Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Vierleiterschaltung PT1000


von Boldar (Gast)


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Hallo erstmal an alle.

Ich brauche eine Schaltung zur Temperaturmessung. Ich möchte dabei 
mehrere PT1000 Sensoren (vermutlich 3) an einem Atmega32 mit dem 
internem DA-Wandler betreiben. Ich möchte damit die Raumtemperatur im 
Bereich von ca. 18-28°C so genau wie möglich messen. Da die Sensoren auf 
mehrere Räume verteilt werden, möchte ich die Vierleitermessung 
verwenden. Damit der Messstrom das Ganze nicht verfälscht, sollen mit 
sehr geringem Strom kurze Messungen in größeren zeitlichen Abständen 
stattfinden (so alle 20 Minuten etwa). Ich benötige also eine 
entsprechende Schaltung, die mit 5V auskommt (am besten auch keine 
Symmetrische Spannungsversorgung erfordert, die Versorgung soll dann mit 
einem 7805 an einem 9V-Block erfolgen), eine Genauigkeit von mindestens 
0.1, besser 0.05 K hat und idealerweise als Operationsverstärker den 
TLC272 verwendet, davon habe ich hier nämlich noch einige rumliegen. 
Ausserdem sollte die Verstärkerschaltung natürlich temperaturkompensiert 
sein (wobei ich das bei bekanntem Verhalten auch noch digital 
rausrechnen könnte, da sich einer der 3 Sensoren im gleichem Raum wie 
die Schaltung befindet).
Hat da jemand Vorschläge?
Vielen Dank schonmal

lg Boldar

von Ina (Gast)


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Darf man fragen, warum so genau? Wie groß soll denn die 
Anzeige-Auflösung sein?

>Symmetrische Spannungsversorgung erfordert, die Versorgung soll dann mit
>einem 7805 an einem 9V-Block erfolgen), eine Genauigkeit von mindestens
>0.1, besser 0.05 K hat und idealerweise als Operationsverstärker den
>TLC272 verwendet, davon habe ich hier nämlich noch einige rumliegen.

Nee, oder? Einen TLC272 kannst du hier nur einsetzen, wenn du seine 
RIESIGE Offsetspannung berücksichtigst. Willst du das? Macht irgendwie 
keinen Sinn...

von Boldar (Gast)


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Ina schrieb:
> Darf man fragen, warum so genau? Wie groß soll denn die
> Anzeige-Auflösung sein?
>
Die Daten sollen dann auch in der genauigkeit gespeichert werden. Es 
geht um Einflüsse der Raumtemperatur auf verschiedenste Apparaturen

> Nee, oder? Einen TLC272 kannst du hier nur einsetzen, wenn du seine
> RIESIGE Offsetspannung berücksichtigst. Willst du das? Macht irgendwie
> keinen Sinn...

Gutes Argument. Also welchem Op-Amp sonst? Sollte man evtl. einen 
integrierten Instrumentenverstärker nehmen? Ist die geforderte 
Genauigkeit überhaupt mit moderatem Preisaufwand zu schaffen(Also so 
etwa 15-20€ pro Kanal, gerne natürlich weniger)?

von Klaus W. (mfgkw)


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Da hört sich ziemlich albern an.
0.05°, aber dann nur alle Schaltjahre messen?
In dieser Größenordnung ändert sich die Temperatur durch jede 
vorbeikommende Mücke. Also ist dein so schön genau gemessener Wert nach 
ein paar Sekunden schon für die Katz.
Abgesehen davon daß zwar jeder deutlich genauer als 1° messen will, aber 
kaum jemand es wirklich schafft.
Mit einem digitalen Sensor wirst du besser bedient sein.

von Ina (Gast)


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>Ist die geforderte Genauigkeit überhaupt mit moderatem Preisaufwand zu 
>schaffen(Also so etwa 15-20€ pro Kanal, gerne natürlich weniger)?

Naja, wenigstens hast du kaum Temperaturdrift, wenn die Elektronk auch 
bei 18...28°C arbeitet. Das hilft schon mal ganz enorm.

W.S. hat hier eine Anwendung skizziert:

Beitrag "Automotive: Temperaturmessung mit PT100"

Rechne das doch mal durch...

von Christian L. (cyan)


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>Ist die geforderte Genauigkeit überhaupt mit moderatem Preisaufwand zu 
>schaffen(Also so etwa 15-20€ pro Kanal, gerne natürlich weniger)?

Wohl eher nicht. Für eine Genauigkeit von 0,1°K bzw. 0,05°K müsstest du 
jeden Temperatursensor einzeln Kalibrieren. Entsprechende 
Kalibriergeräte dürften wohl ein paar Tausend Euro kosten. Pt1000 der 
Klasse AA haben zwar eine Grundgenauigkeit von 0,1°K aber der Rest 
deiner Schaltung verursacht ja ebenfalls Fehler die du heraus 
kalibrieren musst für diese Genauigkeit.
Oder verwechselst du nur Auflösung und Genauigkeit?

LG Christian

von Klaus W. (mfgkw)


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Christian L. schrieb:
> aber der Rest
> deiner Schaltung verursacht ja ebenfalls Fehler die du heraus
> kalibrieren musst für diese Genauigkeit.

