Добрый день, всем.
Прошу совета. Покурил здесь подобные темы – проникся остротой реакции профи на повсеместный дилетантизм (я не исключение), поэтому постараюсь быть максимально конкретным в формулировке задачи.
Условия такие:
датчик температуры PT100, четырех проводной, с рождения на кабеле;
кабель длиной 10м, не экранированный, но есть выход с наконечником под винт, похоже на заземляющий провод, но он не звонится на корпус датчика;
диапазон измеряемых температур -40оС/+100оС (это ориентировочно, более точно еще буду уточнять)
среда измерения – готовый асфальт, т.е. дорожное покрытие (в некоторых случаях грунт или бетон)
необходимая точность +/-0,2оС (можно и более точно), максимальная точность нужна в районе 0оС (желательно +/-0,1оС), для точного определения точи замерзания.
«слушать» датчик будет МК, не важно какой, т.к. не планирую для этого использовать его аналоговую периферию, только «цифра».
Что необходимо:
Микросхема, которая сможет снимать показания датчика, c I2C интерфейсом (можно и SPI или UART, но не RS-485, т.к. МК и необходимый девайс будут на расстоянии мах.10 см друг от друга, т.е. лишний корпус конвертера просто не желателен). Желательно девайс уже со встроенными бортовыми опорными источниками. Бюджет до 6-8 баксов за корпус, но возможны варианты.
Начал было смотреть MCP3422, но как-то засомневался, что сделаю правильный выбор, т.к. на референсной схеме подключение 3-х проводного датчика…
В общем, прошу совет по выбору подходящей микросхемы. Заранее благодарен.

Годится любой СД-АЦП с двумя дифференциальными входами, 16 разрядов достаточно. И входам, принимающим кабель 10 м, разумеется нужна соответствующая защита.

Сигма-дельта АЦП, от 16р.
Например, моё любимое AD7708.
Из дополнительной обвески - точный опорный резистор (его точность будет определять крутизну), хотя бы 0,1%.
При ратиометрической схеме значение опоры неважно, главное чтобы не шумела.
Плюс дополнительная калибровка смещения в нуле по цельсию, раз там нужна максимальная точность.
Само собой, напрашивается тающий лед.
Как сейчас вижу, женщины вытаскивают с утра из морозилки замерзшие пластиковые бутылки, дубасят их от души, потом высыпают лед в баночки с мешалками, заливают водой..

Мне это мало о чем говорит, т.е. перед тем как написать сюда, я пошарился по ряду ДШ СД-АЦП и понял, что нуждаюсь в конкретных практических рекомендациях.
Вы имеете в виду ESD? Да, я планировал ставить что-то типа SMF05...
Для моего случая с его канальностью перебор. А например AD7705 подойдет?
Не спешите, я еще успею эти вопросы задать, сначала нужно с микрухой определиться

Сленг тут не приветствуется.
Точность будет во всем диапазоне примерно одинаковая. Сопротивление датчика характеризует температуру именно датчика. Поэтому мечта измерить температуру с такой точностью сбывается только у тех, кто может обеспечить очень хороший тепловой контакт с измеряемой средой и очень плохой со всем остальным миром. Еще вспомните, сколько нужно времени держать медицинский термометр подмышкой.

Я же написал, датчик закатывается в асфальт (полностью). Контакт с внешним миром остается только по проводам. И у меня не мечта, а задача (это к сленгу).
Инертность не столь важна в моей задаче, достаточно будет снимать показания раз в 5-10 минут.

В целом, не понял как ваш пост мне помог.
p.s. извините за сленг.

Тогда в комплекте должно быть еще и "одеяло" для укрывания датчика и проводов. Еще проблема может быть в наводках....
А АЦП - не проблема. Существует очень большое количество подходящих Вам АЦП. В том числе и внутри контроллера.
Вы не с того конца начинаете. Мне так кажется.



А масса Вашего термометра какая? Еще добавлю, что время измерения можно в несколько раз уменьшить, дождавшись совпадения зависимости температуры от времени с экспонентой.

Хорошо себя зарекомендовала схема Датчик - усилитель (хотя не обязательно) - преобразователь напряжение->частота - МК. Используем много лет (уж 6 вроде). Микроконтроллером просто считаем импульсы любым встроенным таймером-счетчиком. От времени счета будет зависеть точность. Используем преобразователь AD7740. Получаем точность разрешение порядка 0,05С при времени измерения если не ошибаюсь 0,3с. Это конечно с учетом того, что реализована динамическая калибровка. Баз нее - подул на плату и привет - 0,5-1 С в плюс или минус.

