PT100 Messverstärker - Komponenten und Auslegung

Heyho!

Bei mir hat sich studientechnisch aber vor allem im Privatleben einiges getan, so daß ich den alten Thread leider einschlafen lassen mußte. Ich habe eure zahlreichen Ratschläge, für die ich sehr dankbar bin, aber mehr als nur einmal durchgelesen und denke, der Nebel über dem Mysterium RTD hat sich so langsam gelichtet. Nun muß es aber bald mal an den Aufbau eines Messverstärkers gehen, denn die Zeit für die Promotion läuft schneller als mir recht ist... :(

Folgende Specs sollen es nun sein:

- Sensor: PT100

- Temperaturbereich: 20-220 °C (mit 20° Reserve also etwa 40-200 °C Nutzbereich)

- Ratiometrischer Aufbau in 4-adriger Ausführung

- Auflösung =1K liegt machen niedrige TempCo ja trotzdem sinn. Weiß jemand eine "all in one" Lösung für die Temperierung (IC / Baugruppe)?

Liebe Grüße, Dennis

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Dennis Köhn
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Ganz auf die Schnelle: Massetrennung und kleine Bruecke D-A geht normalerweise in die Hose. Das ergibt eine unerwuenschte Dipolantenne plus einen Loop, der sich dann an der Verbindungsstelle mit allen aufgefangenen Stoersignalen ergiesst.

Muss denn der PT100 auf Masse liegen? Je mehr Verstaerker da drin sind, desto mehr Aerger kann es geben. Alte EMV Weisheit: What isn't there will not sing or listen.

Datenfilterung: 100Hz und Oberwellen werden bei Euch beinahe zwangslaeufig drin sein, daneben Druckaenderungen, zuknallende Tueren etc. 0.001K ist schon recht herbe als Anfoerderung. Bei ganz empfindlichen Geschichten macht man die Sache gar nicht auf DC, sondern auf einem Traeger im Bereich einiger Hertz oder zig Hertz. Ob das mit dem AD7793 geht, weiss ich auf Anhieb nicht, aber ich denke er wird die Ref-Strom Erzeugung in AC nicht hinbekommen.

Ansonsten das uebliche, kein Luftzug, keine Vibrationen und die meisten Keramik-C sind auch out. Bei 0.001K duerfte die Mikrophonik einer draussen vorbeifahrenden Harley reichen. Handys im Umkreis von 50m oder so sollten abgeschaltet sein, und satt abblocken dagegen. Also sauber bis in den GHz Bereich. GSM ist in dieser Hinsicht ziemlich aetzend, ich durfte deswegen schonmal eine Hotelnacht im Silicon Valley dranhaengen.

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Gruesse, Joerg

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Joerg

Dennis Köhn schrieb:

Mir ist immer noch ein Rätsel, wieso Du an den unempfindlichen PT100 klebst. Mit einem ggf. nichtlinearen aber dafür 10* empfindlicheren NTC sollte all das, was Dir bisher Probleme macht, fast einfach sein. Und über so kleine Temperaturbereiche, wie sie letztendlich während Deiner Experimente überstrichen werden, dürfte die Abweichung von der Linearität ja eher klein sein. Wie Du selbst sagtest, benötigst Du die absolute Temperatur auch nicht auf so viele Bit genau.

Was an Nichtlinearität übrigbleibt, kannst Du ja mit einem zusätzlichen PT100 über größere Temperaturskalen rauskalibrieren. Der gibt Dir dann auch gleich die absolute Temperatur.

Zur Anbindung an eine low-noise Messchaltung könnte sich lohnen, die RX, TC, RTS und CTS-Leitungen zwischen dem FTDI232 und den ATMEGA über zwei Optokoppler, z.B. SFH6731 zu schalten, so daß der PC vollständig gegenüber dem Meßaufbau isoliert ist. So fängst Du Dir wenigstens keine Brummschleifen ein.

Um die Auflösung des ADCs ausnutzen zu können, mußt Du schon sicherstellen, daß deine Meßwerte so verstärkt werden, daß sie den gesamten Eingangsbereich des ADC ausnutzen.

Klingt nach nem brauchbaren Konzept. Bei Through-Hole Bestückung ist es oft bequemer, Ground nach oben zu legen.

NTC, Power-Op-Amp als Integrator und ein Heizwiderstand oder als Luksusausführung ein Peltier. Damit kannst Du zumindest die Temperatur des NTC auch auf mK genau regeln.

