Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik PT100 schalten


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von Anselm 6. (anselm68)


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Hallo,

ich würde gerne nacheinander mehrere PT100 messen.
Da mein Messstrom 1mA und somit die Spannung <1V ist frage ich mich,
mit was schaltet man so kleine Signale?
bei einem Relais sehe ich da echte Kontaktsicherheitsprobleme.
Ein ADG-Baustein hat einen zu großen Innenwiderstand....

Was kann ich noch verwenden ohne die Messschaltung mehrfach aufzubauen?

Gruß
Anselm

von Dirk B. (dirkb2)


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Da du ja sicher eine 4-Leiter Messung machst, spielen deine bedenken 
keine Rolle.

Dazu dann noch zwei Festwiderstände zum Vergleich, bzw zum 
interpolieren.

von wer (Gast)


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Anselm 6. schrieb:
> bei einem Relais sehe ich da echte Kontaktsicherheitsprobleme.

Warum das denn?
Es spricht sicher einiges potentiell gegen Relais... Baugröße, 
Schaltgeschwindigkeit, Verschleiß, Geräuschentwicklung, Stromaufnahme...

Aber Kontaktsicherheit gehört nicht dazu.

von ... (Gast)


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Anselm 6. schrieb:
> Da mein Messstrom 1mA und somit die Spannung <1V ist frage ich mich,
> mit was schaltet man so kleine Signale?

Analogschalter/-multiplexer?
Den hat sogar fast jeder µP eingebaut.

von Wilfried P. (widp)


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wer schrieb:
> Aber Kontaktsicherheit gehört nicht dazu.

Mindest-Kontakt-Schaltspannung und ggf.
Mindest-Kontakt-Strom schon!

Wird regelmäßig vergessen, diese zu beachten!

von Michael B. (laberkopp)


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Anselm 6. schrieb:
> mit was schaltet man so kleine Signale

Analogschalter.

Einen für den Messtrom, einen für die Messspannung NACH dem 
messstromschaltenden Analogschalter
  |
  8 1mA
  |
  +-------------+
  |             |
  X--Mikrocont--X
  |  |   |   |  |
  +--X---+---X--+
  |     ADC     |
Pt100         Pt100
  |             |
 GND           GND
X sind vom uC gesteuerte Analgschalter wie CD4066
8 ist deine Konstantstromquelle

Schon mal darüber nachgedacht, daß Konstantstromquellen auch erfordern, 
daß die Referenzspannung deines uC ebenso konstant ist, daß jede 
Abweichung der nicht so konstanten Stromes oder der nicht so konstanten 
Referenzspannung zu einem Messfehler führt ? Es gibt andere Wege.

http://www.dse-faq.elektronik-kompendium.de/dse-faq.htm#F.32

von Harald W. (wilhelms)


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Michael B. schrieb:

> Schon mal darüber nachgedacht, daß Konstantstromquellen auch erfordern,
> daß die Referenzspannung deines uC ebenso konstant ist, daß jede
> Abweichung der nicht so konstanten Stromes oder der nicht so konstanten
> Referenzspannung zu einem Messfehler führt ?

Wenn man bei mehreren umgeschalteten PT100 auch auf einen Referenz-
Widerstand schaltet, spielt die Langzeitstabilität keine Rolle mehr.
Dann reicht auch eine Einfach-Ein-Transistor-Stromquelle für eine
Genauigkeit im mK-Bereich.

von Klaus R. (klara)


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Anselm 6. schrieb:
> Was kann ich noch verwenden ohne die Messschaltung mehrfach aufzubauen?

Ein Muxer ist die Lösung. Das Prinzip habe ich unter PT100-Muxer.jpg 
dargestellt. Wir haben eine Stromquelle, hier 1 mA für einen PT100. 
Schalter W1 leitet den Strom bei ON zu R1 und der Strom fließt gegen 
Masse. Über Schalter W5 wird dann im ON - Zustand die Spannung über R1 
gemessen.

Die Analogschalter haben einen Übergangswiderstand. Der ist nicht 
unerheblich und würde die Messung verfälschen. Deswegen arbeitet man 
hier auch mit einem Konstantstrom. Dann dürfen die Übergangswiderstande 
von W1 bis W4 auch beliebig streuen. Es zählt ja nur der Konstandstrom 
durch den PT100.

