Простой усилитель для датчика PT100 Опции

[koluna]

Здравствуйте!

Посоветуйте, пожалуйста, схему простого усилителя для измерения температуры с помощью двухпроводного PT100.
Требуется схема с однополярным питанием +5 В.

Диапазон температур: 0-300 гр. Ц.
Точность: не более 1 гр. Ц. Можно и ниже.

Сейчас используется схема с двухполярным питанием +5 В / -5 В (приведена ниже).
Терморезистор включается в нижнее плечо резистивного делителя.
Наиболее волнующий вопрос - чем приведённая схема по своим качествам отличается от схемы обычного неинвертирующего усилителя?

Как я понимаю, если использовать однополярное питание, придётся организовать смещение входного сигнала для усилителя?

Благодарю заранее!

Эскизы прикрепленных изображений

 

[_Pasha]

Гугл выводит на некрочиповские аппликухи. Еще для пущей стабильности можно вместо МСР602 использовать AD8552

[stells]

Наиболее волнующий вопрос - чем приведённая схема по своим качествам отличается от схемы обычного неинвертирующего усилителя?
Как я понимаю, если использовать однополярное питание, придётся организовать смещение входного сигнала для усилителя?

да практически ничем. смещение у Вас и так есть, нужно только его изменить при использовании однополярного питания - уменьшить суммарное сопротивление R4R33 до (скажем) 91Ом, чтобы можно было от 0 градусов измерять. для точности 0,3% питать датчик нужно от источника тока, у Вас получится не более 2%

[Tanya]

Здравствуйте!
Точность: не более 1 гр. Ц. Можно и ниже.

Стандарт - мост + инструментальный усилитель.
В зависимости от того, температуру какой среды Вы собираетесь измерять и требуемой точности, можно рассеивать на датчике различную мощность. Соответственно выбираются номиналы резисторов моста. Баланс должен быть в середине диапазона - около 150 С. Меньше влияние нелинейности будет.

[stells]

скачайте себе книжку полезную: "Методы практического конструирования при нормировании сигналов с датчиков"
http://autex.spb.ru/sensor99.php3

Сообщение отредактировал stells - Mar 19 2010, 08:03

[koluna]

Железка пока недоступна.
Упростил схему по-максимуму и промоделировал в микрокепе (схема приведена ниже).
Сделал следующие выводы.

При использовании TL062 (только сейчас заметил, что в схеме нарисована LM358, а в железке впаяна TL062) с однополярным питанием +5 В не удаётся получить линейную передаточную характеристику в требуемом диапазоне сопротивлений!
Видимо, выходные каскады TL062 не могут обеспечить сигнала близкого к нулю...
А если входной сигнал смещать, то, наверное, будет трудно подобрать нормальный коэффициент усиления (на выходе должно быть не более 1.1 В).

Промоделировал с LM358 - гораздо лучше!
Пока предполагаю использовать данную схему с ОУ LM358 (или ещё получше какой ОУ подобрать, чтобы передаточная характеристика ещё линейней была).
На втором ОУ, наверное, соберу источник тока.

да практически ничем. смещение у Вас и так есть, нужно только его изменить при использовании однополярного питания - уменьшить суммарное сопротивление R4R33 до (скажем) 91Ом, чтобы можно было от 0 градусов измерять.

Ну да... как-то так
Ещё R5, R31 увеличить, чтобы коэффициент усиления уменьшить. А то ограничивает сверху сильно...

для точности 0,3% питать датчик нужно от источника тока, у Вас получится не более 2%

Источник планирую сделать на втором ОУ в этом же корпусе...
2% от диапазона температур?

Стандарт - мост + инструментальный усилитель.

Про это мы знаем
Схема нужна простая, дешёвая. Большой точности не нужно...

