Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Please add exception to AdBlock for elektroda.pl.
If you watch the ads, you support portal and users.

Stabilna źródło prądowe dla PT100

PicLikeds 20 Jun 2021 21:50 942 16
  • #1
    PicLikeds
    Level 3  
    Cześć,

    Szukam w sieci sprawdzonego układu źródła prądowego dla zasilania czujnika PT100 (z reguły jest to prąd 1mA)



    Temperatura mierzona 0-150*C
    Podłączenie 3 przewodowe w celu skompensowania przewodu łączącego czujnik oraz samych złącz


    Owszem, są przykłady na LM334 oraz dość popularnym TL431, jednak spotkałem się z wypowiedzią innych, że należy stosować jakieś zabiegi, ponieważ źródła pracują od 10mA inni zaś proponują wykorzystanie LM4041 w układzie Howland i jako początkujący elektronik czuje się zagubiony, co wybrać do swojego projektu

    Ciekawie wygląda propozycja od Microchip-a. http://ww1.microchip.com/downloads/en/appnotes/00687c.pdf U mnie przetwornikiem będzie przetwornik MCP3424, który bezpośrednio może zostać użyty do pomiaru spadku napięcia na PT100 (bez wzmacniaczy operacyjnych) to znacząco upraszcza konstrukcję.

    Po prostu proszę kolegów o zaproponowanie, który schemat i jaka koncepcja będzie wystarczająca do pomiarów obarczonych błędem niestabilnego źródła rzędu max +- 2*C
    Producenci krzemu, co chwila wymyślają coraz nowocześniejsze układy, może na rynku jest coś co zastępuje wyżej wspominane źródło prądowe i jest dokładniejsze ?
  • #3
    zdziwiony
    Level 24  
    Może zainteresuje Cię MAX31865 dostępny w TME za niecałe 33pln. Jedyna niedogodność to że jest w obudowie TQFN. 15 bitów rozdzielczości. Zasilanie 3.3V. Komunikacja po SPI. Prosta aplikacja.
    Po chwili...
    Sorry Maciej był szybszy.
  • #4
    PicLikeds
    Level 3  
    Dziękuje koledzy, za szybka odpowiedz. Niestety mam już na tyle zaprojektowany układ że muszę wykorzystać I2C i wspomniany wcześniej przetwornik. Wiec układ Max niestety odpada.
  • #5
    jarek_lnx
    Level 43  
    Ja bym użył układu jak poniżej, albo układu na LM4041,
    układ poniżej można wykonać na tańszych, mniej dokładnych elementach
    Stabilna źródło prądowe dla PT100
    Schemat pochodzi z noty aplikacyjnej:
    https://www.ti.com/lit/pdf/sbva001
    Zaletą układu jest prostota i mała liczba precyzyjnych rezystorów - 1

    Quote:
    Owszem, są przykłady na LM334
    LM334 jest zależny od temperatury i wymaga kompensacji.
    Quote:
    oraz dość popularnym TL431

    Da się zrobić.
    Quote:
    , jednak spotkałem się z wypowiedzią innych, że należy stosować jakieś zabiegi, ponieważ źródła pracują od 10mA
    Kiedy nie masz własnej wiedzy czytanie opinii innych tylko za miesza ci w głowie :) Gdyby podawali fakty mógł byś się do tego odnieść, ale podają opinie nie poparte faktami.
    10mA to prąd minimalny źródeł na LM317
    Quote:
    inni zaś proponują wykorzystanie LM4041 w układzie Howland
    Wadą układu Howlanda jest duża liczba precyzyjnych rezystorów.

    Na samym LM4041 można zrobić bardzo proste źródło prądowe:
    Stabilna źródło prądowe dla PT100

    Quote:

    Ciekawie wygląda propozycja od Microchip-a. http://ww1.microchip.com/downloads/en/appnotes/00687c.pdf
    Wzmacniacz różnicowy też wymaga czterech precyzyjnych rezystorów.[/quote]
  • #6
    Mkrasuski
    Level 20  
    MCP3424 nie jest najlepszym wyborem w takiej aplikacji:
    1. minimalny zakres pomiarowy +/-256mV (Uref/PGAmax), natomiast sygnał użyteczny z PT100 dla 1mA przyjmuje 100...150mV czyli faktyczna rozdzielczość (liczba użytecznych kodów ADC) wyniesie ok: log(2)(50/256 * 2^17) = 14,7 bitów
    2. nie ma możliwości realizacji pomiaru ratiometrycznego który jest znacznie mniej wrażliwy na jakość źródła prądowego.

    Jeżeli wymagane jest I2C to dużo lepszy byłby przetwornik ADS122C04 - ma już wbudowane dwa precyzyjne regulowane źródła prądowe (IDAC) przydatne przy 3-przewodowym podłączeniu PT100.
    Przy pojedynczym czujniku PT100 do rozważenia jest też ADS1220 i AD7124-4 oraz wspominany przez Kolegów MAX31865 ale one są z SPI

    Jeżeli upierasz się przy 'dyskretnym' rozwiązaniu, to jakiś czas temu zaprojektowałem i przetestowałem coś takiego:

    Stabilna źródło prądowe dla PT100


    Udało się uzyskać nie najgorsze parametry:
    początkowa dokładność źródeł prądowych: ~0.4%
    nierównowaga źródeł: 0.57uA wyznaczona jako średnia różnic z 2x16k pomiarów przez 6h

