PT100 / PT1000 einfache Schaltung

[martinheidelberg]

Ah ok... Ich habe den pfeil nicht erkannt. Ich dachte das wäre ein Anchluss.
Wie muss ich die Widerstände dimensionieren und welche Transistoren eignen sich da am besten, damit das ganze mit 5 V läuft.

lg Martin

[PICture]

So wie der Besserwessi schon geschrieben hat, der Strom , der durch den Temperatursensor flesst, soll möglichst niedrig sein (< 1 mA ?), damit sich der Pt nicht erwärmt, was einen bedeutenden Messfehler verursachen könnte.

Man sollte die dimensionierung mit der Annahme des Stroms anfangen. Für ziemlich niedrige Ströme in mA-Bereich ist der, von mir schon erwähnte, BC857 in SMD empfehlenswert. Sonst könnte man beliebige zwei gleiche p-n-p Transistoren nehmen, die möglichst stark thermisch miteinender gekoppelt sind, damit sie beide immer gleiche Temperatur haben.

Wenn die thermische Stabilität der Konstantstromquelle, wegen ziemlich niedriger Genauigkeit nicht nötig ist, könnte man das ganze auch noch einfacher mit einem JFET (z.B. BF245A) bzw. MOSFET und einem Widerstand als Konstantstromquelle realisieren (siehe Code). Wegen Streung der Parameter von Transistoren ist die Ermittung des Wertes von R für gewünschten Strom leider unverzichtbar.

MfG

         VCC
          +
          |
          ||
          ||I
          |V
          |
        |-+
     +->|
     |  |-+
     |    |
     |    |
     |   .-.
     |  R| |
     |   | |
     |   '-'
     |    |
     +----+
          |
         .-.A
       Rx| ||
         | ||U = Rx * I
         '-'|
          |
          |
         ===
         GND

[Besserwessi]

Die Stromquelle mit 2 PNP transistoren hat den Vorteil, das der praktisch selbe Strom durch den Messwiderstand und R2 fließt (bei der normen form mit R1=R3). Das ist in dem Sinne auch keine wirkliche konstantstromquell, und das muss es auch gar nicht sein. Wichtig ist die Funktion als Stromspiegel, wie die Schatung auch genannt wird. Bei Ur sollte die Referenzspannung für den AD Wandler abgegriffen werden.

Für einen PT100 wird das wegen der geringen Spannung am PT100 wohl kaum gehen, höchstens wenn man den Strom nur kurzzeitig zur eigentliche Messung einschaltet. Beim PT1000 kanns schon gerade so gehen, aber auch da ist 1 V schon eher viel Spannung.

[PICture]

Hallo!

@ Besserwessi!

Ich habe nur klassische Konstantstromquelle T1 mit T2 erweitert um thermische Änderungen der Spannung Ube von T1 zu kompensieren. Bei mir war immer R1 viel kleiner als R2 und R3. Der Strom durch T2 war auch mehrfach kleiner als durch T1. Ich habe deswegen die Schaltung nie als Stromspiegel betrachtet.

Ein- und Auschalten des Stomes durch einen µC ist sehr einfach, weil die VCC für die Konstantstromquelle muss nicht genau 5 V sein und kann gleich der Ausgangsspannung des µCs sein.

MfG

[martinheidelberg]

Also ich habe jetzt mal die erste Schaltung die PICture gepostet hat aufgebaut.

Ich habe noch eine Frage zu den Werten der Widerstände:
Ich habe jetzt R2 mit 100Ohm angenommen. Damit der Strom nicht zu hoch ist, habe ich erst 4,7kOhm als R1 und R3 eingesetzt.
Wenn ich nun an den PT100 mit dem Lötkolben gehe, hat sich die Spannung von Raumtemperatur bis 300°C gerademal um 0,2V geändert.
Daraufhin habe ich überall 100Ohm eingesetzt.
Jetzt sieht man es zwar deutlicher, jedoch trotzdem nur ungefähr 1V.
Mit welchen Werten (R1, R2, R3) kann ich den Ausschlag auf dem Messgerät maximieren ?

lg Martin

[PICture]

So wie der Besserwessi schon geschrieben hat, die absolute Änderung des Widerstandes pro °C ziemlich niedrig ist (ca. 0,79 % des Widerstands bei 25 °C ). Durch Erhöhund des Stromes durch den Senor, wächst zwar der maksimale Zuwachs der Spannung, aber proportional auch der absoluter Wert bei 25 °C . Ausserdem für grüsseren als im Datenblatt angegeben (1 mA) wird sich der Sensor damit erwärmen.

Um gewünschen Zuwachs der Spannung auf dem Sensor z.B. ca. 10 mV / °C proportional ab 25 °C, muss man einen Operationsverstärker (OPV) als Differezverstärker mit Verstärkung ca. 12,65 anwenden und die Ausgangspannung 0,1 V für 25 °C davon abziehen. Dann sollte bei der Temperatur 300 °C und 1 mA Strom durch den Sensor am Ausgang des OPVs ca. 3V sein. Ohne Verstärkung kann man bei 300 °C auf dem Sensor ca. 100 mV + 300 x 0,79 mV = 100 + 237 = 337 mV. Wenn man die Ausgangsspannung 100 mV für 25 °C davon abzieht, bleibt ein Zuwachs von 237 mV für 25 bis 300 °C, also ca. 0,2 V den du gemessen hast. Ohne OPV geht es mit 1 mA nicht.

