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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Pt100 an µC mit Messumformer


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von Darya (Gast)


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Hallo guten Tag,

im Anhang ist mein Ziel dargestellt.
Wenn ich beispielsweise einen Pt100 mit 4 Leiter Anschluss habe:
http://www.omega.de/pptst/SA2C_SA2F-RTD.html

Dann möchte ich den Temperaturwert mit meinem µC (Arduino Uno) 
aufnehmen.
Betrachtet habe ich mehrerer Umformer:

* http://www.omega.de/pptst/TXDIN1600_SERIES.html
* https://www.sensorshop24.de/temperaturfuehler/oberflaechenfuehler 
/oberflaechenfuehler-mit-anlegeklotz/oberflaechenfuehler-mit-anlegeklotz 
/search/10-0-meter-48/
* 
http://www.voelkner.de/products/36561/Messumformmodul-Pt1000-10v-0-160c.html?ref=43&products_model=S75933&gclid=COHel5e6wM4CFdiZGwodYm0EAg

---------------------------------------------------------
Diese Messumformer könnten nicht mit dem Arduino (5 V) versorgt werden.


Nur einen Messumformer mit einer Betriebsspannung von 5 V habe ich 
gesehen:
https://www.pollin.de/shop/dt/NzI3OTgxOTk-/Bauelemente_Bauteile/Bausaetze_Module/Bausaetze/Bausatz_PT100_Messwandler_V2_0.html

Dabei scheint die Qualität anscheinend nicht "gut" zu sein. Bzw. ich 
mache mir Sorgen, dass aufgrund des geringen Preises die Qualität stark 
leided.

-------------------------------------------------------------

Irgendetwas scheint mit meiner Überlegung nicht zu stimmen.

Eigentlich sollte ein Konstanstrom von 1 mA durch den Pt100 getrieben 
und dann die Spannung gemessen werden. Dabei sollte der Umformer mit 5 V 
vom µC versorgt werden.

Es scheint so einen Umformer nicht zu geben.

Ich könnte selber eine 1 mA Stromquelle bauen.
Aber Zuerst möchte ich wissen, ob es wirklich keinen anderen Weg gibt.
Es kann ja sein, dass die Nachfrage einfach nicht vorhanden ist und es 
deswegen so einen Umformer nicht gibt.



Vielleicht kennt sich jemand aus!

Vielen Dank!
Einen schönen Tag wünsche ich.

von Darya (Gast)


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Wenn ich das selber bauen müsste dann zum Beispiel so.
Dabei bin ich mir aber gar nicht so sicher, ob der lm 317 das schafft :D

http://www.hobbielektronika.hu/forum/getfile.php?id=153510

von Harald W. (wilhelms)


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Darya schrieb:

> Nur einen Messumformer mit einer Betriebsspannung von 5 V habe ich
> gesehen:
> 
https://www.pollin.de/shop/dt/NzI3OTgxOTk-/Bauelemente_Bauteile/Bausaetze_Module/Bausaetze/Bausatz_PT100_Messwandler_V2_0.html
>
> Dabei scheint die Qualität anscheinend nicht "gut" zu sein.

Nun, dieser Bausatz ist zwar etwas besser als ein Vorgänger,
aber wenn die Messgenauigkeit besser als ein Grad sein soll,
würde ich das diesem Bausatz nicht zutrauen.

> Ich könnte selber eine 1 mA Stromquelle bauen.

Dir ist schon klar, das eine Stromabweichung von 0,4% einen
Fehler von >1Grad ergibt?

von Darya (Gast)


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>Dir ist schon klar, das eine Stromabweichung von 0,4% einen
>Fehler von >1Grad ergibt?

Das Problem kenne ich noch nicht so genau!
0,4 % sind sehr wenig!
1 mA / 100  = 0,01 mA * 0,4  = 0,004 mA = 4 µA

+/- 4 µA => +/- 1 °C

=> Also ist das selber Bauen eines Umformers nicht möglich ?

von Wolfgang (Gast)


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Darya schrieb:
> Dabei bin ich mir aber gar nicht so sicher, ob der lm 317 das schafft :D

Der LM317 ist nun bestimmt keine Präzisionskonstantstromquelle, wie man 
sie sinnvoll für einen Pt100 verwendet.

von Harald W. (wilhelms)


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Darya schrieb:

> => Also ist das selber Bauen eines Umformers nicht möglich ?

