Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Wie PT100 auswerten ?


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von Michael K. (onkel_michi)


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Hallo Forum,

ich habe mir hier bei einem lokalen Elektronikladen einen PT100 Fühler
besorgt und grübel nun schon seit einiger Zeit, wie ich das Teil an
meinen ATmega8 (ATmega16) rankriege.

ADC ist klar, aber wie werte ich den aus ?

Eine Konstantstromquelle und den Spannungsabfall messen ? (Meßfehler
wegen Eigenerwärmung durch den fliessenden Strom)

Spannungsteiler und dann dann wieder Spannungsabfall messen ? (Problem,
wie oben)

Ganz kleiner Strom im Spannungsteiler fließen lassen und dann mit einem
OP "auf Pegel" bringen ?

Wie machen das eigentlich industrielle Meßsysteme ?

Dann noch eine Frage:

Ich habe hier im Forum irgendwann einmal die Formel gelesen, wie sich
der Widerstand des PT 100 zur Temperatur verhält. Nur finde ich den
Link nicht mehr.

So, ich hoffe, meine Frage nervt nicht zu sehr.

Michael

von Uwe Nagel (Gast)


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Kleiner Konstantstrom (typisch 1mA) und verstärken!
Die Formel für den Bereich 0-100°C war
R=R0*(1+0,00385*T)
wobei R0=100Ohm und T ist Temperatur in Grad Celsius.

von Axel Stab (Gast)


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Hi,

die verlorene Formel ist nicht so schlimm. Der Gag ist ja bei Pt100
gerade, dass die Widerstandsänderung von der Natur des (edlen)
Materials her schon sehr viel linearer ist, als bei den meisten anderen
Sensoren. Der Hauptnachteil ist halt die sehr kleine Empfindlichkeit.
Für selbstgestrickte Analogstufen leistet eine schulmäßige
Widerstandsbrücke gute Dienste. Mit einem Trimmer auf 0V
Brückenverstimmung in der Messbereichsmitte einstellen, Schleifer auf
die Versorgungsspannung, die anderen beiden Trimmerpins führen in die
Brückenzweige.
Die Refspannung des ADCs einfach auf die Versorgungsspannung der Brücke
legen, dann ist die unkritisch (7805 reicht). Die neuen AVRs haben ja
diese nette 20x Gain Stufe, da müsste man schon halbwegs was
differentiell messen können (ggf. Pt 1000 für mehr Amplitude nehmen).
Von Messverstärkern mit OPs würde ich abraten, die Offsets und Drifts
verhageln einem ganz schnell die Messung. Entweder einen edlen
Intrumenten-Amp wie z.B. AD623, oder gleich diesen äh...AD70  oder so
von ADI, der ist ganz speziell für Pt100 ausgelegt.

Falls Du mit Konstantstrom arbeiten willst: ein guter Trick ist, mit
gepulstem Strom zu arbeiten, da kann man durchaus den 10fachen Strom
durchschicken - wenn die Messung z.B. nur 1ms dauert und der Sensor
dann wieder 100ms "abkühlen" kann.

Ne Konstantstromquelle kann man ja bequem z.B. aus einem BF245 und
einem Widerstand schnitzen.

Ich würd aber trotzdem immer zu einer in irgendeiner Form
differentiellen Messung raten (z.B. mit einem 100 Festwiderstand auf
anderm ADC Kanal vergleichen), das kost nix und bringt viel.

Viel Erfolg!


P.S.:die billigen KTY-1xx Sensoren sind auch nicht schlecht, v.a. wenn
man sie stumpf per Spannungteiler (s. Datenblatt) oder im uC
linearisiert. Vor allem VIEL empfindlicher. Hab da eine kleine
Schaltung für uC Anwendung inkl. Fehlerrechnung gemacht.

von arc (Gast)


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Um die Hauptprobleme (Eigenerwärmung des RTD, Temperaturabhängigkeit der
Stromquelle) zu vermeiden, würde ich eine ratiometrische Messung mit
entsprechender Signalaufbereitung machen:
Konstanstromquelle (max. 100-200uA) an PT100 und über einen sehr
genauen Widerstand die Referenzspannung für den AD erzeugen
(ratiometrische Messung, um die Temperaturabhängigkeit der Stromquelle
zu eliminieren),
3/4-Leiterschaltung bei langen Messkabeln.

