PT100 Zehntel Grad Auflösung

Nimm einen NTC + Vorwiderstand. Die haben eine viel höhere Steigung.
Du brauchst deshalb teilweise keinen Verstärker.
Weniger Bauteile: weniger Fehler.
Deshalb ist ein NTC + 0.1% Widerstand + guter ADC oft besser als viele 
PT100 Präzisionsverstärker.

Der NTC: 
https://www.reichelt.de/Sensoren/HYG-NTC-202/3/index.html?ACTION=3&GROUPID=3190&ARTICLE=117278 
hat zum Beispiel bei 35Grad einen Fehler von nur +-0.18K

Die Steigung ist 4% pro Grad. Er hat damit eine 12mal größere 
Widerstandsänderung als ein PT100.

Vorteil vom PT100 ist, dass Du ihn gegen jeden anderen PT100 austauschen 
kannst.

3x 100Ohm, 1x PT100) ... Allerdings habe ich dann das Problem, dass ich 
einen DC-Offset am Ausgang habe, da mich der Bereich 0-30 Grad Celsius 
nicht
interessiert.

Du kannst die Brücke auch aus 113 Ohm Widerstände bauen.

1/10 Grad Auflösung ist auch mit PT100 kein großes Problem. Damit die 
Eigenerwärmung nicht zu groß wird sollte der Strom durch den PT100 i.A. 
nicht wesentlich über 1 mA liegen. Damit hat man etwa 100 mV am Sensor 
und bei konstantem Strom eine Änderung von etwa 0.3 mV / K. Für 1/10 
Grad müsste man also rund 30 µV auflösen. Schwierig (aber nicht 
unmöglich) wird es wenn man feiner als 1/100 Grad auflösen will.

Die Brückenschaltung wäre eine Möglichkeit. Für etwas mehr 
Empfindlichkeit aber eher 2 mal etwa  100 Ohm und 2 größere Widerstände 
von etwa 3-5 K, die den Strom einstellen. Nach einer passenden 
Verstärkung kann dann der µC interne ADC ausreichen, auch wenn der 
Messbereich etwa 0 - 50 Grad umfasst.

Alternativ kann man auch einen höher auflösenden externen ADC nehmen und 
direkt mit Vorwiderstand als Spannungsteiler die Spannung am PT100 
messen. Für 1/10 Grad braucht der ADC dafür aber mindestens 12 Bit, 
besser 16 Bit oder mehr an Auflösung. Gerade Sigma-Delta ADCs können 
eine Spannung im 100 mV Bereich ggf. auch direkt, ohne Vorverstärkung 
und differentiell (für eine 4 Leiter-messsung) erfassen.

Mit einem NTC ist das Signal etwas größer. Schon die SI Sensoren wie 
KTY8x oder Ni Widerstände haben etwa eine doppelt so hohe relative 
Änderung.

Andreas L. schrieb:
> Hallo,
> ich möchte gerne mithilfe eines PT100 die Körperoberflächentemperatur im
> Bereich von ca. 30-40 Grad Celsius bestimmen. Dabei spielt die
> Genauigkeit eher weniger eine Rolle, sondern vielmehr die Auflösung.
> Diese sollte wenn möglich 0.1 Kelvin oder weniger betragen. Das soll
> dann später mit einem Mikrocontroller ausgewertet werden.


Mache - nachdem Du dieses pdf gelesen hast - aus "später mit einem 
uC..." ein "gleich mit einem uC..."

Das rennt hier seit Jahren vollkommen unauffällig mit 1/100° Auflösung, 
da sieht man einen Menschen in 2m daran vorbeigehen....

MiWi

Andreas L. schrieb:

> Nun habe ich mir gedacht, Eine Viertelbrücke zu verwenden
> (3x 100Ohm, 1x PT100) und die Brückenspannung mit einem
> Instrumentenverstärker zu verstärken. Allerdings habe ich
> dann das Problem, dass ich einen DC-Offset am Ausgang habe,
> da mich der Bereich 0-30 Grad Celsius nicht interessiert.