скачайте себе книжку полезную: "Методы практического конструирования при нормировании сигналов с датчиков"
http://autex.spb.ru/sensor99.php3

Спасибо. Обязательно почитаем

Эскизы прикрепленных изображений

 

[ukpyr]

генератор тока + диф.усилитель
если нужна действительно нормальная точность без калибровки - берите нормальные ОУ с минимальным смещением AD85xx, OPA3xx/23xx, MCP60x

Сообщение отредактировал ukpyr - Mar 24 2010, 08:22

Эскизы прикрепленных изображений

 

[Tanya]

Про это мы знаем
Схема нужна простая, дешёвая. Большой точности не нужно...

Ну, раз Вы сами с усами, то не буду говорить, что Ваша схема - дрянь.

[firstvald]

Там в 6 сообщении если уж берется ОУ с двумя операми, нижний конец 1 кОм резюка не к земле а к выходу другого опера сделайте. Тот , второй опер, включается как повторитель , а на его вход подается с делителя такое напряжение, чтобы при нижнем диапазоне измерения температуры ваш усилитель на выходе дал немного больше нуля (чтобы полнее шкалу ацп дальше использовать).


 1111.BMP ( 18.07 килобайт ) Кол-во скачиваний: 239



Пы сы По настоящему самой большой дрянью, с которыми я встречался, были магнитофоны Весна, Парус (первое место) и телевизор Таурас.

Прикрепленные файлы

 1111.BMP ( 18.07 килобайт ) Кол-во скачиваний: 52

 

[koluna]

Там в 6 сообщении если уж берется ОУ с двумя операми, нижний конец 1 кОм резюка не к земле а к выходу другого опера сделайте. Тот , второй опер, включается как повторитель , а на его вход подается с делителя такое напряжение, чтобы при нижнем диапазоне измерения температуры ваш усилитель на выходе дал немного больше нуля (чтобы полнее шкалу ацп дальше использовать).

Идея понятна.
Но LM358 на выходе не даст получить менее 100 мВ.
А 100 мВ как раз в этой схеме соответствует 0 гр. Ц.
Великовато смещение получается.
Можно, конечно, ИОН на меньшее напряжение сделать для смещения. Или без второго ОУ уменьшить ещё сопротивление нижнего резистора.
Но, думаю, плохо получится...

генератор тока + диф.усилитель
если нужна действительно нормальная точность без калибровки - берите нормальные ОУ с минимальным смещением AD85xx, OPA3xx/23xx, MCP60x

Как я понимаю, на схеме слева ИОН для источника тока, а справа - сам источник тока.
А для чего R45, если можно просто увеличить R46?
Как вы строите диф. усилитель и подключаете датчик?

Сообщение отредактировал n_bogoyavlensky - Mar 24 2010, 18:50

[ukpyr]

А для чего R45, если можно просто увеличить R46?

опрное напряжение задается ШИМом контроллера, дополнительная фильтрация не помешает

Как вы строите диф. усилитель и подключаете датчик?

там использовался внутренний усилитель ATMega32 в диф. режиме. Датчики (до 4х штук) подключались через коммутатор 74hc4052 (один канал коммутировал ток, второй - напряжение с датчика (подключение по двухпроводной схеме)). Для максимального использования диапазона АЦП можно добавить диф.усилитель, на отрицательный вход подать напряжение, соответствующее минимальному сопротивлению датчика.

[VCO]

Посоветуйте, пожалуйста, схему простого усилителя для измерения температуры с помощью двухпроводного PT100.
Требуется схема с однополярным питанием +5 В.

ИМХО усилитель не нужен ваще! Делаете источник тока на ОУ и биполярном NPN транзисторе, отличающийся от классического тем, что PT100 и эталонный резистор включены последовательно в цепь эмиттера транзистора, причём сначала PT100, затем эталонные 100 Ом, а коллектор транзистора подключен к +5В. На + ОУ подаёте ИОН 2В, а на – - напряжение эталонника. Остаётся только резистором в цепи базы подобрать режим транзистора.
Т.О. имеете в цепи эмиттера напряжение эталонника 1В и напряжение термодатчика и абсолютно одинаковый ток для обоих резисторов.
Проверено на практике, работает стабильно и точно. Единственное специальное требование - операционник Rail-to-Rail.

