PT100 Messverstärker - Komponenten und Auslegung

Hi Jörg,

Eben, Dir braucht man nicht zu sagen, dass jenseits von 14 - 15 Bit die Luft verflixt dünn wird.

Marte

Joerg schrieb:

Wie ich kürzlich schmerzlich erfahren musste ;-) War eine ähnliche Sache, auch mit 24Bit deltaSigma. Die 2 Prototypen waren bestens. Dann kamen ein paar Platinchen für den Einsatz. Fast gleiche Schaltung, etwas anderes Layout und plötzlich hat man Drift. Ist zwar wirklich nicht der Rede wert, alles noch im Rahmen, aber es nervt wenn man das Gefühl hat etwas verschlimmbessert zu haben. Besonders wenn man nicht die Zeit hat der Sache auf den Grund zu gehen.

Hier kann man ja z.B. eine externe Shunt-Referenz mit kleinem TC nehmen, das könnte genügen, sind nochmal ein paar Euro aber das macht hier ja nix.

Jörg.

Dennis Köhn schrieb:

Das habe ich anders in Erinnerung...

Ich nehme an, Du wirst ja sowieso ein zweites Thermometer dabei haben wollen, um die absolute Temperatur zu messen, bei Der deine kalometrische Messung abläuft. Dann kannst Du dieses Thermometer ja auch gleich nutzen, um deinen NTC durch Messung über, sagen wir mal, einen ~10 K Bereich zu kalibrieren. Ich vermute mal, daß ein Polynom 2. Grades da schon fast auwreichend ist.

Kanäle? Hast Du zwei identische Versuchsaufbauten und nimmst die Daten gleichzeitig auf?

Wenn Rauschen ein Problem ist, und Du nur etwas in Einzelstücken zum funktionieren und nicht zur Serienreife bringen mußt, halte Dich fern von allem, was schaltet. Geld spielt bei Dir keine Rolle und gegen das Extrarauschen eines unbedacht eingesetzten rauschenden DC/DC-Wandlers kann man vieles andere vergessen. Bezüglich Rauscharmut ist ein

12V-Auto-Bleiakku zumindest zum Testen nicht unbedingt die schlechteste Wahl. Wenn's funktioniert, kannst Du dann immer noch weitersehen.

Gruß, Jürgen

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Hattet Ihr denn eine volle Masseflaeche oder war sie aufgeteilt? Auch Schaltregler in der Naehe koennen viel Aerger verursachen, besonders deren Induktivitaeten.

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Gruesse, Joerg

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Richtig. Wenn Schaltregler sein schon muessen, dann keine Sperrwandler, PFM oder sonstwas. Da nehme ich fast immer Half-Bridge mit Festfrequenz. Gelegentlich auch schon mal quarzstabil. Und niemals nich Ubertrager mit Luftspalt, alles schoen Ringkern oder fest zusammengeschraubter Schalenkern, wenn's denn sein muss.

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Gruesse, Joerg

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Joerg schrieb:

Eine Massefläche, aber immer mal wieder Aussparungen drin, wie das eben bei einer

2-Lagigen aussieht. Aber der "Sensor" (Shunt im Bereich weniger 100µOhm) ist sowieso nicht Massebezogen. Referenz und Sensor sind quasi schwimmend aufgehängt, da der Wandler (LTC2410/LTC2440) voll differentiell arbeitet ging das. Ich habs auch mal mit Massebezug probiert, hatte aber keine wesentlichen Auswirkungen. Ein DC-Wandler ist auch in unmittelbarer Nähe, macht aber nichts (solange er nicht auf einer bestimmten Frequenz schwingt oder dort Oberwellen erzeugt). Der ADC filtert den Dreck und mittelt sehr gut. Es ist ja auch Offset-Drift und von der Charakteristik sieht das eher wie Alterung aus. Es sieht so aus als würde die Drift mit zunehmender Betriebszeit immer kleiner. Vielleicht mechanische Spannungen beim Löten reingebracht oder sowas.

Das Ding ist sowieso auch ein Thermometer: Wenn man den Shunt an einer Seite anpackt läuft natürlich kurz der Messwert leicht weg bis die andere Seite ähnlich warm geworden ist, sind wohl Thermospannungen.

