Schaltung einer Vierleitermessung - Erklärung

[Neero (Gast)]

Hallo zusammen,

Ich möchte eine Vierleitermessung eines PT100 aufbauen. Dazu hat schon 
jemand hier eine Schaltung reingestellt, welche auch diskutiert wurde. 
Was ich nun nicht ganz in meinen Kopf reinbekomme, (Trotz Erklärungen im 
Internet über Vierleitermessungen) ist, wie die Messung nun genau 
funktioniert.

1. Welche Spannungen kommen nun über X13 / X5 2 und 3 rein und WARUM?

2. Wie hält K3.1 nun den konstanten Strom?


Wäre super, wenn mir das jemand erklären könnte. (Je mehr desto 
besser^^)
Ich hoffe ich lege nicht zu viel Unwissenheit an den Tag.


Freundliche Grüße
Neero

[U. M. (oeletronika)]

Hallo,
> Neero schrieb:
> Ich möchte eine Vierleitermessung eines PT100 aufbauen.
> Was ich nun nicht ganz in meinen Kopf reinbekomme, (Trotz Erklärungen im
> Internet über Vierleitermessungen) ist, wie die Messung nun genau
> funktioniert.
Grundlagen findest du hier:
https://de.wikipedia.org/wiki/Vierleitermessung
Diese Grafik zeigt das Prinzip auch sehr klar:
https://de.wikipedia.org/wiki/Datei:TempMess_4_Leit.svg

> 1. Welche Spannungen kommen nun über X13 / X5 2 und 3 rein und WARUM?
> 2. Wie hält K3.1 nun den konstanten Strom?

Der PT100 ist ja ein Messwiderstand. Um den zu bestimmen kann man einem 
Strom drauf geben und misst dann die Spannung, die am PT100 abfällt.
Da gibt es nun 2 Varianten:
a) Man misst auch den Strom selbst, dann muß dieser nicht übermäßig 
stabil sein. Nachteil: Man braucht 2 Kanäle für Strom und Spannung
b) Man speist einen definierten Strom ein (Konstantstrom) und misst nur 
die Spannung über den PT100.

In der Schaltung oben wird der Konstantstrom über X5/1 und X5/4 
eingespeist. Der OPV -K3.1 (LT1013) erzeugt diesen Konstantstrom.
Die Widerstände R19+R20 dienen als Meßshunt für den Strom.
Der Sollwert kommt oben von der 2,5V-Referenzspannung an R9.
Diese Referenz wird unten vom LT1009 erzeugt.
Über (R19+R20) = 2,5kOhm wird also eine Spannung von 2,5V abfallen.
Der Konstantstrom ist also 1mA. Hier ist das Prinzip dieser Schaltung:
https://www.mikrocontroller.net/attachment/21094/Konstantstromquelle_mit_OPV.jpg

Über X5/2 und X5/3 wird die Spannung über den PT100 gemessen, und das so 
hochohmig, so dass Spannungabfälle auf den beiden Messleitungen keine 
Rolle mehr spielen.

Die Messpannung wird auf einen Instrument-Verstärker geführt (-K4)
https://de.wikipedia.org/wiki/Instrumentenverst%C3%A4rker
Dieser erzeugt aus der gleichtaktbehafteten Messpannung am Ausgang eine 
verstärkte Spannung mit Massebezug.
Mit R17+R18 wir die Verstärkung eingestellt (ca. 25, max. ca.25,6).

Bei 0°C hätte man also bei 0,1V am PT100 eine Spannung von ca. 
2,5V...2,56V am Ausgang.
Ein PT100 hat einen Temp-Gradienten von ca. 0,385 Ohm/K.
Macht bei 1mA ca. 0,385 mV/K x Verstärkung 25 = 9,625 mV/K.

Mit -K3.2 wird noch eine negativer Offset auf den Instrumentverst. 
gegeben, so dass die Meßschaltung bei einer gewünschten Temp. 0V 
ausgibt.
Mit R25 wird der NP eingestellt. Mit dem Verstärkungsverhältnis
aus (R24+R25)/R22 kann man die Verstärkung zwischen -1,02...-1,07 
einstellen.
Damit kann man also einen  Offset von ca. 2,55...2,67V festlegen.
Damit liegt die minimale Temp. allerdings bei ca. 0°C oder knapp 
darüber.

Wenn man niedrigere Temp. messen will, sollte R22 etwas größer gemacht 
werden (z.B. 21...22kOhm) oder man setz die Verstärkung etwas höher.
Allerdings reduziert man damit auch die max. Temp.
Gruß Öletronika

[Neero (Gast)]

Wow, vielen Dank für die ausführliche Erklärung, sie hinterließ wirklich 
keine offenen Fragen.
Ich habe irgenwie ständig versucht das Ganze mit einer Brückenschaltung 
in Relation zu bringen, völlig daneben^^.