Hallo zusammen!
Ich weiß dieses Thema taucht hier bereits sehr oft auf.
Ich bin Student und bin gerade dabei eine möglichkeit zu finden mit zwei
PT500 jeweils eine Temperatur zu messen.
(Außerdem sollte ich evtl. noch erwähnen dass ich auf diesem Gebiet
nicht sehr bewandert bin und ich das erste mal etwas "basteln" möchte
und das dann mit Hilfe eines Microcontrollers auswerten möchte. Deswegen
bitte ich bei Erklärungen ein geringes Wissen bezüglich dieser Themen zu
erwarten.)
Wie der PT500 funktioniert ist klar. Das ist schonmal ein Anfang.
Das Board ist ein EKK-LM3S8962.
Jetzt habe ich hier schon oft vom ratiometrischen Messprinzip gehört.
Leider hat mir das Durchforsten der Themen bisher wenig geholfen. Es
gibt nämlich sowohl Zuspruch für dieses Verfahren, als auch Ablehnung.
Außerdem habe ich das Gefühl, dass die meißten hier ein Wissen
voraussetzen, dass ich nicht besitze.
Mein Problem:
Ich glaube, dass ich das nicht so richtig verstanden habe.
Soweit ich weiß ist durch diese Art der Messung die Versorgungsspannung
praktisch irrelevant.
Ich bin auf diesen Link gestoßen:
http://www.electronicdeveloper.de/ADCRatiometrisch.aspx
Hier wird auch erwähnt, dass der PT mit (möglichst) 1mA betrieben werden
soll.
Außerdem habe ich Beitrag "Pt1000 ratiometrisch" (neben zig
anderen Posts)gesehen. Scheinbar geht das! Meine Frage ist nur wie.
Ich bin der Meinung, dass ich das große und Ganze dennoch nicht
verstehe.
Gibt es hier jemanden, der mir evtl. erklären könnte:
1. Wie das ratiometrische Messprinzip mit diesem PT500 und meinem Board
funktioniert?(Schaltung, Rechnung, Erklärung um das ganze nachvollziehen
zu können.)
2. Wie ich es hinbekomme, dass 1mA durch den PT500 fließen?
3. Muss man die Abfallende Spannung bei diesem Messprinzip noch
unbedingt verstärken? (ADC-Bereich 0-3V)
4. Gibt es ansonsten noch etwas zu beachten?
P.S.: Alternativ habe ich da noch eine Schaltung mit 4 OPVs
gefunden(siehe Anhang), die ich aber echt heftig finde, da ich der
Meinung bin, dass es mit diesem Prinzip auch gehen muss.(Falls ich das
Prinzip richtig verstanden habe)
Ich freue mich über Antworten und hoffe euch nicht mit einem weiteren
Beitrag zum Thema "Temperaturmessung mit PT-x Gliedern" zu nerven.
Viele Grüße Kuba!
Kuba schrieb:> P.S.: Alternativ habe ich da noch eine Schaltung mit 4 OPVs> gefunden(siehe Anhang), die ich aber echt heftig finde, da ich der> Meinung bin, dass es mit diesem Prinzip auch gehen muss.(Falls ich das> Prinzip richtig verstanden habe)
Diese unsägliche Schaltung gehört verboten. Aus unerfindlichen Gründen
hält sie sich aber schon etliche Jahre lang im Internet.
Andreas S. schrieb:> Diese unsägliche Schaltung gehört verboten. Aus unerfindlichen Gründen> hält sie sich aber schon etliche Jahre lang im Internet.
Solange es diese Schaltung bei Pollin 810144 zu kaufen gibt, wird sie
nicht klein zu kriegen sein.
Kuba schrieb:> Ich bin Student und bin gerade dabei eine möglichkeit zu finden mit zwei> PT500 jeweils eine Temperatur zu messen.> (Außerdem sollte ich evtl. noch erwähnen dass ich auf diesem Gebiet> nicht sehr bewandert bin)
Dann solltest Du nicht unbedingt einen eher schwierig auszuwertenden
PT-Sensor nehmen, sondern z.B. einen Halbleiterfühler oder den
komplett digital auswertbaren DS1820.