Jörg.

Joerg :

Nein. Ein dicke Groundplane - ohne jegliche Schlitze! Sollten sich Schlitze dadurch ergeben, dass Via's zu eng zusammensitzen, dann die Vias bitte auseinanderrücken, bzw. das Polygon feiner machen, damit es da durchkommt. Auf eine weitere Lage Deiner (hoffentlich) 4 Lagen Platine kannst Du dann noch eine AGND-Fläche legen. Wenn man es sehr genau nimmt (beide Flächen sind ja mit wenigen pF kapazitiv gekoppelt), dann die AGND- Fläche hatchen (Gitterraster) oder einfach nur dicke Leiterbahnen für AGND verwenden. GND und AGND dann natürlich nur an einem Punkt verbunden. Der Schirm zu Deinem Sensor kommt dann an GND und geht dann nahtlos auf das Edelstahlgehäuse über, während die Sensormasse an AGND geht und nirgends sonst mit GND verbunden sein darf.

Wichtig imho auch:vor jede potentiell demodulierend wirkende Nichtlinearität (z.B. OPV-Eingang, ADC-Eingang, Transistor-Basis) so knapp wie möglich 10pF. Das frisst die GSM 1GHz/200Hz. Die sowieso vorhandenen Eingangskapazitäten helfen da nicht, die sind ja oft auch nichtlinear (Dioden gegen die Betriebsspannungen). Alle hochohmigen reingehenden Leitungen werden genau da wo sie auf die Platine kommen mit 10pF und/oder 1nF gegen GND geblockt (immer auch ne Frage, was das Signal verkraftet). Alle niederohmigen Leitungen gehen durch ne Drossel, am besten bifilar (z.B. Vcc und Gnd zusammen), so 10uH sind oft nicht schlecht.

"Irgendwo geerdet" ist ein grosser Fehler. HF wabert gern an Oberflächen rum und "hüpft" auch problemlos über Isolationen. Ganz sauber wird es, wenn das Gehäuse nahtlos auf einen geflochtenen Schirm übergehen kann und dieser dann nahtlos auf die GND der Platine

- ohne "pigtail" (d.h. Schirm wird zu einem Draht zusammengeflochten und dann auf die Platine verlötet, das ist schlecht!), sondern grossflächig ohne Lücken, am besten mit einem HF-dichten Stecker/Buchse. Fällt Dir was auf? es gibt keine Chassismasse. ein Metallchassis braucht man auch gar nicht. Die GND der Platine wirkt schon sehr gut als Abschirmung. Je kompakter man die Schirmungen machen kann/je näher sie an den Bauteilen sitzen, umsoweniger Probleme hat man.

Normalerweise ist PT100 sehr niederohmig und es wird nur im Sekundentakt gesampelt. Da denkt man, spielt HF keine Rolle, macht es auch meist nicht. Nur bei 1mK...?

Wie oft brauchst Du denn den Temperaturwert? Im Minutentakt? Oder nur alle 10min? Tipp: da nicht einen einzelnen Wert rauspicken, sondern immer schön alle Werte verwenden und einen Mittelwert bilden. (Oder noch besser geeignet in Software nachfiltern). Auf die Art krieg ich PT100, die direkt an einem 24bit ADC hängen, auch mit 10mK Auflösung oder gar besser hin. (Ist in meiner Anwendung aber totaler Overkill, ergibt sich eben einfach so, ausser dass die Linien schön glatt aussehen, kann man aber nicht viel damit anfangen, da viel andres Zeugs da so reindriftet).

Yup. Halt mal das GSM-Handy - wenn ein Gespräch läuft - ganz nach dran. Leg es da auf das Kabel, wo es auf die Platine geht ;).

Ack. Da es um 1mK Auflösung geht, sieht man doch bestimmt die Eigenerwärmung sogar schon. Ich schätze mal, nach dem Einschalten sieht man, wie sich das Ding eindriftet. Ist imho kein Problem, wenn denn die Kühlbedingung für den Sensor immer gleich bleibt, aber die ist möglicherweise schon unterschiedlich zwischen Kalibrierung und Prozess.