Du hast schon verstanden, dass die Brueckenschaltung primaer
dazu da ist, einen Offset von der Messgroesze abzuziehen?

Der PT100 hat seine 100 Ohm bei 0°C; deswegen liefert die
Bruecke 0V bei 0°C.

> Wie wird sowas generell gehandhabt?

Man dimensioniert die Bruecke passend. Es genuegt, wenn Du
einen 100-Ohm-Widerstand (den richtigen) durch 110 Ohm
ersetzt, dann liegt Dein Nullpunkt bei ungefaehr 25°C.

Andreas L. schrieb:
> ich möchte gerne mithilfe eines PT100 die Körperoberflächentemperatur im
> Bereich von ca. 30-40 Grad Celsius bestimmen. Dabei spielt die
> Genauigkeit eher weniger eine Rolle, sondern vielmehr die Auflösung.
> Diese sollte wenn möglich 0.1 Kelvin oder weniger betragen.

Hast du schon mal an einen DS18B20 gedacht. Der liefert dir die 
Temperaturdaten per digitaler Schnittstelle mit einer Auflösung von 67mK 
mundgerecht für den µC. Allerdings ist die Zeitauflösung dann nicht 
berühmt.

Nimm einen LTC2440, versorge ihn mit 5V. Mit einem Spannungsteiler 
erzeugst du dir 2.5V die du auf den REF des ADC schaltest und auf einen 
Spannungsteiler bestehend aus deinem PT100 und einem weiteren 
Widerstand. Jetzt misst du mit dem ADC den Spannungsabfall über deinem 
PT100.
So funktioniert vom Prinzip her das MST-System von Digiraster:

http://www.digiraster.de/systeme/mst-systeme.html

und damit sind, nach Kalibrierung (6 Punkte, DKD), sogar 
Messabweichungen von <0,02K über einen Temperaturbereich von -40 ... 
+140°C (Messunsicherheit 0,04K) erreichbar.

Sorglos Paket. Konstantstromquelle & ADC. Hat alles in einem Chip. 
Einfach per SPI Auslesen und fertig. Man muss sich um den ganzen 
Analogkram nicht kümmern.

Auflösung 0,03 Grad.

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

Achso. Wenn dir das Löten zu viel Arbeit ist. Es gibt den Chip auch 
schon fertig aufgelötet auf ein EVAL-Board.

Einfach PT100 drannklemmen, µC drann und fertig.

http://www.mouser.de/ProductDetail/Maxim-Integrated/MAX31865PMB1/?qs=sGAEpiMZZMtp5ziQ9mm%252bArFB%252bTb7TQpq95JRdeXQSZE%3d

Michael B. schrieb:
> Meine Fresse, hier sind wieder alle Fortentypen vertreten die keine
> Antwort liefern.

Michael B. schrieb:
> Ohne Instrumentenverstärker, nur ein (Rail-2-Rail) OpAmp, man braucht
> keine Konstatstriómquelle wenn man ratiometrisch misst, und keinen 24
> bit A/D-Wandler

Und deine Lösung ist jetzt besser? Ganz ehrlich, wenn ich auf OPVs 
verzichten und schnell digital werden kann und dann noch mit wenigen 
Bauelementen (24bit ADC, Blockkondensatoren und ein 5ppm-Widerstand) 
auskommen kann, dann tu ich das.
Mein Vorschlag misst ebenfalls ratiometrisch und ist ein "fast 
digital"-Ansatz, der nachweislich funktioniert. Ich muss nicht mit Zwang 
analog vorverarbeiten, was nur wieder zusätzliche Herausforderungen mit 
sich bringt. Aber das magst du anders sehen.
Hier wurden diverse Vorschläge geliefert, letztlich muss der TO selbst 
entscheiden welche Variante er umsetzt.