[stells]

Делаете источник тока на ОУ и биполярном NPN транзисторе

а в чем же здесь простота? ОУ, ИОН... если в схеме есть контроллер, то просто - это вот так:

используется встроенный ОУ, нелинейность схемы порядка 1%, которую кстати можно еще программно компенсировать и учесть температурную нестабильность при использовании встроенного температурного датчика. связь с индикатором или внешним миром по SPI/I2C

Сообщение отредактировал stells - Mar 25 2010, 06:24

[VCO]

[quote name='stells' post='735106' date='Mar 25 2010, 08:48']а в чем же здесь простота? ОУ, ИОН... если в схеме есть контроллер, то просто - это вот так:

А как у Вас осуществляется стабилизация напряжения питания, которую, как я понял Вы используете как ИОН.
Кроме того, платиновый резистор у Вас будет находиться в слаботочном режиме, а рекомендован ток 10 мА.
Да ичто-то я не понял, как по такой схеме обеспечить необходимую точность 1 градус в диапазоне от 0 до 300,
может объясните?

Причина редактирования: Излишнее цитирование. Т.

[stells]

А как у Вас осуществляется стабилизация напряжения питания, которую, как я понял Вы используете как ИОН.
Кроме того, платиновый резистор у Вас будет находиться в слаботочном режиме, а рекомендован ток 10 мА.
Да ичто-то я не понял, как по такой схеме обеспечить необходимую точность 1 градус в диапазоне от 0 до 300,
может объясните?

датчик используется 702-102BBB-A00, его номинальный ток 0,2мА, на 10мА будет саморазогрев наверное. меня интересовал температурный диапазон -5+60С, точность 1 градус, нелинейность не хуже 1%. стабилизация напряжения - линейник или ИОН (по необходимости), резисторы 1% (ТКС=200ppm), ИОН АЦП контроллера - внутренний 1,1В. в чем Вы видите косяк?

Сообщение отредактировал stells - Mar 25 2010, 08:16

[VCO]

ИОН АЦП контроллера - внутренний 1,1В. в чем Вы видите косяк?

Да не в чём, просто в начале темы речь идёт именно PT100 и точности его измерения 1/300 (стало быть точность измерения сопротивления платинового датчика должна быть не хуже 0,1%). У Вас же другой случай.
Тогда для упрощения и удешевления могу предложить просто включить PT100 и эталонные 100 Ом последовательно к +5В и измерять падения одновременно или с минимальной задержкой по времени, чтобы нестабильность, шумы и пульсации не сказались на измерениях. Ток при этом будет не более 25 мА, саморазогрев датчика и эталона - минимальные. Измерение пересчитываем в соотношение, затем в температуру. Дёшево и сердито, но я бы так не стал делать, рекомендации производителей не просто так даются!

Сообщение отредактировал YIG - Mar 25 2010, 10:40

[Tanya]

Да не в чём, просто в начале темы речь идёт именно PT100 и точности его измерения 1/300 (стало быть точность измерения сопротивления платинового датчика должна быть не хуже 0,1%).

Сказано было - точность хуже 1 К. У платины ТКС (грубо) - 0.4%/К. Если датчик не в воздухе болтается, то питать можно импульсно.

[stells]

Да не в чём, просто в начале темы речь идёт именно PT100 и точности его измерения 1/300

да, у автора другая задача. я просто привел пример, который может помочь по-другому взглянуть на решение

[vvs157]

Ток при этом будет не более 25 мА, саморазогрев датчика и эталона - минимальные.

Далеко не все PT100 по паспорту могут работать с такими токами. У некоторых допустимый ток на порядок ниже.

[VCO]

Далеко не все PT100 по паспорту могут работать с такими токами. У некоторых допустимый ток на порядок ниже.

