PT100 Messverstärker - Komponenten und Auslegung

08/05/2008 - 22:29 von Dennis Köhn | Report spam
Heyho!

Bei mir hat sich studientechnisch aber vor allem im Privatleben einiges
getan, so daß ich den alten Thread leider einschlafen lassen mußte. Ich
habe eure zahlreichen Ratschlàge, für die ich sehr dankbar bin, aber
mehr als nur einmal durchgelesen und denke, der Nebel über dem Mysterium
RTD hat sich so langsam gelichtet. Nun muß es aber bald mal an den
Aufbau eines Messverstàrkers gehen, denn die Zeit für die Promotion
làuft schneller als mir recht ist... :(

Folgende Specs sollen es nun sein:

- Sensor: PT100
- Temperaturbereich: 20-220 °C (mit 20° Reserve also etwa 40-200 °C
Nutzbereich)
- Ratiometrischer Aufbau in 4-adriger Ausführung
- Auflösung <0.001 K

Das im letzten Thread von mir angeregte NI 9211 Thermoelement-Modul habe
ich in der Zwischenzeit getestet und es ist hier leider nicht brauchbar,
da die Temperatur um etwa +/- 0.1 K schwankte. Daher habe ich von einem
Berufskollegen ein EVAL-AD7794EBZ ausgeliehen bekommen, welches selbst
mit 0.42 mA und zweiadriger Konfiguration schon brauchbare 1 mK
Auflösung lieferte. Da dessen Schnittstelle (die des EVAL-Boards, nicht
die des ADC) jedoch nicht offen, habe ich mich anschließend also etwas
mit SPI via FT2232C beschàftigt. Dieser bringt eigene Probleme und
verlagert zeitkritische Operationen ins Labview, so daß aktuell an einem
ATMEGA16 gewerkelt wird. Dieser plaudert inzwischen schon SPI und
aktuell feilen wir an der RS232-Kommunikation...

Zum Messverstàrker habe ich mir folgende Gedanken gemacht, mit denen ich
leider noch nicht ganz zum Ziel komme. Vielleicht könnt ihr ja wieder
mit ein paar Anregungen helfen :) :


Der AD7793 scheint ein richtig guter ADC für meine Zwecke zu sein. Er
hat brauchbare Referenzen (ich möchte 1 mA nutzen), einen integrierten
Verstàrker und auch ansonsten gute Eigenschaften. Das einzige Problem
ist, daß der analoge Eingangsbereich bei Nutzung des AMP nur GND+0.1 V
bis (0.9*VRef)/Gain betragen darf. Mein PT100 hàtte ja nun bei 0°C
gerade mal 0.1 V und bei 200 °C 0.176 V. Sofern ich für GND die Masse
nutze, wàre ich also unterhalb der minimalen 300 mV :( .

In der folgenden Suche ist mir der AD7711 ins Auge gesprungen. Auch er
hat recht nette Daten, Referenzen, einen AMP... und seltsamerweise kann
er den vollen Bereich nutzen - wieso denn das? Wenn ich richtig gelesen
habe ist es doch auch ein sigma-delta-Wandler, oder?! An diesem Baustein
stören mich jedoch die niedrigen Referenzströme (0.2 mA) und, daß man
ihn extern takten müßte. Auch habe ich den 7794 getestst - den hier nicht...

Also habe ich einen frühen Gedanken vorgekramt nàmlich den, das Signal
für den AD7793 extern zu vorzuverstàrken. Als OP ist mir dafür der
AD8628 aufgefallen. Dieser hat ein sehr geringes Rauschen, auto-zero und
kann auch mit single-supply betrieben werden. Allerdings habe ich keine
Ahnung, wie man den Gain bestimmt und auch etwas Sorge, daß dieser durch
externe Bauteile driften könnte. Vorteil des externen OP: Ich wàre nicht
wie beim Chipinternen auf Gain-Werte von 2^x festgelegt.