    Koszt: trochę trudny do oszacowania, to był element większego projektu ale raczej nieopłacalne, szczególnie biorąc pod uwagę czas jaki poświęciłem na budowę i pomiary
    Odpowiednio dobrany, nowoczesny przetwornik wyjdzie taniej i dokładniej

    Zresztą sam piszesz:
    PicLikeds wrote:
    Producenci krzemu, co chwila wymyślają coraz nowocześniejsze układy,

    dlaczego z nich nie korzystać???
  • #7
    PicLikeds
    Level 3  
    jarek_lnx Dzięki za podesłanie układu dla LM4041
    Quote:
    Zaletą układu jest prostota i mała liczba precyzyjnych rezystorów - 1

    Precyzyjna tzn jaka dokładnie? W TME przy obudowie 0603 bo takie wykorzystuję w swoich projektach i mam ich najwięcej w domowych zasobach występuje tolerancja 1% 0,5% i 0,1% Czy 1% wystarczy ? Przypomnę tylko, że nie buduję tutaj hiper dokładnego urządzenia do laboratorium, ma to mierzyć temperaturę i sterować piecem, panelem solarnym i klimatyzacją.


    Quote:
    oraz dość popularnym TL431

    Da się zrobić.

    To zostanie jako moja alternatywa:) A z układu Howlanda na razie podziękuję.
    Quote:
    Na samym LM4041 można zrobić bardzo proste źródło prądowe:

    Pytanie na ile to jest stabilne, czy wystarczy do mojego zastosowania ?

    Mkrasuski Tak się składa, że mam akurat te przetworniki od MCP i chciałbym wykorzystać w tym projekcie. Kolejna sprawa, to fakt, że na PCB o wymiarach 5x6 cm chciałbym zmieścić od 6 do 8 kanałów RTD oczywiście co się da w SMD po obu stronach. Przy 14 bitach rozdzielczości powinienem uzyskać jedno miejsce po przecinku licząc z grubego palca na szybko, więc nie jest najgorzej
    niestety ADS122C04 nie jest w moim zasięgu cenowym, na dzień dzisiejszy 1 szt. kosztuje blisko 40 zł x 12 kanałów jakie mam docelowo do wykonania robi sporą sumę podobnie z MAX31865 ok 22 zł
  • #9
    jarek_lnx
    Level 43  
    PT100 ma czułość 0,4%/°C jak chcesz dokładność ±2°C to wystarczy że źródło będzie miało stabilność lepszą niż ±0,8%, to nawet nie wymaga precyzyjnych rezystorów. Pytanie czy będziesz to kalibrował, czy chcesz żeby układ osiągnął zadaną dokładność bez kalibracji.
  • #10
    PicLikeds
    Level 3  
    Mam dostęp do piecyka kalibracyjnego, wiec mogę przeprowadzić kalibrację nawet w kilku punktach.
  • #11
    Mkrasuski
    Level 20  
    Charakterystyka PT100 to wycinek paraboli (IEC 60751, Callendar-Van Dusen)
    W postulowanym zakresie 0..150°C lepszym przybliżeniem liniowym jest k=0,382 [Ω/°C]

    Korekta: k=0,385 [Ω/°C] daje mniejszą średnią nieliniowość
  • #13
    PicLikeds
    Level 3  
    @ Mkrasuski

    Quote:
    Korekta: k=0,385 [Ω/°C] daje mniejszą średnią nieliniowość


    Dziękuję, wezmę to pod uwagę, przy pisaniu programu i obliczeniach

    @ trymer01 - jeśli chodzi o termoparę, to również brałem to pod uwagę, ale część PT100 mam już zainstalowane (np. zabetonowane w ogrzewaniu podłogowym) dlatego też próbuję zaprojektować do nich moduł.

    Zdecydowałem się na aplikację z noty Microchip-a wstępnie tak to się prezentuję. Różnica taka, że zastosowałem typowy układ napięcia odniesienia MCP1525 oraz przetwornik w nocie był MCP3201 a u mnie będzie to MCP3424
    Mam pytania co do wartości rezystorów, czy R13, R11, R12, i R7 muszą być tak dokładne, czy mogę zastosować zbliżone wartości, dostępne w typoszeregu 0603 tolerancji 1% ?


    Stabilna źródło prądowe dla PT100
  • #14
    maciej_333
    Level 37  
    R13 powinien być równy R9||R10 (powinno się od tego jeszcze odjąć rezystancję czujnika) dla zrównoważenia rezystancji widzianej przez oba wejścia U1.3. Nie jest to bardzo krytyczny element. Reszta rezystorów pracuje w filtrze dolnoprzepustowym. Nie są krytyczne. Gorzej jednak z R7 i R8. Wzmocnienie (dla napięcia stałego) filtra aktywnego na U1.4 to ku4=-R8/R7. Stąd będzie to miało znaczenie dla napięcia stałego na wejściu przetwornika A/C.
  • #15
    PicLikeds
    Level 3  
    Czyli wstawiając w miejscu R13 50k układ powinien w miarę poprawnie pracować na domowe potrzeby :)? Gorzej będzie z 3,09k przy R7 - może podłącze dwa rezystory szeregowo ? Wówczas łatwiej będzie mi trafić zbliżoną rezystancję z klasy 1% rezystorów.Należy jeszcze pamiętać, że sam MCP3424 ma możliwość programowego wzmocnienia, może dało by się pogodzić te dwie rzeczy, tzn włączyć programowe wzmocnienie MCP i dobrać R7 zbliżony typoszeregiem dostępności 1% oporników.
  • #17
    User removed account
    Level 1