Convertitore Sonde Pt 100

[davideversari]

salve,

vorrei sottoporre al forum un quesito circa le pt100

premetto sono un ing meccanico che a volte sconfina in semplici problematiche di elettronica.

produco strumenti meteoreologici, come anemometri, banderuole,e semplici termometri con sonde temperature integrate, tipo lm235 per capirci.

vorrei provare le pt100 e rimanere "economico"

Ho letto tanti post sulle pt100 ; soprattutto quelli con gli accesi dibattiti di un moderatore Livio Orsini.

Mi ha incuriosito un concetto:

dato che mi sembra di avere capito che per convertire l'impedenza di questi sensori in mA oppure Volt

si debba ricorrere a sofisticati circuiti che comprendono alimentazione sonda con corrente e tensione controllate, amplificatori ecc, il tutto

condito da innumerevoli occasioni di incrementare l'errore della lettura temperatura durante la conversione ed amplificazione causa

inevitabili offset ed imprecisione dei componenti allora, e questa e' la mia domanda , secondo voi chi realizza quegli stupendi sensori

temperatura per impieghi metereologici, tipo delta ohm...nesa ....young, come fa a garantire in tabella caratteristiche una precisione del

tutto simile, anzi identica, a quella della semplice sonda, anche se poi a questa integrano il convertitore?

e' possibile che il convertitore che hanno realizzato sia privo di errori, limitando quindil'errore del sensore+convertitore al semplice errore sonda

come da classe pt100?

inoltre, e qui mi riferisco alle risposte del moderatore Livio Orsini, che spero tanto mi legga, dato che piu' volte consiglia l'utilizzo di convertitori

gia' fatti e pronti e certificati ,peraltro stupendi, come fanno i produttori dei sensori sopra a realizzare quella precisione ed a metterla in spazi 20 volte inferiori al case

dei convertitori che si trovani gai' assemblati in commercio?

altro dato non trascurabile e' che il costo di un convertitore varia tra 100/200 euro, mentre in commercio ci sono sonde con convertitore integrato a meno di 200 euro, pt100 1/3DIN.

c'e' qualcosa che mi sfugge!

forse esistono dei circuiti integarti che integrano tutte le funzioni di un convertitore di qualita' ?

o forse che fa produzione ha fatto sviluppare un circuito integrato dedicato?

oopure chi vende questi prodotti racconta storie?

cosa ne pensate ?

davide

[Livio Orsini]

Vediamo di dare un po' di risposte.

La termoresistenza PT100 è, per sua natura, stabile e precisa però ha la sua tolleranza. Cito a memoria, quindi potrei anche non essere completamente esatto, ma la precisione delle sonde viene data, secondo le varie classi, da un minimo di +/- 0.03^oC a 0^oC e +/- 0.08^oC a 100^oC sino a +/- 0.3^oC a 0^oC e +/- 0.8^oC a 100^oC.

Questa precisione può essere solo degradata dai circuiti di misura.

Il primo elemento di errore è costituito dal cavo di collegamento; il cavo ha una sua resistenza che varia con il variare della temperatura. Sembra poco ma un cavetto di soli 10 m di rame da 0.25 mm² di sezione ha una resisteza a 25^oC pari a 1.38 ohm; se si pensa che a 25^oC il differenziale ohm/gradi vale 0.375 ohm per grado l'errore è maggiore di 3^oC.

Per eliminare questo errore si ricorre al collegamento a 3 fili o, meglio, a quello a 4 fili; questo tipo di collegamento, in unione alla circuitazione di misura. annulla la resistenza del cavo.

Per leggere il valore di resistenza della sonda si inserisce la medesima in un classico ponte resistivo, o semiponte, alimentato a corrente costante. Per linearizzare al meglio la variazione di resistenza in funzione della temperatura, perchè le PT100 sono quasi lineari, in un campo tra 0 e 150^oC, ma non sono completamente lineari, si possono usare dei ponti asimmetrici, oppure introdurre dei fattori di correzione a lettura avvenuta.

La corrente che alimenta il ponte deve essere piuttosto contenuta per evitare il fenomeno di autoriscaldamento della sonda. COn correnti inferiori a 1mA si può considerare ininfluente l'autoriscaldament sulla misura.

La topologia di amplificazione può essere semplice o complicata, dipende dagli scopi della misura. Io ho proposto un paio di interfacce molto semplici che permetto no una discreta precisione ed una buona stabilità. Sono però inadatti per misure estremamente precise. Per questo tipo di prstazioni bisogna ricorrere a componenti specialistici molto stabili, precisi e.....molto costosi. Attualmente il migliore è prodotto, a mio giudizio, da Texas Instruments.