Ich kenne dein Board nicht. Aber wenn du einen externen ADC verwenden
möchtest empfehle ich dir die Application Note AN1154 durchzulesen. Dort
ist eine Schaltung mit sehr wenigen Komponenten, sowie die notwendigen
Gleichungen dargestellt.
Eine Kalibrierung ist nur in einem Pukt mit einem Präzisionswiderstand
erforderlich.Die Daten werden über den SPI-BUS aus dem ADC ausgelesen.
Mit deinem Mikrocontroller auf deinem Board kannst du aus diesen Daten
die Temperatur berechnen.
Hi, Kuba,
> Leider hat mir das Durchforsten der Themen bisher wenig geholfen.
Durchforste nicht nur das Internet, das wegen dieses Problems fast wie
"Waterboarding" wirkt:
„Wir ertrinken in Informationen, aber wir hungern nach Wissen...“ (John
Naisbitt)
Manchmal ist das passende Suchwort der halbe Weg zur Lösung:
http://ww1.microchip.com/downloads/en/AppNotes/00001154B.pdf
Hier ist nicht von "PT500" die Rede, sondern von "RTD", aber das ist
Jacke wie Hose.
Das Wesentliche an der rationmetrischen Messung: Die Spannung für die
Messbrücke ist dieselbe wie die für den AD-Wandler.
Eben nicht wie in der zitierten Schaltung, wo der Messwiderstand eine
anderes Stabilisierung hat wie der AD-Wandler.
Die einfache Spannung am PT100 - ja. Besser: Eine Brücke mit zwei PTs in
den orthogonalen Zweigen.
Der besondere Vorteil für die Prüfung: Der Prüfling muss den guten,
alten Wheatstone verstanden haben und die Rechnung kennen, wie aus der
beidseitig gemeinsamen Änderung des Widerstands eine Brückenspannung
wird.
Ciao
Wolfgang Horn
Harald W. schrieb:> Dann solltest Du nicht unbedingt einen eher schwierig auszuwertenden> PT-Sensor nehmen, sondern z.B. einen Halbleiterfühler oder den> komplett digital auswertbaren DS1820.
Die PT500 Fühler sind jedoch bereits vorhanden...
BunterKulli schrieb:> Ich kenne dein Board nicht. Aber wenn du einen externen ADC verwenden> möchtest empfehle ich dir die Application Note AN1154 durchzulesen.http://www.ti.com/product/lm3s8962
Das ist der Microcontroller den ich nutze. 10 Bit ADC und 4 Eingänge.
kann ich somit das:
Wolfgang H. schrieb:> Manchmal ist das passende Suchwort der halbe Weg zur Lösung:> http://ww1.microchip.com/downloads/en/AppNotes/00001154B.pdf
...auf meinen Microcontroller übertragen? Oder stehe ich mittlerweile
komplett auf dem Schlauch?
Ich bedanke mich jetzt schon mal für die vielen Antworten finde ich echt
stark!
Viele Grüße!
Kuba schrieb:> Das ist der Microcontroller den ich nutze. 10 Bit ADC und 4 Eingänge.
Welchen Meßbereich und welche Genauigkeit brauchst Du denn?
Weil bei Pt-Fühlern die Änderung pro Grad nur 0,4% ist, hast
Du mit dem 10Bit Wandler schon Schwierigkeiten, eine Genauig-
keit von 1° zu erreichen.
Hi, Kuba,
>> Manchmal ist das passende Suchwort der halbe Weg zur Lösung:>> http://ww1.microchip.com/downloads/en/AppNotes/00001154B.pdf>> ...auf meinen Microcontroller übertragen?
Natürlich nicht wortwörtlich. Sondern das Prinzip der gemeinsamen
Versorgung für die Brücke und den AD-Wandler.
Ciao
Wolfgang Horn
Kuba schrieb:> http://www.ti.com/product/lm3s8962> Das ist der Microcontroller den ich nutze. 10 Bit ADC und 4 Eingänge.>> kann ich somit das:>> Wolfgang H. schrieb:>> Manchmal ist das passende Suchwort der halbe Weg zur Lösung:>> http://ww1.microchip.com/downloads/en/AppNotes/00001154B.pdf>> ...auf meinen Microcontroller übertragen? Oder stehe ich mittlerweile> komplett auf dem Schlauch?
