Pt100 Lineerleştirme işlemi

[Mucit23]

Merhabalar.
Pt100 ile yaklaşık 0 ile 150-200 derece arası değişken bir sıcaklığı ölçmeye çalışıyorum. RTD leri lineerleştirmek için Maxim, microchip ve analog devicesin aplicationnotları var. Hemen hemen herşey ayrıntılı bir şekilde anlatılmış. Mümkün olduğu en hassas ölçüm yapabilmek için 16Bit ve üzeri kendi ürettikleri adc leri kullanmışlar. Bana hassaslık okadar lazım değil. Sadece doğru ölçüm yapmak istiyorum ve lineerleştirme işlemini rahatlıkla bulabileceğim opamplar ve picin adcsi dışında gerekliyse yine bulabileceğim adcler ile yapmak istiyorum.
Nereden başlamalıyım bu işe?

[inventor]

Bu benim ticari projelerim arasında yer alıyor. 1800 euro luk bir cihazın yaptığı işi yapması için geliştirildi. Şu anda devre şemasının size lazım olan kısmını ekledim. PT1000 için yapmıştım ama PT 100 içinde kullanılabiliyor. Bir kaç malzemenin değerini oynaman yeterli. O konuda da yardımcı olurum.

Program yönünden özel bir rutin yok. Bildiğin ADC olayı. Takılırsan o konuda da yardım ederim

[Mucit23]

Hocam teşekkür ederim.
Benim ticari bi amacım yok sadece bi motorun yağ sıcaklığını ölçmem gerekiyor. Kılıf olarak RTD ler bu işe çok uygun.
İzninizle şemanın bir kısmını paylaşayım

jpeg image hosting
Yukarıda verdiğiniz kısım işimi görebilir galiba. Yukarıdaki şemayı PT100 ile kullanmak istesek değişen direnç değerlerini nasıl hesaplarım. Ayrıca sıcaklık ile çıkış değeri değişimi nasıldır.

[Mucit23]

Birde şunu söyliyeyim. PT100 İle ilgili birçok makale okudum. Bazı yerlerde PT100 ün -200 ile 850C arası liner çalıştığı söyleniyor. Ne kadar doğru bilmiyorum. Analog devreler hakkında ohm kanunu ile yetiniyorum. Yani fazla bilgim yok malesef. Şimdi bulamadım ama yine başka bir yazıda Weston köprüsü (http://tr.wikipedia.org/wiki/Wheatstone_k%C3%B6pr%C3%BCs%C3%BC)  ile PT100 Sıcaklık ölçümü yapılabileceği söylenmişti. Ben Weston köprüsüne biraz baktım Aklımda kaldığı kadarıylada birşeyler çizmeye çalıştım.

image upload
Tam olarak yukarıdakine benzer bir şeması var. Mantığı ise PT100 ün 0C deki direncine eş bir devre yaparak 0C de üzerinde oluşan potansiyel farkı 0 V yapmak. Bu şekilde PT100 üzerindeki gelirim direnci 100 ohm iken 0V olmuş oluyor. Direnç arttıkça aradaki potansiyelde artıyor. Bu potanasiyel farkı bir opampla yükseltip sona adc ile işliyorlar. Bu konuda bi fikriniz veya tecrübeniz varmı?

[inventor]

R2 : 3,01 K
R3 : 11 K
R13 : 12,4 K
R10 : 105K
R11 : 11,8 K

PT100 için bu değerleri not almışım ancak opampa göre değişebilir. O nedenle deneyerek ayarlamak her zaman iyidir. İSİS ile simüle ederek bulabilirsin. Güzel sonuç veriyor.

Weston köprüsü nü sadece burada değil farklı bir çok yerde kullanabilirsin. Ancak köprü dengesini bozabilecek çok etken vardır. Isı değişimi , tolerans değerleri v.b . Bu nedenle sadece teorik bilgi vermede kullanılıyor. Aynı etkenler yukarıda verdiğimiz şema içinde etkili ama etki oranı daha düşük ve ayarlanabilir. Bu güne kadar geniş bandda çalışan hiç bir ısı ölçüm sistemine köprüye rastlamadım. Amplifikatör ısısına bağlı fan uygulaması gibi basit konular haricinde kullanılmıyor sanırım. Ya da ben görmedim.