Was meint ihr zu den vorgeschlagenen Bauteilen - ist das schon das
Optimum für meine Zwecke oder habe ich das Ei des Kolumbus evtl.
übersehen? im Regal von Linear habe ich mich auch umgesehen, jedoch
paßten die AD ICs irgendwie immer etwas besser ins Konzept.


Am Rande noch die weiteren Ideen zum Verstàrker:

- Datenerfassung via ATMEGA
- Linearisierung via Labview
- Zweiseitige Platine. Unten nur Masse (A und D natürlich nur über eine
kleine Brücke verbunden) und oben die Signale. Bei den sehr niedrigen
Signalen ggf. noch GND links und rechts neben der Leiterbahn.
- Wichtige Widerstànde wie von euch vorgeschlagen von Vishay mit
möglichst niedrigem TempCo.
- Styroporkappen auf alle ICs
- Geschirmtes, möglichst luftdichtes Gehàuse
- Trotz Beachtung niedriger Drifts wahrscheinlich trotzdem eine
Temperierung. Da die Hysterese des Reglers meist im Bereich von >=1K
liegt machen niedrige TempCo ja trotzdem sinn. Weiß jemand eine "all in
one" Lösung für die Temperierung (IC / Baugruppe)?


Liebe Grüße,
Dennis
 

Lesen sie die antworten

#1 Joerg
08/05/2008 - 22:47 | Warnen spam
Dennis Köhn wrote:
Heyho!

Bei mir hat sich studientechnisch aber vor allem im Privatleben einiges
getan, so daß ich den alten Thread leider einschlafen lassen mußte. Ich
habe eure zahlreichen Ratschlàge, für die ich sehr dankbar bin, aber
mehr als nur einmal durchgelesen und denke, der Nebel über dem Mysterium
RTD hat sich so langsam gelichtet. Nun muß es aber bald mal an den
Aufbau eines Messverstàrkers gehen, denn die Zeit für die Promotion
làuft schneller als mir recht ist... :(

Folgende Specs sollen es nun sein:

- Sensor: PT100
- Temperaturbereich: 20-220 °C (mit 20° Reserve also etwa 40-200 °C
Nutzbereich)
- Ratiometrischer Aufbau in 4-adriger Ausführung
- Auflösung <0.001 K

Das im letzten Thread von mir angeregte NI 9211 Thermoelement-Modul habe
ich in der Zwischenzeit getestet und es ist hier leider nicht brauchbar,
da die Temperatur um etwa +/- 0.1 K schwankte. Daher habe ich von einem
Berufskollegen ein EVAL-AD7794EBZ ausgeliehen bekommen, welches selbst
mit 0.42 mA und zweiadriger Konfiguration schon brauchbare 1 mK
Auflösung lieferte. Da dessen Schnittstelle (die des EVAL-Boards, nicht
die des ADC) jedoch nicht offen, habe ich mich anschließend also etwas
mit SPI via FT2232C beschàftigt. Dieser bringt eigene Probleme und
verlagert zeitkritische Operationen ins Labview, so daß aktuell an einem
ATMEGA16 gewerkelt wird. Dieser plaudert inzwischen schon SPI und
aktuell feilen wir an der RS232-Kommunikation...

Zum Messverstàrker habe ich mir folgende Gedanken gemacht, mit denen ich
leider noch nicht ganz zum Ziel komme. Vielleicht könnt ihr ja wieder
mit ein paar Anregungen helfen :) :


Der AD7793 scheint ein richtig guter ADC für meine Zwecke zu sein. Er
hat brauchbare Referenzen (ich möchte 1 mA nutzen), einen integrierten
Verstàrker und auch ansonsten gute Eigenschaften. Das einzige Problem
ist, daß der analoge Eingangsbereich bei Nutzung des AMP nur GND+0.1 V
bis (0.9*VRef)/Gain betragen darf. Mein PT100 hàtte ja nun bei 0°C
gerade mal 0.1 V und bei 200 °C 0.176 V. Sofern ich für GND die Masse
nutze, wàre ich also unterhalb der minimalen 300 mV :( .

