Temperaturmessung mit Pt100

[Michael S. (jackson13)]

Liebes Forum,
ich weiß, das Thema kommt in vielen Beiträgen immer wieder hoch, 
trotzdem erhoffe ich mir Feedback von erfahreneren Experten, als ich es 
bin.

Ich habe die Aufgabe 4 vorhandene PT100 Sensoren auszuwerten. Der 
Temperaturbereich soll -20 bis +75°C abdecken, Genauigkeit 0.5°C, 
Auflösung 0.1°C. Die Messstellen sind ca. 20-25m entfernt. (Dafür habe 
ich die 3-Leiter Variante vorausgesetzt). Ich habe nun auf Basis von 
Forumsbeiträgen & Schaltungstechnik Literatur diese Schaltung 
dimensioniert und simuliert. Nun erhoffe ich mir Feedback ob das auch in 
der Praxis funktionieren kann.

Ich habe mich auch mit der ratiometrischen Messung befasst, endet aber 
wohl in einem verhältnismäßig teuren Sigma-Delta 24Bit ADC und ich 
möchte vorher verstehen, welche Nachteile mein Lösungsansatz (adaptierte 
Sensorverstärkerschaltung) hat.

Folgende Eckparameter möchte ich noch erwähnen:
1. die 3V3 Referenz würde ich mit einem MCP1501-33 erzeugen. Diese soll 
die PT100 Sensoren versorgen und zugleich auch die ext. Referenzspannung 
des ADCs sein.
2. Beim ADC hätte ich an einen 12bit ADC (MCP3208) gedacht und würde an 
einem der Eingänge die 3V3 Referenz über einen Spannungsteiler (z.b. 
100/1000) mit messen, um die Schwankungen herausrechnen zu können.
3. Messwerte Abfragen über SPI an einen ATtiny wo ich auch die 
Leitungswiderstände kompensieren würde, indem ich die entsprechende 
Leitungslänge mittels Parameter mitgebe.
4. Mir ist bewusst dass durch den PT100 ~ ca. 2,7mA fließen, allerdings 
nicht, welchen Impact (außer höhere Verlustleistung am Messwiderstand) 
das schlussendlich hat. Wird der Messfehler signifikant höher? 
Praxiswerte würden mir hier sehr helfen.
5. Der valide Messbereich liegt zwischen 92 und 130 Ohm, was dem 
Temperaturbereich entspricht, und in einer Ausgangsspannungsbereich des 
OPVs von 75mV - 2,819V resultiert - demnach lande ich bei 
~2,9mV/0,1Grad. Bei einer 12bit ADC Auflösung sollte ich rechnerisch 
805µV Intervalle erhalten, somit auch ok, richtig oder falsch?
6. Sollte ich bei dieser Leitungslänge Filterbeschaltungen andenken? 
Evtl. auch ESD/Transienten Schutz, wenn die Sensoren im 
Dachbereich/Außenbereich eingesetzt werden? Gibt es da Erfahrungswerte 
aus der Praxis?
7. Alle Widerstände würde ich mit 0.1% Toleranz vorsehen.
8. Wo müsste ich hier sinnvollerweise Abgleichstellen vorsehen? Hier 
fehlt mir einfach die praktische Erfahrung.

Freundliche Grüße,
Michael

[Vanye R. (vanye_rijan)]

> Die Messstellen sind ca. 20-25m entfernt.

Es gibt Anwendungen da braucht man sowieso potentialfreiheit, bei
anderen geht es vielleicht auch ohne, aber alleine obiges waere
fuer mich schon ein Grund jeden Sensor potentialfrei auszufuehren.

> 6. Sollte ich bei dieser Leitungslänge Filterbeschaltungen andenken?
> Evtl. auch ESD/Transienten Schutz, wenn die Sensoren im
> Dachbereich/Außenbereich eingesetzt werden? Gibt es da Erfahrungswerte
> aus der Praxis?

Selbstverstaendlich solltest du dir da ernsthaft gedanken machen wenn du 
25m lange Antennen an deine Elektronik anschliesst die jede Stoerung 
auffangen oder abstrahlen und alles an ESD in deinen Controller leiten!

Vanye

[Michael B. (laberkopp)]

Michael S. schrieb:
> die 3V3 Referenz würde ich mit einem MCP1501-33 erzeugen. Diese soll die
> PT100 Sensoren versorgen und zugleich auch die ext. Referenzspannung des
> ADCs sein.

Damit wird es ratiometrisch.

Michael S. schrieb:
> Beim ADC hätte ich an einen 12bit ADC (MCP3208) gedacht

-20 bis +75 in 0.1 GradC Schritten erfordert nur 10 bit.

Michael S. schrieb:
> Messwerte Abfragen über SPI an einen ATtiny wo ich auch die
> Leitungswiderstände kompensieren würde, indem ich die entsprechende
> Leitungslänge mittels Parameter mitgebe.

Häh, ich dachte, du nutzt 3-Leiter. Dabei sollte der Leistungswiderstand 
automatisch irrelevant sein.

Michael S. schrieb:
> Mir ist bewusst dass durch den PT100 ~ ca. 2,7mA fließen, allerdings
> nicht, welchen Impact (außer höhere Verlustleistung am Messwiderstand)
> das schlussendlich hat. Wird der Messfehler signifikant höher?

Pt100 sollte 0.1V abbekommen, bei dir sind es 0.27V. Wenn es nicht die 
kleinsten freifliegend in Luft sind, sondern mit einem Gegenstand 
thermisch verbundene, sollte der Messstrom nicht zu Fehler über 0.5 
GradC führen.

Deine Schaltung benötigt aber genaue und temperaturstabile Widerstände 
und davon 28 Stück a 0.1%.

Michael S. schrieb:
> Sollte ich bei dieser Leitungslänge Filterbeschaltungen andenken?

Man kann auch in Software filtern.

Ich würde

 +5V     +5V
  |       |
 4k7  +-------+
  |   |       |
  | +-|CH1+   |
  |/  |       |
Pt100 |       |
  |\  |       |
  | +-|CH1-   |
  |   |       |
  | +-|CH2+   |
  |/  |       |
Pt100 |       |
  |\  |       |
  | +-|CH2-   |
  |   |MCP3424|
  | +-|CH3+   |
  |/  |       |
Pt100 |       |
  |\  |       |
  | +-|CH3-   |
  |   |       |
  +---|CH4+   |
  |   |       |
 100R |       |
  |   |       |
  +---|CH4-   |
  |   +-------+
  |       |
 GND     GND

aus

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

nutzen mit passendem ADC (10 Kanäle mit 12 bit oder 5 Differenzkanäle) 
für Sensoren, die Leute nutzen inzwischen gern einen uC mit eingebautem 
ADC weil das billiger ist.

[Michael S. (jackson13)]

Michael B. schrieb:
> Häh, ich dachte, du nutzt 3-Leiter. Dabei sollte der Leistungswiderstand
> automatisch irrelevant sein.

Ja der Fehler wird irrelevant, aber der Offset der Ausgangsspannung 
verschiebt sich mit steigendem Widerstand nach oben. Daher messe ich bei 
10m Leitungslänge eine andere Spannung als bei 25m. Auch wenn die PT100 
Temperatur gleich ist. Oder liege ich falsch? Diese Offsetkorrektur 
würde ich dann eben in SW vornehmen. - Sonst bräuchte ich überall 25m 
Leitung, auch wenn eine Messstelle auch mal nur 10m weit weg wäre...

Michael B. schrieb:
> https://dse-faq.elektronik-kompendium.de/dse-faq.htm#F.32

Überlege ich mir mal durch, danke.