den PT100 sind, wenn etwa vier Messungen pro Sekunde reichen, je nach Verstärkung rauschfrei Auflösungen von etwa 67 mK bis runter auf 3 mK möglich, bei 1 mA (vorausgesetzt die Selbsterwärmung des PT100 stört nicht/würde rausgerechnet) wären es etwa 0.67 mK. Wird der Ansatz von Harald Wilhelms (erst PT100 messen, dann Referenzwiderstand) erweitert d.h. würde nach den ersten beiden Messungen die Stromrichtung umgekehrt, fallen u.a. auch etwaige Fehler durch Thermospannungen etc. raus.
Michael Skropski schrieb: > Hallo zusammen. Ich möchte mittels eines PT100 und einer Messbrücke die > Temperatur messen. Dann solltest Du als erstes mal sagen, wie genau Du messen willst. Danach richtet sich nämlich der Aufbau des gesamten analogen Frontends. Gruss Harald
Harald Wilhelms schrieb: > Michael Skropski schrieb: > >> Hallo zusammen. Ich möchte mittels eines PT100 und einer >> Messbrücke die Temperatur messen. > > Dann solltest Du als erstes mal sagen, wie genau Du messen > willst. Danach richtet sich nämlich der Aufbau des gesamten > analogen Frontends. Ach Gott... was erwartest Du von der Diskussion? Bei dem bisherigen Verlauf?! Taube lauschen der Sprache der Tiere, Blinde orientieren sich am Sternenhimmel, und Ahnungslose weisen den Weg. Alles in bester Tradition des UseNet. 30mA Mess-Strom sind eine grandiose Idee. Es schadet ja auch nichts, wenn 3V * 30mA = 90mW am Sensor abfallen; bei 50K/W liegt die Messung ja nur 4.5K daneben. Weiter ist die exakt lineare Abhaengigkeit der Spannung vom Widerstand von hoechster Wichtigkeit. Dass der Widerstand gar nicht linear von der Temperatur abhaengt, ist ja auch voellig nebensaechlich. Und schlieszlich ist die Foerderung der amerikanischen Wirtschaft ein aeuszerst wichtiger Aspekt. Daher muss ein moeglichst teurer A/D-Wandler zum Einsatz kommen; mir schwebt ein 32bit-Sigma-Delta-Wandler mit 1024fachem Oversampling vor. Die Erkenntnis, dass man mit vier 0.1%-Widerstaenden und einem OP07 zum Ziel kaeme, muss unbedingt unterdrueckt werden! Kompliziertheit ist Trumpf! Nieder mit der Wheatstone-Bruecke!
Jobst M. schrieb: > Wie Du auf einmal darauf kommst, eine Brücke würde Dir die Spannung > verstärken, ist mir unklar. Die Brücke nicht, aber der Instrumentationsverstärker, dessen Verstärkung ja einstellbar ist. Harald Wilhelms schrieb: > Dann solltest Du als erstes mal sagen, wie genau Du messen willst. Es soll absolut +-0.3°C genau sein. Die Brücke und Analogteil sind theoretisch schon fertig (von wem anderes). Ich sollte nur Gucken, ob ich das noch einfacher bzw kleiner / mit weniger Bauteilen hinbekomme. Rainer Ziegenbein schrieb: > Ach Gott... was erwartest Du von der Diskussion? Bei dem > bisherigen Verlauf?! Sorry, das ich anscheinend nicht so toll und schlau bin wie du und Manches noch nachfrage. > 30mA Mess-Strom sind eine grandiose Idee. Es schadet ja > auch nichts, wenn 3V * 30mA = 90mW am Sensor abfallen; > bei 50K/W liegt die Messung ja nur 4.5K daneben. Das war ja auch nur n Rechenbeispiel. Letztendlich wollte ich nur sagen, daas bei einer Brücke mit 3 100 ohm Widerständen bei 0°C 0V Dif.spannung ist und der OP dann so verstärken kann, dass man möglichst an die Obergrenze des ADC kommt. Im Gegensatz zum alleinigen Betrieb. > Weiter ist die exakt lineare Abhaengigkeit der Spannung > vom Widerstand von hoechster Wichtigkeit. Dass der > Widerstand gar nicht linear von der Temperatur abhaengt, > ist ja auch voellig nebensaechlich. So wurde es bisher angenommen > Und schlieszlich ist die Foerderung der amerikanischen > Wirtschaft ein aeuszerst wichtiger Aspekt. Daher muss > ein moeglichst teurer A/D-Wandler zum Einsatz kommen; > mir schwebt ein 32bit-Sigma-Delta-Wandler mit 1024fachem > Oversampling vor. Das ist doch blödsinn... > Die Erkenntnis, dass man mit vier 0.1%-Widerstaenden und > einem OP07 zum Ziel kaeme, muss unbedingt unterdrueckt > werden! Muss ja nicht. Mir wurde gesagt, das eine Brücke den dynamischen Bereich besser repräsentieren kann und dass man eine annähernd lineare Spannung bekommt, wenn beide Zweige mit dem gleichen konstanten Strom Betrieben werden. Ich konnte das nachvollziehen, deshalb meine Fragen. Wenn es eine bessere/genauere/einfachere Beschaltung gibt, bin ich ganz Ohr.