Ticari derken " devrenin çalıştığını ve kritik bir yerde iş gördüğünü" belirtmek istedim. Zaten yazılım olmadan şema bir işe yaramıyor. İstediğin gibi paylaşabilirsin.

[inventor]

Belki birilerinin işine yara diye 4mA.....20 mA  den 0.....5 V dönüştürücü şemasını ekledim.

http://etepic.com/index.php?topic=194.new

[Mucit23]

Hacam dediğiniz değerleri yerine koyup birkaç deneme yaptım isiste ve şu sonuçlara ulaştım.
Sıcaklık değişimine göre çıkış voltajının değişimini listeledim
-200C=0,33V
-200C=0,33V
-150C=0,66V
-100C=0,99v
-50C=1,33v
000C=1,66V
050C=1,99V
100C=2,32V
150C=2,65V
200C=2,99V
250C=3,32V
300C=3,65V
350C=3,98V
400C=4,31V
450C=4,64V
500C=4,97V

500-450=0,33V
450-400=0,33V
400-350=0,33V
350-300=0,33V
300-250=0,33V
250-200=0,33V
200-150=0,34V
150-100=0,33V
100-50=0,33V
50-0=0,33V
0-50=0,33V
-50-100=0,34V
-100-150=0,33v
-150-200=0,33v

Yukarıdanda anlayacağınız üzere çıkış gelirimi oldukça lineer.
Bu şekilde 10 bit adc ile iyi bir çözünürlük elde edilirmi?

Birde şunu sorayım. Devre üzerindeki direnç değerleri çok cins. Bu dirençler yerine çok turlu potlardan kullanıp ayarladıktan sonra sabitlesem sorun olmaz değilmi?

[inventor]

Direnç değerlerinin cins olması konusunda haklısın. Çok renkli dirençlerde bile bazen bulamıyoruz. Ben genelde bu tür sistemlerde çok renkli (  toleransı düşük ) dirençlerle yakın bir değer oluştururum. Sonra bu dirence seri çok turlu bir trimpot ile değeri ayarlarım. Mesela bana ne lazım? Diyelim ki 11.8 K direnç. Bu değere en yakın çok renkli bir direnç alrım. 11.1K buldum diyelim. Sonra 1K çok turlu trimpot ile seri bağlar direnç değerini ayarlarım.

10 bir demek 1023 çözünürlük demek.  Diyelim ki sen -50 °C derece ile +200 °C derece arasında ölçüm yapacaksın. Hesap şu şekilde;

Önce mutlka değerleri alıyoruz:

-50 + 200 = 250 °C

Sonra :

250 / 1023  = 0,244 °C  derece çözünürlüklü bir ADC yapmış olursun. Dersen ki "ben -50...+350 arası ölçeceğim ;

400 / 1023 = 0,391 °C derece çözünürlüğün olur.

[Mucit23]

Direnç değerlerinin cins olması konusunda haklısın. Çok renkli dirençlerde bile bazen bulamıyoruz. Ben genelde bu tür sistemlerde çok renkli (  toleransı düşük ) dirençlerle yakın bir değer oluştururum. Sonra bu dirence seri çok turlu bir trimpot ile değeri ayarlarım. Mesela bana ne lazım? Diyelim ki 11.8 K direnç. Bu değere en yakın çok renkli bir direnç alrım. 11.1K buldum diyelim. Sonra 1K çok turlu trimpot ile seri bağlar direnç değerini ayarlarım.

10 bir demek 1023 çözünürlük demek.  Diyelim ki sen -50 °C derece ile +200 °C derece arasında ölçüm yapacaksın. Hesap şu şekilde;

Önce mutlka değerleri alıyoruz:

-50 + 200 = 250 °C

Sonra :

250 / 1023  = 0,244 °C  derece çözünürlüklü bir ADC yapmış olursun. Dersen ki "ben -50...+350 arası ölçeceğim ;

400 / 1023 = 0,391 °C derece çözünürlüğün olur.

