PT100 / PT1000 einfache Schaltung

[martinheidelberg]

Hi

Ich habe schon viel gegoogelt. Ich suche eine möglichst einfache Schaltung um einen PT100 oder PT1000 mit einem Pic18F2550 zu messen. Alle Schaltungen die ich gefunden habe, sind ziemlich kompliziert. Ich will die Schaltung für einen Reflow Ofen. Die Auflösung sollte bei <5°C liegen.

Wäre cool wenn jemand einen Schaltplan posten könnte.

Ich muss so bis max. 300°C messen.

lg Martin

[Dirk]

Einen OPV wird man wohl brauchen.
Recht einfach ist z.B. die Wheatstone-Brückenschaltung:
https://www.roboternetz.de/phpBB2/viewtopic.php?t=34268

Gruß Dirk

[martinheidelberg]

Hi

Danke für die schnelle Antwort. Die Schaltung is aber trotzdem noch ziemlich groß. In dem Thread werden IC´s erwähnt die für den PT100 / 1000 ausgelegt sind. Weißt du wie die heißen und ob die das ganze vereinfachen ?

lg Martin

[magnetix48]

Hallo Martin,

hier eine Lösung mit einer Stromquelle. Ich habe sie nicht aufgebaut, sondern nur in LTspice simuliert, sollte aber trotzdem funktionieren.
Der Strom ist so ausgelegt, dass bei 300°C ca. 4,8V am PT1000 anliegen. Daraus ergibt sich bei 0°C eine Spannung von ca. 2,25V.
Die Temperaturdifferenz von 300°C wird also auf 4,8V - 2,25V = 2,55V abgebildet.
Das macht eine Spanne von 2,55V / 300°C = 8,5mV/°C, damit dürfte die Auflösung groß genug sein.
Statt der LT1009 2,5V Referenzdiode könnte aufkosten der Driftfreiheit auch eine einfache Zenerdiode mit 2,7V eingesetzt werden, hierzu müsste aber R2 entsprechend angepasst werden.

Gruß

magnetix48

[martinheidelberg]

Danke. Das sieht gut aus. Wie genau müssen denn die 10 V sein. Ich habe eigentlich nur 5, kann die jedoch durch nen max232 (Zweckentfremdet) auf 10 bringen. Reicht das ?

lg Martin

[magnetix48]

Hallo Martin,

die Stabilität der 10V ist nicht sonderlich wichtig, es würden auch 9V als Minimum reichen. Die Stabilität schafft die Referenzdiode D1.

Gruß

magnetix48

[Besserwessi]

Für eine hohe Genauigkeit hat die Brückenschaltung Vorteile, denn es wird wirklich ein Widerstand mit einem Widerstand und nicht der Widerstand mit einer Stromqulle und einer Spannungsquelle verglichen. Den anderen Punkt den man beachten muß, ist der maximale Strom durch den PT100, damit die Eigenerwärmung nicht zu hoch wird. Das könnte bei der Stromquelle schon etwas viel sein, zuinestens für einen PT100.

In dem Link sind in der Schaltung auch 2 Messbrücken abgebildet. Auf den Abgleichpoti kann man dabei oft auch verzichten. Eine weiter Vereinfachung der Schaltung wäre möglich, hat aber den Nachteil, dass man dann unglieche Widerstände vergleicht.

[PICture]

Hallo!

Ich möchte wahrscheinlich einfachste Schaltung vorschlagen, die direkt eine Spannung proportional zum Widerstand des Pt100 ausgibt (siehe Code). Als doppelten pnp Transistor für die temperaturkompensierte Konstantstromquelle kann man z.b. BC857 (SMD) verwenden, den es beim Reichelt (0,05 €) gibt.

MfG

VCC
+
|
+-----------+
| |
.-. .-.
R1| | | |R3
| | | |
'-' '-'
.-|-----------|-.
| | | |
| >| |< |
|T2 |-+ +-| T1|
| /| | | |\ |
| | | | | |
'-|---|---|---|-'
Ur--->+---+---+ |
| || VCC - Ur
.-. ||I = --------
R2| | |V R3
| | |
'-' +-------------> zum ADC
| |
=== .-.
GND | | Pt100
| |
'-'
|
===
GND

[martinheidelberg]

Hi

Die Schaltung ist einfach... wie genau ist sie und was ist Ur und reichen 5V als VCC ?

lg Martin

[PICture]

Die Schaltung ist so genau, wie der Pt selber, da die von mir schon mahrfach angewendete Konstantstroquelle praktisch ideal stabil ist. Wenn der max. Spannungsabfall auf dem Pt genug niedriger (um min. 1V) als +VCC ist, reicht als VCC die +5V völlig aus. Die Ur ist eine Spannung gegen GND, die in der Skizze mit dem Pfeil gezeigt ist (die Bassis von T1 und T2).

MfG

[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

[martinheidelberg]

RA1, R10 => 22k
RB1 => 1k
RC1 => 27k
RS1 => 1,8k
Die Kondensatoren sind jeweils 1µF
Ich denke das ist die Schaltung, die ich nachbauen werde. Hat jemand noch einen Tip welchen OP(RailToRail) ich verwenden kann.