Rainer Ziegenbein schrieb: > Taube lauschen der Sprache der Tiere, Blinde orientieren > sich am Sternenhimmel, und Ahnungslose weisen den Weg. LOL. YMMD!
Mit weniger Bauteilen? Ja. Sicher. Einen 10k Folienwiderstand, in Serie mit dem PT100, obwohl PT1000 hier vorzuziehen waere. Damit auf einen 24Bit ADC mit differentiellem Eingang. Fertig.
Hai! Michael Skropski schrieb: > Rainer Ziegenbein schrieb: >> Ach Gott... was erwartest Du von der Diskussion? >> Bei dem bisherigen Verlauf?! > > Sorry, das ich anscheinend nicht so toll und schlau > bin wie du und Manches noch nachfrage. Das war gar nicht mein Punkt. Entschuldige meinen Sarkasmus, aber ich werden sauer, wenn richtige Aussagen niedergemacht werden. Das ging mehr an Schlaumeier wie Arc Net oder Jobst M. >> 30mA Mess-Strom sind eine grandiose Idee. Es schadet ja >> auch nichts, wenn 3V * 30mA = 90mW am Sensor abfallen; >> bei 50K/W liegt die Messung ja nur 4.5K daneben. > > Das war ja auch nur n Rechenbeispiel. Letztendlich > wollte ich nur sagen, daas bei einer Brücke mit 3 100 ohm > Widerständen bei 0°C 0V Dif.spannung ist und der OP dann > so verstärken kann, dass man möglichst an die Obergrenze > des ADC kommt. Das stimmt soweit ja auch alles. > Im Gegensatz zum alleinigen Betrieb. Naja, meine Rechnung zeigt, dass mit einem Pt100 eine Messung mit Konstantstrom und ohne Nachverstaerker nicht sinnvoll ist. Die Verlustleistung am Sensor ist nicht akzeptabel. Mit einem Pt1000 wuerde es gehen. Es ist keine Frage des Prinzips, sondern der Dimensionierung. >> Weiter ist die exakt lineare Abhaengigkeit der >> Spannung vom Widerstand von hoechster Wichtigkeit. >> Dass der Widerstand gar nicht linear von der >> Temperatur abhaengt, ist ja auch voellig >> nebensaechlich. > > So wurde es bisher angenommen Naja, die Abweichung macht bei 100°C so 1K...2K aus. Wenn euch das nicht stoert, ist alles in Ordnung. > Mir wurde gesagt, das eine Brücke den dynamischen > Bereich besser repräsentieren kann Das ist auch richtig, weil man - wie Du richtig festgestellt hast - den relativ groszen Offset, der durch die 100Ohm bei 0°C verursacht wird, eliminieren kann und nur die Differenz zu diesem Wert verstaerkt. > und dass man eine annähernd lineare Spannung bekommt, > wenn beide Zweige mit dem gleichen konstanten Strom > Betrieben werden. Das ist eine richtige, aber trotzdem merkwuerdige Aussage: Eben weil man mit klassischen Methoden NICHT in der Lage ist, zwei genau gleiche Konstantstroeme herzustellen, verwendet man klassisch eine Messbruecke, speist diese mit Konstantspannung und lebt mit der sich ergebenden Nicht- linearitaet. Das hat Axel ja schon erklaert. > Ich konnte das nachvollziehen, deshalb meine Fragen. Wenn > es eine bessere/genauere/einfachere Beschaltung gibt, bin > ich ganz Ohr. Soweit ich das uebersehe, gibt es keine eierlegende Wollmilchsau fuer diesen Einsatzfall: Normale Messbruecke