Einfacher ist (wie oben schon gesagt) ein NTC/PTC in einem einfachen
Spannungsteiler der über die Referenzspannung gespeist wird.
Vorteile: Nur ein präziser Widerstand nötig, Änderungen der
Referenzspannung wirken sich auch hier nicht auf die Genauigkeit aus.
Bsp: Spannungsteiler (vref->r1->r2(ntc)->Masse)
vaus = vref * zaus / (r1 / zaus), zaus = r2 * rlast / (r2 + rlast)
vlsb = vref / 2^(ADC-Auflösung in Bit) / Verstärkung
ADC-Wert = vaus / vlsb (Abhängigkeit von der Referenz fällt weg)

AppNote zur ratiometrischen Messung inkl. Formeln und Näherungen
http://www.analog.com/UploadedFiles/Application_Notes/2001119207465975025AN709_0.pdf
http://www.vishay.com/resistors-discrete/ultra-high-precision/res-tol-less-pt005/

von Michael K. (onkel_michi)


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Danke erst einmal, mit den ganzen Infos komme ich schon sehr viel
weiter.

Es geht in erster Linie darum, überhaupt erst einmal so ein Teil zu
basteln.

Aber das scheint sich ja richtig zu lohnen bei dem Fühler mal eine
richtige Ankopplung zu entwerfen.

Leider hat sich der Plan für das Wochenende wieder völlig zerschlagen.

Also werde ich ab Montag mal "durchstarten" und mich in die Materie
Pt100 einarbeiten.

Wenn da was Richtiges bwi herauskommt, dann werde ich das sicher hier
reinstellen.

Danke nochmal an alle.

Michael

von Axel Stab (Gast)


Angehängte Dateien:

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Hallo Michael,

hab meine alte Berechnung für den KTY mal rausgekramt, das dürfte die
allereinfachste Lösung sein; spät Sonntag Abend anzufangen reicht -
sofern halt genau genug. Drei passive Bauteile, trotzdem 1% Genauigkeit
(ohne Softwarelinearisierung), da schlägt das Herz des Minimalisten
höher...
Die Highend-Lösung mit Pt100 von ADI heisst AD7730, damit bekommt man
Hunderstelgrad Genauigkeiten über große Messbereiche hin.

Bis denn

Axel

von Hotzplotz (Gast)


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sieh dir mal den INA111 an.

SG Hotzplotz

von Kai (Gast)


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Ich wollt das Thema mal aufwärmen...

Ich such alle Möglichkeiten, eine Konstantstromquelle zu erzeugen für 
eine PT100-Messung.

Wichtig sind mir ein kleiner Preis und geringe Baugröße...

mfg Kai

von AVR (Gast)


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@Axel Stab hast du mal ein schaltbild ?

von Fritz123 (Gast)


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Hallo,

der xtr101 hat schon zwei Stromquellen (1mA) und die Auswertung auf 4-20 
mA. Es ist also ein Kalibrieren nicht mehr nötig.
Nachteil 16 Euro bei Reichelt - aber meines Erachtens das technisch 
Optimale.

Gruß Fritz

von Power (Gast)


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Also das mit der Eigenerwärmung bei 1mA ist absolut vernachlässigbar! 
Bei uns ist der Standard 2.5mA, da kommt nur ein Fehler 'rein wenn 
stehende Luft gemessen werden soll, ansonsten ist die zu messende Masse 
(Flüssigkeiten, bewegte Luft, angelegter Fühler an Metall) viel zu groß 
um eine merkliche Erwärmung zu bewirken.
Die Vierleiterschaltung (1mA Konstantstrom, mV über Pt100 verstärken) 
ist die gebräuchlichste und durchaus genau. Als OPs werden gerne OP07 
(billig bei Reichelt) eingesetzt, als Konstantstromquelle und als 
Messverstärker. Die Temperatur- und Offsetdrift vom OP07 ist minimal. 
Wenn's absolut präzise sein soll: den INA114 benutzen, allerdings nicht 
mehr so billig.

Aber für die 10 bit vom AVR und eine evtl. stärker driftende Aref ist 
die OP07-Version absolut ausreichend.

Die Methode mit der Verstärkung x20 habe ich beim Tiny26 mal erfolgreich 
gemacht (PT100), der mega8 hat diese Möglichkeit (differentiell messen) 
leider nicht.

von Frank J. (frajo)


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Die MicroSPS Leute haben einen einfachen PT100 Meßverstärker:
http://www.microsps.com/
unter Download - PT100 Messverstärker
Dort ist auch ein Link zum Forumsbeitrag.

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