Come fanno certi produttori a costruire interfaccie piccolissime? Semplicemente usando componenti utraminiaturizzati con montaggio SMD.

Spero di aver dato rispsosta a buona parte dei dubbi che ti assillano.

[davideversari]

buongiorno Livio,

si e' tutto chiaro; immaginavo e speravo SMD!

inoltre confermi quello che pensavo; ossia che i produttori di sensori scrivono un po quello che gli fa comodo nelle caratteristiche! non me lo aspettavo pero' da alcuni noti marchi!! tutto qua !

comunque i tuoi schemi li ho visti.

pensavo di usare una sonda pt100 1/3 DIN precisone +/- 0,1 C a 0C.

quindi per precisione buona del tuo circuito cosa intendi, o meglio di quanto potrei peggiorare la precisione del sistema di misura?

inoltre, dato che il campo di misura sara' -50/50 C con l'aspettativa di avere 0 volt a -50C e 5,0 volt a 50C pensi che il tuo circuito postato a fine agosto sia adattabile?

ultima cosa, x i componenti dedciati di alta qualita' , immagino super costosi, di texas intendi dei differenti Operazionali immagino ?

davide

[Livio Orsini]

Il circuito è adattabile anche se è previsto per la gamma 0 - 100^oC; bisogna lavorare un po' sui valori di un paio di resistori.

La precisione nel breve periodo è quella della sonda, poi ci sono le derive nel tempo, queste dipendono dalla componentistica usata.

Gia sostituendo gli ampli LM324 CON DEGLI OP1, si ha un miglioramento; poi se si usano resistori di precisione che hanno una stabilità più elevata le cose migliorano ancora.

[davideversari]

di nuovo grazie per la pronta risposta.

posso chiederti una cosa personale, data la mia limitztezza nel campo elettronico, per carita' qualcosa capisco ed un pcb me lo so fare anche da solo, ma tu lavori ancora ...fai consulenze ?

te lo chiedo cosi' spudoratamente perche' non voglio scroccare la tua competenza ne le tue conoscenze

e nemmeno diventare scemo per capire qualcosa che sconfina davvero troppo per me , in un campo dove occorre un certo livello di esperienza.

la mia domanda e' : potresti svilupparmi il circuito in modo professionale? fornendomi sia lo schema che la componentistica piu' adatta alle due configurazioni, tipo precisione buona/ discreta e precisione professionale?

non so se questa domanda esca dallo spirito di condivisione del Forum ? forse un po Si!

se cosi' fosse chiedo immediatamente scusa, e cerco soluzione alternativa alla mia problematica .

saluti

davide

[Livio Orsini]

Cosa intendi per "il circuito in modo professionale"?

Il circuito pubblicato è per applicazioni amatoriali ed è "così come è".

Per applicazioni professionali son necessarie tutte le certificazioni, lavoro non facile, lungo e costoso. A questo punto viene a costare meno usare interfaccie già pronte come queste

[davideversari]

ok, capisco perfettamente il tuo ragionamento.

per fortuna che le sonde generalmente me le acquistano dei soggetti che non mi richiedono certificazioni CE o ISO particolari, perloppiu' privati , quindi posso provare il tuo circuito che hai postato ad Agosto

sperando in un errore aggiuntivo di max 0,1C! per me sarebbe gia' un passo avanti rispetto ai sensori temp integrati che sino ad ora ho usato!

(in caso poi potrei migliararlo con degli Operazionali migliori, o perfezionarlo)

in tal caso posso chiederti le seguenti cose tanto per capire se ho compreso il tuo circuito?

1) dovro' realizzare un circuito a parte che mi dia una Vref 2,047 immagino? (ne ho gia' fatti non sarebbe un problema )

2) gli LM234 vedo che hanno il piedino 4 con +10Vdc mentre il piedino 11 -5Vdc; per -5Vdc intendi il negativo di una alimentazione a parte 5Vdc?

3) j3, sonda pt100 , 3 fili; quella che sto usando ha perlappunto tre fili due rossi ed uno bianco; uno dei due rossi penso sia la compensazione della resistenza filo

nel tuo schema le connessioni sono su pin 1 2 3 . per caso i due rossi vanno su 1 e 2 mentre il bianco su 3 ?

4) al capo dove c'e' scritto temp1 leggo la tensione?

in ultimo mi dai una dritta su quali resistenze devo modificare per avvicinarmi a -50C = 0Vdc +50 = 5,0 Vdc?

mille grazie per il tuo interesse

davide

[Livio Orsini]

1. L'alimentazione è +10V / -5V (-10V); cioè trattasi di alimentazione duale con zero centrale, classica per operazionali.
   
