Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Vier-Leiter-Messung mit uC (4-Leiter, Kelvin Messung, Pt100)


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von Roger O. (rotolog)


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Guten Morgen liebe Community,


-Ich benutze einen Ultra Low Power Mikrocontroller (2-3V) der seinen 
Strom aus einer Harvesting Schaltung bekommt (im unteren uA Bereich)

-Mit diesem uC messe ich ratiometrisch den Widerstand eines Pt100 (über 
einen internen ADC)

 VDD -----  150 Ohm (0.1%) --o--   Pt100 ------- GND
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                          Analog IN

- Um die Genauigkeit zu erhöhen, möchte ich über eine 
Vier-Leiter-Messung den Widerstand der Anschlussleitungen rausrechnen.



Wenn ich die Vier-Leiter-Messung richtig verstanden habe, dann benötige 
ich einen konstanten (definierten) Strom über ein Leiterpaar und messe 
dann den Spannungsabfall über dem Pt100.



Jetzt zu meinem Problem:
1. Wie kann ich einen konstanten Strom definieren um das zu realisieren? 
(beruhend auf den o.g. Anforderungen)

2. Wie/Wo muss ich die zwei weiteren Leiter anschließen? (funktioniert 
meine Schaltung dann überhaupt noch?)

3. Was muss ich sonst noch beachten? Irgendwelche Tipps? ;)


Beste Grüße
Roger

von Johnny B. (johnnyb)


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von Georg (Gast)


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Roger O. schrieb:
> Wenn ich die Vier-Leiter-Messung richtig verstanden habe, dann benötige
> ich einen konstanten (definierten) Strom

Nein. Das Prinzip ist, vom Pt100 die Anschlüsse für den Strom und die 
Spannungsmessung getrennt zur Erfassung zu führen. Du kannst z.B. am 
rechten Anschluss des Pt100 einen 2. Draht anschliessen und auf den ADC 
führen, da misst du dann den Spannungsabfall an der (Strom-) Leitung 
nach GND.

Das Problem an deiner Schaltung ist, dass zwischen dem 
Referenzwiderstand und dem Pt100 ebenso wie zwischen Pt100 und GND ein 
Widerstand liegt, eben der unbekannte Leitungswiderstand. Du hast also 
garkeine ratiometrische Messung. Dazu müsstest du den Spannungsabfall am 
Referenzwiderstand direkt messen und den am Pt100, dafür brauchst du 3 
ADC-Eingänge, wenn man VDD als bekannt voraussetzt, sonst 4.

Georg

von MaWin (Gast)


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Roger O. schrieb:
> Wenn ich die Vier-Leiter-Messung richtig verstanden habe, dann benötige
> ich einen konstanten (definierten) Strom über ein Leiterpaar und messe
> dann den Spannungsabfall über dem Pt100.

Nein, ist nicht nötig, du kannst bei deiner Vergleichsmessung bleiben, 
aber ich würde dem Pt100 nicht die halbe Berriebsspannung überbraten, 
sondern auf 1mA limitierte. Der 150R könnte auch 4 Leiter gemessen 
werden aber der liegt sicher nahe am IC.
1
 +5V     +5V
2
  |       |
3
 4k7  +-------+
4
  |   |       |
5
  | +-|CH3+   |
6
  |/  |       |
7
Pt100 |       |
8
  |\  |       |
9
  | +-|CH3-   |
10
  |   |       |
11
  +---|CH4+   |
12
  |   |       |
13
 150R |       |
14
  |   |       |
15
  +---|CH4-   |
16
  |   +-------+
17
  |       |
18
 GND     GND

von Jakob (Gast)


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Du hast also x µA zur Verfügung und willst irgendwas über 150 Ohm
und Pt100 messen.

Also 150 Ohm (fix) und 100 Ohm (bei 25° C) sind ein Kurzschluss,
für x µA, der eine Spannung von x * 250 µV pro µA für den µC übrig
lässt.

Ich glaube, da arbeitet der noch nicht so sicher.
Musst du 10000 mal mehr "harvesten".  ;-)

Schon der Ansatz: Pt100!
Mit Pt1000 wäre man schon eine Zehnerpotenz näher am Ziel.
Würden nur noch 3 bis 4 Zehnerpotenzen fehlen.

Träum schön weiter...

von MaWin (Gast)


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Jakob schrieb:
> Träum schön weiter...

Also ich schalte den Pt100 nur für die Sample-zeit des ADC an eine 
Versorgungsspannung, z.B. per Port-Ausgangs-Pin, und wenn man ein mal 
die Minute messen muss und der ADC 1us Samplezeit hat, dann kostet das 
im Schnitt 16 Femtoampere, damit sollte kein Harvester überfordert sein.

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