>Und deine Lösung ist jetzt besser? Ganz ehrlich, wenn ich auf OPVs
>verzichten und schnell digital werden kann und dann noch mit wenigen
>Bauelementen (24bit ADC, Blockkondensatoren und ein 5ppm-Widerstand)
>auskommen kann, dann tu ich das.
Genau. Sehe ich ähnlich. So wenige Bauteile wie möglich. Hier gab es 
viele unterschiedliche Antworten. Auch die integrierte Lösungen haben 
ihren Charme.
Bei laberkopps Vorschlag sollte man auch beachten, dass ein 1% Toleranz 
beim Brückenwiderstand etwa 3 Grad Fehler verursachen. Und 3 der 4 
Widerstände haben direkt Einfluss. Bei einem NTC macht ein 1% Widerstand 
nur 0.2Grad aus.

Ich verwende jeweils einen 10k NTC in Serie mit einem 10k 0.1% 
Referenzwiderstand ratiometrisch gespiesen an einem 24 bit Wandler. Das 
ergibt Ausloesung ohne Ende, zu praktisch Null Kosten.

Michael B. schrieb:
> Andreas L. schrieb:
>> ich möchte gerne mithilfe eines PT100
>
> Meine Fresse, hier sind wieder alle Fortentypen vertreten die keine
> Antwort liefern.
>

Ach Michael....

wer lesen kann ist klar im Vorteil.

Es ist nicht unser Problem daß Du immer wieder Deinem Nickname alle Ehre 
machst.

Denn die brauchbaren Vorschläge sind schon lange bevor Du da warst 
gekommen.
Manche \so\, manche so.

Und mit einem 3,5€ 22Abit ADC auf der digitlen Ebene ein Problem zu 
erschlagen das sonst nicht ganz trivial zu lösen ist - gerade für Laien, 
die solche Fragen stellen müssen - vollkommen ok.

doch wie fast immer rennt das Forum zur Höchstform auf und der TO schaut 
zu und sagt nix mehr...


MiWi

Die Lösung von branadic gefällt mir am besten: Ein ADC ein Kondensator 
und ein einziger Widerstand (wenn man ADC mit "echtem" differential 
Eingang verwendet) erzielt erstaunlich hohe Genauigkeit.

Christian L. schrieb:
> Michael B. schrieb:
>> Meine Fresse, hier sind wieder alle Fortentypen vertreten die keine
>> Antwort liefern.
>
> Und deine Schaltung mit akademischen Widerstandswerten ist jetzt eine
> praxistaugliche Lösung?

Behauptet er doch gar nicht.

Er vertitt eher die Forentypfraktion "Theoretiker" ;-)

Die Variante mit dem OP kann man auch mit größtenteils normalen 
Widerstandswerten aufbauen: als oben 10 K wie beim PT100. In der Brücke 
halt den einen Widerstand von rund 110 Ohm den man anpassen muss (d.h. 
wohl 120 Ohm und eine Widerstand parallel) und dann der Widerstand am 
OP, der die Verstärkung festlegt - da kommt es nicht so sehr drauf an, 
wenn man nicht das letzte Bit an ADC Auflösung ausnutzen will grob 
geschätzt 24 K sollten passen. Der Bereich ist dann zwar nicht genau 
30-40V sondern vielleicht 23 - 48 C, dass sollte aber trotzdem von der 
Auflösung ausreichen, sofern der ADC mehr als 8 Bits schafft.

Die Variante mit hochauflösendem ADC hat heute auch was für sich: der 
ADC ist ggf. günstiger (und besser zu bekommen) als die 2 extra 
Widerstände mit TK im unter 5 ppm(K Bereich die man bräuchte um eine 
ähnliche Genauigkeit mit der klassischen Brückenschaltung zu erreichen.

Für nur 0,1 K Auflösung geht es aber ggf. günstiger mit der klassischen 
Brücke mit 1 OP.

