Hallo zusammen,
ich hab mir bei Pollin ein paar nette PT1000-Sensoren besorgt. Die laufen natürlich
nicht einfach so an einem ADC-Eingang des Atmels. Also muß ein Meßverstärker her.
Die Sensoren sind ...
- Rauchgasfühler mit Sensor PT1000 (400 °C) -50...+400 °C
- Kabelfühler mit Sensor PT1000, 2 m -50...+200 °C
Bei 0°C besitzen die Sensoren einen Widerstand von 1000 Ohm.
Bei 150°C sind es 1573,1 Ohm und bei -50°C dann 803,1 Ohm.
0°C...150°C => 573,1 Ohm Änderung => 573,1 / 150 = 3,82066 Ohm pro °C
-50°C...0°C => 196,9 Ohm Änderung => 196,9 / 50 = 3,938 Ohm pro °C
Also liegt die Widerstandsänderung um 3,80...3,95 Ohm / °C . Die Angaben werde
ich jetzt mal nicht so auf die Goldwage legen
Analoge Sensoren müssen
ja sowieso kallibriert werden.
Im Zettel der bei dem Sensor dabei liegt steht noch drin das bei einem PT1000 der
maximale Strom von 2mA nicht überschritten werden soll weil sonst die Erwärmung
des Sensors durch den Meßstrom den Meßfehler unnötig erhöht. Ich nehme mal
einfach so "Pi-mal-Daumen" 1mA. Ist mir grade so danach
Also fällt bei ...
-50°C und 803,1 Ohm ... 1mA x 803,1 = 0,8031 V am Sensor ab.
0°V und 1000 Ohm ... 1mA x 1000 = 1,00 V am Sensor ab.
+150°C und 1573,1 Ohm ... 1mA x 1573,1 = 1,5731 V am Sensor ab.
bei 400°C wären das ... 400 x 3,938 Ohm/°C + 1000 Ohm (bei 0°C) = 2575,2 Ohm
also ... 1mA x 2575,2 = 2,5752 V bei 400°C. Das wäre dann das Maximum.
Es sind also von 400°C bis -50°C ein Spannungsunterschied von ...
2,5752V - 0,8031V = 1,7721V
Um die Messung möglichst genau zu machen und den gesamten ADC-Wertebereich
zu nutzen muß dieser Spannungsbereich also auf den Meßbereich des ADCs gedehnt
und mit dem Nullpunkt angepaßt werden. Ich rechne das mal mit einem Meßbereich
von 0V...5V als Anhaltswert durch ...
5V / 1,7721V = Faktor 2,8215
Die Spannungsdifferenz des Sensors muß also um den Faktor 2,8215 gedehnt (also
verstärkt) werden. Außerdem muß man den Nullpunkt um 0,8031V nach unten
verschieben damit bei -50°C die Spannung am ADC-Eingang 0V ist. Wir brauchen
also einen Meßverstärker, der die Spannung, die am PT1000-Sensor abfällt zuerst
einmal um 0,8031V nach unten verschiebt. Also auf 0V (-50°C) bis 1,7721V (+400°C).
Danach wird die Differenz um den Faktor 2,8215 verstärkt auf 0V ... 5V und dann an
den ADC-Eingang gebracht. Der ADC muß dafür dann auch mit einer Referenzspannung
von 5V arbeiten um diesen Eingangsbereich abdecken zu können.
Bei Pollin steht zwar ein Meßverstärker für PT1000-Sensoren drin, allerdings ist mir
der einfach zu verschwenderisch gebaut. Ein 4fach-OPAmp voll ausgenutzt um einen
einzigen Sensor zu bearbeiten. Außerdem gefällt mir das Schaltungskonzept nicht so
ganz. Ich will das einfacher haben. Außerdem sollen mindestens 2 Sensoren an einem
4fach-OP hängen (besser 4 Sensoren).
Als erstes muß der PT1000 mal mit einem Strom versorgt werden damit eine Spannung an ihm
abfallen kann die dann die gemessene Temperatur wiederspiegelt. Wenn man das mit den
vorhandenen 5V bewerkstelligen will und die maximal 2mA nicht überschreiten möchte dann
muß der Vorwiderstand ...
5V / 2mA = 2500 Ohm
2500 Ohm - 803,1 Ohm (bei -50°C) = 1696,9 Ohm
also mindestens etwa 1700 Ohm haben. 1800 Ohm ist der nächste Wert der E12-Reihe. Also
rechnen wir mal mit diesem Wert weiter.
Bei +400°C würden dann ...
2575,2 + 1800 = 4375,2 Ohm gesamt
5V / 4375,2 Ohm = 1,1428mA
1,1428mA x 2575,2 Ohm = 2,94295V abfallen. Rechnen wir noch ein paar weitere Werte aus ...
