Проблемы со схемой измерения температуры при помощи датчика Pt100 Опции

[akaWolf]

Здравствуйте!

Выкладываю схему измерения температуры при помощи датчика Pt100 по трехпроводной схеме, который подключается к разъему P5.

Ток подается на неинвертирующий вход инструментального усилителя (перерезана дорожка).
При экспериментальной проверке был не удалось добиться напряжения на выходе AD623 выше 2.3В.
Схема была тщательно проанализирована, в результате чего были сделаны следующие выводы:
1. Для питания AD623 требуется двуполярное питание, для чего предлагается применить DC-DC, позволяющий получить отрицательное напряжение.
2. Для правильной работы компенсации сопротивления проводов требуется два источника тока: на инвертирующий и на неинвертирующий входы усилителя.
3. Элементы C41, R60, C23 не нужны.
4. Резистор R13 должен подключаться к GND, а не к выходу повторителя на U7C.
5. Между S1 и U7D ставится дифференциальный усилитель с КУ = 1, на инвертирующий вход которого подается напряжение с выхода U7C, а на неинвертирующий -- с выхода S1.

Для питания схемы использовался DC-DC преобразователь.

При работе устройства наблюдалось следующее явление: с течением времени (ну, допустим, около полчаса) показания АЦП, снимаемые с TEMP_TS1, достаточно сильно «плавали».
Экспериментально было выяснено, что это происходит из-за DC-DC преобразователя, который ещё к тому же и грелся.
Не совсем понятно, почему и как такое могло происходить из-за DC-DC.
Пока что предположение такое: шумы, генерируемые DC-DC, изменяющиеся при нагреве, интегрировались в инструментальном усилителе AD623, и давали такие результаты. Только ведь там достаточно много фильтров и линейный преобразователь.

Буду рад критике схемотехники и моих выводов по её изменению.

[_Pasha]

А вот заменить AD623 на AD8551? Они хоть и шумят своим автозеро, но отфильтровать жеж можно... И питание можно не городить.

[MaxPIC]

1. Для питания AD623 требуется двуполярное питание, для чего предлагается применить DC-DC, позволяющий получить отрицательное напряжение.

А зачем DC-DC? Ток потребления у AD623 совсем маленький. Я бы посмотрел в сторону Charge Pump преобразователей: http://www.ti.com/paramsearch/docs/paramet...NODE_STRY_PGE_T

А вот что касается шумов, я бы рекомендовал посмотреть топологию в части обратных земляных токов и шумов по земляным цепям. Тем более, что у Вас 2 земли.
А что касается схемотехники, я убрал бы L3 и L5. И конденсаторы C6, C44 перевернул бы, так как полярность подключения электролита нарушена.

[Plain]

Если есть АЦП, то вся эта куча деталей не имеет абсолютно никакого смысла. Разве что это некая подневольная лабораторная работа.

Для измерения RTD в общем случае нужно всего лишь собрать последовательную цепь из него и эталона, подключить к ней обычное постоянное напряжение (т.е. никакое не супер-пупер опорное, а просто локально стабильное; и такого же качества достаточно подать на опроный вход АЦП) и дальше просто измерять отношение напряжений на них, т.е. делать два измерения и деление результатов друг на друга. Для трёхпроводной схемы нужно три измерения — т.е. плюс напряжение на сопротивлении провода.

В реальности, у СД-АЦП на входе буферы, у которых есть свои ограничения, так что требуется сузить динамический диапазон этой последовательной цепи на соответствующие типовые 300 мВ с обеих шин, т.е. добавить в неё сверху-снизу пару простых резисторов.

[akaWolf]

А вот заменить AD623 на AD8551? Они хоть и шумят своим автозеро, но отфильтровать жеж можно... И питание можно не городить.

Что-то не вижу в DS на AD8551 Maximum output voltage vs. common-mode voltage...

А зачем DC-DC? Ток потребления у AD623 совсем маленький. Я бы посмотрел в сторону Charge Pump преобразователей: http://www.ti.com/paramsearch/docs/paramet...NODE_STRY_PGE_T

Да, спасибо, это вариант.

А вот что касается шумов, я бы рекомендовал посмотреть топологию в части обратных земляных токов и шумов по земляным цепям. Тем более, что у Вас 2 земли.
А что касается схемотехники, я убрал бы L3 и L5. И конденсаторы C6, C44 перевернул бы, так как полярность подключения электролита нарушена.