Hocam şemadaki değerlere yakın dirençler bulup gereki kalan farkıda çok turlu trimpotlarla giderebileceğimi söylemişsiniz. Öyle yapmak yerine direnç değerlerine sadece 1 tane çok turlu trimpot bağlasak olmazmı. Daha az eleman kullanmış olurum.

Ölçüm konusundada bana 0 ile 250C arası yeter.
Devreye bakarsak 0C derecede opamp çıkışından 1.66V alıyorum. Ben bu değeri 0C de tam 0V verecek şekilde ayarlarsam. 250C de tam olarak yaklaşık 2.99 veya düz hesap 3.00V gelirim almam gerekir. Yani 0 ile 250V arası alacağım max değer 3V olur. Bundan sonra picin +Vref bacağına 3,00V gelirim verirsem eğer, işlemci adc girişindeki gelirimi vref gelirimiyle karşılaştıracağı için 0-5voltu 1023 böleceğine 0-3 voltu 1023'e bölmüş olurum. Tam bilmiyorum. Yanlışım varsa lütfen düzeltin. Bu şekilde ölçüm sığasını belirlediğim gibi hassasiyetide arttırabileceğimi düşünüyorum.

Opamplar hakkında fazla bilgim yok. Bu konuda biraz yardımlarınıza ihtiyacım var.

[inventor]

Tabii ki tek trimpot ile de olur. Ancak trimpotların tolarans değerleri dirençlerden daha fazladır. 10 k trimpot  düşün ve hata değeri de %1 olsun. 10 k değerde 100 ohm yapacaktır. 9 K direç kullanıp ( tolarans değeri düşük ) yanına 1 k trimpot takarsan 1K trimpot için değer 10 ohm olacaktır. Bu nedenle bu tür durumlarda direnç ile trimpotu seri bağlarım. Isı drumunda trimpot sapmaları da dirence göre daha fazladır.

devredeki dirençlerle oynayarak 0-250 arasında 0-5v vermesini sağlayabilirsin. Ben pt 100 için adı geçen ayarları yapıp göndereyim

[Mucit23]

Merhabalar @inventor

Ben microchip 'in kendi notlarında birkaç şema buldum.

image host

free image hosting

Hepsinde sabit 1 ma akım devresi var. RTD üzerinden bu akımı akıtıp RTD üzerinde oluşangelirimi yükseltiyorlar. Devrenin çıkışında 12Bit adc var. Ben bu devrelerden bir tanesi uygulamak istiyorum. Dikkat etmem gerekenler noktalar varmıdır.
Bu arada siz başka bir çalışma yaptınızmı?

[inventor]

Şemalarda 1 mA sabit akım devresi görmeniz normal. Bizim uygulamamızda aynı işi R2 direnci yapıyor. Bizim şemada besleme devresi önemli. Eğer beslemeniz oynarsa ADC değeriniz oynar. O nedenle genelde ayrı bir besleme ile kontrol ediliyor. ( + 5V )

Demişim ki ; PT100 için R2 = 3,01 K seçilebilir. Bu durumda kol akımını hesaplayalım.

I= U / R2 + PT100
I=5 /  (3010 + 100)      ( 0 derecedeki PT100 direnci )
I= 0,0016 A = 1,6 mA

Direnç değerleri ile oynayarak kol akımını değiştirebilirsiniz. Bu size ne sağlar?
Öncelikle PT100 ü değişken bir aralıkta kullanabilirsiniz. Sonuçta bütün rezistif sensörlü ölçümlerde amaç; dirençten sabit bir akım geçirip ,direnç üzerinde düşen gerilimi bulmaktır. Eğer akımı oynarsanız aralığıda değiştirmiş olursunuz. Bu işi opamp üzerindeki kazanç vb dirençleri ile oynayarak da yapıyoruz.

akım ayarlama devresini kullanmak sanıldığı kadarda kullanışlı olmuyor. Öncelikle yine referans kaynağına ihtiyacınız var. Ayrıca çok hassas çalışan ( toleransı düşük ) ref. direncide gerekiyor.