2. Il Vref 2047 mV è un'uscita perchè serviva per altri circuiti. La tensione è geenrata dallo zener di precisione LM4040.
   
3. I due rossi sono connessi allo stesso capo della PT100, vanno collegati a 1 e 2;l'altro capo è il bianco e va collegato al 3
   
4. R18 aggiusta il fondo scala; R7 lo zero. Se non riesci ad azzerare solo con il potenziometro varia il valore di R13 in modo da far pesare di più l'offset.
   

[davideversari]

Come sempre molto chiaro.

Per l'alimentazione duale dovro' un po' lavorarci sopra . Immagino ci saranno integrati preposti a gestire questa cosa. La precisione Dell alimentazione e' fondamentale?

comunque non penso che avro' problemi.

Se riesco nella cosa posto magari qualcosa sul forum .

Grz

Davide

[Livio Orsini]

Basta usare un 7812 e un 7912 così hai alimentazione a +12V e -12 V. Ma puoi usare anche altri regolatori, i valori di tensione non sono fondamentali: +10 V e - 5V sono i valori che ho scelto io perchè sono i più adatti alla bisogna. Comunque la serie 78xx regola i valori positivi, mentre la serie 79xx quelli negativi.

[davideversari]

tornando al miglioramento prestazioni, penso usero' impedenze 0,1%, mentre per l'operazionale immagino che uno dei fattori principali di cui tenere conto sia un basso Offset? e' corretto o c'e' qualcosaltro di cui tenere conto nello specifico dell'applicazione?

ho visto che LM324 dello schema ha un OFFSET Voltage nella migliore delle ipotesi di 2 mV .

ho in casa degli OPA 2277 l'offset e' 10 micronVolt, pensi andro' meglio? o devo migliorare ancora per vedere un sensibile miglioramento prestazioni?

davide

[davideversari]

ps:

dimenticavo: sempre del tuo schema ho visto che dell' LM4040 sono disponibili deiverse tensioni di riferimento, quella giusta e' 10V?

davide

[Livio Orsini]

Lo LM324 è il più povero degli ampli possibili, se ne usi uno migliore come OPA 2277 è tanto di guadagnato; l'ideale è un OP a FET a bassa deriva, se poi è rail to rail è anche meglio.

La tensione dello LM4040 che ho usato io è nell'intorno dei 2 V, serve a dare il riferimeto di tensione per il generatore di corrente costante che alimenta i sensori.

[davideversari]

Ciao

sempre riguardo al tuo schema convertitore per pt 100 potrei chiederti altre due cose:

la prima riguarda il corretto collegamento del LM7905 x ottenere la tensione -5V dell'alimentazione duale.

ho fatto un paio di prove ma non capisco onestamente come alimentarlo, colegarlo all'alimentazione che ho scelto 15Vdc, e soprattutto cosa sia il GROUND su questo componente. potresti farmi uno schemino?

inoltre il simbolo "ground" triangolo vuoto che c'e' sul tuo schema cosa rappresenta?

a cosa devo collegarlo? al negativo dell'alimentazione oppure alla V0 di riferimento?

potresti aiutarmi?

davide

[Livio Orsini]

Ground è tla terra o massa che dir si voglia; corrisponde allo zero volt.

L'uscita è in tensione! E' assolutamente evidente che non puòessere in corrente.

Il generato re di corrente per PT100 genera un valore < 1mA.

Non ho tempo per disegnare uno schema di alimentatore. E' talmente semplice, per il negativo devi invertire i collegamenti ai raddrizzatori rispetto al positivo. Il 7905 è uguale al 7805 solo che in ingresso entra una tensione negativa rispetto allo zero (o ground).

PS non inviarmi MP ma continua con la discussione pubblica.

[davideversari]

ciao Livio

grazie al tuo schema ed all'utilizzo di resistenze di precisione e degli OPA2277 che avevo disponibili ho ottenuto un buon risultato.

sembra anche facilmente adattabile al range di temperatura / impedenza specifico , vale a dire -50/+50 tradotto in impedenza 80/120 ohm!