Не вопрос: ставим эталон от 400 до 1000 Ом и увеличиваем разрядность АЦП (это для одновременного измерения) или ставим подгрузочный резюк на 300 и более Ом (это для последовательного измерения) и снова увеличиваем разрядность АЦП, где на подмогу придёт старый-добрый MSP430 от TI.

[vvs157]

Не вопрос: ставим эталон от 400 до 1000 Ом и увеличиваем разрядность АЦП

http://cds.linear.com/docs/Datasheet/2400fa.pdf
Рис. 38 и рис. 39

[АНТОН КОЗЛОВ]

Разве такие датчики включают еще по двухпроводной схеме?

Сообщение отредактировал АНТОН КОЗЛОВ - Mar 26 2010, 05:42

[vvs157]

Разве такие датчики включают еще по двухпроводной схеме?

Если датчик не удаленный, то почему бы и нет

[Tanya]

Если датчик не удаленный, то почему бы и нет

Точно. По мере удаления добавляют провода. Сначала - третий, а потом - и четвертый.

[VCO]

Если ещё автор темы откажется от напряжения 5 Вольт и прейдёт на 1.8 - то ваще кошерно выходит делитель из PT100 и эталонных 100 ОМ с минимальной разрядностью АЦП.

[koluna]

опрное напряжение задается ШИМом контроллера, дополнительная фильтрация не помешает

Для фильтрации ШИМ используется только RC-цепь? Какая частота?

там использовался внутренний усилитель ATMega32 в диф. режиме. Датчики (до 4х штук) подключались через коммутатор 74hc4052 (один канал коммутировал ток, второй - напряжение с датчика (подключение по двухпроводной схеме)).

У нас тоже напряжение с датчиков на усилитель коммутируется 4052. Два датчика.

Для максимального использования диапазона АЦП можно добавить диф.усилитель, на отрицательный вход подать напряжение, соответствующее минимальному сопротивлению датчика.

Как в посте №9?
При наличии хорошего усилителя, типа рекомендованного MCP60x
С LM358 не получается...
Микрочиповские аппноуты читал. Но, хорошие усилители дороговато выходят...

Ток при этом будет не более 25 мА, саморазогрев датчика и эталона - минимальные.

Я думаю, при таком токе что-либо мерить смысла нет... будет жуткий саморазогрев.
Рекомендуемый ток - 250 мкА. Можно больше, но не более 1 мА.

Разве такие датчики включают еще по двухпроводной схеме?

Включают по разным схемам...
Расстояние от нашего датчика до усилителя сантиметров 20 максимум, по известной мне информации, и провода, вроде толстенные...
Хотя что там понакрутят наши конструкторы в конечном итоге - вопрос интересный...

Сообщение отредактировал n_bogoyavlensky - Mar 26 2010, 20:36

[ukpyr]

Для фильтрации ШИМ используется только RC-цепь? Какая частота?

8M / 32

Но, хорошие усилители дороговато выходят...

а сколько стоит весь аппарат ?

[VCO]

Я думаю, при таком токе что-либо мерить смысла нет... будет жуткий саморазогрев.
Рекомендуемый ток - 250 мкА. Можно больше, но не более 1 мА.

0,0625 Ватт - не просто жуткая, а ужасная мощность страшной разрушительной силы! Ядерный гриб - цветочки против такой мощи!
А если сельёзно, то Ваш ток также не исключает включение всех датчиков с эталоном последовательно на вход 16-24 битового АЦП.

[koluna]

0,0625 Ватт - не просто жуткая, а ужасная мощность страшной разрушительной силы! Ядерный гриб - цветочки против такой мощи!

Ужасная/не ужасная, но превышение рекомендованного тока приводит к саморазогреву однозначно, а это на точность влияет. Правда, насколько сильно не знаю...

А если сельёзно, то Ваш ток также не исключает включение всех датчиков с эталоном последовательно на вход 16-24 битового АЦП.

Только этот АЦП по стоимости сравним со стоимостью всей платы целиком...

а сколько стоит весь аппарат ?