Lurchi schrieb:
> Für nur 0,1 K Auflösung geht es aber ggf. günstiger mit der klassischen
> Brücke mit 1 OP.

... und dem µC internen ADC >= 10 Bit.

Andreas L. schrieb:
> Allerdings habe ich dann das Problem, dass ich einen
> DC-Offset am Ausgang habe, da mich der Bereich 0-30 Grad Celsius nicht
> interessiert. Wie wird sowas generell gehandhabt?

Indem der µC den Offset herausrechnet: ADC-Werte für jeweils 30 °C  und 
40 °C messen und die Spanne dazwischen linear (müßte noch reichen) 
interpolieren.

Andreas L. schrieb:
> Die ratiometrische Messung mit dem Delta-Sigma-ADC hört sich schon
> einmal vielversprechend an.

Die ist nicht vielversprechend, sondern funktioniert nachweislich. Alles 
was du brauchst ist:

- Spannungsteiler: PT100 + 2,4k +/-5ppm/K Widerstand versorgt mit 2,5V 
(1mA)
- ADC: LTC2440
- Kondensatoren am ADC: 100nF Keramik, 10µF Tantal
- 2,5V aus 5V: zwei Widerständen (z.B. 10k) + OPV (z.B. ADA4522) als 
Buffer + 100nF Keramik zur Stabilisierung der OPV-Versorgung
- ein vernünftiges Leiterplattenlayout mit 4W-Verdrahtung bis zum PT100
- geeignete geschirmte Kabel, Stecker, Gehäuse, Kabeldurchführungen, 
Kabelknickschutz ...
- µC mit Firmware

Hast du dir denn schon Gedanken gemacht wie du die Kalibrierung angehen 
möchtest? Kommst du vielleicht günstiger, wenn du ein fertiges 
MST-System kaufst? Das ist dann schon kalibriert und garantiert dir 
schwarz auf weiss was es kann.
Wenn du alles zusammenrechnest musst du abwägen ob die Zeit die du 
aufbringst und das ganze Material das du benötigst wirklich rechtfertigt 
selbst etwas aufzubauen.
Mein MST-System verfügt über RS485/Modbus, hat zwei Temperaturfühler mit 
je zwei Temperatursensoren pro Fühler und steckt in einem 
Edelstahlgehäuse. Die Kalibrierung an 6 Punkten auf max. 0,02K hat dabei 
fast genauso viel gekostet wie das System selbst. In Summe ist das Teil 
wirklich sehr günstig, ich war selbst erschrocken.

branadic

Andreas L. schrieb:
> Die ratiometrische Messung mit dem Delta-Sigma-ADC hört sich schon
> einmal vielversprechend an.

Dann mache es so.
Andererseits hast Du ja nur minimale Anforderungen an die Genauigkeit, 
weshalb auch ein OP - beschaltet mit Standard-Widerständen - völlig 
ausreichend ist.
So oder so mußt Du allerdings verstehen, wie der µC die gemessenen 
Spannungen richtig auswertet. Daß 30 °C exakt 0 V und 40 °C exakt 5 V 
entsprechen, wird bei keiner Schaltung der Fall sein.

Nach welchem Prinzip der ADC arbeitet spielt für dich in erster Linie 
keine Rolle, auf die eine oder andere Art wirst du deine Signale ohnehin 
digitalisieren müssen und dich um das Thema "Auslesen des ADCs" kümmern 
müssen.
Worin sich dieser Ansatz von der Brücke unterscheidet ist, dass es sich 
um einen "Fast Digital"-Ansatz handelt und wenn man das richtig macht 
keine großen analogen Wegstrecken hat, auf denen man sich "Dreck" 
einfangen kann. Die Regeln bei der Umsetzung und entsprechende 
hochwertige Komponenten sind für beide Ansätze im Wesentlichen 
dieselben.
Letztlich ist es an dir zu entscheiden, welchen Ansatz du nimmst. Ich 
möchte dich jedoch zu modernen Ansätzen ermutigen. Ich selbst habe 
diesen Ansatz gerade erst für eine Applikation umgesetzt, bei der es 
allerdings nicht um einen PT100 geht.