Die Spannung über einen PT100 wird wieder über einen Analogschalter 
abgegriffen. Der hat natürlich auch einen Übergangswiderstand. Jedoch 
greift ein OPV mit einem hochohmigen Eingangswiderstand die Spannung ab, 
so dass kein Strom fließt und folglich auch kein Spannungsabfall am 
Übergangswiderstand entsteht. Das ist der Trick dabei.

Vor ca. 15 Jahren habe ich für den OPV einen TL074 genommen. Der TL071 
wäre die Single-Version. Der Eingangswiderstand ist zwar sehr hochohmig, 
jedoch Offset und Drift ist heutzutage nicht beeindruckend, würde ich 
nur noch bei geringen Ansprüchen an die Genauigkeit verwenden.

Ein paar Jahre später hätte ich einen OPA333 genommen. Es gibt heute 
aber auch noch etwas bessere.

Ich wollte damals schon als Analogschalter einen 74HCT4051 nehmen. Diese 
Typ-Reihe ist immer noch gut verwendbar. Da hat sich nicht viel getan. 
Man braucht aber 2 Stück davon, weil man mit einem 4051 jeweils nur 
einen Kanal schalten kann. Aber wie soll man die Matrix dann sinnvoller 
Weise layouten? Das ist mit damals nicht gerade sofort eingefallen, aber 
...
man stapelt die beiden 4051 einfach übereinander und biegt beim oberen 
4051 den Pin 3 etwas zur Seite, siehe Bild. Bei mir ging der obere Pin 3 
dann zum OPV. Man hat da die Wahl, der andere wäre genauso gut.

Seit über 8 Jahren arbeite ich mit SMD. Den 4051 gibt es auch als SMD - 
Typ. Stapeln ist nicht ganz so einfach. Man muß das Gehäuse etwas 
herunterfeilen, da die Pins ein wenig zu kurz sind. Es geht aber.

Noch ein Tipp, nach dem Umschalten auf einen Sensor sollte man nicht 
sofort mit dem Messen beginnen. Für eine kurze Zeit treten kleine 
Schwingungen auf, zumindest im Prinzip. Eine Wartezeit von 10 ms dürfte 
bei kurzen Leitungen zu den Sensoren genügen. Sonst erhöht man eben die 
Zeit.


Viel Spaß.
mfg Klaus

von georg (Gast)


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Wilfried P. schrieb:
> Mindest-Kontakt-Schaltspannung und ggf.
> Mindest-Kontakt-Strom schon!
>
> Wird regelmäßig vergessen, diese zu beachten!

Deshalb sind in der Messtechnik quecksilberbenetzte Reedrelais üblich. 
Ist aber bei 4-Leiter-Anschluss recht aufwändig.

Georg

von Michael B. (laberkopp)


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Klaus R. schrieb:
> Aber wie soll man die Matrix dann sinnvoller
> Weise layouten? Das ist mit damals nicht gerade sofort eingefallen, aber
> ...
> man stapelt die beiden 4051 einfach übereinander und biegt beim oberen
> 4051 den Pin 3 etwas zur Seite

Ähm, nein, das ist nicht sinnvoll, sondern Bastlerpfusch.

von Andrew T. (marsufant)


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Klaus R. schrieb:
> Anselm 6. schrieb:
>> Was kann ich noch verwenden ohne die Messschaltung mehrfach aufzubauen?
>

>
> Ich wollte damals schon als Analogschalter einen 74HCT4051 nehmen. Diese
> Typ-Reihe ist immer noch gut verwendbar. Da hat sich nicht viel getan.
> Man braucht aber 2 Stück davon, weil man mit einem 4051 jeweils nur
> einen Kanal schalten kann.

Heutzutage würde ich stattdessen dne 4851 empfehlen, da sind die 
injection current Effekte bei weitem geringer als beim 4051:

https://assets.nexperia.com/documents/data-sheet/74HC_HCT4851.pdf


Gibt es ebenfalls als SMD .-)

von MaWin (Gast)


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Andrew T. schrieb:
> da sind die injection current Effekte bei weitem geringer als beim 4051:

Ist bei 100 Ohm Last rausgeschmissenes Geld.

von Klaus R. (klara)


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MaWin schrieb:
> Andrew T. schrieb:
>> da sind die injection current Effekte bei weitem geringer als beim 4051:
>
> Ist bei 100 Ohm Last rausgeschmissenes Geld.