Конденсаторы на плате, конечно, стоят верно...
Я убирал L3, L4, L5, на плавании результатов это никак не отразилось.
Почему Вы не предложили убрать L4? По DS он вроде бы не нужен...

Если есть АЦП, то вся эта куча деталей не имеет абсолютно никакого смысла. Разве что это некая подневольная лабораторная работа.

Для измерения RTD в общем случае нужно всего лишь собрать последовательную цепь из него и эталона, подключить к ней обычное постоянное напряжение (т.е. никакое не супер-пупер опорное, а просто локально стабильное; и такого же качества достаточно подать на опроный вход АЦП) и дальше просто измерять отношение напряжений на них, т.е. делать два измерения и деление результатов друг на друга. Для трёхпроводной схемы нужно три измерения — т.е. плюс напряжение на сопротивлении провода.

В реальности, у СД-АЦП на входе буферы, у которых есть свои ограничения, так что требуется сузить динамический диапазон этой последовательной цепи на соответствующие типовые 300 мВ с обеих шин, т.е. добавить в неё сверху-снизу пару простых резисторов.

Спасибо. Но мне важна точность. У меня ADC не внешний, кол-во каналов ограничено.
Минусы прямого подхода к измерению RTD:
Точность зависит от эталона.
Точность зависит от тока, втекающего в ADC. У инструментального усилителя этот ток очень маленький.

[Tanya]

Ток подается на неинвертирующий вход инструментального усилителя (перерезана дорожка).

При экспериментальной проверке был не удалось добиться напряжения на выходе AD623 выше 2.3В.

Схема была тщательно проанализирована, в результате чего были сделаны следующие выводы:

Буду рад критике схемотехники и моих выводов по её изменению.

Скажите сначала, ... эту схему Вы где взяли, зачем дорожку резали, что Вы вообще хотите измерять и каким датчиком.

[Plain]

Точность зависит от эталона.

Прописная истина. Эталонов в Вашей схеме аж 10 штук, так что условно можете или 10 раз вычесть из Вашей точности по единице, или один раз поделить её на 10.

[akaWolf]

Скажите сначала, ... эту схему Вы где взяли, зачем дорожку резали, что Вы вообще хотите измерять и каким датчиком.

Схема досталась по наследству именно в таком виде, который я выкладываю...
История её, насколько я понимаю, начиналась отсюда путем модификации схемы на fig. 5.
Ну если не резать дорожку, то инструментальный усилитель бы вообще не измерял температуру (когда источник тока на -IN), а так (источник тока на +IN) он её измеряет, хоть и не работает коррекция сопротивления проводки.
Датчик температуры ДТС044-Pt100 от Овена. Измерять температуру.

Прописная истина. Эталонов в Вашей схеме аж 10 штук, так что условно можете или 10 раз вычесть из Вашей точности по единице, или один раз поделить её на 10.

Ну тут погрешность измерений мультипликативно зависит от погрешности эталона. Хотя просто решается калибровкой.
А от тех сопротивлений она нелинейно зависит...
В общем, согласен. Но всё же применение инструментального усилителя оправдано, на мой взгляд.

Сообщение отредактировал akaWolf - Nov 28 2012, 08:16

[Intelaida]

Здравствуйте, akaWolf. Хотелось бы взглянуть непосредственно на компоновку платы, если есть такая возможность. Возможно, проблема не со схемой вовсе.

[Tanya]

Схема досталась по наследству именно в таком виде, который я выкладываю...
История её, насколько я понимаю, начиналась отсюда путем модификации схемы на fig. 5.

В общем, согласен. Но всё же применение инструментального усилителя оправдано, на мой взгляд.

Там схема нормальная. А у Вас - нет. И ОУ у Вас паршивенькие. И усиливаете Вы (зачем в 10 раз?) с помощью ИУ напряжение на подводящем проводе, удачно выплескивая ребенка.

[С_Ч]

Офигеть!!! Да там три детали нужны. Источник питания, источник тока и хороший инструментальный усилитель. Не ищите спасения в интернете, думайте своей головой.

[MrYuran]

Офигеть!!! Да там три детали нужны. Источник питания, источник тока и хороший инструментальный усилитель.

