Pt1000 Schaltung mit opv

[Nico25 (Gast)]

Hallo,

ich möchte eine Temperatur messung mittels pt1000 realisieren. Der 
Messbereich voll von -20 bis + 50 reichen.
Auflösung sind 8 bit, sprich 70° / 1024 = 0,068.
Kann mir jemand eine Schaltung sagen mit der ich das so genau bauen 
kann? Ausgangssignal sollte 0-5V sein.

Das ganze muss dann natürlich noch kalibriert und justiert werden, das 
wird aber mit der Auflösung kein Problem, ich habe einen prüfofen in der 
Firma, der auf 1/100°C kalibriert ist.

Wie genau kann man das bauen?

Gruß
Nico

[Pandur S. (jetztnicht)]

Ein PT1000 aendert sich um 3.8 Ohm pro Grad. Vergiss 
Konstantstromquelle. Die Methode der Wahl ist heute mit einem 
Spannungsteiler auf einen ADC. Allerdings sind 0.38% pro Grad nicht 
wirklich der Hammer, bedenkend, dass ueber einem PT1000 vielleicht 100mV 
sein duerfen. Nicht mehr wegen Eigenerwaermung.

[Helmut S. (helmuts)]

Seit wann entspricht eine Auflösung von 1/1024 denn 8bit.

[m.n. (Gast)]

Helmut S. schrieb:
> Seit wann entspricht eine Auflösung von 1/1024 denn 8bit.

Kennst Du nicht die reziproke Mittelwertquadrierung? Damit geht das!

Nico25 schrieb:
> Kann mir jemand eine Schaltung sagen mit der ich das so genau bauen
> kann? Ausgangssignal sollte 0-5V sein.

Meßbrücke, Instrumentenverstärker (kein AC30!), ratiometrische Messung 
und Auswertung mit Tabelle. Die Welt ist voller Schaltungen dafür.

[Nico L. (nico_l88)]

Oh sorry. Sind natürlich 255. dann habe ich entweder eine Auflösung von 
0,27° oder ich andere meinen Messbereich oder den AD Wandler.
Um die Auflösung bei ca. 0,05° zu halten habe ich aber noch noch einen 
messbereich von 12°.
Also brauche ich einen 12bit ad wandler.

Wie man das generell macht weis ich. Ich habe so Sachen mit Messbrücke 
und so auch schon in der Schule gemacht.
Aber ich würde das gerne mit OPVsaufbauen, hat da jemand ne konkrete 
Schaltung?

[MaWin (Gast)]

Hier zur ratiometrischen Temperaturmessung mit 
Platinwiderstandssensoren:
<pre>
            VCC
             |
  +------+---+
  |      |   |
 R1     R2   |
  |      |   |
  +------)---)--R5--+
  |      |   |      |  TS507
  +--R6--)--|+\     |
  |      |  |  >----+--R7--+-- A/D
  |      +--|-/     |      |
  |      |   |      |      |
 RTD     +---)--R4--+      C
  |      |   |             |
  |     R3   |             |
  |      |   |             |
  +------+---+-------------+-- GND
</pre>
Beispielrechnung:

  VRef = Vref+ - Vref- = 5V-0V = Referenz für den A/D Wandler und damit 
dessen Messbereich, 5V
  RTD der Temperatursensor, Widerstand bei 0 GradC, Pt100
  Tmin = minimale Temperatur, 0 GradC
  Tmax = maximale Temperatur, 100 GradC
  RTDmin = Widerstandswert des RTD bei minimaler Temperatur, 100 Ohm 
(aus Tabelle ablesen)
  RTDmax = Widerstandswert des RTD bei maximaler Temperatur, 138.5 Ohm 
(aus Tabelle ablesen)
  RTD = mittlerer Widerstandswert des RTD = (RTDmin + RTDmax)/2 = 119.25
  Irtd = ungefährer Strom durch den RTD, festlegbar, 1mA (Pt1000 sollte 
0.1 oder 0.25mA verwenden)
  R1 = Vref/Irtd - RTD = 4880.75 Ohm = 4k7
  mit R6 kann man R an die vom OpAmp bevorzugte Eingangsimpedanz 
anpassen, hier 0 Ohm
  R = mittlere Quellimpedanz = R1*RTD/(R1+RTD)+R6 = 116.3, kann man 
durch R6 höher wählen wenn R2/R3/R4 aus Stromspargründen hochohmiger 
sein sollen
  Umin = VRef * RTDmin / (R1+RTDmin) = 5 * 100 / (4k7 + 100) = 0.10417
  Umax = VRef * RTDmax / (R1+RTDmax) = 5 *138.5 / (4k7 + 138.5) = 
0.14312
  U = Eingangsspannungshub = Umax-Umin = 0.03895
  Amin = Ausgangsspannung bei minimaler Temperatur (bei single supply 
oder R2R OpAmp nicht ganz VRef-), 0.1V
  Amax = Ausgangsspannung bei maximaler Temperatur (bei R2R nicht ganz 
Vref+), 4.9V
  A = Ausgangsspannunghub = Amax-Amin = 4.8V
  G = Verstärkungsfaktor = A/U = 4.8/0.03895 = 123.2349
  M = Umin + (Umin-Amin)/G = 0.10417 + (0.10417-0.1)/123.2349 = 0.10420
  c = Vref/M - 1 = 478
  R3 = R*(1+c)/c = 119.25 * (1+478)/478 = 119.5
  R2 = c * R3 = 57120.75
  R4 = (G-1) * R = 14215.92
  mit R5 kann man die Kennlinie um einen quadratischen Faktor 
linearisieren, hier nicht gezeigt
  mit R7 kann man den nachfolgenden A/D Wandler vor Überspannung 
schützen, bei OpAmp mit höherer Versorgung
  mit C kann man das Analogsignal filtern wenn R7 vorhanden ist, vor 
allem wenn R7 über 10k hat, 10nF
  mit dem zweiten OpAmp kann man eine schwache Referenzspannung puffern

Rechenweg mit Linearisierung durch R5, Excel-Spreadsheet:

http://www.ti.com/general/docs/lit/getliterature.tsp?baseLiteratureNumber=slyt442
http://www.ti.com/lit/an/slyt437/slyt437.pdf (Seite 21 mit
RTD_Linearization_v7.xls aus slyt442.zip auch als Dreidrahtanschluss)
http://www.linear.com/docs/1544 (letzte Seite, auf 0.1 GradC einstellbar 
genau)
http://de.wikibooks.org/wiki/Linearisierung_von_resistiven_Sensoren/_Pt100

[Nico L. (nico_l88)]

Wunderbar.

Danke für eure Tipps. Der Beitrag von MaWin ist quasi das,was ich 
gesucht habe. Glaube ich auf den ersten Blick zumindest.
Ich werde mal gucken was sich machen lässt.

Gruß
Nico

[m.n. (Gast)]

Nico L. schrieb:
> Glaube ich auf den ersten Blick zumindest.

Da solltest Du noch einmal näher hinsehen, ob der 0 - 100 °C Bereich der 
richtige ist und ob Du die Widerstandswerte in der Schublade hast ;-)

MaWin schrieb:
> (Pt1000 sollte 0.1 oder 0.25mA verwenden)

Durch Eigenerwärmung kann sich der Meßwert bis zu +1 °C erhöhen.


Einfacher ist es, eine Meßbrücke bei -20 °C auf Ausgangsspannung 0.000 V 
abzugleichen. Beim nachfolgenden Instrumentenverstärker wird entweder 
die Verstärkung bei 50 °C abgeglichen, oder bei fester Verstärkung der 
zugehörige ADC-Wert als Abgleichwert gespeichert.
Das wäre dann eine Schaltung mit beschaffbaren Bauteilen und 2-Punkt 
Abgleich. Die Linearisierung macht der µC.

Um Eigenerwärmung zu minimieren, wird die Meßbrücke nur dann bestromt, 
wenn eine Messung stattfindet. Bei 100 ms Meßintervall würden dafür 100 
µs reichen. Der eff. Strom sinkt dadurch auf 0,1%.