Gruß, Jürgen

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GPG key: 
http://pgp.mit.edu:11371/pks/lookup?search=J%FCrgen+Appel&op=get
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Jürgen Appel

Was war nochmal das Argument gegen einen NTC in diesem Projekt? Damit hat man eine Größenordnung mehr Signal und entsprechend weniger Brumm-Probleme.

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Kai-Martin Knaak
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Kai-Martin Knaak

Weiss ich nicht, Dennis schrieb halt, er wolle PT100 verwenden.

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Gruesse, Joerg

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Joerg

Nun, wenn man nicht nur 1mK Aufl=F6sung, sondern auch eine Genauigkeit in =E4hnlicher Gr=F6ssenordnung will, sind wohl nur PT-Widerst=E4nde stabil genug. M.W. werden dann aber schon eher PT25 genommmen. Es muss einem aber klar sein, das man sich dann schon ziemlich dicht an der theoretisch m=F6glichen Grenze der Genauigkeit bewegt. Zu kl=E4ren w=E4re dann auch noch, wie man das ganze kalibrieren will. Gruss Harald

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Harald Wilhelms

Hey Jörg,

Also lieber alles sternförmig an einen Punkt? Daß die Flächen als Dipol wirken können war mir nicht bewußt - ich dachte, es geht dabei hauptsächlich um Induktion in Leiterbahnen, die man so verhindert.

Du meinst jetzt die Referenzspannung, die ich gegen Masse als Bezugspotential lege? Das muß natürlich nicht sein - ich dachte bloß, es wäre so am einfachsten. Das PT100 selbst muß natürlich am Schirm Masse haben und wird dadurch, daß es in einen Stahltopf eingeschraubt wird zwangsläufig irgendwo geerdet.

Sollte aber nicht so schlimm sein, da ich bei pi mal Auge 10 Hz tiefpass filtern möchte. Die Messfrequenz würde mit dem AD7793 bei etwa 4 Hz liegen.

Och, so schlimm ist das gar nicht - das hat ja sogar der fliegende Aufbau mit dem EVAL-7794 geschafft. Ungeschirmt, mit Strom vom USB und nur zweiadrigem PT100.

Ja, dazu habe ich auch eine App.Note gefunden, in der es um die UNterdrückung der Eigenerwärmung durch AC ging. Da ich momentan aber sogar 10 mA ins PT100 drücke sollte die Erwärmung bei 1 mA keine Rolle mehr spielen. Um Störeinflüsse mache ich mir da nicht so große Sorgen, da o.g. test mit dem EVAL-7794 sogar bei 420 mA sehr gute Ergebnisse brachte.

Sollte - hoffentlich - weitgehend ohne Einfluss sein, da das Gerät mit >10 kg sehr gut dämpft und obendrein in 40-50 cm Glaswolle eingepackt wird. Auch jetzt ohne Dämmung habe ich schon Basislinien, die weniger als 1 mK schwanken. Das müßte also passen :)

Spikes sind bei einem Komilitonen ein Problem. Wir wissen bis heute nicht, ob sie vom GSM kommen, da wir sie leider auch nie wirklich reproduzieren konnten. Gibts da ein Patentrezept, um die Strahlung komplett abzuschirmen? Sowas wie der Metallkäfig, den man oft bei TV-Empfangsteilen sieht...?!

Liebe Grüße, Dennis

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Dennis Köhn

Hey Jürgen,

Letztes Mal habt ihr mir auf die Finger gehauen, als ich das PT100 zu Gunsten von NTC verwerfen wollte. Jetzt bin ich verwirrt... :(

Das stimmt. Ich hätte allerdings Bedenken mit der Kalibrierung, die ja nicht immer genau in diesen Temperaturbereich fällt. Wenn die Nichtlinearität dann zu groß ist, fängt man sich einen Fehler ein.

Stimmt. Eigentlich brauch' ich Absolut gar nicht, solange sicher gestellt ist, daß die relativen Änderungen der Kanäle gleich groß sind.

Hast recht - das hatte ich ganz vergessen: Optokoppler für die Signaltrennung und DC/DC Wandler an jedem Kanal sollten natürlich mit rein. Meine momentane Messkiste spricht zwischen den kanälen recht stark (etwa 1/100 der Änderung des Nachbarkanals) über, was so ziemlich jede Messung zunichte machen kann :( . Das will ich unbedingt verhindern...

Das Problem dabei ist, daß die etwa 100 - 176 mV meines PT100 unterhalb der minimal erlaubten 300 mV des Eingangs liegen würden. Da ist im ersten Post leider ein Schreibfahler (100 mV steht dort) rein gerutscht. Daß verstärkt werden muß ist klar nur über das wie habe ich mir schon mehrere Tage den Kopf zerbrochen ;)

Ich wollte versuchen, möglichst viel in SMD zu machen und die Bauteile möglichst eng zu setzen. Beim MC bin ich noch nicht sicher, ob da ein gesockelter im normalen DIL Gehäuse besser wäre. Zum Testen kann man sich den aber auch extra hinlegen - so teuer sind ATMEGA ja nicht.