Şimdi referans kaynağı için hassas bir besleme oluşturacağıma diğer devredeki 5 V u hassas hale getirmek daha iyidir diye düşünüyorum. 3,01 K lık direnci de ref. direnci yerine sayarız

Tercih sizin, bu konuda tek söyleyebileceğim devrenin halen daha hizmet veriyor olması ve sapma yapmaması.

Projeyi bitirdiğinizde analog ve dijital kısımları ayrı ayrı ele almanız gerekiyor. Öncelikle analog kısmın kalibrasyonu bitirilecek. Isı - sarsıntı - besleme geriliminde oynamalar gibi konularda testi bitirip ( aynı zamanda kalibrasyonu ) sonrasında ADC yi devreye almak lazım. Sonuçta doğru bilgi gelecek ki işlemci doğru işlem yapsın. Bu tür devrelerde tantal kondansatör kullanmak ( yönlüler için ) her zaman daha iyi oluyor. Ayrıca diğer kondansatörlerinde ısı değişim şartlarına bakın. Sonuçta çok küçük gerilim değerleri ile uğraşacaksınız. Ve opamplar bunu X100 veya X200 gibi bir katsayı ile çarpacaklar. Sistemdeki en küçük gerilim değişimi büyük ısı farkı demek olacak.

Analog devreler biraz sinir bozucudur. Özdeş malzeme kullanmanız gerekir. Bir işlemci için 0.......3 V a kadarı 0 ise ( Mesela ) 3,001............5V arası 1 kabul edilebilir. Ama analog böyle değil. Aradaki her değer bir anlam taşır.

Kısaca iyi malzeme seçin,ortam şartlarını mutlaka en zor olabilecek şekilde düşünüp ayarlarınızı yapın. Gerisi gelecektir

[Mucit23]

Anladım demek istediğinizi. Aslında ilk yapacağım şey hiç  direnç değerleriyle oynamadan devreyi orjinal haliyle kurup neler olacağını PT100 üzerindeki ısı değişimi gözlemlemek istiyorum.
Dediğinizi gibi pürüzsüz besleme işi çok aklıma takılıyor. Özellikle sizin verdiğiniz şemada opamp 12V ile beslenmiş .Bu benim için ters durum. Çünkü devreyi besleyeceğim kaynaktan zaten 11-12 v geliyor. Bazen bu voltaj 14V bile çıkabiliyor. Yani anlayacağınız üzere çok kararsız bir besleme geliyor. Ben 5 volt yani devre beslemesi için 7805 veya lm2575 gibi regülatörlerle sağlamayı düşünüyordum ama 12V u sabit tutmak pek kolay değil. Zaten analog kısmı bir halledebilsem dijital kısmında pek zorlanmayacağımı düşünüyorum.

[inventor]

pic ve diğer yerlerin beslemesini sağlayan 7805 ile opampları besleme derim. İkinci bir 78L05 gibi bir besleme yap.Tek parça ile oluyor sonuçta,devreden çok akımda çekilmeyecek.

12 volt kısmına çok takılma. Çıkıştan 10 V alabilmen için o besleme kullanılıyor. Lm358 kendi içinde 3 Voltluk bir besleme kullanır. Sizin opamp beslemesi olarak verdiğiniz gerilimi yine size çıkış gerilimi olarak verir. Sonuçta size 10 V lazım. Sizde voltajı 10.5 ya da 11 v civarına ayarlayıp sabitleyin. Oynamasın yeter.

Analog kısımda yardımcı olabilirim. Kalibrasyon vb. içinde geçerli bu ( Hassas bir ayar gerekiyorsa )

[Mucit23]

Hocam ozaman ben bi devreyi verdiğiniz gibi kurayım aldığım sonuçlara göre aşama aşama buradan devam ederiz. İlginiz için çok teşekkür ederim.