Natürlich ist das möglich. Man sollte allerdings schon etwas
Erfahrung in der Entwicklung von Elektronikschaltungen haben.
Wenn z.B. mit einer Präzisionsstromquelle zuerst der PT100
und dann ein 100Ohm-Präzisionswiderstand ausgemessen wird,
kann man die Langzeitdrift der Stromquelle rausrechnen. Wenn
man nicht aus speziellen Gründen PT-Fühler braucht, ist der
Umgang mit Halbleiterfühlern wesentlich einfacher. Insbeson-
dere, wenn diese gleich einen Digitalausgang haben.

von Wolfgang (Gast)


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Harald W. schrieb:
> Wenn man nicht aus speziellen Gründen PT-Fühler braucht, ist der
> Umgang mit Halbleiterfühlern wesentlich einfacher. Insbesondere,
> wenn diese gleich einen Digitalausgang haben.

Diese Einsicht nützt aber nicht viel, wenn das Ziel explizit der Betrieb 
eines Pt100 an einem Mikrocontroller ist. Auch stößt ein 
Halbleiterfühler schnell an seine Grenzen, wenn man den Messbereich mit 
dem eines Pt100 vergleicht.

von Darya (Gast)


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Oh danke!
Ich dachte ich könnte einfach einen Pt100 zum Messen nutzen, indem ich 
einen Umformer dazu kaufe.

Sehr kompliziert das ganze!

von Harald W. (wilhelms)


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Darya schrieb:

> Sehr kompliziert das ganze!

Es wäre wesentlich einfacher, als erstes den gewünschten Meßbereich
und die gewünschte Genauigkeit zu nennen.

von Fachkraft für Kulaschkanonen (Gast)


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Es gibt schon fertige Chips, die nicht nur den Konstantstrom erzeugen, 
sondern das ganze auch digitalisieren und den Wert fix und fertig an den 
µC schicken.

Das ist sehr simpel und präzise.

Ich habe diesen hier verwendet:

https://datasheets.maximintegrated.com/en/ds/MAX31865.pdf

Es gibt dazu auch ein fertiges Board, falls du nichts löten willst.

von Fachkraft für Kulaschkanonen (Gast)


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Achja: Hier das Board mit dem chip:

http://www.mouser.com/ds/2/256/MAX31865PMB1-606857.pdf

Kann direkt an deinen µC angeschlossen werden.

Das Board gibts zB. bei Mouser oder einem anderen Versender deines 
Vertrauens.

von Matthias K. (mkeller)


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Wenn man sowieso mit einem Controller arbeitet kann man auch einfach 
einen 22bit AD-Wandler nehmen (z.B. MCP3551). Siehe AN1154

http://ww1.microchip.com/downloads/en/AppNotes/00001154B.pdf

Dadurch hat man keine temperaturabhänige Bauteile, die das Ergebnis 
verfälschen.

von Inkognito (Gast)


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Darya schrieb:
> Sehr kompliziert das ganze!

Dafür hat so mancher sein halbes Leben gelernt um damit Geld
zu verdienen. Du bekommst hier einen Schnappschuss davon sogar
kostenfrei. Aber wenn dir Grundkenntnisse fehlen, werden wir die
auch nicht kompensieren können. Mit welchen Vorkenntnissen hier
jemand Fragen stellt ist schließlich keine Threadopener- Voraus-
setzung. Das Risiko etwas zu kaufen, womit du nicht klar kommst
können wir hier nicht übernehmen. Schau doch mal über google-Bilder
ob es da nicht einen Schaltplan gibt.
Was spricht eigentlich dagegen einen Ardunio mit dem PT100 an deinem
Messpunkt einzusetzen und mit einem zweiten(kostet ja kaum was)
eine Datenübertragung über die gewünschte Distanz aufzubauen?

Übrigens heißt das Wort das du für deine Suche benötigst nicht
Umformer sondern TELEMETRIE.

von Wolfgang (Gast)


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Darya schrieb:
> Sehr kompliziert das ganze!

Die Frage ist, ob der Pt100 überhaupt für deine Anwendung erforderlich 
ist?

Welchen Temperaturbereich benötigst du?
Welche Genauigkeit benötigst du?
Welche Auflösung benötigst du?

von Rufus Τ. F. (rufus) (Moderator) Benutzerseite


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Matthias K. schrieb:
> Wenn man sowieso mit einem Controller arbeitet kann man auch einfach
> einen 22bit AD-Wandler nehmen (z.B. MCP3551).
> ...
> Dadurch hat man keine temperaturabhänige Bauteile, die das Ergebnis
> verfälschen.

Das nicht, aber ein Schaltungsentwurf, bei dem ein 22-Bit-ADC auf den 
unteren sechs bis acht Bits was anderes als erratisches Gezappel 
liefert, ist nicht gerade trivial. Da misst man eher Mist als irgendwas 
auch nur vage reproduzierbares.

von Inkognito (Gast)


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Rufus Τ. F. schrieb:
> Da misst man eher Mist als irgendwas
> auch nur vage reproduzierbares.

Du weißt doch noch gar nicht, was der TO messen will.
Je nach Medium kann das problematisch sein oder nicht.

von MaWin (Gast)


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Darya schrieb:
> Irgendetwas scheint mit meiner Überlegung nicht zu stimmen.

