Verständnisfrage zum Multiplexen von PT100

[Kai-Arne K. (kai-arne)]

Ein freundliches Hallo zusammen,

mir geht seit kurzem eine Frage bezüglich einer Multiplexer-Schaltung 
für acht PT100 durch den Kopf, die ich gern nachbauen würde.
Der Thread ist sehr alt und daher wollte ich ihn nicht reanimieren 
Beitrag "Einfache Schaltung zur Temperaturmessung mit PT100".

Die Frage dazu: Müssen die "Rückleitungen" ebenfalls gemuxt werden 
(Multiplexer I- und P-)? Können sie nicht einfach zusammengelegt werden 
als 2 gemeinsame Rückleitungen (unter Erhalt der Trennung des 
Strompfades und des Messpfades)?

Es muss einen sinnvollen Grund geben, da sie ja explizit auf diese Weise 
aufgebaut wurde. Ich erkenne ihn leider nicht (bin kein Profi), würde es 
aber gern verstehen.
Vielleicht kann mir jemand den Grund nennen (erklären).

Ich danke und wünsche einen schönen Samstag.
Beste Grüße,
Kai-Arne

[Ulrich H. (lurchi)]

Man kann die Sensoren an einem Punkt fest verbinden, also einen der 4 
Multiplexer einsparen. Das geht aber schon nicht mehr richtig mit dem 2. 
Anschluss an der Seite, weil dann Leitungen Parallel verbunden sind, und 
der Strom nicht mehr nur einen Weg gehen kann.

So wirklich gut ist die Wahl des OPs mit dem TL064 nicht. Da gibt heute 
bessere zur Auswahl. Auch die Wahl der Schaltung mit den Sensoren nicht 
nach Masse ist nicht unbedingt die beste Wahl gegen Störungen, sondern 
eher ein Weg um auch ohne Rail-Rail OP auszukommen.

[Uwe Bonnes (Gast)]

Stichwort: 4-Leiter Messtechnik.

Damit kompensierst Du die Zuleitungs- und Multiplexerwiderstaende. Bei 
PT1000 waere der Einfluss aber sowieso schon 10-fach geringer.

Die Multiplexer kannst Du dann noch sparen, wenn Dein ADC schon von Haus 
aus genuegend Eingaenge hat, z.B. ein STM32. Statt der Stromquelle (n) 
dann noch nur ein 1 KOhm Widerstand nach Vref, den PT1000 nach Masse und 
viele ADC Messungen mitteln. Vielleicht langt das ja fuer Deine 
Anforderungen.

[Harald W. (wilhelms)]

Kai-Arne K. schrieb:

> Es muss einen sinnvollen Grund geben, da sie ja explizit auf diese Weise
> aufgebaut wurde.

Nun, ein Nachteil der Pt 100 - Fühler ist, das ein zusätzlicher
Widerstand von 0,4 Ohm bereits eine Abweichung von 1 Grad ergibt.
Solche Widerstände kommen bei schlechter Verdrahtung schnell zu-
sammen. Bei Vierdrahtanschluss werden solche Fehler vermieden.

[Peter D. (peda)]

Die 4051 haben bei 5V etwa 1k Innnenwiderstand, da wirds beim PT100 
mächtig eng.
Man sollte wenigstens die 74HC4051 verwenden.

[m.n. (Gast)]

Kai-Arne K. schrieb:
> mir geht seit kurzem eine Frage bezüglich einer Multiplexer-Schaltung
> für acht PT100 durch den Kopf, die ich gern nachbauen würde.

Geht es Dir nur ums Nachbauen oder auch um einen praktischen Nutzen?
Einfacher handzuhaben wären PT1000 und wenn die Auflösung nicht zu hoch 
sein muß, reicht ein einzelner µC, wie hier gezeigt: 
Beitrag "Temperatursensor KTY81 am ATmega328 (Arduino UNO), 1-6 Kanäle"
KTY und PT1000 haben ähnliche Eigenschaften; der PT1000 braucht 
lediglich eine andere Tabelle zur Auswertung und erlaubt höhere 
Temperaturen. Sofern der Widerstand der Zuleitung konstant bleibt, kann 
man ihn bei der Auswertung korrigierend berücksichtigen.