Der verwendete MCP3551 ist ein 22bit Delta-Sigma Wandler mit SPI
Interface.
Die Daten kannst du per SPI in deinen µContoller übertragen.
John schrieb:> Der verwendete MCP3551 ist ein 22bit Delta-Sigma Wandler mit SPI> Interface.> Die Daten kannst du per SPI in deinen µContoller übertragen.
mit übertragen meinte ich keine Datenübertragung... sondern ob man mit
diesem Prinzip und meinem Microcontroller auch zum gewünschten Ergebnis
kommt
Harald W. schrieb:> Welchen Meßbereich und welche Genauigkeit brauchst Du denn?
0-150°C. Die Genauigkeit kann schon eine gewisse Abweichung haben.
Schließlich ist das alles gewissermaßen Neuland für mich. ;)
Viele Grüße!
Kuba schrieb:> sondern ob man mit> diesem Prinzip und meinem Microcontroller auch zum gewünschten Ergebnis> kommt
das ist bei deinem µC leider wirklich nicht so einfach, weil man an das
Vref seines internen ADC leider extern nicht rankommt. Bleiben folgende
Möglichkeiten:
a) einen externen ADC verwenden
b) den Strom, der durch den PT500 geht auch durch einen
Referenzwiderstand gehen lassen. Mit einem ADC misst du den
Spannungsabfall am Pt500, mit einem anderen ADC-Kanal misst du den
Spannungsabfall am Referenzwiderstand und setzt beide Ergebnisse ins
Verhältnis.
Weil bei der Serienschaltung deines Pt mit dem Referenzwiderstand einer
von beiden nicht mehr an GND hängt muss zumindest eine deiner Messungen
differentiell ausgeführt werden.
Kuba schrieb:> 0-150°C. Die Genauigkeit kann schon eine gewisse Abweichung haben.
Eine einfache Messung findest Du hier, auch wenn es gleich mehrere
Kanäle sind. Die Auswertung erfolgt mit einer Tabelle, die für den
entsprechenden Sensor angepaßt werden muß. Das Programm nutzt zwar
Eigenheiten der Arduino-IDE ist dafür aber auch übersichtlich.
Beitrag "Temperatursensor KTY81 am ATmega328 (Arduino UNO), 1-6 Kanäle"
Ein etwas umfangreicheres Programm findest Du hier:
http://www.mino-elektronik.de/7-Segment-Variationen/LCD.htm#lcd7 wobei
die Tabellen und die Auswertefunktion 'lese_celsius()' die entscheidene
Arbeit machen.
Bei Deinem LM3S8962 weiß ich nicht, ob die interne Vref auch nach außen
geführt wird oder aber auch einen ext. Vref verwendet werden kann. Dies
ist unbedingt notwendig, um ratiometrisch zu messen.
Sofern Du einen ext. ADC verwenden willst, reicht schon ein einfacher 12
Bit ADC (MCP3201). Er ist schnell und kann in 100 µs eine gepulste
Messung machen, sodaß die Eigenerwärmung des Sensors unerheblich ist.
Vorteilhaft ist, daß bei Verwendung eines Rref mit 0,1% kein Abgleich
stattfinden muß, um auf 1 K genau im gewünschten Bereich zu messen.
Für mehrere Kanäle gibt es die MCP3202/04/08 - als Beispiel.
Kuba schrieb:> Ich weiß dieses Thema taucht hier bereits sehr oft auf.
Offensichtlich nicht, denn sonst hättest du bereits gehört, daß diese
unsägliche Pollin Billigschaltung alles mögliche misst, aber nicht die
Temperatuir des Platinsensors.
> Jetzt habe ich hier schon oft vom ratiometrischen Messprinzip gehört.> Soweit ich weiß ist durch diese Art der Messung die Versorgungsspannung> praktisch irrelevant.> Hier wird auch erwähnt, dass der PT mit (möglichst) 1mA betrieben werden> soll.
Beim ratiometrischen Messprinzip fliessen niemals genau 1mA durch den
Sensor, sondern der Strom ist abhängig von der eben nicht unbedingt so
genauen Betriebsspannung.