Ganz ohne Mikroprozessor? Klingt sehr interessant. Hast du zufällig nen Link zu der Theorie einer solchen Schaltung bzw. einen Namen dafür?

Liebe Grüße, Dennis

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Dennis Köhn

Heyho!

Eigentlich nur die Tatsache, daß PT100 gebräuchlicher sind und ich mit nem NTC noch nie gearbeitet habe.

Liebe Grüße, Dennis

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Dennis Köhn

Heyho!

Richtig. Es würde mich schon sehr stören, wenn das was heute 70 °C ist morgen schon 70,1 °C wären. Auch müßte man beim NTC drauf achten, daß ein evtl. Drift deutlich langsamer als meine Versuchsdauer ist. Die kann durchaus mal 20-30 Stunden betragen.

PT25 nimmt man doch AFAIK wenn es um Absolutwerte geht, sprich zum kalibrieren. Für mich wäre eher das PT1000 eine Option, allerdings hebt die gesteigerte Störanfälligkeit den Vorteil des geringeren Meßstroms und größeren Koeffizienten wieder auf. Bevor ich mich also auf die Suche nach einem Händler mache, der teuer PT1000 konfektioniert nehm' ich lieber "0815"-PT100, die man an jeder Ecke bekommt ;)

Ich wollte im Rechner mit dem bekannten Polynom linearisieren und dann eine Mehrpunktkalibrierung drüber legen. Die habe ich bisher immer so im Bereich 40-90 °C in 10er Schritten aufgenommen und mit einem sehr genauen Quecksilberthermometer referenziert. Das Bestimmtheitsmaß der Regression war dabei immer besser als 0.999, also durchaus brauchbar.

Liebe Grüße, Dennis

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Dennis Köhn

Hallo Dennis,

Willst Du Dir das wirklich antun?

Marte

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Marte Schwarz

Sternerdung geht im Audiobereich und auch hier zwar manchmal gut, aber meist funktioniert es nur in Datenbuechern oder im Elfenbeinturm (wurde bei uns an der Uni auch propagiert). Ich habe die Erfahrung gemacht, dass eine volle Ground Plane, die moeglichst oft auf dem Gehaeuse aufgelegt ist, am besten schuetzt.

Figure 21 im Datenblatt zeigt es:

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Man muss ja mit dem CM BEreich hinkommen und der geht nicht ganz bis Ground.

Die Sensoren, denen ich begegnet bin, hatten die internen Anschluesse nicht mit dem Schirm verbunden. So sieht normalerweise der Anschluss aus mit Shield separat auf Chassis:

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Ok, aber der Tiefpass wird nicht beliebig viel Daempfung bei

50/100/150Hz haben. Am besten Sampling Rate entsprechend setzen, wenn das geht.

Erstaunlich. Auch wenn jemand das Handy einschaltete? Bei Euch muss das HF-maessig ein Schlaraffenland sein :-)

10mA durfte man bei den Sensoren, die mir begegnet sind, gar nicht hineinschicken.

Ja, meist reicht schon das einigermassen dicke Einpacken mit (loetbarem) Fliegendraht. Hier in USA ist der aber meist verzinkt. Wenn das bei Euch auch so ist, beim Loeten oder Punkten nichts einatmen und gut lueften.

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Gruesse, Joerg

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Joerg

Daher haben die meisten Messaufnehmer sowohl die Stromquelle also auch den Messeingang differenziell. Sieh mal bei den PT100 nach, ob der Schirm nicht doch separat von den Anschluessen ist.

Regeln kann man immer ohne uC, aber bei der Messaufnahme will man die Daten ja irgendwann mal in digitaler Form haben. Da sich SPI mehr und mehr durchsetzt, muss man das in eine PC-vertraeglich Schnittstelle wandeln.

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Gruesse, Joerg

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Joerg

Dennis hat einen 24 Bit Wandler. Natuerlich werden dabei die letzten LSB ziemlich herumschlottern, je nach dem was noch so alles auf der Leiterplate oder in der Naehe ist.

Ich wuerde auch lieber Vierlagen nehmen und sowohl GND als auch VCC als Planes vorsehen. Zweilagen sind in diesem Metier die hoeheren Weihen des Ingenieurs, der jeden Cent herausknirzen muss.