Mit einem ATmega328 im TQFP32 Gehäuse kann man auch acht Sensoren 
auswerten. Mit einem µC, der einen ADC mit >= 12-Bit auf dem Chip hat, 
kann man die Auflösung deutlich verbessern.

[MaWin (Gast)]

Kai-Arne K. schrieb:
> Müssen die "Rückleitungen" ebenfalls gemuxt werden (Multiplexer I- und
> P-)?

Bei den verwendeten 4-Leiter Pt100 muss das so sein.

Verwendet man nur 3-Leiter oder 2-Leiter kann man alle unteren Pt100 
Anschlüsse mit Masse verbinden und braucht nur einen MUX um den Strom zu 
verteilen und einen MUX um den Messwert abzugreifen.

[Ulrich H. (lurchi)]

Einen der MUX kann man tatsächlich einsparen, denn einmal darf man die 
Sensoren verbinden ohne das sie sich Stören. Das wäre dann geschickter 
weise einer der Stromanschlüsse. Sonst wird es mit 1 K Widerstand im MUX 
wirklich knapp da noch 1 mA durch zu bekommen. So wie es aussieht 
braucht die Schaltung aber sowieso eine negative Spannung für die etwa 
-4 V am Ausgang von IC1A.

[Kai-Arne K. (kai-arne)]

Ich danke für Eure Antworten.

Anbei ein rudimentärer Schaltplan zur Verdeutlichung.
Weniger als 3 Muxe ist nicht möglich, um die die 4-Leitermessung zu 
erhalten, habe ich das richtig verstanden?

Zum Thema ADW mit 8 Eingängen: Ich werde mit 12 PT100 (oder 1000) 
arbeiten, also mit 16er Multiplexern, die Schaltung hatte ich nur als 
Grundlage gewählt. Zusätzlich werden noch zwei bis drei 4-20 mA Signale 
umgeformt und eingelesen.

Macht es Sinn, neben den PTs noch einen 100 Ohm Präzisionswiderstand 
über einen Mux-Kanal zu messen, um den Messstrom zu überwachen und evtl. 
eine Korrektur in die Software einzubringen?

Gruß

[Georg (Gast)]

Kai-Arne K. schrieb:
> Macht es Sinn, neben den PTs noch einen 100 Ohm Präzisionswiderstand
> über einen Mux-Kanal zu messen

Du musst deine Schaltung ja sowieso abgleichen, und dafür ist ein 
genauer 100-Ohm-Widerstand geeignet, den du anschliesst, und mit dem du 
den Messwert auf 25 Grad abgleichst. Es ist relativ egal, ob du dazu den 
Strom verstellst oder eine Verstärkung oder die Korrektur in Software 
durchführst. Und dann ist es sehr sinnvoll, den Kalibrierwiderstand 
gleich eingebaut zu lassen, wenn eine Kalibrierroutine ebenfalls 
eingebaut ist.

Es gibt Pt100-Simulatoren (Bild), da kann man andere Temperaturen 
(=Widerstandswerte) einstellen, um die Messschaltung zu überprüfen, aber 
die sind natürlich zu teuer um sie eingebaut zu lassen.

Natürlich wird so deine Schaltung kalibriert und nicht die Sensoren, das 
wäre viel aufwändiger, da du dafür einen Präzisionsthermostaten 
bräuchtest. Daher nimmt man ja Pt100/1000 und verlässt sich auf die 
Werkskalibrierung (=Genauigkeitsklasse).

Georg

[Ulrich H. (lurchi)]

Wenn noch ein Kanal frei ist, ist der 100 Ohm Widerstand schon eine gute 
Idee.

Der INA114 ist nicht unbedingt geeignet und eher keine so gute Wahl. Der 
Gleichtaktbereich ist ziemlich eingeschränkt - ohne negative Versorgung 
dürfte es gar nicht gehen. So groß sind die Gleichtaktstörungen auch 
nicht (nur das eine Kabel), das man da unbedingt einen guten 
Instrumentenverstärker braucht.

Die Schaltung ohne abziehen eines konstanten Wertes braucht eine relativ 
hohe Auflösung beim ADC, weil etwa 2-3 Bits durch die Verschiebung des 
Nullpunktes verloren gehen. Ein ADC mit Differenzeingang wäre ggf. eine 
Alternative zum INA..