Ho un calibratore JOFRA ed un sensore di riferimento molto preciso, con il quale adeso testero' 3 circuiti uguali applicati alla stessa pt100 1/3 DIN per verificare la linearita', la precisione quindi e la ripetibilita'.

puoi consigliarmi un operazionale per migliorare ulteriormente l'affidabilita' ? mi dicevi un OP FET con bassa deriva rail to rail; ora sino a rail to rail e Fet ci arrivo , ma bassa deriva onestamentenon so cosa significhi.

magari postami se puoi qualche modello di OP che ritieni adatto al caso.

nel frattempo sto ordinando dei DETEXEL, come piu' volte ho visto che consigli sul Forum , questi pero' programmabili da PC; dalla scheda tecnica sembrano delle Ferrari! chissa' cosa mi costeranno...e quanto mi costera' l'interfaccia!!

grazie

per il tuo aiuto

DAVIDE

[Livio Orsini]

chissa' cosa mi costeranno..

Ma non hai chiesto un preventivo-quotazione prima di ordinarli?

Ci sono anche dispositivi che si interfacciano tramite seriale RS485 e altri con bus lento. In pratica usi un out digliatale come clock e ricevi i dati su di input digitale.

ma bassa deriva onestamentenon so cosa significhi.

Sono quei tipi che sui datasheets riportano "low drift", in genere tutti i tipi a Fet lo sono.

[davideversari]

Si che l'ho chiesto, mi sono spiegato male.Purtroppo mi hanno fatto passare per un rivenditore cosi' al prezzo si aggiunge un ulteriore passaggio!!!

comunque domani sollecito il preventivo.

riguardo al sistema alternativo che mi dicevi magari ci penso se mi dicono che costa un botto!

comunque se non ho capito male potrebbero fornirmi anche convertitori regolabili senza pc, penso con trimmer od altro (tra l'altro anche bulk, senza il tipico box DIN,tanto devo alloggiarli nei miei BOX).

probabilmente costeranno un po meno; sicuramente non avranno le opzioni di una programmazione fine tramite PC che penso di avere capito agisca anche sulla linearita' .

Riguardo al tuo circuito ho sviluppato oggi delle basette; aggiunto la parte di circuito per alimentazione duale con un MAX 232 ed LM7905.

cerco gli operazionali come da tue indicazioni e vedo a che precisione si arriva con il tuo schema ed anche il costo finale in produzione, che ad occhio sara' sui 18/20 euro cad, saldatura e basette comprese.

credimi vendono convertitori molto peggio a 40/50 euro.

oggi ho perso un po di tempo a capire come utilizzare il range 0-5 volts appieno, compatibilemnte con l'impedenza del mio range di temperatura -50/+50 C.

sto variando R13 come da tue indicazioni per vedere se riesco ad avere qualcosa di simile a 0 Volt x 80 ohm e 5 volt x 120 Ohm ....non e' facile! qualcosa mi sfugge

grazie mille

Davide

[davideversari]

ho testato 3 circuiti identici che usano un operazionale AD823, e nel range 85 Ohm -120 Ohm sono risultati molto lineari.

in termini di temperatura l'errore e' abbondantemente sotto +/- 0,1 C.

i test li ho eseguiti, per ora, simulando una pt100 con una resitenza variabile molto stabile ed un tester di precisione con errore +/-0,01 Ohm

cosa ne pensi?

potresti dirmi cosa modificare nel tuo circuito per farsiche' per il range 85-120 Ohm che mi interessa, renda in uscita circa 0-5 Volt? agendo su R13 non ci riesco!

davide

[Livio Orsini]

Si, le prestazioni sono in linea con quanto ipotizzato in sede di progetto.

Devi tara lo zero con ressitenza <85 ohm e poi agire sul guadagno per arrivare a 5 V con resistenza >120 ohm.

Se i potenziometri non sono sufficienti, devi variare anche i valori dei resistori di guadagno.

Il problema è che ho inserito due versioni di questa interfaccia, con soluzioni circuitali un poco differenti e non so quale ahi usato tu.

Dovresti allegare lo schema della tua versione. Meglio se è proprio quello che hai realizzato.

[davideversari]

e' la prima volta che allego un file ad un post ....spero di non avere sbagliato.
comunque il circuito realizzato e' identicoa questo.

ho provato ad impostare per Res 85 Ohm 0 volt poi applicando una Res 120 Ohm mi da circa 2,75 Volt.
agendo sul potenz che nello schema e' R7 ho portato a 5 volt per 120 Ohm ma cosi' facendo mi aumenta anche la tensione per 85 Ohm , da 0 volt a 2,2 circa .
in pratica utilizzo un range di tensione (assoluto) di circa 3 volt

se cambio R 13 non cambia nulla nel guadagno ,almeno mi sembra cosi', solo si sposta il range dei 3 volt magari tra 5/8 volt .

il guadagno per quel poco che capisco di operazionali in questo circuito dovrebbe essere R14/R13 ed il guadagno come da tuo disegno 8,2 circa (oppure R15/R16) ..forse sto sbagliando qualcosa?

grazie mille

davide

[Livio Orsini]

Il problema è che hai 2 ampli in cascata, quomdi bisogna ritoccare alternativamente 0 e massimo.