Spikes? Eventuell durch Höhenstrahlung (kein Witz)? Wo hab ich das denn gelesen, ach ja, Bob Pease, der hat da mit Teflon experimentiert und sehr empfindlichen Ladungsverstärkern; schon in den 70ern. Gibt da bei National noch APP-Notes drüber.

M.

=?ISO-8859-15?Q?J=F6rg_Schneide?= :

Wozu denn überhaupt Referenzen? Es ist eine Widerstandsmessung. Man nehme noch einen (tmperaturstabilen) Referenzwiderstand und messe dann ratiometrisch (d.h. Vref des ADC und Versorgung des Sensors sind identisch). Dadurch ergibt sich zwar eine zusätzliche Nichtlinearität, aber da ja sowieso schon in Software linearisiert wird, sollte das nicht das Problem sein. Je weniger drin ist, umso weniger Probleme kann es machen. :). Es gibt übrigens auch 24er ADC's die auch leicht unter GND messen konnen (Linear hat da was, wie war der Typ LT...24...irgendwie so).

M.

Matthias Weingart schrieb:

Es geht nur um das "hochhängen" der Messchaltung weil die internen Amps einen eingeschränkten CM-Bereich haben, je nach Einstellung geht der erst ab GND+0.5V los. Diese Hilfsspannung kann man nun auf verschieden Arten erzeugen. Da schlecht vorherzusagen wäre wie sich eine Drift dieser Hilfsspannung auf den Rest auswirken würde (2 versch. diff. Eingangspaare mit je 100dB CMRR, aber unklarem Verhalten gegeneinander) böte sich hier eine Referenz mit einer Spannung irgendwo um 1V (unter 1,2V gibts nicht mehr soviel) mit einer abs. Genauigkeit von "fast egal", aber kleiner Drift an. Einfach nur um auf Nummer Sicher zu gehen und sich nicht lange rumzuärgern.

Die Messung selbst bleibt ratiometrisch, man kann die internen Verstärker verwenden und macht sich mit hoher Wahrscheinlichkeit die Genauigkeit nicht kaputt.

Natürlich kann man auch versuchen das anders hinzubekommen, wenn man Glück hat gehts sogar mit einem Widerstand, da ja eh ein Konstantstrom fliesst. Kann aber auch passieren das es bei einem geht, beim Nächsten schon nicht mehr.

Ja, LTC2410, 2440, vielleicht noch andere. Könnte OP auch verwenden, braucht dann aber externen Verstärker und anderes Geraffel was beim AD schon alles drin ist.

Jörg.

Jörg Schneide :

Nachteil Nr.1 zusätzliches Rauschen - und die Referenzen rauschen mächtig. Nr.2: Referenzen mit 24bit gibt es wohl nur sehr teuer (gibt es die überhaupt?) ansonsten iist ne 12bit genaue Referenz wahrscheinlich genauso gut/schlecht wie ne Diode. ;)

Ich hatte mehrere PT100 direkt an dem dran. Geht mit sehr hoher Auflösung, da ich neun Tage Meßzeit habe und nur alle 10min abspeichere, weil man sonst in der Datenflut ertrinkt (und die Zeitkonstante des Systems im Bereich von Stunden liegt). Wie gesagt: je weniger dran ist, umso weniger kann Ärger machen :).

M.

r e

mV

ss

der

ler

=FCssen.

Nach DIN kann man f=FCr =B5 jederzeit ein u verwenden, wenns Probleme mit dem Zeichensatz gibt. Gruss Harald

Harald Wilhelms schrieb:

Joerg wird sich wohl ehr an ANSI halten. Was die sich wohl dazu ausgedacht haben?

Gruß Dieter

Hey Marte,

Jupp. Darum soll's ja auch ein 24 bit A/D werden.

Stimmt. Ab einem Wert pro Sekunde bin ich zufrieden. Der AD7793 würde z.B. 4.xx Hz machen aber das ist auch i.O., da ich dann später per Mathematica sogar noch besser glätten kann als bei nur 1 Hz.