.. und das regelmäßig wieder. 0.05K sind verdammt wenig.

von Christian L. (cyan)


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Zumal man noch bedenken muss, dass in einem Raum zwischen Decke und 
Boden durchaus schon ein paar Kelvin Temperaturdifferenz auftreten 
können. Folglich kann schon die Höhe im Raum deutliche Abweichungen 
verursachen.

LG Christian

von W.S. (Gast)


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Klaus Wachtler schrieb:
> .. und das regelmäßig wieder. 0.05K sind verdammt wenig.

Ach, 50 Millikelvin sind noch relativ harmlos. Wenn ich bedenke, daß man 
selbst NTC's mittels Steinhart-Hart-Formel und Dreipunktkalibrierung auf 
0.1 Kelvin Absolutgenauigkeit bringen kann und das im Bereich 
-30..+100°C, oder bei Kryoskopen die Temperatur heuer bis auf 100 
Mikrokelvin aufgelöst wird (bei Absolutgenauigkeit von 2 Millikelvin), 
dann sollten uns 50 Millikelvin nicht wirklich abschrecken.

ABER:
wer sowas betreiben will, sollte wissen, wie er die Meßabweichung durch 
Meßstrom und Wärmewiderstand des Fühlers konstruktiv kleinhält, das 
Temperaturverhalten der restlichen Meßschaltung in den Griff kriegt und 
den Rest rechnerisch kompensiert. Zum Messen der Raumtemperatur halte 
ich 50 Millikelvin für blanken Papiertiger. Insbesondere dann, wenn man 
so 'intrinsic' über Vierleitertechnik referiert wie unser guter Boldar.

Wenn's wirklich SOOOO pressieren tät, würde ich jeden PT100 auf ein 
riesiges Alublech mit Wärmeleitkleber leimen und ihm einen separaten ADC 
nebs uC gönnen. Dessen digitale Ausgangs-Signale kann man dann ja 
problemarm über weite Strecken transportieren.

W.S.

von Boldar (Gast)


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> Oder verwechselst du nur Auflösung und Genauigkeit?
>
> LG Christian

Ja.
Also nochmal.
Wichtig ist eher die zeitliche Stabilität, d.h. die einzelnen Sensoren 
dürfen untereinander ruhig eine Messabweichung von ~0.5 K haben, aber 
Schwankungen der Temperatur sollen sehr genau (über mehrere Tage hinweg) 
erfasst werden. Die absolute Genauigkeit kann ich dann noch digital 
korrigieren.) Bloss wie sieht da idealerweise die Schaltung aus? Ich 
dachte auch daran, den Verstärker in den gleichen Raum wie die Sensoren 
zu legen, da ja dann in den Kabeln das bereits Verstärkte Signal nicht 
so stark verfälscht wird wie vor der Verstärkung.

von Abdul K. (ehydra) Benutzerseite


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Wenn du dich von den Platinteilen verabschiedest, wird es einfacher. Mit 
dem SMT160 sollte sich das machen lassen. Würde ich so mal aus meinen 
Experimenten schätzen.

von Christian L. (cyan)


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Die neuen Anforderungen sind ja nun deutlich humaner. Bleibt aber immer 
noch die frage, ob es wirklich PT1000 mit Vierleitertechnik sein muss. 
Was spricht den gegen die vorgeschlagenen Alternativen, wie einem 
digitalem Sensor oder die Messschaltung bei den Sensoren zu platzieren? 
Letzteres hätte den Vorteil, dass du bei deinen PT1000 bleiben kannst 
und eine ratiometrische Messung vornehmen könntest. Dadurch wärst du in 
erster Linie nur von der Stabilität deines Referenzwiderstands abhängig. 
Und der sollte sich in ein paar Tagen nicht so gravierend ändern, dass 
es einen Einfluss hätte auf deine Messung.

LG Christian

von MaWin (Gast)


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Nimm LM334 (oder AD590) die liefern einen Strom, und den kann man ohne 
Verfälschung über weite Strecken durch ein einfaches verdrilltes Kabel 
übertragen ohne daß was wegkommt.

Die absolute Genauigkeit jeden einzelnen LM334 wird mit dem 
Parallelwiderstand eingestellt, damit kannst du besser als 0.1K 
Abweichung werden und den Spannungsabfall an einem Shunt für jeden 
einzelnen Sensor z.B. mit CD4051 an einen A/D-Eingang multiplexen (falls 
du wirklich Not hast mit zu wenig Analogeingängen). Es ist aber 
sinnvoll, das Messignal vor dem Analogeingang noch mal mit einem OpAmp 
zu verstärken damit du den ganzen Messbereich auf Raumtemperaturen 
dehnen kannst.

Die LM334 können abgeschaltet bleiben (Betriebsspannung über CD4051 nur 
an den einen führen, dessen Messwert man haben will) und nur ein mal in 
den 20 Minuten kurz mit Spannung versorgt werden, allerdings brauchen 
sie einige Zeit bis sie den Strom genau geregelt haben (bis 1 Sekunde).

BTDT.

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