In der folgenden Suche ist mir der AD7711 ins Auge gesprungen. Auch er
hat recht nette Daten, Referenzen, einen AMP... und seltsamerweise kann
er den vollen Bereich nutzen - wieso denn das? Wenn ich richtig gelesen
habe ist es doch auch ein sigma-delta-Wandler, oder?! An diesem Baustein
stören mich jedoch die niedrigen Referenzströme (0.2 mA) und, daß man
ihn extern takten müßte. Auch habe ich den 7794 getestst - den hier
nicht...

Also habe ich einen frühen Gedanken vorgekramt nàmlich den, das Signal
für den AD7793 extern zu vorzuverstàrken. Als OP ist mir dafür der
AD8628 aufgefallen. Dieser hat ein sehr geringes Rauschen, auto-zero und
kann auch mit single-supply betrieben werden. Allerdings habe ich keine
Ahnung, wie man den Gain bestimmt und auch etwas Sorge, daß dieser durch
externe Bauteile driften könnte. Vorteil des externen OP: Ich wàre nicht
wie beim Chipinternen auf Gain-Werte von 2^x festgelegt.


Was meint ihr zu den vorgeschlagenen Bauteilen - ist das schon das
Optimum für meine Zwecke oder habe ich das Ei des Kolumbus evtl.
übersehen? im Regal von Linear habe ich mich auch umgesehen, jedoch
paßten die AD ICs irgendwie immer etwas besser ins Konzept.


Am Rande noch die weiteren Ideen zum Verstàrker:

- Datenerfassung via ATMEGA
- Linearisierung via Labview
- Zweiseitige Platine. Unten nur Masse (A und D natürlich nur über eine
kleine Brücke verbunden) und oben die Signale. Bei den sehr niedrigen
Signalen ggf. noch GND links und rechts neben der Leiterbahn.
- Wichtige Widerstànde wie von euch vorgeschlagen von Vishay mit
möglichst niedrigem TempCo.
- Styroporkappen auf alle ICs
- Geschirmtes, möglichst luftdichtes Gehàuse
- Trotz Beachtung niedriger Drifts wahrscheinlich trotzdem eine
Temperierung. Da die Hysterese des Reglers meist im Bereich von >=1K
liegt machen niedrige TempCo ja trotzdem sinn. Weiß jemand eine "all in
one" Lösung für die Temperierung (IC / Baugruppe)?




Ganz auf die Schnelle: Massetrennung und kleine Bruecke D-A geht
normalerweise in die Hose. Das ergibt eine unerwuenschte Dipolantenne
plus einen Loop, der sich dann an der Verbindungsstelle mit allen
aufgefangenen Stoersignalen ergiesst.

Muss denn der PT100 auf Masse liegen? Je mehr Verstaerker da drin sind,
desto mehr Aerger kann es geben. Alte EMV Weisheit: What isn't there
will not sing or listen.

Datenfilterung: 100Hz und Oberwellen werden bei Euch beinahe
zwangslaeufig drin sein, daneben Druckaenderungen, zuknallende Tueren
etc. 0.001K ist schon recht herbe als Anfoerderung. Bei ganz
empfindlichen Geschichten macht man die Sache gar nicht auf DC, sondern
auf einem Traeger im Bereich einiger Hertz oder zig Hertz. Ob das mit
dem AD7793 geht, weiss ich auf Anhieb nicht, aber ich denke er wird die
Ref-Strom Erzeugung in AC nicht hinbekommen.

Ansonsten das uebliche, kein Luftzug, keine Vibrationen und die meisten
Keramik-C sind auch out. Bei 0.001K duerfte die Mikrophonik einer
draussen vorbeifahrenden Harley reichen. Handys im Umkreis von 50m oder
so sollten abgeschaltet sein, und satt abblocken dagegen. Also sauber
bis in den GHz Bereich. GSM ist in dieser Hinsicht ziemlich aetzend, ich
durfte deswegen schonmal eine Hotelnacht im Silicon Valley dranhaengen.

Gruesse, Joerg

http://www.analogconsultants.com/

"gmail" domain blocked because of excessive spam.
Use another domain or send PM.

Ähnliche fragen