Als erstes ist die Temperatur (GradC), dann der Widerstand des PT1000 (Rpt1000) und bei Iges der
dabei fließende Strom zu sehen. Upt1000 ist die Spannung am Sensor und Udiff die Spannung
nach Abzug der Spannung bei -50°C (also vor der Verstärkung). In der letzten Spalte der Tabelle
sieht man Volt/°C . Der Wert sollte wie die Widerstandsänderung pro °C relativ gleich bleiben.
Man sieht aber das der Wert sich ändert. Die Spannung ist also nicht mehr proportional zur
Temperatur. So geht es also nicht. Man muß hier den PT1000 über eine Konstantstromquelle
versorgen um später nicht so viel Rechenarbeit im Programm leisten zu müssen.
Die Konstantstromquelle beeinflußt genauso wie die Genauigkeit und Stabilität der Spannung die
für die -50°C abgezogen werden soll (0,8031V) die Genauigkeit der Messung. Es sollte also jeweils
eine möglichst stabile Quelle benutzt werden.
Ich benutze mal der Einfachheit einen LM317 im TO92-Gehäuse. Der ist schön klein.
Der Strom durch den Adjust-Eingang liegt bei 50-100µA. Das geht noch soweit. Im Datenblatt
steht bei SGS-Thompson und TexasInstruments eine Schaltung für eine Konstantstromquelle drin. ...
Anhang anzeigen LM317_TI.pdf
Siehe Seite 5 , Fig.4 . Dort steht auch eine Formel ... Ilimit=1,2V/R1 . Im Datenblatt von SGS
steht dort Ilimit=1,25V/R1 . Also ein wenig unterschiedlich. Aber Hauptsache konstant. Der genaue
Strom ist nicht ganz so ausschlaggebend da sowieso noch kallibriert werden muß. Also für 1mA ...
1,2V/1mA = 1200 Ohm. Das ist sogar ein Wert aus der E12-Reihe. Das paßt doch
... to be continued
ich hab mir bei Pollin ein paar nette PT1000-Sensoren besorgt. Die laufen natürlich
nicht einfach so an einem ADC-Eingang des Atmels. Also muß ein Meßverstärker her.
Die Sensoren sind ...
- Rauchgasfühler mit Sensor PT1000 (400 °C) -50...+400 °C
- Kabelfühler mit Sensor PT1000, 2 m -50...+200 °C
Bei 0°C besitzen die Sensoren einen Widerstand von 1000 Ohm.
Bei 150°C sind es 1573,1 Ohm und bei -50°C dann 803,1 Ohm.
0°C...150°C => 573,1 Ohm Änderung => 573,1 / 150 = 3,82066 Ohm pro °C
-50°C...0°C => 196,9 Ohm Änderung => 196,9 / 50 = 3,938 Ohm pro °C
Also liegt die Widerstandsänderung um 3,80...3,95 Ohm / °C . Die Angaben werde
ich jetzt mal nicht so auf die Goldwage legen
Analoge Sensoren müssenja sowieso kallibriert werden.
Im Zettel der bei dem Sensor dabei liegt steht noch drin das bei einem PT1000 der
maximale Strom von 2mA nicht überschritten werden soll weil sonst die Erwärmung
des Sensors durch den Meßstrom den Meßfehler unnötig erhöht. Ich nehme mal
einfach so "Pi-mal-Daumen" 1mA. Ist mir grade so danach
Also fällt bei ...
-50°C und 803,1 Ohm ... 1mA x 803,1 = 0,8031 V am Sensor ab.
0°V und 1000 Ohm ... 1mA x 1000 = 1,00 V am Sensor ab.
+150°C und 1573,1 Ohm ... 1mA x 1573,1 = 1,5731 V am Sensor ab.
bei 400°C wären das ... 400 x 3,938 Ohm/°C + 1000 Ohm (bei 0°C) = 2575,2 Ohm
also ... 1mA x 2575,2 = 2,5752 V bei 400°C. Das wäre dann das Maximum.
Es sind also von 400°C bis -50°C ein Spannungsunterschied von ...
2,5752V - 0,8031V = 1,7721V
Um die Messung möglichst genau zu machen und den gesamten ADC-Wertebereich
zu nutzen muß dieser Spannungsbereich also auf den Meßbereich des ADCs gedehnt
und mit dem Nullpunkt angepaßt werden. Ich rechne das mal mit einem Meßbereich
von 0V...5V als Anhaltswert durch ...
5V / 1,7721V = Faktor 2,8215
Die Spannungsdifferenz des Sensors muß also um den Faktor 2,8215 gedehnt (also
verstärkt) werden. Außerdem muß man den Nullpunkt um 0,8031V nach unten
verschieben damit bei -50°C die Spannung am ADC-Eingang 0V ist. Wir brauchen
also einen Meßverstärker, der die Spannung, die am PT1000-Sensor abfällt zuerst
einmal um 0,8031V nach unten verschiebt. Also auf 0V (-50°C) bis 1,7721V (+400°C).