mit Verstaerker ist einfach und genau, aber nicht linear bei U(R). Man kann sich natuerlich eine "Konstantstrom-Bruecke" ausdenken. Der Nutzen haelt sich aber meiner Meinung nach in Grenzen, denn das wird zwar linear in U(R), aber nicht in U(T) - eben weil R(T) nicht linear ist. Zudem benoetigt man mehrere Verstaerker, die jeder wieder weitere Fehler beisteuern. Unter Umstaenden ist eine vollintegrierte Loesung tatsaechlich die beste - wenn der Chip problemlos verfuegbar ist. Grusz, Rainer
Rainer Ziegenbein schrieb: > Hai! > > Michael Skropski schrieb: >> Rainer Ziegenbein schrieb: >>> Ach Gott... was erwartest Du von der Diskussion? >>> Bei dem bisherigen Verlauf?! >> >> Sorry, das ich anscheinend nicht so toll und schlau >> bin wie du und Manches noch nachfrage. > > Das war gar nicht mein Punkt. Entschuldige meinen > Sarkasmus, aber ich werden sauer, wenn richtige Aussagen > niedergemacht werden. Das ging mehr an Schlaumeier wie > Arc Net oder Jobst M. In der Praxis werden PT100 etc. aus gutem Grund nur noch sehr selten in Wheatstone-Brücken gemessen. 2-Leiter, fällt sowieso raus aufgrund der intolerablen Fehler, 3-Leiter kann man machen, 4-Leiter ist optimal und kann auch für PTs mit 3-Leiter-Anschluss verwendet werden. Warum also eine driftende Brücke nehmen an die der PT im Regelfall auch mit drei Leitungen angeschlossen ist, um zumindest teilweise zu versuchen die (Leitungs-)Fehler zu minimieren. Einfach mal eine Wheatstone-Brücke mit 3-Leiter-Anschluss des PTs durchrechnen, um zu sehen wie groß der Fehler durch die Leitungswiderstände ist.
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Weshalb mussen Pt100 immer zwanghaft mit möglichst komplizierten Stromquellen oder gar vergewaltigten LM317 betrieben werden? Ein Vorwiderstand an einer ausreichend hohen Versorgungsspannung liefert meistens einen konstanteren Strom. Fehlt nur noch dass Löti seinen Senf dazu abgibt... Und wenn das letzte bisschen Genauigkeit herausgekitzelt werden soll: ein Pt100 hat auch seine Toleranzen und die Kennlinie ist auch nicht völlig linear. Das alles muss irgendwann auch berücksichtigt werden. Genaigkeitsklasse A ist z.B. so definiert: +/-(0,15+0,002*t), also bei 100°C kann die Abweichung bereits +/-0,35° betragen!
Ich nehme für PT100/1000 den AD7793. Alles, was man noch braucht, ist ein einziger Präzisionswiderstand. Und man kann auch 2 Sensoren anschließen. 3- oder 4-Leiter, ganz wie man will.
Wenn es genau und mit wenig Teilen soll, dann ist eindeutig der hochauflösende AD mit Differenziellen Eingängen die bessere Wahl gegenüber der Brücke. Einfach schon weil man nur noch 1 genauen Ref. Widerstand braucht. Mittlerweile ist ein hochwertiger ADC fast günstiger als 2 ähnlich genaue Widerstände für den 2. Brückenzweig, und eine Brücke mit 4 Leiter-Technik ist noch mal einiges komplizierter.
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