Doch doch, das paßt schon. Das mK ist gar nicht so böse wie es sich immer anhört. Du hast den ersten Thread zum Thema nicht verfolgt, stimmt's?! Dort habe ich beschrieben, daß ich sogar jetzt schon mit nur

16 bit über 2000 Hz gemittelte 1 mK Auflösung habe - genau gesagt sind es sogar ca. 0.4 mK. Nun ist mir die Kiste aber zu groß, zu Anfällig für Drifts (viele, viele R's und Trimmer drin verbaut :( ) und fängt auch an Eigentümlichkeiten zu entwickeln. Nichts desto trotz traue ich sogar dem angezeigten Absolutwert, da er bereits mehrfach durch Referenzmessungen verifiziert wurde. Auch die Regressionsgeraden, die ich zur Kalibrierung nutze haben ein Bestimmtheitsmaß von fast genau 1.

Warum nicht bzw. was wäre die Alternative? Zweiseitig ist IMHO die eleganteste Lösung für so eine ADC-Schaltung. Ich wollte mich dabei am Layout des AD7794-EVAL orientieren, da dessen kleiner Bruder verwendet werden soll und wir selbst mit dem -EVAL im fliegenden Aufbau schon locker das mK auflösen konnten.

Liebe Grüße, Dennis

Moin Jörg,

Prima, die volle Fläche macht das Layout ja letztlich sogar einfacher :) . Daß ich es so machen kann hat mir Stiefvater (Ing. Elektrotechnik) gestern auch noch einmal bestätigt, bloß das möglichst oft am Gehäuse auflegen hätte ich nicht gemacht. Letzteres soll ohnehin aus Metall sein.

Wobei das ja eine 3-adrige Verkabelung ist und ich sie 4-adrig machen wollte. Genau das mit dem CM-Bereich ist dann mein Problem: Ich komme mit etwa 100 bis sagen wir 200 mV an und der AMP möchte mindestens 300 mV haben :(

Naja, bei 50... Hz. hat der ADC ja im Zweifel noch einen internen Filter. Den wollte ich aber gern mit einem externen Tiefpass ergänzen, da 50 Hz doch noch etwas hoch ist.

...Das mit der Samplingfrequenz habe ich allerdings auch dieses Mal nicht ganz verstanden: Wie kann eine "passende" Samplingfrequenz denn Rauschen unterdrücken? Ich hätte jetzt behauptet langsamer = besser (in meinem fall) und alles über sagen wir 2*F (also etwa 8-10 Hz) wird stumpf abgeschnitten.

Nichts... gaaaar nichts... Den AD7794-EVAL habe ich so zwar nicht getestet aber wie wir auf der Suche nach dem Ursprung der Spikes der alten Messkiste waren, habe ich sogar mein Handy darauf gelegt und angerufen. Das mK stand stabil und hat kein bißchen gezuckt :) (zuegegeben: Noch arbeitet die Kiste aber auch mit 10 mK Messtrom ;) )

Du, ich glaub' da haben die damals nicht wirklich drüber nachgedacht. Hintergedanke war der Magnetrührer 10 cm unter dem PT100, der sonst ganz würste Interferenzen macht. Also haben sie den Strom hochgeschraubt und Ruhe war... ;)

Liebe grüße, Dennis

Heyho!

Na, ob ich das hin bekomme... :-/ . Ich werd' nachher mal Preise von Platinenherstellern prüfen und Chef vorsichtig drauf einstellen, mir die passende Version von Eagle zu spendieren.

Sagen wir so: In diesem Fall wäre es wenn, dann zweilagig, weil ich für alles andere zu doof bin bzw. die Möglichkeiten nicht hätte ;-) . Layouttechnisch würde in dem Fall GND nach unten kommen und die SMD-Bestückungsseite führt Signale sowie VCC etc.. Wie letztere elegant geführt werden, müßte ich mir dann beim AD7794-EVAL abkupfern.

Liebe Grüße, Dennis

Heyho!

Und wie sieht es mit der Linearisierung aus, wenn er driftet - ändert sich die auch oder reicht es, einmal das Polynom sauber zu ermitteln?

Ich werd' mal schauen, ob da war bei ist. Wirklich wohl ist mir aber bei dem Gedanken immer noch nicht. Wahrscheinlich wäre es das beste, einfach

1-2 Kanäle der neuen Kiste als NTC auszulegen und deren Verhalten in der Praxis zu evaluieren. Wenn sie sich bewähren bräuchte es nur minimale Änderungen, um alles auf NTC zu bringen.