Не уверен, что понимаю о чем вы говорите, но все же хочу уточнить еще раз. Я не планирую использовать аналоговую периферию МК, т.к. блок с МК это что-то вроде логгера, к которому могут подключаться/не подключаться разные наборы устройств (в основном по RS), единственный аналоговый прибор это упомянутая Pt100. Это раз... Два - подключение 10 метров кабеля прямо к МК без развязки или соответствующих защит затея авантюрная, реализация этих защит совершенно не планируется. Три - в блоке с МК присутствует RF источник, с которым аналоговые сигналы точно не подружатся. Еще раз, я старался задачу описать максимально корректно, но все же думаю, что было бы лишним писать что не нужно, если написано что нужно.

~25г, диаметр 8мм, длина 100мм, нержавейка.

Это учту, спасибо. Но я бы хотел сначала определиться с микросхемой. Вы по AD7705 можете сказать подойдет/не подойдет для моей задачи?

Я думал о такой реализации, но пока не нашел понятного мне решения/схемы, банально хотя бы как подключать Pt100, я же писал, я дилетант в этих вопросах. Мало того у меня на МК реализован CTMU с дискретизацией до 1нс (можно и 330пс выжать). Если предложите схемное решение - буду признателен.

Маловаты габариты, и ток утечки заметный. Лучше что-то типа SMBJ10A, 4 провода — значит надо 4 штуки.


Старая и дорогая сама по себе, без учёта кварца, ещё и весьма крупногабаритного. На сегодняшний день AD7798, AD7792 и т.п. — лучшие для этой задачи.

Резистор тоже годится далеко не любой, а примерно такой.

Любое измерение сопротивления сводится к относительному (ratiometric), т.е. собираете последовательную цепь из двух резисторов — датчика и эталона — и, поскольку ток в такой цепи один, просто измеряете отношение напряжений на них двумя дифференциальными входами АЦП. Опорное напряжение АЦП в этом процессе никак не участвует, кроме локальной стабильности на этот период.

В реальности, АЦП имеют несколько ограничений. Входы обыкновенных СД-АЦП имеют низкое сопротивление, и для работы с такой схемой им нужен буферный усилитель — в АЦП фирмы AD они чаще всего есть, а у других фирм наоборот.

Входной диапазон у таких усилителей меньше, чем у небуферированных входов (например, на 300 мВ снизу и 1100 мВ сверху), что означает, что к данной последовательной цепи из двух резисторов придётся сверху и снизу добавить ещё пару простых резисторов, из расчёта, чтобы на каждом из них упало это нужное напряжение при максимальном сопротивлении датчика (минимальном токе цепи).

Ну и, на элементах защиты, т.е. на данных ограничителях, при их работе случается достаточно большое напряжение, больше питания схемы, и для исключения протекания тока, превышающего паспортный, в цепи открывающихся при этом защитных диодов входов АЦП требуются последовательные с ними резисторы — от 2 кОм и больше.

Plain, спасибо за ценные советы!
У нас она в полтора раза дороже, за 10 баксов переваливает, но я еще поищу...
Так а как все таки подключать четырех проводной термометр к одному диф.входу?
И какая функция у пятого провода в кабеле?

Неплохо смотрится ADC AD7790. Ратиометрическое измерение я реализовал, включив опорный резистор последовательно с измеряемым, напряжение на опорном резисторе -> +/-REFIN, напряжение на сенсоре -> +/- AIN. Раз четырехпроводное включение - "токовую" пару в цепь опорного резистора, а с пары "напряжение" - на AIN.

Потребление по входу REFIN небольшое, поэтому не сильно искажает результат.

Вполне.
Кварц можно не ставить, тактовую частоту завести с контроллера.
Насчет входного сопротивления - в буферированном режиме оно огромно. Особенно по сравнению с Pt100.

Зря вы Таню не слушаете.

А можно об этом подробнее? График бы какой посмотреть, или где почитать?

График будет абсолютно идентичен графику заряда (напряжения от времени) на конденсаторе, подключенном к источнику постоянного (но неизвестного пока) напряжения через резистор.
Это а пределе. А на деле...
Там еще несколько RC-цепочек. Но через некоторое время процесс будет определяться наибольшей постоянной времени. Если мы ее найдем, то сможем найти и равновесное значение напряжения (температуры).
Все это справедливо только при стабильном резисторе (стационарной теплопроводности) и напряжении (температуре).


Я бы посоветовала специализированные АЦП для мостов и т.п. - с изменяемой полярностью возбуждения. Таким образом можно избавиться от влияния паразитных термоэдс. Так как спешить Вам некуда, то с малым потреблением.
Рассмотрите еще вариант с близкими к датчику АЦП и контроллером, который уже передает данные посредством токовой петли. Или еще каким-нибудь помехоустойчивым способом.

Не получится, кабель резать не дадут. Как вариант, могу попробовать кабель пустить в металлическом заземленном гофрошланге. Еще уточнение, практически весь кабель будет на ходиться примерно в одной температурной зоне (+/-1оС).