Две детали. Один точный резистор, один обычный.
А нет, точно три. Ещё конденсатор на вход АЦП. АЦП желательно 16р минимум.

Если делать усилитель, то инструментальный не катит вообще.
Надо честный ДУ городить

[akaWolf]

Там схема нормальная. А у Вас - нет. И ОУ у Вас паршивенькие. И усиливаете Вы (зачем в 10 раз?) с помощью ИУ напряжение на подводящем проводе, удачно выплескивая ребенка.

Согласен, схема там правильная. И компенсация проводов должна работать нормально.
А у меня -- нет. Поэтому и предлагаю такой вариант изменения схемотехники:

1. Для питания AD623 требуется двуполярное питание, для чего предлагается применить DC-DC, позволяющий получить отрицательное напряжение.
2. Для правильной работы компенсации сопротивления проводов требуется два источника тока: на инвертирующий и на неинвертирующий входы усилителя.
3. Элементы C41, R60, C23 не нужны.
4. Резистор R13 должен подключаться к GND, а не к выходу повторителя на U7C.
5. Между S1 и U7D ставится дифференциальный усилитель с КУ = 1, на инвертирующий вход которого подается напряжение с выхода U7C, а на неинвертирующий -- с выхода S1.

В данном случае ведь должна работать компенсация проводов?
А какие посоветуете не паршивенькие ОУ?
Кстати, чем обусловлен выбор R7 в том AN?

Офигеть!!! Да там три детали нужны. Источник питания, источник тока и хороший инструментальный усилитель. Не ищите спасения в интернете, думайте своей головой.

А что с точностью будет?

Две детали. Один точный резистор, один обычный.
А нет, точно три. Ещё конденсатор на вход АЦП. АЦП желательно 16р минимум.

Если делать усилитель, то инструментальный не катит вообще.
Надо честный ДУ городить

Почему инструментальный не катит? На оба входа источник тока референсный, тогда вроде бы должен работать как надо.

Файл печатной платы, Altium 10.
 PCB1.zip ( 177.59 килобайт ) Кол-во скачиваний: 79

[vvs157]

Две детали. Один точный резистор, один обычный.
А нет, точно три. Ещё конденсатор на вход АЦП. АЦП желательно 16р минимум.

А температурозависимое сопротивление длинных проводов как собираетесь компенсировать?

[Tanya]

Согласен, схема там правильная. И компенсация проводов должна работать нормально. А у меня -- нет. Поэтому и предлагаю такой вариант изменения схемотехники: В данном случае ведь должна работать компенсация проводов? А какие посоветуете не паршивенькие ОУ? Кстати, чем обусловлен выбор R7 в том AN? А что с точностью будет? Почему инструментальный не катит? На оба входа источник тока референсный, тогда вроде бы должен работать как надо.

Если хотите модифицировать Вашу схему правильно и использовать ИУ, то проще всего добавить еще один провод - получится 4-проводная схема. ИУ будет просто и непосредственно измерять напряжение на платиновом резисторе.
Вы, похоже по Вашим вопросам, не вполне понимаете, как это все должно работать.
Как Вам уже подсказали, проще всего использовать сигма-дельта АЦП и схему из его даташита. Только нужно учесть, что ток через датчик нагревает его. Поэтому номиналы будут зависеть от потребной Вам точности измерения и диапазона.
R7 (раз Вы спрашиваете) выбран таким для компенсации падения напряжения на 100к резисторах из-за входных токов ОУ.

[akaWolf]

Как Вам уже подсказали, проще всего использовать сигма-дельта АЦП и схему из его даташита. Только нужно учесть, что ток через датчик нагревает его. Поэтому номиналы будут зависеть от потребной Вам точности измерения и диапазона.
R7 (раз Вы спрашиваете) выбран таким для компенсации падения напряжения на 100к резисторах из-за входных токов ОУ.

Спасибо.

Если хотите модифицировать Вашу схему правильно и использовать ИУ, то проще всего добавить еще один провод - получится 4-проводная схема. ИУ будет просто и непосредственно измерять напряжение на платиновом резисторе.
Вы, похоже по Вашим вопросам, не вполне понимаете, как это все должно работать.