Danke
lg Martin

[Ceos]

also ich hab die schaltung mal simuliert und komme irgendwie zu keinem ergebnis .... als maximale ausgangsspannung komm ich auf 1.1 V das ergiebt irgendwie kein sinn, cih geh grad nochmal alles durch ob cih was vergessen habe

ich hab ne appnode von maxim gefunden

http://www.maxim-ic.com/appnotes.cfm/appnote_number/3450

die schaltung verhält sich in der simulation optimal, allerdings nur solange ich 5V bipolar für den OPAMP bereitstelle .... wenn ich ihn unipolar anschliesse ist die linearität für die katz

EDIT: kommando zurück, mit nem rail to rail OP geht die schaltung auch unipolar 5V, die ausgangsspannung sollte so bei 0-3.5V liegen

http://www.reichelt.de/?;ACTION=3;LA=2;GROUP=A212;GROUPID=2909;ARTICLE=39 294;START=0;SORT=artnr;OFFSET=100;SID=26wT2X@awQAR oAABuouV8ac403edfa6df0a4f00fbef9819aa7021

mit dem hab ich zwar net simuliert aber klingt vernünftig vom preis her

[Besserwessi]

Der AD820 ist schon ein recht guter OP. Wenn man da nur den µC internen AD dran hängt wäre auch was billigeres ausreichend (z.B. TS912, oder gar ein LM358, auch wenn das kein Rail-Rail OP ist, sondern nur bis etwa 3,5 V geht.

[Ceos]

des rail to rail braucht man aber der linearität gegen 0V wegen .... sonst funktioniert 5V unipolar nciht (laut simulation)

[Brösel]

Hallo Gemeinde,

Ich habe ein ganz ähnliches Problem, weshalb ich das hier mal beschreibe.

Ich benötige eine Auswertung von 2 PT1000 Sensoren und bin auf diesen Beitrag gestoßen.

Der Erfassungsbereich liegt zwischen 20°- 90°, wobei der für mich wichtige Bereich zwischen 50°- 60° besteht.

Da ich auf der Platine die zum Steuern eingesetzt wird recht wenig Platz zur Verfügung habe, sollte die Schaltung mit so wenigen Bauteilen auskommen wie unbedingt nötig.

Ich habe mich von daher für die Schaltung von PICture entschieden.


Hallo!

Ich möchte wahrscheinlich einfachste Schaltung vorschlagen, die direkt eine Spannung proportional zum Widerstand des Pt100 ausgibt (siehe Code). Als doppelten pnp Transistor für die temperaturkompensierte Konstantstromquelle kann man z.b. BC857 (SMD) verwenden, den es beim Reichelt (0,05 €) gibt.




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



Hierzu hätte ich einige Fragen.

1. Ist die Schaltung wie im Anhang zu sehen ist so Richtig?
2. Wie sind die Widerstände zu dimensionieren? (Außer R1, der ist klar)
3. Auf welche Genauigkeit komme ich bei dieser Schaltung etwa.
4. Kann diese durch eine andere VCC verbessert werden.
Ich hätte noch 24V zur Verfügung.

Das war es erst mal, entschuldigt die vielen Fragen, aber ich bin doch recht unsicher auf diesem Gebiet.

Gruß

[Besserwessi]

Die Schaltung aus dem .jpg File ist schon nicht schlecht, solagen die Transistoren gut thermisch gekoppelt sind. Die Version dadrüber (ASCII-art) mit dem extra Emitterfolger ist dagegen kaum brauchbar - die Temperatur des Transistors und der Diode hat einen ähnlichen Einfluß wie die des PT1000.

Ein Problem ist es allerdings, das hier die Spannung direkt Proportional zum Widerstand ist, also ohne Offset. Man hat also bei einem 10 Bit Wandler nur eine Auflösung von etwa 1 Ohm oder 0,4 Grad , oder noch etwas schlechter.
Auch mit einer anderen Versorgung kann man da nichts verbessern.

Da schon lieber die Schaltung aus der Appl. Note von Maxim. Die kann man auch für PT1000 anpassen, und es gibt auch OPs im kleinen 5 Poligen SMD gehäuse. Den einen Widerstand kann man ggf. auch noch einsparen.

[Brösel]

solagen die Transistoren gut thermisch gekoppelt sind
Was genau heiß das?
Sollen die Transistoren auf dem Layout der Platine möglichst dicht beieinander sein, oder handelt es sich hierbei um eine Eigenschaft die ich im Datenblatt finden kann?


Ein Problem ist es allerdings, das hier die Spannung direkt Proportional zum Widerstand ist, also ohne Offset.
Das habe ich mir schon fast gedacht.
Wie könnte man diese Verstärken und um welchen Faktor ist dies Sinnvoll?


Da schon lieber die Schaltung aus der Appl. Note von Maxim. Die kann man auch für PT1000 anpassen, und es gibt auch OPs im kleinen 5 Poligen SMD gehäuse. Den einen Widerstand kann man ggf. auch noch einsparen.
Was könntest du da empfehlen?
Kann man die Schaltung mit der Rechnung auf dem appnode auf den PT1000 Anpassen?
Welcher Widerstand ist evtl. noch über?

Gruß