Не знаю...
Но по сравнению со стоимостью железа аппарата, стоимость пары усилителей, скажем, по 100 рублей - ничто.

[АНТОН КОЗЛОВ]

Точно. По мере удаления добавляют провода. Сначала - третий, а потом - и четвертый.

Шутники-эстремисты. Четыре провода цепляют не задумываясь. По мере удаления начинают шевелиться мыслишки об аппаратуре с несущей частотой.

[koluna]

там использовался внутренний усилитель ATMega32 в диф. режиме. Датчики (до 4х штук) подключались через коммутатор 74hc4052 (один канал коммутировал ток, второй - напряжение с датчика (подключение по двухпроводной схеме)).

Как я понимаю, у Вас схема, аналогичная ниже приведённой?
Реализовал калибровку вдобавок.
Как Вы подключали датчики к коммутатору и усилителю?
Объединили у всех датчиков один из выводов (общая цепь) и непосредственно подключили к одному из входов диф. усилителя МК, а к другому входу диф. усилителя - цепь с выхода коммутатора?

Эскизы прикрепленных изображений

 

[ukpyr]

Как я понимаю, у Вас схема, аналогичная ниже приведённой?

да, только датчики подключены по трехпроводной схеме :



датчики с выходом напряжения (TMP36, HIH4000 и т.д.) подключаются на вход напряжения, выход тока в таком случае не задействован.

[koluna]

да, только датчики подключены по трехпроводной схеме :

А резисторы R19-R26 зачем?
Кстати, 3-4 проводный датчик делается просто припаиванием дополнительных проводов или используется датчик с имеющимися 3-4 проводами?

[Tanya]

А резисторы R19-R26 зачем?
Кстати, 3-4 проводный датчик делается просто припаиванием дополнительных проводов или используется датчик с имеющимися 3-4 проводами?

Естественно, припаиваются или привариваются Ваши провода. Провода должны быть идентичными, если их 3. Это используется.

[dac]

Естественно, припаиваются или привариваются Ваши провода. Провода должны быть идентичными, если их 3. Это используется.

даже если три одинаковых провода, надо учитывать что точность даже 1% обеспечивается при сопротивлении линии связи не более 1 Ом, для полного исключения влияния - 4-проводка.

[Tanya]

даже если три одинаковых провода, надо учитывать что точность даже 1% обеспечивается при сопротивлении линии связи не более 1 Ом, для полного исключения влияния - 4-проводка.

Это не так. Откуда Вы взяли число 1?

[АНТОН КОЗЛОВ]

использовался внутренний усилитель ATMega32 в диф. режиме.

В атмеге внутренний диф. усилитель имеется? Давно не брал я карты в руки.

[ukpyr]

В атмеге внутренний диф. усилитель имеется?

yes:

– 8-channel, 10-bit ADC
• 8 Single-ended Channels
• 7 Differential Channels in TQFP Package Only
• 2 Differential Channels with Programmable Gain at 1x, 10x, or 200x

[АНТОН КОЗЛОВ]

yes:

Это классно.

[Rockstein]

Может уже кто писал, я мельком тему побежал, в общем я делал так. Напряжение с иона поступает на вход ОУ включенного по инвертирующей схеме, причем сам датчик PT100 стоит в обратной связи. Получается через датчик течет постоянный ток, а напряжение на датчике вылазит на выходе ОУ с обратным знаком.

Если нужен положительный сигнал, то ион должен быть отрицательным (инверт. включение оу). Я просто включал ценердиод от негативного полюса к массе.

Недостаток, датчик одним концом на виртуальной земле.

[АНТОН КОЗЛОВ]

напряжение на датчике вылазит на выходе ОУ с обратным знаком.

Если нужен положительный сигнал, то ион должен быть отрицательным (инверт. включение оу). Я просто включал ценердиод от негативного полюса к массе.

Недостаток, датчик одним концом на виртуальной земле.

Недостаток в двухпроводности. Для полного счастья к выводам датчика подключают еще инстр. усилитель. Делов то.