Sehe ich auch so.

Wenn zwischen Messumformer und uC-Analogeingang 20 Meter liegen sollen, 
aber der Messumformer offenbar in der Nähe des Pt100 ist, stellt sich 
die Frage, wozu man eine Vierleitermessung haben will.

Da sich in der Industrie manche Standardschnittstellen eingebürgert 
haben, die mit 24V funktionieren, und 0-10V oder 4-20mA liefern, findest 
du Fertigmodule guter Qualität halt nicht mit 5V.

Das von Pollin ist grober Murks.

Wenn ein Arduino eine Spannung von 0-5V messen soll, wird er seine 
Betriebsspannung als Vergleichswert nehmen, und die ist alles andere als 
stabil. Schwankungen von 0.4% sind da quasi an der Tagesordnung. Man 
kann auf die Art nicht auf 1 GradC genau werden (vielleicht reichen die 
ja auch 10 GradC, wer weiss...)

Man muss schon die Spannung, die der Messumformer des Pt100 liefern sol, 
auf die Spannung beziehen, die der Arduino als Versorgung real gerade 
jetzt erhält, also den Messumformer aus der Arduinobetriesspannung 
versorgen. Er liefert dann NICHT 0V (z.B: bei 0 GradC) und 2.-5V bei 50 
GradC und und 5V (z.B. bei 100 GradC(, sondern 0V bei 0 GradC und 50% 
der Betribsspanung bei 50 GradC und 100% der Betriebspannung bei 100 
GradC, egal ob die Spannung aktuell nun 4.9 oder 5.2V beträgt.

Die Schaltung ist einfach:
  +------+---+--------- AVCC
  |      |   |
 20k   19k6  |    TS507
  |      |   |
  +------)---)-48k3-+
  |      |   |      |
  +------)--|+\     |
  |      |  |  >----+-- 0 bis 100 GradC
  |      +--|-/     |
  |      |   |      |
Pt1000   +---)-582k-+
  |      |   |
  |     1k   |
  |      |   |
  +------+---+--------- AGND
Berechnung in 
http://www.dse-faq.elektronik-kompendium.de/dse-faq.htm#F.7.8

Das ist aber keine 4-Leiter Schaltung, und SOOO gut geeignet sind die 5V 
auch nicht um 20 Meter störungsfrei zu überbrücken.

Die gleich darunter abgebildete Wandlerschaltung mit 4-Leiter Messung 
mit MCP3424 liefert das Signal digital, aber auch das ist nicht SOOO 
geeignet um 20 Meter zu überbrücken.

Etwas schlauer wäre eine Schalrung, die aus den 100-135 Ohm des Pt100 
einen Strom von sagen wir 4-20mA macht, diesen Strom durch deine 20 
Meter Leitung schickt, und am uC dann ein Widerstand ist, durch den der 
Strom einen Spannungsabfall von bis 1V ergibt, und dann der 
Analogeingang mit interner 1.1V Referenz als Vergbleichswert misst. 
Diese interne 1.1V Referebz ist nämlich 1000 mal stabiler als die 5V 
Versorgung (allerdings auch nicht so besonders genau, man muss also 
kalibrieren).
   +--------+---------...---------- +5V
   |        |
 Pt100  +------+
   |    |      |
   +----|LT1635|--+   20m
        |      |  |
        +------+  |
            |     |
            +-----+---...---+------ A/D-Eingang
                            |
                           100R
                            |
                            +------ GND
Ich könnte mir vorstellen, daß man die Schaltung mit einem LT1635 
realisieren könnte, hjabe aber keinen Schaltplan.

von MaWin (Gast)


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Ja, geht.

von Rufus Τ. F. (rufus) (Moderator) Benutzerseite


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Inkognito schrieb:
> Du weißt doch noch gar nicht, was der TO messen will.
> Je nach Medium kann das problematisch sein oder nicht.

Das hängt nicht vom Medium ab, das grundlegende Schaltungsdesign rund um 
den 22-Bit-ADC ist das Problem. Masseflächen, Versorgungsspannung, 
Aufbereitung der zu messenden Spannung (Eingangsverstärker bzw. -Teiler, 
Rauschverhalten der verwendeten diskreten Bauteile).

Auch wenn es nur darum geht, Tendenzen, also Änderungen von Werten zu 
bestimmen, und nicht absolute Werte, ist das überaus kritisch.

von MiWi (Gast)


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Rufus Τ. F. schrieb:
> Matthias K. schrieb:
>> Wenn man sowieso mit einem Controller arbeitet kann man auch einfach
>> einen 22bit AD-Wandler nehmen (z.B. MCP3551).
>> ...
>> Dadurch hat man keine temperaturabhänige Bauteile, die das Ergebnis
>> verfälschen.
>
> Das nicht, aber ein Schaltungsentwurf, bei dem ein 22-Bit-ADC auf den
> unteren sechs bis acht Bits was anderes als erratisches Gezappel
> liefert, ist nicht gerade trivial. Da misst man eher Mist als irgendwas
> auch nur vage reproduzierbares.

ich weiß ja nicht ob Du das schon einmal gebaut und angewendet hast, es 
sieht jedenfalls nicht danach aus....