Per aumentare il guadagno aumenta la R15, penso che 100 k siano un valore più adatto ai tuoi scopi; se non basta aumeta anche R14 a 100 k.

Se alzi R10 compensi di più l'offset di zero. In altri termini se la tensione, con 85 ohm, non riesce ad arrivare a zero ma rimane in negativo aumenti R10, viceversa nel caso contrario.

[davideversari]

Ciao,

ho utilizzato 120 Ohm ed ora il mio range temperatura/impedenza si e' ben adattato ai 0/5 V.

Vorrei approfondire il discorso Pt100 e chiederti un paio di cose sul discorso numero cavi; dato che ho bisogno di precisione ho optato x Pt100 1/3 DIN (incertezza 0,1 C)

I sensori pt100 , minuscoli, li ho comprati ; la sonda l'ho assemblati io con un cavo 4x0,22 mm (schermato), un bulbo in rame d.7 mm lungo 70 mm

ho saldato 2 fili ad un "filo" sensore ed all'altro altri due fili.

A questo punto , per quel poco che ho capito, la sonda pt100 e' compatibile con un sistema di lettura/convertitore 4 fili come pure 3 fili?

o mi sbaglio?

ho letto tanto ultimamente sulle pt100 e mi sembra di avere capito che se in laboratorio si vuole misurare l'impedenza non basta collegare a coppie i 4 fili ai morsetti del ultimetro,

ma bensi' occorre un multimetro con l'opzione 4 fili (2 alim 2 misura)? puoi confermarmelo?

e' giusto per capire, perche' in realta' quello che mi interessa in realta' di tutto l'apparato di misura e' la linearita', in quanto ogni sonda/convertitore verra' poi tarata con un calibratore ed un

termometro di riferimento con precisione 0,1 C.

davide

[Livio Orsini]

Se misuri con un normale multimetro, metti in corto le coppie di fili, così ha un collegamento a 2 fili con resistenza dei fili dimezzata.

Se usi un'interfaccia a 3 fili metti in corto solo una coppia; in questo modo si annulla la resitenza di mezza tratta; con la misura a 4 fili annulli tutta la resistenza della tratta.

L'interaccia che ho proposto io prevede la misura a 3 fili.

In pratica la ressitenza della linea è simile ad un offset. Esemplifico con esempio.

Ammettiamo di avere 10 m di collegamento 2 x 0.5 mm² di sezione. La resistenza di liena vale R_l = 2*l*ro/s == 20* (1/58)/0.5 == 0.7 ohm circa. Quindi a 0^oC la sonda indicherà, non 100 ohm, ma 100.7; tutta la curva sarà spsotata di un costante pari a 0.7 ohm.

In teoria basterebbe sottrarre questa componente e si annulla la resistenza di linea. Nella pratica la resistività del rame varia con la temperatura, se la linea è abbastanza lunga e la temperatura ambiente è abbastanza variabile, l'errore diventa significativo.

Il collegamento a 3 fili riduce di molto questo errore, quello a 4 fili lo annulla.

[davideversari]

ciao Livio,

ho letto sul Forum le prime parti di un Tutorial , una specie di ABC, sui PIC, che hai tentato di portare avanti mesi fa'. L'inizio era promettente davvero!

Mi spiace che l'interesse per queste cose sia scarso sul Forum e che non sia continuato.

onestamente io sono incredibilmente affascinato da questi oggetti, pur comprendendone davvero poco...solo qualcosa.

Avevo chiesto ad un mio conoscente ing elettronico di sviluppare per me un Datalogger 12 bit per registrare su schedina dei valori analogici, 5/6 valori 0-5 V, ed alcuni digitali I/O, il tuttocon le uscite alimentazione dei vari sensori programmabili con un interfaccia utente su pc.

purtroppo non ha mai tempo e....

....pensa che mi ha fatto l' hardware ma e' inutilizzabile perche' non mi hai mai fatto l'interfaccia utente, con la quale settare gli ingressi e le uscite alimentazione dei vari sensori collegati. che peccato!

Tu credi che un quasi neofita possa riuscire a sviluppare un circuito simile e relativa interfaccia utente x settarlo ?

che basi occorrono, o meglio cosa devo necessariamente conoscere per riuscirci?

davide