Wenn du den Strom auf ca. 12,65 mA erhöhen würdest, dann solltest du gleiche Spannung ohne OPV erreichen, aber um den vom Hersteller empfohlenen mittleren Wert 1 mA zu einhalten darf der Sensor maximal 1 von 12,65 Zeiteinheiten leiten, damit er sich nicht selbs erwärmt. Das lässt sich aber sehr einfach programmieren, dass auf einem der Pins vom µC wird die VCC für den Sensor z.B. 10 ms an und 190 ms aus sein, was ca. 5 Messungen pro Sekunde ergibt.

Bei der Dimensionierung muss man aus dem Strom durch den Sensor ausgehen (R1), der nötig ist um die gewünschte Kennlinie U = f (T) zu haben. Danach wird mit den Widerständen R2 und R3 diesen Strom eingestellt und anschliessend der Tastverhältnis für die VCC wie bei der PWM ausgerechnet. Um die Spannungsabfal Ux = Rx I zu abziehen, könnte man einfachen Differenzverstärker mit Transistor(en) anwenden.

Glücklicherweise ist der Spannungsabfal auf dem Sensor Pt100 bei 12,6 mA Strom um 1,26 V was fast genau dem Spannungsabfall auf der seriell geschalteten Diode (D) und Transistor (T3) entspricht. Durch Änderungen des R4 sollte man den Basisstrom des T3 indirekt ändern und die Spannung für ADC für 0 °C auf 0 einstellen können. Die einfache Schaltung hat keine hoche Genauigkeit, diese kann man nur mit komplizierter Schaltung erreichen. Die Schaltung habe ich im Code skizziert.

Ich habe es sehr schnell nur als Beispiel berechnet und du musst es selber genauer machen, da ich für die Richtigkeit nicht garantiere. Falls irgendwas noch nicht ganz klar seien sollte, bitte weiter fragen.

MfG

                      VCC
                       +
                       |
           +-----------+--------+
           |           |        |
          .-.         .-.       |
        R1| |         | |R3     |
          | |         | |       |
          '-'         '-'       |
         .-|-----------|-.      |
         | |           | |      |
         |  >|       |<  |      |
         |T2 |-+   +-| T1|      |
         |  /| |   | |\  |      |
         | |   |   |   | |      |
         '-|---|---|---|-'      |
     Ur--->+---+---+   |      |/
           |           +-->|--| T3
          .-.          |  D   |>
        R2| |         .-.       |
          | |      Pt | |       +-----> ADC
          '-'     100 | |       |
           |          '-'      .-.\
          ===          |       | |/\
          GND         ===      |/|
                      GND     /'-' R4
                                |
                               ===
                               GND

[Besserwessi]

Die Schaltung mit dem Emitterfolger hinter dem PT100 macht wenig sinn. Man kriegt beim PT1000 eine Spannung von höchstens 1 V (sollte eher weniger sein wegen der eigenerwärmung) und einen Temperatureffekt von dann etwa 3,5 mV/K. Die KOmbination aus diode und Transistor würde eine Temperaturefekt von etwa -4 mV/K geben. Da hat dann die Temperatur der Schaltung mehr einfluß als die des Sensors.

Da wäre dann doch der Differenzverstärker mit dem einen Operationsverstärker von Vorteil. Man kann dann auch mit weniger Strom arbeiten und hat weniger Effekt durch die Eigenerwärmung. Normal wird bei den kleine PT100 0,3 -1 mA empfohlen (entspricht 0.1-0.3 mA beim Pt1000).

[PICture]

Hallo Besserwessi!

Natürlich! Die Schaltung ist einfach und sollte mit Stromimpulsen um 12,6 mA arbeiten, so das bei 300 °C am Ausgang (Emitter T3) ca. 3 V sind (Impuls). Sie eignet sich, mit seiner Einfachkeit, nicht für genaue Messungen. Dafür ist ein OpAmp unverzichtbar.

MfG

[martinheidelberg]

Hi

Sorry für dei Pause... Hatte viel zu tun. Ich habe nochmal gegoogelt und in einem anderen Forum folgendes pdf gefunden. Die Schaltung finde ich gut, weil auch eine Skala dabei ist. Könnte ich den OP-Verstärker auch mit 5 Volt versorgen, um die Skala durch zwei zu teilen ? oder muss ich ihn mit 12V versorgen und dann einen Spannungsteiler dahinter hängen?

lg Martin

das ist der Link
http://www.mikrocontroller.net/topic/62855
Das erste pdf habe ich mal angehängt.

[Ceos]

du müsstest statt der +5V (in der schaltung oben zwischen rückkopplung und signal) mit nem 1:1 spannungsteiler auf 2.5V legen und eventuell den rückkopplungswiderstand anpassen, leider ist das bild zu unscharf als dass man werte lesen könnte, aber die vewrstärkung berechnet sich aus

Verstärkung F = R(Rückkopplung) / R(Signal)

WICHTIG: R(Rückkopplung) und R(Offset) müssen gleich sein R(Offset ist der wo in dem Bild zu 5V geht)

EDIT: WICHTIG! verwende einen RAIL TO RAIL OPV, die betreiben den OPV in der Schaltung mit 12V weil der normal nie genau 0V bzw. 12V erreicht, der eckt oben und unten so um etwas 1V an, ein RtR geht bis fast 0 bzw. Vcc aber auch nur FAST