То есть трехпроводная схема подключения датчика будет неправильно работать, если на входы инструментального усилителя подключить по референсному источнику тока I1 = I2 = I = const?
Если да, то почему?

[Tanya]

То есть трехпроводная схема подключения датчика будет неправильно работать, если на входы инструментального усилителя подключить по референсному источнику тока I1 = I2 = I = const?
Если да, то почему?

Как это? Токи куда должны течь? И зачем..., если да.

[akaWolf]

Как это? Токи куда должны течь? И зачем..., если да.

Сейчас только один источник тока на +IN...
Вот так:

По моим расчетам, вот так должно правильно работать.
Токи текут по сопротивлениям RW1, RW2, RW3, RT. Для измерения падения напряжения на RT и для компенсации падений напряжения на RW1-RW3.

[Tanya]

По моим расчетам, вот так должно правильно работать.

А по моим расчетам тут все видно без расчетов....
Увы!

Токи текут по сопротивлениям RW1, RW2, RW3, RT. Для измерения падения напряжения на RT и для компенсации падений напряжения на RW1-RW3.

Так текут неуклюже, что трудно себе это представить...
Вот скажите, зачем Вам это нужно? Вот в одном (Вами вышеприведенном) даташите все было правильно, в других (бесчисленных) даташитах на АЦП тоже все правильно, а Вы что-то оригинальное сочиняете.
Зачем?

[MrYuran]

А температурозависимое сопротивление длинных проводов как собираетесь компенсировать?

Ну тогда ещё один конденсатор

"температурозависимое сопротивление длинных проводов" это такие блохи по сравнению с их обычным сопротивлением..
Достаточно компенсировать просто сопротивление проводов.
Неважно, насколько и от чего оно зависимое.
Для этого есть третий провод. Получаем два напряжения: падение на терморезисторе с проводом и отдельно падение на проводе.

[akaWolf]

Так текут неуклюже, что трудно себе это представить...

Вы совершенно правы, извиняюсь, ночью, я не подумав и абсолютно не соображая, нарисовал схему.
Я имел ввиду вот это:

Итак, нам нужно узнать сопротивление при известных референсных токах и .
Тогда по правилам Кирхгофа получаем:
, (1)
. (2)
Если предположить, что
, (3)
то из (1) и (2) получаем
, (4)
что и требуется.

Вот скажите, зачем Вам это нужно? Вот в одном (Вами вышеприведенном) даташите все было правильно, в других (бесчисленных) даташитах на АЦП тоже все правильно, а Вы что-то оригинальное сочиняете.
Зачем?

Потому что схема, представленная мною выше в аппноте, не заработала у моих предшественников, они её решили модифицировать, получив то, что я выкладывал в первом посте темы. Мне она досталась именно в таком виде.

[Herz]

В общем, согласен. Но всё же применение инструментального усилителя оправдано, на мой взгляд.

Чем оправдано, на Ваш взгляд?

Ну тогда ещё один конденсатор

"температурозависимое сопротивление длинных проводов" это такие блохи по сравнению с их обычным сопротивлением..
Достаточно компенсировать просто сопротивление проводов.
Неважно, насколько и от чего оно зависимое.

Если бы это было так, было бы достаточно одной простой регулировки. Или можно было бы даже обойтись без неё, считая, что смещение постоянно.

Потому что схема, представленная мною выше в аппноте, не заработала у моих предшественников, они её решили модифицировать, получив то, что я выкладывал в первом посте темы. Мне она досталась именно в таком виде.

И где логика? Вы пытаетесь привести в чувство странную "модифицированную" схему предшественников, у которых даже оригинал не заработал. Вместо того, чтобы вернуться к проверенному готовому решению, рекомендованному действительно специалистами.

[Tanya]

что и требуется.

Теперь лучше. Только зачем... Зачем делать еще один прецизионный источник, выравнивать их токи, если можно просто добавить еще один провод? Если уж Вам так хочется использовать ИУ. Только и ИУ Вы выбрали плохонький.
Тут нужен с "нулевым дрейфом".
Вы бы еще сказали, в каком температурном диапазоне и с какой точностью Вы хотите измерять температуру. И чью.

[vvs157]

"температурозависимое сопротивление длинных проводов" это такие блохи по сравнению с их обычным сопротивлением..