Ausserdem wartet man ein paar Millisekunden ab bevor man mißt. Dann ist 
alles statisch, keine Strom- und Spannungsänderungen.
mfg klaus

von Klaus R. (klara)


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Michael B. schrieb:
> Klaus R. schrieb:
>> Aber wie soll man die Matrix dann sinnvoller
>> Weise layouten? Das ist mit damals nicht gerade sofort eingefallen, aber
>> ...
>> man stapelt die beiden 4051 einfach übereinander und biegt beim oberen
>> 4051 den Pin 3 etwas zur Seite
>
> Ähm, nein, das ist nicht sinnvoll, sondern Bastlerpfusch.

Klar, bei professioneller Fließbandmontage würde man nicht stapeln. Und 
dann noch ein Pin abbiegen und ihn mit einem Draht mit der Platine 
verbinden. Das schafft der Bestückungsautomat nicht.

Aber eben der Bastler. Und es vereinfacht das Layout enorm. Keine 
Kreuzungen. Och war damit froh und hatte es in SMD - Technik dann später 
gerne nochmals verwendet.

Übrigens, gestapelte Kerkos gibt es sogar zu kaufen. Schau mal bei 
Mouser nach. Farnell wird die auch haben.

mfg Klaus

von Klaus R. (klara)


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Michael B. schrieb:
> Klaus R. schrieb:
>> Aber wie soll man die Matrix dann sinnvoller
>> Weise layouten? Das ist mit damals nicht gerade sofort eingefallen, aber
>> ...
>> man stapelt die beiden 4051 einfach übereinander und biegt beim oberen
>> 4051 den Pin 3 etwas zur Seite
>
> Ähm, nein, das ist nicht sinnvoll, sondern Bastlerpfusch.

Klar, bei professioneller Fließbandmontage würde man nicht stapeln. Und 
dann noch einen Pin abbiegen und ihn mit einem Draht mit der Platine 
verbinden. Das schafft der Bestückungsautomat nicht.

Aber eben der Bastler. Und es vereinfacht das Layout enorm. Keine 
Kreuzungen. Ich war damit froh und hatte es in SMD - Technik dann später 
gerne nochmals verwendet.

Übrigens, gestapelte Kerkos gibt es sogar zu kaufen. Schau mal bei 
Mouser nach. Farnell wird die auch haben.

mfg Klaus

von ths (Gast)


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Wenn es um Messunsicherheiten im 1 K Bereich geht, sehen die 
Anforderungen völlig anders aus, als wenn man 1 mK anstrebt.

Da sollte man schon mal klarstellen, bevor man über Bauteile diskutiert.

Genau so spielt das Messverfahren AC/DC/DC_gepulst eine Rolle bei der 
Auswahl der Bauteile.

von Harald W. (wilhelms)


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ths schrieb:

> Wenn es um Messunsicherheiten im 1 K Bereich geht, sehen die
> Anforderungen völlig anders aus, als wenn man 1 mK anstrebt.

Aber schon für 1K Messunsicherheit muss man auf 0,4% genau messen.
Deshalb ist bei geforderter Messunsicherheit von 1K die Verwen-
dung von PT100 meist nicht sinnvoll.

von Michael B. (laberkopp)


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Harald W. schrieb:
> Aber schon für 1K Messunsicherheit muss man auf 0,4% genau messen.
> Deshalb ist bei geforderter Messunsicherheit von 1K die Verwen-
> dung von PT100 meist nicht sinnvoll.

Ah ja, deshalb nutzen quasi ALLE Präzisionstemperaturmessungen 
Platin-Temperatursensoren weil man mit ihnen ja solche Problem hat, 
genau zu messen, schon klar.

https://www.google.de/search?q=precision+temperature+measurement

(wenn man keine Ahnung hat, einfach mal die Klappe halten...)

von Peter D. (peda)


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Klaus R. schrieb:
> Man braucht aber 2 Stück davon, weil man mit einem 4051 jeweils nur
> einen Kanal schalten kann.