Aber selbst 16,90 ist noch ein Schnapper wenn ich überlege, daß unsere PT100 um 50? das Stück kosten. Selbst wenn sie 100.- kosten würde das hier keinen jucken, solange es eine einmalige oder zumindest längerfristige Anschaffung ist...

Liebe Grüße, Dennis

Hey Jörg,

Ja, aber das ist ein 3-adriger Aufbau. Ich hätte ihn gern 4-adrig, da der angeblich - wenn auch geringfügig - genauer ist. Dabei wäre das Problem dann, daß Iout2 direkt an Rref geht und Iout1 nur den PT100 speist. Wenn man den Widerstand der Kabel außer Acht läßt, hätte ich dann ja auf einer Seite zwangläufig GND anliegen :(

Jau, das würde ich genau so deuten: Minimum ist GND-30 mV, sonst nimmt das IC Schaden und das sinnvolle Minimum sollte 0.1 V nicht unterschreiten.

Eigentlich ist mir bei dem Gedanken daran auch gar nicht wohl zumal der interne AMP des AD7793 seine Sache echt gut macht. Nur die festgelegten Faktoren und die damit verbundenen Einschränkungen des Eingangssignals nerven :(

Probeaufbau? Wäre super und würde ich sofort machen, bloß wie? Den ADC gibts nur in SMD und einen passenden Adapter auf DIL bzw. ein SMD Experimentierboard habe ich noch nicht gefunden. Für mich müßte also immer eine geätzte Platine her, die ich noch nicht einmal selbst produzieren könnte :(

Liebe Grüße, Dennis

Heyho!

Das hatte ich auch schon überlegt, bloß bräuchte ich dann auch gleich wieder eine sehr stabile Spannung und entsprechend mehr Bauteile. Oder kann ich dafür die externe Referenz anzwicken, die dem ADC zur Seite steht?

BTW: Das TC ist gar nicht so wild, da der Aufbau ratiometrisch ist. Im Datenblatt des AD7793 schreiben sie bloß, daß gute Übereinstimmung der Quellen dabei von Bedeutung wäre, wahrscheinlich damit der Drift gleich stark ausfällt.

Liebe Grüße, Dennis

Moin Jürgen,

Jein. Nur, um den ganzen Aufbau vorab und meinetwegen auch zwischendurch mal zu kalibrieren. Bisher habe ich das in 10K-Schritten gemacht und ein Quecksilberthermometer mit 0.05 K Auflösung als Referenz genommen. Aufgrund der linearen Regression durch mehrere Punkte war das Bestimmtheitsmaß der resultierenden Funktion immer verschwindend klein. Bei nem Polynom X. Grades wird der einzelne Punkt aber schon bedeutsamer... :-/

Du meinst jetzt, daß ich mich grundsätzlich auf einen 10K-Bereich festlege? Genau das wollte ich möglichst umgehen, da das der größte Pferdefuß des ganz alten Aufbaus war. Am besten wäre es, wenn die Anzeige von RT bis 200 °C arbeitet und über den ganzen Bereich 0.001 K bringt. Absolut müssen die nicht sehr genau sein aber eben relativ.

Momentan ja aber das hat einen anderen Grund (Erfassung weiterer Temperaturen Zwecks Fehlersuche) ;-) . Mit Kanäle meinte ich die einzelnen Kanäle eines Versuchsaufbaus. Das sind in meinem Fall mindestens zwei, idealerweise im neuen Aufbau mindestens 6. Die vier zusätzlichen wären dann Umgebung, Thermostat, Zulauf, Ablauf - genau die Parameter, die ich momentan mühsam mit externem Gerät betrachten muß.

Naja, um sagen wir insg. 10 Kanäle komplett unabhängig voneinander zu machen wären das dann 10 Bleiakkus. Für eine einzelne Schaltung mag das der Stein der Weisen sein, in meinem Fall wäre aber wohl jeder Akku bald größer als die Messkiste selbst ;)

Liebe Grüße, Dennis