ТС не озвучил диапазон температур. Предположим - до 500С. Также не ясно, на какой длине эти провода находятся при темературе датчика и где они идут дальше и какая у них может быть температрура (как пример - датчик в теплице, а провода идут через улицу) и какая нужна точность. И ТКС у меди и платины одного порядка.

PS
И какое отношение имеет конденсатор к компенсации сопротивления проводов?

[MrYuran]

ТС не озвучил диапазон температур. Предположим - до 500С.

Платиновым датчиком?
А паять его тогда чем?

PS
И какое отношение имеет конденсатор к компенсации сопротивления проводов?

А я обычно на входы АЦП ставлю, "на всякий"

[С_Ч]

А температурозависимое сопротивление длинных проводов как собираетесь компенсировать?

Ребяты, ну учите матчасть. Если питаете током, то никакое сопротивление проводов не важно!

[MrYuran]

(как пример - датчик в теплице, а провода идут через улицу)

Но они же вместе идут, не так ли? То есть, измерив сопротивление одного, мы подразумеваем, что у второго такое же.

[Herz]

Ребяты, ну учите матчасть. Если питаете током, то никакое сопротивление проводов не важно!

Улыбнуло... Матчасть, что ли, поучить, в самом деле?

[akaWolf]

Чем оправдано, на Ваш взгляд?

Более высокой точностью при корректной схематике.

И где логика? Вы пытаетесь привести в чувство странную "модифицированную" схему предшественников, у которых даже оригинал не заработал. Вместо того, чтобы вернуться к проверенному готовому решению, рекомендованному действительно специалистами.

Да, Вы правы, это странно. Но, во-первых, насколько я понимаю, при помощи изменении таким образом схемы, можно получить более высокую точность измерений, а во-вторых, просто интересно разобраться...
Возможно, вернусь к проверенному готовому решению и проверю сам. Это действительно логично.

ТС не озвучил диапазон температур.

Вы бы еще сказали, в каком температурном диапазоне и с какой точностью Вы хотите измерять температуру. И чью.

В диапазоне от 0 до 200 градусов Цельсия с точностью 1%.

Только зачем... Зачем делать еще один прецизионный источник, выравнивать их токи, если можно просто добавить еще один провод? Если уж Вам так хочется использовать ИУ.

Думал, что датчики с тремя проводами более распространены, чем датчики с четырьмя..

Сообщение отредактировал akaWolf - Nov 29 2012, 15:25

[Tanya]

В диапазоне от 0 до 200 градусов Цельсия с точностью 1%.

В процентах чего?
В данном случае неправильно так говорить. Вот если бы Вы использовали мостовую схему с балансом в нуле Цельсия, то это имело бы какой-то смысл.

Думал, что датчики с тремя проводами более распространены, чем датчики с четырьмя..

Датчики разве продаются с проводами?

Более высокой точностью при корректной схематике.

Это почему?

[vvs157]

Платиновым датчиком?
А паять его тогда чем?

Обжим во втулке. Есть еще высокотемпературные припои с Тпл >600C.

Датчики разве продаются с проводами?

Honeywell HEL-711 например, бывает с 2-мя и 3-мя проводами. http://sensing.honeywell.com/index.php?ci_id=50012

[akaWolf]

В процентах чего?

Ну от 0 до 200 градусов +/-2 градуса.

Датчики разве продаются с проводами?

Ну купленные в "Овен СПб" уже с проводами...

Это почему?

ИУ по сравнению с ДУ обладает более высоким ослаблением синфазного сигнала, меньшими входными токами и т.д.
Подумал, что это было бы полезно в прецизионных измерениях.

[Herz]

ИУ по сравнению с ДУ обладает более высоким ослаблением синфазного сигнала, меньшими входными токами и т.д.
Подумал, что это было бы полезно в прецизионных измерениях.

Ну, в Вашем случае это ничего не даёт. Разве что "и т.д."...
Зато может навредить.

[akaWolf]

Зато может навредить.

А чем оно навредить может?

[Herz]

А чем оно навредить может?

Неудачным выбором ИУ. Ведь, кроме достоинств, у них есть и недостатки. И, как Вы сами видите, они обычно дороже, требуют двуполярного питания...

[MrYuran]

Ну от 0 до 200 градусов +/-2 градуса.

Можно было вообще не париться ни с усилителями, ни с источником тока.