[Kai-Arne K. (kai-arne)]

Ulrich H. schrieb:
> Der INA114 ist nicht unbedingt geeignet und eher keine so gute Wahl. Der
> Gleichtaktbereich ist ziemlich eingeschränkt - ohne negative Versorgung
> dürfte es gar nicht gehen.

Allerdings, da hab ich das Datenblatt wohl nicht richtig gelesen.

Danke Euch.

[m.n. (Gast)]

Kai-Arne K. schrieb:
> Zum Thema ADW mit 8 Eingängen: Ich werde mit 12 PT100 (oder 1000)
> arbeiten,

Hast Du Anforderungen für Auflösung, Genauigkeit und Temperaturbereich?
Welchen µC bevorzugst Du?
Mit PT1000 kannst Du Zuleitungswiderstände viel entspannter sehen und 
womöglich auf 4-Leiter Messung verzichten.

Alternativ kann man auch einen separaten ADC + Multiplexer + µC 
verwenden.

[Kai-Arne K. (kai-arne)]

m.n. schrieb:
> Welchen µC bevorzugst Du?

Gott wäre ich glücklich, wenn ich Mikrocontroller beherrschen würde :)

Ich nutzte ein fertiges USB-ADW-Modul mit 8 analogen Ein- und 8 
digitalen open-collector Ausgängen. Der ADW bietet eine Auflösung von 12 
Bit (mit Toleranz +- 2 mV verspricht der Hersteller).
Bei der Genauigkeit reichen mir +-1 K, wenn es genauer wird: nice to 
have. Der Messbereich wird zwischen -25 und 35°C liegen.
Differenzeingänge hat er leider nicht aber ich könnte natürlich zwei 
Eingänge nutzen und die Differenz in der Software bestimmen, hier nutze 
ich übrigens ProfiLab Expert (ähnlich wie LabView).
Über Pullup-Widerstände an den open-collector Ausgängen und einer 
Invertierung in der Software werden die Multiplexer (alle paar 
Millisekunden) angesteuert.

Ich möchte die Temperaturen auf keinen auf 
0,00-bis-zur-Unendlichkeit-und-noch-viel-weiter-1 bestimmen, dachte 
vielmehr, dass es vielleicht mit weniger Multiplexern geht. Hier möchte 
ich, abweichend von der Originalschaltung, einen 16er MUX mit R_on unter 
100 Ohm nutzen.

Zum Thema 100 Ohm Präzisionswiderstand: den könnte ich doch auch in 
Reihe in den Strompfad einsetzen und den Spannungsabfall kontinuierlich 
messen? So müsste er nicht gemuxt werden.

Gruß,
Kai-Arne

[Ulrich H. (lurchi)]

Beim PT1000 könnte man für 1 Grad wohl auf die 4-Leitermessung 
verzichten. Dann reichen auch 2 MUX. Wenn die ADC Karte schon 8 Eingänge 
hat, kann man 1:8 MUX verwenden (die sind besser zu bekommen und 
günstiger), und einfach auf 2 Ausgänge gehen, bzw. das Enable Signal mit 
nutzen.
Ohne 4 Leiteranschluss braucht man ggf. auch keinen Differenzverstärker 
mehr, und eine einfache Verstärkung kann genügen.

Ein wichtiger Punkt wäre noch die Versorgungsspannung die man zur 
Verfügung hat. Danach richtet sich die Wahl der MUX und Verstärker. Auch 
der Messbereich des ADCs ist für die Auslegung der Verstärkung wichtig.

[m.n. (Gast)]

Kai-Arne K. schrieb:
> Gott wäre ich glücklich, wenn ich Mikrocontroller beherrschen würde :)

Das ist schade, weil es Dir erheblich mehr Freiraum bieten würde.

Zu überlegen wäre bei Deinen Möglichkeiten, an Stelle der analogen 
Multiplexer Relais' einzusetzen. Entweder pro PT1000 ein Reedrelais oder 
ein Printrelais 2 x Ein (oder 2 x Um zu ca. 1 €/Stk.).
Das sind gute Schalter mit bester galvanischer Trennung der Kanäle.
Nur so als Idee!