Für 4 Sensoren reicht auch ein 74HC4052.

von Harald W. (wilhelms)


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Michael B. schrieb:

> Ah ja, deshalb nutzen quasi ALLE Präzisionstemperaturmessungen
> Platin-Temperatursensoren weil man mit ihnen ja solche Problem hat,
> genau zu messen, schon klar.

Hier geht es darum, bei eher geringen Genauigkeitsanforderungen
eine kostensparende Lösung zu finden. Da ist PT100 nicht die
erste Wahl. Hast Du Dich überhaupt schon mal mit Temperatur-
messungen im mK Bereich beschäftigt? Ich ja.

> (wenn man keine Ahnung hat, einfach mal die Klappe halten...)

Das trifft wohl eher auf Dich zu.

von Klaus R. (klara)


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Peter D. schrieb:
> Klaus R. schrieb:
>> Man braucht aber 2 Stück davon, weil man mit einem 4051 jeweils nur
>> einen Kanal schalten kann.
>
> Für 4 Sensoren reicht auch ein 74HC4052.

Dann muß man aber auch entsprechend layouten. Vor 15 Jahren habe zudem 
die Platinen noch selbst gefertigt. Jeder Lagenwechsel war da Aufwand. 
Man mußte ja irgendwie zuverlässig durchkontaktieren. Aber selbst bei 
der zweiten Generation des Muxers blieb ich beim Stapeln, obwohl ich zur 
der Zeit schon Platinen anfertigen ließ. Zudem benötigte ich immer schon 
8 Kanäle und dies 3 mal.
mfg klaus

von Klaus R. (klara)


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Harald W. schrieb:
> Da ist PT100 nicht die
> erste Wahl.

Ich habe von anfang an immer den PT1000 genommen. Obwohl der nur mit < 
300 µA betrieben werden soll, ist der dann noch ca. 3 mal empfíndlicher 
als ein PT100.
mfg klaus

: Bearbeitet durch User
von Michael B. (laberkopp)


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Harald W. schrieb:
> Hier geht es darum, bei eher geringen Genauigkeitsanforderungen
> eine kostensparende Lösung zu finden.

Was du alles weisst. Der Anselm hat sich, seit dem Abkippen seiner 
Frage, nicht mehr gemeldet. Genauigkeitsanforderungen und Ursache warum 
er Pt100 wählt sind also allen unbekannt, nur dir offenbar nicht. 
Interessant, bist du Anselm, mit ihm verwandt oder verschwägert oder 
einfadch nur mal wieder dabei dir frei Erfundenes aus den Fingern zu 
sauegn.

> Da ist PT100 nicht die erste Wahl. Hast Du Dich überhaupt schon mal
> mit Temperaturmessungen im mK Bereich beschäftigt?

Nee, das ist mir viel zu kalt.

> Ich ja.

Offenkundig gelogen, Millikelvin werden durch Dampfdruck von Gasen 
gemessen
Alleine mit dem Messstrom durch einen RTD würde man sich die mähsam 
geschaffenen kalten Millikelvin kaputt machen.

von Klaus R. (klara)


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Michael B. schrieb:
> Alleine mit dem Messstrom durch einen RTD würde man sich die mähsam
> geschaffenen kalten Millikelvin kaputt machen.

Mit Dauerstrom ja, aber man kann ja auch pulsen. Und man muß ja nicht 
mit 300 mA beim PT1000 messen.

Ich warte jetzt erst einmal auf eine Antwort von Anselm.
mfg Klaus

von Nils (Gast)


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Du kannst auch hinter jeden PT100 einen OpAmp mit OutputEnable als 
Impedanzwandler hängen. Die Ausgänge kommen dann alle über einen kleinen 
Widerstand an den ADC. Den PT100 wählst Du, indem Du jeweils nur einen 
der OpAmps einschaltest.

Die anderen OpAmp Ausgänge sind dann High Impedance und stören das 
Signal nicht.

von W.S. (Gast)


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Anselm 6. schrieb:
> ich würde gerne nacheinander mehrere PT100 messen.
> Da mein Messstrom 1mA und somit die Spannung <1V ist frage ich mich,
> mit was schaltet man so kleine Signale?