Еще добавлю. Если нужно, то можно запитывать датчик повышенным током, но кратковременно. Немного уедет градуировка. но это поправимо.

Почему РТ100? Для этого диапазона температуры подойдёт ТСМ.
Необходимая точность ...+/-0,2оС (можно и более точно)... должна быть соозмерима с условиями измерения. У вас измеряется температура асфальта. Какие условия для проведения процесса измерения - постоянство внешних условий - вы можете обеспечить?
При поверке датчиков температуры выдаётся документ, в котором указан тип датчика и его соответствие ТУ (ГОСТ), которое сразу определяет погрешность. Это стандартная ошибка большинства разработчиков измерительной техники - не обращают внимание на ТУ применяемого датчика температуры. Дополнительную погрешность вносит защитный кожух датчика температуры.
Для датчика ТСП100 первого класса точности формула погрешности плюс минус 0.15 градуса с дополнителной погрешностью плюс минус 0.003*измеряемая температура.
Для датчика ТСП100 второго класса точности погрешность плюс минус 0.3 градуса плюс дополнительная погрешность. Это уже больше той погрешности, которую вы планируете получить.
Конечно, на этапе самообразования этого можно не "замечать", но, когда придёт время сертифицировать прибор, всё сказаннное выше всплывёт и помешает вам получить документ на измерительный прибор. Вы получите устройство, который будет называться "Индикатор температуры".

Требование заказчика. К тому же именно этот датчик изготавливается производителем именно для этой задачи.
Тут я не очень понимаю о чем вы... Какие именно условия вы имеете ввиду? Для компенсации сопротивления проводов применяется четырех проводная схема включения. В условиях эксплуатации системных эл.магн. помех не будет... А что еще?
Это вы зря... DIN 43760 B (±0.08°C)

Решил выбирать экспериментально. Пока удалось приобрести только AD7705 (AD7792 и AD7798 еще в дороге).
Планирую его включать по вот этой схеме:

Источник тока для этой схемы:

Источник тока в общем-то и не нужен. Резистор и все дела. Блокировочными конденсаторами по входам обвесить не забудьте. А чтобы зря не греть датчик, используйте импульсную запитку, тем более что инерция у всей системы солидная.

1,3. РТ100 и DIN43760 это про один и тот же датчик? Если так, то нужно конкретно называть тип датчика. Я писал про стандартный термометр сопротивления. Вероятно, вы назвали тип термочувствительного элемента...
2. Условия для измерения должны описывать время переходных процессов установления температуры датчика с необходимой точностью и дополнителные погрешности, связанные с этими названными процессами. Температура чувствительного элемента термодатчика будет равна температуре объекта с заданной точностью, если температура объекта не изменится, через расчётное время переходного процесса установления названной температуры.
Для минимизации погрешностей нужен постоянный и плотный контакт датчика температуры с измеряемой средой и постоянство этой температуры за время измерения.
Если температура объекта изменяется, грубо говоря, быстрее, чем пройдёт переходный процесс установления температуры датчика, то результат измерения будет иметь непредсказуемое значение погрешности...
Если эти условия невозможно учесть, то это обязательно нужно обсуждать с заказчиком и результат переговоров зафиксировать в акте. Иначе вы берётесь разработать термометр и должны гарантировать точность измерения, которую физически невозможно обеспечить по независящим от вас причинам.

То VNS
Запросил сертификат на термометр. Скорее всего есть только не местный, в общем, жду...
Переходной процесс один - в момент монтажа. Среда очень инертна, время изменения среды несравнимо больше времени измерения, я же писал.
Опять же - я писал, прочтите первый пост.
Заказчик достаточно лояльный, по необходимости можем переподписать ТЗ.

То rx3apf
Можете прояснить почему? Я как бы на референс в ДШ ориентируюсь... И если не источник тока, то каким напряжением питать, 2.5В?
Делаю все согласно ДШ.

Питать можно любым напряжением... Нужно только сделать так, чтобы напряжение на (ток в) датчике не превышало (сильно) величину из его бумажки и напряжение на нем и на опорном резисторе получилось удобное для АЦП.

Если напряжение на опорном резисторе вписывается в диапазон допустимых значений для REFIN - то зачем еще источник тока ? Ну да, цифры в даташите приведены для конкретных значений опорников, вне этих цифр производитель не гарантирует характеристики, но на практике все вполне пристойно. Хотя надо проверять, не всегда можно доверять (вот на ADS7829 я нарвался на совершенно непристойное поведение, ни в какие рамки не вписывающееся). 7705 мне сильно не понравился - и шумит, и норовит продетектировать наводки от собственного тактового генератора. И самокалибровки эти... А 7790 - только положительные впечатления (тьфу-тьфу...)