Andreas L. schrieb:
> Die Materie ist relativ neu für mich, deshalb überlege ich ob es für
> mich nicht doch mehr Sinn machen würde, die Brückenschaltung zu
> verwenden.

Du schreibst, daß du dich "noch" im Studium befindest, und dann 
überlegst du dir, daß du Materie, die für dich noch neu ist, lieber 
bleibenlassen willst?

Was soll nach deinem Studium nur aus dir mal werden? Taxifahrer?

Vernünftig auflösende Sigma-Delta-Wandler gibt es seit über 20 Jahren, 
wenn ich mich rect erinnere, kam der AD7714 so etwa 1994..1995 heraus 
und der ist auch heute noch ein respektabler Chip. Seitdem gibt es 
solche Wandler zuhauf, sowas ist heutzutage Stand der Technik und sollte 
von einem Absolventen schlichtweg beherrscht werden - und du scheust 
davor???

W.S.

>Was soll nach deinem Studium nur aus dir mal werden? Taxifahrer?
Immer diese dummen Kommentare hier im Forum.

Verstehe nicht, warum der TO nicht einfach einen Chip nimmt, der exakt 
für die Aufgabenstellung entwickelt wurde.

Es gibt RTD-Chips (einen habe ich genannt), da kann man direkt den PT100 
anschließen und wahlweise in 2,3 oder 4 Drahtmessung auslesen. Ist alles 
enthalten inklusive ADC.

Der Anwender sieht einfach eine SPI-Schnittstelle, welche so einfach 
auszulesen ist, dass dazu bereits ein Azubi im 2 Lehrjahr dazu in der 
Lage sein sollte :-)

Ich habe manchmal das Gefühl ihr denkt alle viel zu kompliziert. Es gibt 
für gefühlte 99% der Aufgabenstellungen bereits einen fertigen Chip.
Wirkliche Neuentwicklungen sind heutzutage eigentlich sehr selten. Die 
Kunst besteht darin vorhandene Räder zu finden und zu nutzen und nicht 
darin ständig neue Räder neu zu entwickeln (auch wenns ev. Spaß macht)

> Wer nichts kann, muss halt einen vorgefertigen Chip nehmen, wer selbst
> entwicklen kann, braucht die nicht und kommt billiger bei weg. Man denke
> an all die Leute, die Phasenanschnittsteuerungen per IC wie TDA1024 oder
> TCA785 oder U208 aufgebaut haben, und heute Beschaffungsprobleme
> bekommen.

Entwickeln tut man eh nichts (ist eine Illusion). Ein Ingenieur (sofern 
er kein ASIC-Entwickler oder ist) tut im Prinzip nichts anderes als 
Legosteine zusammenstecken.

Ein guter Ingenieur nimmt das, was mit möglichst wenigen diskreten 
Bauteilen auskommt (sofern dem keine Kostengründe oder andere Gründe 
entgegenstehen).

Und von teuer kann hier keine Rede sein. So ein Chip kostet vielleicht 2 
oder 3 Euro. Ein ADC mit hoher Auflösung und Hünerfutter kostet 
praktisch genauso viel.

Nebenbei: Der TO ist wohl kaum dabei eine Großserie aufzulegen ;-). Wenn 
er in solch einer Position wäre, würde er nicht zu solch simplen 
Aufgabenstellungen Fragen stellen.

Ich habe solche Sachen damals schon als Minderjähriger 
zusammengebastelt. Und nein - ein Genie bin ich bestimmt nicht.

Peter M. schrieb:
> Henrik weist ganz banal darauf hin, dass erst einmal ein passender
> Sensor gefunden werden muss, der auch die Oberflächentemperatur erfasst
> und eben nicht die Temperatur der Umgebungsluft daneben.