Danach wird die Differenz um den Faktor 2,8215 verstärkt auf 0V ... 5V und dann an
den ADC-Eingang gebracht. Der ADC muß dafür dann auch mit einer Referenzspannung
von 5V arbeiten um diesen Eingangsbereich abdecken zu können.
Bei Pollin steht zwar ein Meßverstärker für PT1000-Sensoren drin, allerdings ist mir
der einfach zu verschwenderisch gebaut. Ein 4fach-OPAmp voll ausgenutzt um einen
einzigen Sensor zu bearbeiten. Außerdem gefällt mir das Schaltungskonzept nicht so
ganz. Ich will das einfacher haben. Außerdem sollen mindestens 2 Sensoren an einem
4fach-OP hängen (besser 4 Sensoren).
Als erstes muß der PT1000 mal mit einem Strom versorgt werden damit eine Spannung an ihm
abfallen kann die dann die gemessene Temperatur wiederspiegelt. Wenn man das mit den
vorhandenen 5V bewerkstelligen will und die maximal 2mA nicht überschreiten möchte dann
muß der Vorwiderstand ...
5V / 2mA = 2500 Ohm
2500 Ohm - 803,1 Ohm (bei -50°C) = 1696,9 Ohm
also mindestens etwa 1700 Ohm haben. 1800 Ohm ist der nächste Wert der E12-Reihe. Also
rechnen wir mal mit diesem Wert weiter.
Bei +400°C würden dann ...
2575,2 + 1800 = 4375,2 Ohm gesamt
5V / 4375,2 Ohm = 1,1428mA
1,1428mA x 2575,2 Ohm = 2,94295V abfallen. Rechnen wir noch ein paar weitere Werte aus ...
Code:
GradC Rpt1000 Rv Rges V Iges Upt1000 Umin Udiff GradMin GradDiff V/Deg
-50 803,1 1800 2603,1 5 0,0019208 1,54 1,54 0 -50 0 0
-20 921,6 1800 2721,6 5 0,0018372 1,69 1,54 0,15 -50 30 0,0050179
0 1000 1800 2800 5 0,0017857 1,79 1,54 0,24 -50 50 0,0048626
20 1077,9 1800 2877,9 5 0,0017374 1,87 1,54 0,33 -50 70 0,0047162
50 1194 1800 2994 5 0,0016700 1,99 1,54 0,45 -50 100 0,0045140
100 1385 1800 3185 5 0,0015699 2,17 1,54 0,63 -50 150 0,0042111
150 1573,1 1800 3373,1 5 0,0014823 2,33 1,54 0,79 -50 200 0,0039462
200 1787,6 1800 3587,6 5 0,0013937 2,49 1,54 0,95 -50 250 0,0037951
250 1984,5 1800 3784,5 5 0,0013212 2,62 1,54 1,08 -50 300 0,0035976
300 2181,4 1800 3981,4 5 0,0012558 2,74 1,54 1,2 -50 350 0,0034197
350 2378,3 1800 4178,3 5 0,0011967 2,85 1,54 1,3 -50 400 0,0032586
400 2575,2 1800 4375,2 5 0,0011428 2,94 1,54 1,4 -50 450 0,0031119dabei fließende Strom zu sehen. Upt1000 ist die Spannung am Sensor und Udiff die Spannung
nach Abzug der Spannung bei -50°C (also vor der Verstärkung). In der letzten Spalte der Tabelle
sieht man Volt/°C . Der Wert sollte wie die Widerstandsänderung pro °C relativ gleich bleiben.
Man sieht aber das der Wert sich ändert. Die Spannung ist also nicht mehr proportional zur
Temperatur. So geht es also nicht. Man muß hier den PT1000 über eine Konstantstromquelle
versorgen um später nicht so viel Rechenarbeit im Programm leisten zu müssen.
Die Konstantstromquelle beeinflußt genauso wie die Genauigkeit und Stabilität der Spannung die
für die -50°C abgezogen werden soll (0,8031V) die Genauigkeit der Messung. Es sollte also jeweils
eine möglichst stabile Quelle benutzt werden.
Ich benutze mal der Einfachheit einen LM317 im TO92-Gehäuse. Der ist schön klein.
Der Strom durch den Adjust-Eingang liegt bei 50-100µA. Das geht noch soweit. Im Datenblatt
steht bei SGS-Thompson und TexasInstruments eine Schaltung für eine Konstantstromquelle drin. ...
Anhang anzeigen LM317_TI.pdf
Siehe Seite 5 , Fig.4 . Dort steht auch eine Formel ... Ilimit=1,2V/R1 . Im Datenblatt von SGS
steht dort Ilimit=1,25V/R1 . Also ein wenig unterschiedlich. Aber Hauptsache konstant. Der genaue
Strom ist nicht ganz so ausschlaggebend da sowieso noch kallibriert werden muß. Also für 1mA ...
1,2V/1mA = 1200 Ohm. Das ist sogar ein Wert aus der E12-Reihe. Das paßt doch
... to be continued
