Hilfe zu Meßwertverstärker für PT100

Also einen Widerspruch sehe ich im Moment nicht, aber folgendes:
Du sagst, dass die Eingänge beider OPs das gleiche Vorzeichen besitzen. Aber das ist nicht unbedingt genug. Die Spannung von Pin 12 zu Pin 10 muss positiv sein! Ansonsten geht es nicht mit den Single Supplys. Das ist aber bei PT100 nicht immer gegeben, daher meine Einwände.
Wenn Ihr wirklich von Pin 12 nach Pin 10 eine pos Spannung messt, dann solltet Ihr dringend die Verkabelung prüfen oder den OP tauschen.
Ansonsten mal R3 erhöhen.
Gute Nacht erstmal,
Gruß


CMRR: Ist ein Maß für die Unabhängikeit der Ausgangsspannung von der Offsetspannung der Differenzspannung, die verstärkt werden soll.
BSP: Ideal: 15-14V=1V und 2-1V=1V --> Gleichspannung hat keinen Einfluss.
Das ist nicht immer so bei OPs.
Real: 15-14=1,1V und 2-1V=1V --> fehlerhaft!

Das hauptproblem mit dem ersten Test ist, das die Spannungsdifferenz zu groß war. Bei der beschriebenen Auslegung darf die Eingangsspannungsdifferenz maximal ca. 0,5 mV sein. Die Fehler in den Widerständen sind dagegen nicht so kritisch. Der Poti ist da schon ein größeres Problem. Es gibt da leider einige Beiträge, zum Teil selbst in Datenblättern oder Application Notes, die die Wichtigkeit genauer Widerstände in dieser Schaltung. Auch die relativ hohe Offsetspannung des LM324 wird mit über den poti R3 kompensiert.

Als erster test wäre es besser R5 auf maximum zu lassen (minimale Verstärkung) und dann R3 zu varieieren, bis sich am Ausgang was tut. Dann sollte man den relativ kleinen linearen Bereich der Schaltung gefunden haben.

Um den Spannungsbereich zu vergrößern war mein Vorschlag, einen zusätzlichen Widerstand da einzufügen, wo R3 und der PT100 gemeinsam an Masse gehen. Das hebt die Spannung an beiden Eingängen etwas an.

Bis auf die Spannung UCM am Eingang sind die 1. Schaltpläne vom Helmaut und Gock übrigens im Wesentlichen gleich.

Wenn man ohnehin einen Abgleich der Verstärkung und des Nullpunktes vornimmt, dann braicht man auch keinen teuren Instrumentaion Amplifier. Viel mehr als eine genauere Verstärkung und einen genaueren Nullpunkt gewinnt man nicht.

Ein Zwischenergebnis: Habe den 4. Op des LM324 eingesetzt und dabei die Eingänge "umgepolt". Also was am Eingang 3 "+" war an den Eingang 6 "-" und was am Eingang 2 "-" war an den Engang 5 "+" gelegt, dabei den Ausgang 7 ebenfalls mit dem 10KR an den Eingang 6 "-" rückgekoppelt. Jetzt habe ich 11V am Ausgang des 4.OP´s, die bleiben jedoch, egal was sich am Pt100 tut.

@Gock: Die Spannung von Pin 12:10 ist positiv.
@besserwessi: Habe R5 von 1KR auf 2kR gelegt ohne das sich was am Ausgang tat. Ich schliesse jetzt daraus das deine Aussagen stimmig sein können.
Nun meine Fragen:
Wie komst du auf die Eingangsspannungsdifferenz von max. 0,5mV?
Was für einen Widerstandswert würdest du empfehlen um den Spanungsbereich zu erhöhen. Wie ist die Erklärung hierfür. Ich würde das gerne verstehen. Danke.

Die beiden ersten OPs Verstärken das Eingangssignal schon sehr stark.
Für den Anfang reicht es, nur die ersten 2 OPs zu betrachten:

Selbst wenn der Poti R5 auf 2 K steht, hat man immer noch ein 221-fache Verstärkung für das Differenzsignal. Wenn man R5 noch kleiner macht, wird die Verstärkung noch größer. Die Verstärkung ist hier gerechntt von Differenz der Eingänge zu Differenz der Ausgänge.