Sehr schön. aber voll am Thema vorbei. Es ist eben NICHT eine Frage des 
Sensors, ob man damit die Temperatur der Oberfläche mißt oder die der 
eigenen Hand oder die der Luft, sondern es ist eine Frage der 
Konfektionierung des Sensors und des tatsächlichen Wärmekontaktes und 
damit der fachgerechten Benutzung. Um die temperatur einer Oberfläche zu 
messen, schmiert man oftmals einen Klecks von irgendwas Wärmeleitenden 
drauf (Wärmeleitpaste kennt ja wohl jeder, Silikonfett würde auch gehen) 
und packt den Sensor dort hinein. Dann noch ne Abschirmung gegen direkte 
Sonnen- oder Lampenlicht-Einstrahlung darüber und man kann recht 
zuverlässig die Oberflächentemperatur messen.

Das ist alles völlig unabhängig, ob man einen PT100 oder NTC oder 
elektronischen Sensor benutzt.

Wutz schrieb:
> Verstehe nicht, warum der TO nicht einfach einen Chip nimmt, der exakt
> für die Aufgabenstellung entwickelt wurde.

Dann erkläre ich es dir: Man kann durchaus mit fertigen Bauklötzern 
spielen, aber lehrreicher ist es allemal, die Sache selbst verstanden 
zu haben und die dafür richtige Meßstrategie und Schaltung zu 
beherrschen. Dazu gehören heutzutage eben auch SigmaDelta-Wandler wegen 
ihrer zumeist enormen  Auflösung, ihrer Linearität und ihrer 
integrierenden Art, die einem das Leben ggü. Störungen erleichtert.

W.S.

> Dann erkläre ich es dir: Man kann durchaus mit fertigen Bauklötzern
> spielen, aber lehrreicher ist es allemal, die Sache selbst verstanden
> zu haben und die dafür richtige Meßstrategie und Schaltung zu
> beherrschen. Dazu gehören heutzutage eben auch SigmaDelta-Wandler wegen
> ihrer zumeist enormen  Auflösung, ihrer Linearität und ihrer
> integrierenden Art, die einem das Leben ggü. Störungen erleichtert.

Ich verstehe schon was du meinst, aber der von dir genannte AD-Wandler 
ist auch nur ein Bauklotz. Das dieser Klotz zufällig eine SPI (oder I2C) 
Schnittstelle hat ist dabei nur Nebensache.

Um den Wandler zu benutzen ist es vollkommen egal, ob es sich um einen 
SigmaDelta-Wandler handelt oder im Inneren ein kleiner Quantenrechner 
samt Fluxkompensator verbaut ist :-) Genau genommen könnte der 
Hersteller auch lügen. Das würde keiner merken, solange das was er 
ausspuckt den Erwartungen entspricht.

Es ist wahrlich keine Leistung das Klötzchen gemäß Datenblattangaben mit 
Hühnerfutter zu versorgen.

Mal ehrlich: Wir leben im 21 Jahrhundert. Die Zeiten in denen eine 
Analogschaltung aus hunderten diskreten Bauteilen aufgebaut wurde ist 
vorbei.

Heutzutage wird das analoge Signal so direkt wie möglich an einen 
AD-Wandler geführt und der Rest ist pure Software. Das nimmt immer 
extremere Züge an, aber so ist das eben. :-)

Wutz schrieb:
> Heutzutage wird das analoge Signal so direkt wie möglich an einen
> AD-Wandler geführt und der Rest ist pure Software. Das nimmt immer
> extremere Züge an, aber so ist das eben. :-)

Naja, es muss nicht unbedingt ein ADC sein, sagen wir doch etwas 
allgemeiner xDC. Und ganz genau genommen ist ein ADC auch kein Wandler, 
sondern ein Umsetzer, denn in der deutschen Sprache kann zwischen 
Wandler und Umsetzer differenziert werden.