Per gekapseltem Relais - und parallel zu jedem PT100 ein Kondensator, 
dazu je ein Kondensator von den 2 Senseleitungen gegen GND. Beim 
Schalten der Relais ist der durch die Kondensatoren erzeugte Umladestrom 
groß genug, um Kontaktunsicherheiten zu beseitigen.

P.S. solche Relais findet man für wenig Geld selbst bei Pollin.

W.S.

von Harald W. (wilhelms)


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Klaus R. schrieb:

> Ich habe von anfang an immer den PT1000 genommen. Obwohl der nur mit <
> 300 µA betrieben werden soll, ist der dann noch ca. 3 mal empfíndlicher
> als ein PT100.
> mfg klaus

Es bleibt aber die Genauigkeitsforderung 0,4% pro K und auch
die oft störende Eigenerwärmung. Wie bereits gesagt, für
Genauigkeit im Bereich 1K gibts m.E. bessere Lösungen.

von Klaus R. (klara)


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Nils schrieb:
> Du kannst auch hinter jeden PT100 einen OpAmp mit OutputEnable als
> Impedanzwandler hängen.

Gut, noch eine Antwort.

Ein OPV der das analoge Signal eines PT100 / PT1000 verarbeiten soll, 
der sollte einen geringen Offset und noch wichtiger, eine geringe Drift 
haben.

Der OPA333 kostet ca. 2,20 € bei Mouser.
Der OPA189 kostet ca. 2,50 €.

Also, diese OPV sind nicht gerade so billig. Zudem, ein Impedanzwandler 
wird eigentlich nicht benötigt. Ein Analogschalter ist schon eine gute 
Wahl. Es gibt ja auch AD - Wandler mit Muxer. Allerdings ist bei einem 
PT100 / PT1000 in der Regel eine Verstärkung erforderlich um die 
Empfindlichkeit des AD - Wandlers voll ausnutzen zu können. Dafür habe 
ich wieder einen INA333 verwendet, kostet ca. 4 €. Diesen Aufwand wird 
wohl keiner für jeden Sensor betreiben wollen. Deshalb der Muxer.
mfg klaus

von Harald W. (wilhelms)


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Klaus R. schrieb:

> Deshalb der Muxer.

Bei Vierpolanschluss und Abtastung mit Pause nach dem Schalten
wirken sich negative Daten des Mux praktisch nicht auf das Meß-
ergebnis aus. BTDT.

: Bearbeitet durch User
von ths (Gast)


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Harald, auch 0,1 mK zu beobachten ist mit Pt 100 kein Thema, hinreichend 
konstante Umgebung vorausgesetzt.

von Harald W. (wilhelms)


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ths schrieb:

> Harald, auch 0,1 mK zu beobachten ist mit Pt 100 kein Thema,
> hinreichend konstante Umgebung vorausgesetzt.

Da nimmt man wohl eher PT25 oder PT10.

Man kann auch die Temperatur eines ganzen Labors
auf besser 1mK genau regeln.

von ths (Gast)


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Kann man machen, aber die Masse ist halt beachtlich.

von Lurchi (Gast)


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Harald W. schrieb:
> ths schrieb:
>
>> Harald, auch 0,1 mK zu beobachten ist mit Pt 100 kein Thema,
>> hinreichend konstante Umgebung vorausgesetzt.
>
> Da nimmt man wohl eher PT25 oder PT10.
>
> Man kann auch die Temperatur eines ganzen Labors
> auf besser 1mK genau regeln.

Ob man jetzt PT100 oder PT10 nimmt macht keinen so großen Unterschied 
für die Auflösung. Die PT10 / PT25 sind ggf. etwas stabiler bei erhöhter 
Temperatur, weil der Draht eher dicker ist. Auch die Isolierung bei 
hoher Temperatur wird weniger kritisch. Bei Raumtemperatur macht das 
noch keine großen Probleme. Für die Auswertung ist eher PT100 etwas 
einfacher.

Für hohe Auflösung hilft es auch mit Wechselstrom zu messen.

von Michael B. (laberkopp)


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Harald W. schrieb:
> Man kann auch die Temperatur eines ganzen Labors
> auf besser 1mK genau regeln.

sagte ich schon:

Michael B. schrieb:
> (wenn man keine Ahnung hat, einfach mal die Klappe halten...)

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