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Gruesse, Joerg

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Joerg

So schnell rennen die Teile nun auch wieder nicht. Bei Raumtemperatur sind es weniger als 10 mk pro Jahr. Bei höherer Temperatur gibt es mehr Drift. In Datenblättern finde ich Angaben vo einigen Hundert mK pro Jahr bei 200°C. Zum Beispiel auf Seite 5 von

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Es gibt allerdings deutliche Unterschiede, je nach Bauform und Preis. Da Du bis 200°C arbeiten möchtest, kommen die mit Epoxy vergossenen NTCs für Dich ohnehin nicht in Frage. Die in Glas vergossenen Teile sind typischerweise auf der hochwertigen Seite, trotzdem sollte man das Datenblatt studieren. Der Sensor, der in unseren Lasern steckt: Bürklin 80 E 6762 --> 2.07 EUR Nobelausführung eines NTC-Senssors: Bürklin 80 E 6224 --> 16,90 EUR

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Kai-Martin Knaak                                  tel: +49-511-762-2895
Universität Hannover, Inst. für Quantenoptik      fax: +49-511-762-2211	
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Kai-Martin Knaak

Ok, dann empfehle ich dringend einen NTC. Für die Messung selbst ist es auch nur ein sich ändernder Widerstand.

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Kai-Martin Knaak                                  tel: +49-511-762-2895
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Kai-Martin Knaak

Dennis Köhn schrieb:

Jörg hatte ja schon was dazu geschrieben. Das Teil ist voll differenziell und wenn Du aus irgendeinem Grund nicht unbedingt eine Leitung des Sensors erden musst, sollte sich alles von selbst ergeben. Nach Figure 21 musst du eigentlich nur Rref gross genug wählen damit zumindest alle Eingänge (ausser eventuell REFIN(-)) im erlaubten Bereich sind.

Kann natürlich sein das dann die gewünschte Referenzspannung zu gross wird und Dir Auflösung klaut, da könnte dann ein geteilter Rref helfen, der Dir auch gleich das folgende Problem (so es eins ist) lösen.

Im Datenblatt steht unter "Reference Voltage Range" 0.1V min. aber auch "Absolute REFIN Voltage Limits" GND-30mV ...

Ich bin mir nicht ganz sicher was hier gemeint ist, Absolute Maximum steht halt woanders, also könnte man vermuten das mit 0.1V min die minimal (sinvolle?) differentielle Referenzspannung gemeint ist und Du (wie in F. 21), auch bei Verwendung der internen Verstärkung, REFIN(-) auf Masse legen kannst.

So wie ich das sehe geht das weil die REF-Eingänge nur direkt am Wandler liegen brauchen und nicht über den Mux und die Verstärker laufen müssen.

Notfalls könntest Du auch versuchen den ganzen Kram über eine Diode zwischen REFIN(-) und Masse anzuheben ;-)

Ich würde mir einen externen OP ersparen, kann viel mehr Ärger machen als er nutzen würde. Versuch doch erstmal in einem Probeaufbau ob das nicht wie oben beschrieben geht.

Jörg.

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Jörg Schneide

Nur dass kein Missverstaendnis aufkommt, der Wandler liefert nicht eine Spannung, sondern einen Referenzstrom in den PT100. Diesen kann man auswaehlen, 10 ?A, 210 ?A oder 1 mA. Dabei muss man sich sowohl bei der Stromquelle wie auch beim Wandlereingang wie ueblich an den Compliance Range (Aussteuerbreich?) halten.

Das sehe ich auch so. Was nicht da ist, macht auch keinen Aerger 8-D

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Gruesse, der andere Joerg

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Joerg

Sollte natuerlich uA fuer Mikroampere heissen. Thou shalt not use special characters on Usenet. Asche ueber mein Haupt.

[...]
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Gruesse, Joerg

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Joerg

Joerg schrieb:

Ja, aber auch der Spannungsbereich der Stromquellen ist ja selbst bei 1mA weit genug. Man darf das Ganze halt nicht zu "hoch hängen", eben so das man mit Sicherheit im erlaubten CM-Bereich ist. Und man muss aufpassen das man sich nicht durch die Drift des V_CM generierenden Teils die Genauigkeit kaputtmacht. CMR bei den Eingängen ist jeweils 100dB, interessant wäre hier auch ob die CM-Abhängigkeit von Referenz- und Messeingang gleichlaufend ist und welchen Streuungen dieser Gleichlauf unterliegt.

Schön wäre es wenn man an die interne Referenz herankäme und daraus ein stabiles Potential erzeugen könnte. Muss natürlich dann Strom aufnehmen können.

Jörg.

Reply to
Jörg Schneide

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