Die ratiometrische Messung ist wirklich breitgetreten beschrieben
http://www.dse-faq.elektronik-kompendium.de/dse-faq.htm#F.7.8Kuba schrieb:> Das ist der Microcontroller den ich nutze. 10 Bit ADC und 4 Eingänge.
Richtig schlechte Wahl für ratiometrisches Messen. Aber man kann mit ihm
2 Dinge messen: Die Betriebsspannung der Messschaltung und die
Ausgangsspannung des Verstärkers.
Hey Leute,
wie wäre es denn mit einer ganz einfachen Brückenschaltung?
-> R5 = PT Glied
Bei 0°C hat der PT500 ja 500Ohm => Die Differenz die der OPV bekommt
sollte 0 sein (ist laut Multisim 800nV ca. aber das tut ja nicht weh).
und bei 150°C (786 Ohm für das PT-Element) zeigts mir nen Unterschied
von:
102mV.
Wenn ich das jetzt auf meinen ADC bringen möchte muss ich das jetzt nur
noch so verstärken, dass es von 0V-3V geht.
=> 3V/0.102V = 29,411 also nen Faktor von 29,4.(Die 800nV vernachlässige
ich mal)
Und das wars dann auch schon oder?
Der Widerstand von 2.5kOhm ist dazu da, dass in der Parallelschaltung
ein Strom von 1mA fließt. (Wegen der Eigenerwärmung des PT).
Ist das soweit richtig? Ich mach mich solang mal an eine Lösung für den
Verstärkungsfaktor ;)
Viele Grüße!
Kuba schrieb:> Ist das soweit richtig?
Nein.
Es ist keine ratiometrische Messung, da Vref der Brücke und Vref des
ADCs weder identisch sind noch im festen Verhältnis zueinander stehen.
Kuba schrieb:> wie wäre es denn mit einer ganz einfachen Brückenschaltung?
Wie wäre es, einfach mal die vorgekauten Links zu lesen ?
Ein OpAmp ohne Gegenkopplung...
> Ich mach mich solang mal an eine Lösung für den Verstärkungsfaktor
Ui...
Kuba schrieb:> wie wäre es denn mit einer ganz einfachen Brückenschaltung?
kann man schon machen, wenn
a) man sich bewusst ist, dass diese Viertelbrücke eine
Temperaturänderung nichtlinear in eine Spannungsänderung übersetzt
b) man sich bewusst ist, dass ein OPV eine externe Beschaltung braucht,
und dass eine einfache Beschaltung als Differenzverstärker die Brücke
belasten und ihr Ergebnis verfälschen würde
c) man sich bewusst ist, dass der LM2904 mit VCC an seinem Eingang nicht
korrekt arbeitet. (Ich nehme an, der zweite LM2904 sollte VCC für den
ADC aufbereiten, damit es wieder eine ratiometrische Messung wird, oder?
Andernfalls musst du daran denken, dass die Empfindlichkeit deiner
Brücke proportional zu VCC ist und also dein Ergebnis schwankt, wenn VCC
schwankt).
Hallo zusammen,
ich habe versucht nachzuvollziehen, mehr in Erfahrung zu bringen und bin
letztendlich auf diesen Schaltungsentwurf gekommen.
Leider kann ich aber Ua nicht nachvollziehen.
Voltmeter 1 zeigt, dass die nachfolgende Schaltung offensichtlich keine
Einwirkung mehr auf das Spannungsverhältnis der Brücke hat. scheint zu
passen.
Bei diesem Verstärker sollte doch lauten:
Wenn (in dem Fall) R6=R7=R8=R9,
dann sollte Ua = (U1-U2)*(1-(R10*R12)/R11)
U1-U2 = 102mV
Ua will ich 3V
Wenn R11 = 1K
dann muss R10=R12=14k sein ca.
Weswegen ist da ne Spannung von -812V entstanden?
Kann mir das jmd erklären, sodass ich das auch verstehe?
Würde mich riesig freuen!
Viele Grüße!
MaWin schrieb:>> Mit NE5532 funktionierts!>> Bei einer Versorgungsspannung von 0V/5V ? Sicher nicht.