Источник еще и шуметь сильно будет. Столкнулся недавно - вместо желаемой 0.005C получал в 10 раз хуже.

Вы можете измерять с очень большой скоростью температуру датчика...
Но это никак не изменит время установления его температуры. Вот, к примеру, если температура среды растет с постоянной скоростью, то показания термометра будут всегда отставать от показаний идеального термометра - с бесконечно малыми теплоемкостью и размерами и с идеальным тепловым контактом со средой. Но ее можно правильно предсказать даже в неидеальном случае...

Есть АЦП с микроконтроллером на борту, с 51 ядром (ADUC8xx) или ARM (ADUC7xxx), как раз для этого заточено и есть примеры для работы с RTD.

To Tanya
... и, если я правильно вас понял, это отставание устанавливается эмпирически один раз и записывается в передаточную функцию навсегда.
То Lagman
Я думаю, это перебор и с точки зрения надежности и с точки зрения ТЗ и функционала прибора.

Пошуруйте поиском- если не ошибаюсь, было уже про то как просто и легко все измеряется с единственном эталонном резистором, никакие генераторы тока не нужны. тем более при четырехпроводке. ничего хитрого нет.

Про ТУ-не ТУ: Не относится это к задаче. Задача состоит в измерении сопротивления в пределах от (xxx) Ом до (yyy) Ом с точностью не хуже (zzzz) Ом. Ну и, понятно, про саморазогрев не забывать. Для этого измеряете быстро и малым током. насколько быстро и насколько малым- это уже конкретный датчик берете и читаете & считаете.

Я бы еще сказал что AD7192 избыточен (я его обычно в более универсальных случаях беру), лучше возьмите AD7788, совершенно достаточен для измерения сопротивления, и дешевле будет.

Насчёт продолжающихся неоднократных советов сэкономить и измерять второе напряжение входом REF, а не буфером — такой способ годится только для грубой оценки температуры.

Как-нибудь аргументировать сможете ? А "грубая оценка", по-Вашему - это сколько ?

Вот схема, проверенная временем. Для вашей точности это хороший вариант для старта.
R5 - опорный резистор. Он должен быть высокостабильным (10ppm или лучше). Его точность - побоку. Устраняется калибровкой.
UPD. Запамятовал. Tanya напомнила. Схема для Pt1000. Для Pt100 надо R4, R1 соответственно уменьшить

А вот я бы не стала такое предлагать начинающим - напряжение на датчике всего-то 10 милливольт - изменение на десятую градуса будет 4 микровольта. Опорное напряжение - 500 милливольт. Квант для 16 разрядов - 7 микровольт. Еще вспомним про термоэдс. Такое с трудом бы пролезло для килоомного датчика.

Не спешите с выводами. Присмотритесь к схеме получше.

Куда смотреть-то? Все глаза проглядела.

С точки зрения необходимости подавления помех схема должна быть дополнена или изменена.
1. Линии +U,-U и +I,-I должны быть соединены витыми парами. Заземление точки -I в месте установки датчика переносится на плату.
2. Кожух датчика соединяется с экраном и отдельной динией соединяется с корпусом прибора.

Буду пробовать подключаться вот так, покритикуйте пожалуйста.
По моим расчетам получается 18.25uV/0.1оС и 7.91uV/квант (если нигде не ошибся, конечно)



Это не возможно, т.к. датчик уже с кабелем (уже писал).
Подскажите лучше, что может быть за 5-ый провод на кабеле, который на корпус термометра не звонится, а кабель при этом без экрана...

При ратиометрических измерениях результат - код АЦП - безразмерная величина, равная отношению сопротивлений. О каких микровольтах вы ведете речь?

Да о тех самых микровольтах, которые дрейфуют от температуры снаружи и внутри АЦП. Это реальная физическая величина. Не хотите попробовать сделать микровольтовый на всю шкалу (с десяток микровольт на опорном и измерительном резисторах) измеритель отношения сопротивлений со (скрытым от нас) квантом АЦП в фемтовольтовом диапазоне?
На продажу.

В среднем 0,3 градуса, подробнее здесь.

На практике с 7790 я получил на порядок лучше и в интересующем меня диапазоне нелинейности не заметил. Pt500, опорник 1000 Ohm. 0.3 (на самом деле вдвое лучше) я получал с MCP3301, у которой вход опорника гораздо прожорливее, это сказывалось на результате, но нелинейность все равно не мешала и все убиралось калибровкой по одной точке.

Если годится SPI, то AD7792 (16 бит) или AD7793 (24 бита), прекрасны АЦП, с встроенными источниками тока для питания резистивных датчиков, встроенный источник опорного напряжения, встроенный термодатчик (здесь не нужен, но на всякий случай он там есть). В качестве опорного резистора можно использовать резистор типа C2-29 с погрешностью 0,1%.