Ohne Differenz hätte man die ca. 120 mV vom Eingang an den Ausgängen. Mit Differenz am Eingang steigt die Spannung an dem einen Ausgang und sinkt an dem anderen Ausgang. Der OP mit der sinkenden Spannung hat ein Problem, denn das geht nur von 120 mV bis auf ideal 0 mV (real ca. 10 - 30 mV) runter. Wenn das Ausgangssignal noch kleiner werden müßte geht die Schaltung in die Begrenzung und funktioniert nicht mehr als normaler Verstärker. Um die 120 mV Spannungshub am Ausgang des 1./2. Ops zu erreichen genügt eine Eingangsdifferenz von etwas mehr als 1 mV. Dann hat der eine OP 0 mV und der andere ca. 240 mV am Ausgang (nach der Messung am Anfang 246 mV).

Bei den 0,5 mV hatte ich mich da etwas verrechent (Vergessen das sich der Spannungshub auf beide Ausgänge aufteilt).


Was kann man dagegen tun:
1) negative Versorgungsspannung vorsehen
2) mehr als 120 mV Spannung am Eingang, wenn keine Differenz.
Das geht, wenn man die Brücke nicht mit einer Seite an GND legt, sondern noch einen Widerstand dazwischen hat.
3) Weniger Verstärkung: Bei 300°C hat der PT100 schon rund 200 Ohm. Man hat also bis zu 120 mV Differenz-signal. Da kann man mehr als 100 fache Verstärkung gar nicht gebrauchen, selbst 10-20 fache Vesrtärkung sollte reichen.

Ach ja die Verstärkung ist mir entgangen, kann ich kaum lesen, Monitorauflösung zu hoch...
Die typ 2mV InputOffsetVoltage können sich noch zusätzlich bemerkbar machen, mit denen käme der Ausgang eines der ersten OPs alleine auf 2mV*221~440mV. Wenn beide Offsetdrifts eine negative Differnez verursachen würde, könnte man das Verhalten damit erklären.
Das sollte man abr mit weniger Verstärkung (Besserwessi) in den Griff kriegen...
Gruß

Könnt Ihr mir einen Schaltungsvorschlag nach dem Moto: "keep it simple"? Ich möchte ja wirklich "nur" am PT00 Temperaturen von Raumtemperatur bis 250 Grad Celsius in meinem Reflow Ofen messen!

Man könnte die Schaltung leicht abändern:
1) Die Verstärkung reduzieren durch z.B. 10 KOhm in Serie zum Poti R5

2) Spannung an den Eingängen abheben. Am einfachsten wohl durch eine Widerstand zwischen GND und der Brücke.


Eigentlioch brauchts auch keine so aufwendige Differenzverstärker schaltung, denn die CMR ist hier relativ unwesentlich und extra hochohmig muß es auch nicht sein. Es reicht eigentlich auch nur ein OP als Differenzverstärker an der Brücke. Wenn man will kann man dabei auch noch eine paar Widerstände zusammenfassen, sodaß man mit 5 Widerständen inclusive des Sensors auskommen kann.

Hallo Besserwessi

Zwischen deinem Wissen und meiner Ignoranz liegt die Ursache dafür das ich mit dem letzten Satz in deinem Beitrag nichts anfangen kann, aber genau weiss das da meine Lösung liegt! Keine Ahnung wie eine solche einfache Schaltung realisert wird.

Ich habe jetzt begonnen deine Vorschläge "1)" und "2)" zu realisieren. Nach "1)" ist der Wert in mV am Ausgang kleiner aber grundsolide unveränderlich. Werde morgen den Tag brauchen meine Schaltung durchzutesten und alle Permutationen der beiden Potis im Detail durchmessen. danach werde ich auch "2)" mit einem 10kR Widerstand wie beschrieben versehen. Mal sehen was herauskommt und daraus lernen.

Alerdings interessiert mich eine Schaltung wie in deinem letzten Satz angesprochen sehr. JKe einfacher desto stabiler (hoffe ich!). Bitte Skizze hier veröffentlichen. danke

Hier also die einfache Schaltung zur Auswertung der Brücke. Die Widerstände R2 und R3 muß man ggf. dem gewünschen Ausgangsspannungsbereich anpassen. Notfalls einen kleinen Poti in Reihe vorsehen.

Der LM358 ist nicht gerade ein präzisions OP, aber für einen 8 oder 10 Bit AD Wandler und mit Abgleich des Absolutwertes sollte er ausreichen. Die Widerstände sollten Metallfilm typen sein.
Wenns stabiler sein soll, ein besserer OP (z.B. AD8551, LTC2050, OP07) und wenn möglich kein Poti. Wahrscheinlich wäre dann aber auch ein 4 Leiter Anschluß der PT100 sinnvoller.

@Besserwessi: Danke