"Simulierte" OPVs können vieles, was "echte" OPVs nicht können.
Tatsache....
Habe das ganze aufgebaut. Brücke funktioniert. ADC liest mist ein.
Grund: Die OPVs spielen nicht mit. Ich kenne mich da wirklich null aus.
Woran liegt es, wenn ein OPV nicht auf die Spannungsänderung am Eingang
reagiert? Die geben alle einfach konstant 1,333 V +- 0.02V aus.
Hab das ganze mal mit 0/5 V betrieben und mit 0/15V nur um zu schaun ob
sich etwas ändert. nichts.
Kann mir jemand erklären wieso das so ist?
Nun ja. Die 324 sind nicht wirklich geeignet. Aus mehreren Gruenden.
Und als Instrumenten Amp auch nicht.
Ohne hohe Speisung ist da nichts. Er geht zwar am Eingang auf Null, aber
nicht an die Speising, und am Ausgang sowieso nicht. Der Ausgang
benoetigt vielleicht 1.5V von der speisung weg.
Der Offset ist mit 3mV oder so auch viel zu Hoch. Hinter dem
Instrumentenamp aus drei 324 kommt schon fast heraus was man wuerfeln
kann.
Nimm da einen modernen Instrumenten Amp. Er muss RRIO koennen, oder
zumindest RRO.
Oder D. schrieb:> Nun ja. Die 324 sind nicht wirklich geeignet. Aus mehreren Gruenden.> Und als Instrumenten Amp auch nicht.
Momentan habe ich den NE5532 verbaut
Schaltung Multisim und Ultiboard sind im Anhang. Ich habe leider auch
nicht mehr ins Forum geschaut nachdem ich den Post gemacht hatte, dass
es mit diesen OPV ginge. Jetzt habe ich das festgestellt, wovor gewarnt
wurde. => dass reale OPVs nicht dasselbe können wie simulierte.
Was meinst du mit RRIO bzw. RRO?
Würde dieser Aufbau mit einem solchen OPV gehen? Und nur ums zu
verstehen nochmals die Frage: Woran liegt es, dass sich der Ausgang
eines OPVs nicht ändert, wenn sich der Eingang ändert. Kenne es nur aus
der Vorlesung. Dort haben wir praktisch nichts über reale OPVs gelernt.
Bzw. kann man diese Schaltung noch irgendwie zum Laufen bringen? Die
Genauigkeit ist da erst mal nachrangig. Will einfach endlich eine
Änderung des ADC-Werts bei einer Temperaturänderung.
Wenn sich der ausgang nicht aendert ist er zB am anschlag. Ein 324, und
andere sind zB 1.5V weg von der speisung schon am Anschlag.
Das Merkmal ist jeweils, dass die + & - Eingaenge nicht dieselbe
Spannung aufweisen.
Kuba schrieb:> : Woran liegt es, dass sich der Ausgang> eines OPVs nicht ändert, wenn sich der Eingang ändert.
Weil deine Eingangsspannungen so nah an der Versorgungsspannung liegen,
daß der OpAmp gar nichts mehr misst.
common mode input voltage range Bereichsüberschreitung.
Ein präziser dual-R2R-OpAmp wäre z.B. der LT1678 oder LMP2016.
Die PT500 sollten auch nicht so viel Spannung sehen - normal sollten es
nur irgendwas um 200 mV sein, und nicht die halbe Versorgungsspannung.
Entspechend müssten die oberen Widerstände der Brücke deutlich größer
werden und ggf. unten auch noch einer dazu.
Der NE5532 scheiter wohl an Gelichtaktbereich und ist Gleichspaungsmäßig
auch nicht viel besser als der 324 oder LM358 - der wäre wenigstens
single supply fähig. Bessere OPs wären da etwa LT1013. Damit könnte die
Schaltung dann im Prinzip laufen - zumindest für einen kleinen
Temperaturbereich (der OP an der negativen Seite kommt relativ schnell
ans Limit). Der OP am Ausgang dürfte ggf. auch einfacher sein.
Die Schaltung ist mit 3 OPs reichlich kompliziert und es tragen halt
auch 2 OPs voll zu den Fehlern bei. Eine Brückenverstärkung kann man
auch mit nur einem OP aufbauen und dass dann auch noch besser.