Das sogenanntes "Gezappel" ist immer noch um Klassen besser als alles, 
was sich mit vergleichbaren(!) Kosten (5-8€) mit Analog a la bisher 
präsentierte Schaltungen aufbauen läßt.

Die Genauigkeit hängt bei korrekter Software und halbwegs brauchbaren 
Steckverbindern (ggfs Thermospannungen) nur vom PT100 ab. Die 
Entkopplung der Versorgung vom uC zum ADC ist gelinde gesagt trivial und 
durch die geringen Spannungspegel (ca. 0,1V über dem Sensor) und dem 
großen Eingangsspannungsbereich des ADCs (Vcc) auch gut und leicht mit 
einfachsten Mitteln gegen EMV/ESD was auch immer schützbar.

Wie auch immer - ein uC, ein (vergleichbarer) Wandler und ein Widerstand 
mit geringstem Tk und fertig ist ein nur vom PT100 abhängiger 
Temperatursensor, der qualitativ alles, was sonst hier so herumgeister 
um Längen aussticht.

BTDT und der Vergleich in einem Kalibrierlabor (im Bereich -50 - 
+250°C)... Naja, schlechte Karten für die Superdupergeräte...


MiWi

von Harald W. (wilhelms)


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MaWin schrieb:

> Das von Pollin ist grober Murks.

Die "neue" schaltung ist aber schon detlich besser als die "alte".
www.pollin.de/shop/downloads/D810272B.PDF

von MiWi (Gast)


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Harald W. schrieb:
> MaWin schrieb:
>
>> Das von Pollin ist grober Murks.
>
> Die "neue" schaltung ist aber schon detlich besser als die "alte".
> www.pollin.de/shop/downloads/D810272B.PDF

Ach?

Ich sehe im Schaltplan einen 100n. Welchem OPV hilft er? Versorgung vom 
OP07 kopfüber...


Im Datenblatt vom OP07 steht, daß der von +-3V bis +-18V nutzbar ist. 
Wie der also außerhalb seiner spezifizierten Versorgung funktionieren 
soll? RR-In ist auch nicht...

Nein, Pollin hat - ohne nun die Schaltung in ihrer beeindruckenden 
Komplexität für minimale Wirkung genauer untersucht zu haben - zumindest 
da schon einmal voll daneben gegriffen, den Rest spar ich mir daher.

MiWi

von MaWin (Gast)


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Harald W. schrieb:
> Die "neue" schaltung ist aber schon detlich besser als die "alte".

Leider nein.

Alleine der Murks mit IC2B zur angeblichen 3-Leiter Kompensation ist 
haarsträubend, die vielen Potis machen den Vorteil des Pt100, genaue 
Messwerte ohne Kalibrierung zu liefern, zunichte, 1% Widerstände bei 
einer Schaltung bei der 0.38% schon 1 GradC ausmachen (nein, man kann 
die Toleranz auch nicht wegtrimmen, der Drift bleibt) und LM324 (7mV 
Offsetspannung) als OpAmp, ist einfach nur unterirdisch schlecht.

von W.S. (Gast)


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Rufus Τ. F. schrieb:
> Das hängt nicht vom Medium ab, das grundlegende Schaltungsdesign rund um
> den 22-Bit-ADC ist das Problem. Masseflächen, Versorgungsspannung,
> Aufbereitung der zu messenden Spannung (Eingangsverstärker bzw. -Teiler,
> Rauschverhalten der verwendeten diskreten Bauteile).

Rufus, laß mal lieber. Den PT100 per ratiometrischer R-Messung mit einem 
22 Bit ADC zu messen, ist tatsächlich unproblematisch. Kein 
Eingangsverstärker, kein Teiler, kein Sonstwas außer einem einzigen 
einigermaßen temperaturstabilen 6k8 und fertig ist die Laube.

Der Grund für die Einfachheit ist zum einen der SigmaDelta-Wandler und 
zum anderen die Niederohmigkeit des Verfahrens. Da streut so schnell 
nichts hinein.

Und nochwas: Das, was du als "Gezappel" der untersten 4..6 Bit 
bezeichnest, ist kein Gezappel, sondern das, was an systembedingtem 
Wandler-Rauschen durch den Tiefpaß eben durchkommt. Man kann das 
dramatisch reduzieren, wenn man in Software einen Tiefpaß mit noch 
kleinerer Eckfrequenz nachsetzt.

W.S.

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