Im Anhang eine funktionierende Schaltung, die bei mir in der Heizung
läuft. Durch Auswahl der Widerstände kann Sensortyp und
Temperaturbereich gewählt werden. Die Mitkopplung über Widerstand E
linearisiert die Kennlinie. Es ergibt sich dann eine Ausgangsspannung
von 0 bis 5V* über den angegebenen Temperaturbereich.
Abgeglichen wird mit Präzesionswiderständen anstelle des Sensors (gibts
günstig bei Reichelt, 0.1%) an zwei Punkten, durch Parallelschalten von
Widerständen zu C (Steigung) bzw. D (Nullpunkt). Man kann natürlich auch
mit Potis arbeiten, aber ich wollte das möglichst klein haben.
Ich hab das so aufgebaut, weil die PT500 und PT1000 da waren, heute
würde ich es wahrscheinlich auch mit DS Sensoren oder NTC machen.
*) abzüglich etwa 10 bis 20mV, weil der RR-OPV eben nicht ganz an den
Rail rankommt.
Achso, der OPA2340 wurde auf geringen Stromverbrauch, geringe
Offsetspannung und Rail-to-Rail ausgewählt. Schnell muß er ja nicht
sein.
Es empfiehlt sich, die Abgleichwiderstände C und D ein wenig größer zu
wählen und dann durch Parallelschalten nach unten abzugleichen. Ich hab
ein paarmal geflucht, weil die Toleranz doch negativ war und ich die
wieder runterlöten mußte.
Dafür kann man aber normale 1%-Widerstände nehmen, den genauen Wert
bringt der Abgleich. Metallfilm sollte es dann aber schon sein. Und man
sollte tunlichst gleiche Typen verwenden, mit dem gleichen TK, dann
eleminiert sich der Temperaturgang weitgehend.
Der OPA2340 ist jetzt nicht unbedingt die beste Wahl, aber auch nicht
unmöglich. Meine Wahl ginge mehr in Richtung OPA2241, AD8552, MCP6V31
oder ähnliche.
Je nach Anwendung kann der Widerstand zur Linearisierung auch
weggelassen werden und das dem µC überlassen werden. Der ADC zur
Auswerung bekommt eine Ref Spannung von den 5 V die links die Brücke
versorgen - das kann ggf. auch weniger sein.
Lurchi schrieb:> Meine Wahl ginge mehr in RichtungOPA2241, -> zu hoher Eingangsbias, zu teuer
AD8552, -> Eingangsbias stark tempabhängig, doppelt so teuer wie der
2340
MCP6V31, -> kein SO-08
> oder ähnliche.
Die Offsetspannung vom 2340 kann man gut abgleichen, die Drift ist
gering.
Den MCP6C31 gibt es zwar nicht als SO08, aber sot23-5 ist nicht so
schlecht zu löten, und den MCP6V02 gibt es auch als SO08.
Der AD8552 und OPA2241 sind zugegeben ggf. etwas teuer, aber auch nicht
so extrem, und der OPA2340 ist auch nicht gerade billig.
Der Biasstrom ist bei der Anwendung nun wirklich nicht so kritisch. Auch
die 2-4 nA vom OPA241 sind zu vernachlässigen: bei unter 1 K an
Quellimpedanz gibt das rund 1 µV (wenig Temperatur abhängig) an extra
Offset.
Die Temperaturabhängigkeit beim Bias wird auch nur bei wirklich hohen
Temperaturen ( > 100 C ggf. ein Problem). Beim Bipolaren OPA241 ist der
Bias zwar höher aber halt relativ temperaturunabhängig. Auch die AZ OPs
habe eher keine besonders hohe Temperaturabhängigkeit beim Biasstrom.
Da ist der OPA2340 halt mit typisch 3 µV/K Offsetdrift schon nicht mehr
gut, und 750 µA sind auch nicht sparsam.
Wenn es einem um den Preis geht dann halt ein MCP6052 oder MCP6062 - der
kostet etwa 1/3, hat 1/10 an Stromverbrauch und etwa halb so viel Dirft.
Schaltung-PT.PNG
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