PT100 met TL081

Zet r7 eens op pin 2 i.p.v. 3.

[Bericht gewijzigd door mel op zaterdag 11 juni 2022 06:33:39 (64%)

Op 11 juni 2022 06:32:14 schreef mel:
Zet r7 eens op pin 2 i.p.v. 3.

Zoals je kunt zien is het allemaal verrekte klein. Tijdens solderen brak R7 in tweeen. Ik heb een nieuwe gepakt (maar niet gekeken of het precies matchte). Vervolgens toch nog zo kunnen uitvoeren zoals je hebt voorgesteld (met dun koperdraadje). Wanneer R7 (rechts van TL081) tussen pin 6 en pin 2, dan meet ik (potmeter op 100 Ohm) :

Pin 6 : 4.42V
Pin 2 : 233.6 mV

[EDIT]
Vanmiddag ben ik waarschijnlijk terug voor verdere instructies, of reacties van mijn kant.

Alleen heeft deze meneer de weerstanden r1 en r2 wel heel laag gekozen, meetstroom mag niet te hoog zijn maar ook niet te laag.

https://www.filipposfactory.com/index.php/microcontrollers-tutorial/8-…

[edit] Naast de verwisselde ingangen; [/edit] Op 5V gaat dat niet met een TL081 (of een 741), het input common mode bereik is te klein.
Men moet iets van 3V van de negatieve voeding af bljven, en liefst ook een stuk van de positieve. Dan blijft er weinig over.

Als de Pt 100 niet gewijzigd kan worden in iets dat passief aan een µC aan te passen is zal een moderne voor 5V gekarakteriseerde opamp met gepaste specificaties het wel doen. Of de voedingspanning van enkel de opamp sy maken, dat is wat ik voor de hobby zelf meestal doe.

Het is bij een wat grotere stroom mogelijk praktisch de brug uit de schakelen als er niet gemeten wordt, dan is de eigen opwarming kleiner.

Wat mel zegt: Je feedback zit op de positieve ingang.

Dus zijn er maar twee mogelijkheden voor de opamp: Uitgang clippen tegen de pos. voeding (+ ingang iets hoger dan - ingang), of clippen op de negatieve voeding (+ ingang iets lager dan de negatieve).

Je moet altijd iets van feedback op de negatieve input hebben, anders heb je geen stabiele versterking met een opamp.

Het schema van Peter is wel goed. Misschien wil je andere weerstandswaarden, maar de topologie klopt: Als de ingangsspanning op de + ingang stijgt vanwege een veranderde temperatuur, dan stijgt de uitgangsspanning, waardoor de - ingang meestijgt en er een nieuw evenwicht ontstaat.

In TS schema stijgt de + ingang extra door de gestegen uitgangsspanning, en blijft de - ingang vast liggen waardoor er geen evenwicht kan ontstaan.

Ik denk dat het probleem inderdaad is aangewezen, namelijk de verkeerde aansluitingen voor de (inverterende / non-inverterende) input. Ik heb er echt blind overheen gekeken. Alle CO'ers : bedankt dat jullie zo snel de vinger konden leggen op de oorzaak.
Vanavond ga ik het eens a la dead-bug stijl proberen met de OpAmp en denk dat het dan waarschijnlijk wel gaat werken. En als het werkt zoals het hoort, een nieuwe print ontwerpen en lesgeld betalen voor deze domme fout.

Ik R6 en R7 verwijderen en daar de patch op doen; misschien kun je het zelfs nog oplossen door weerstandjes neer te leggen op plaatsen waar ze niet horen (tussen pads van verschillende footprints, of van een pad naar een ground vlak). De uitgang werkt dan wel andersom; als je dat niet wilt, zou je R4 en R5 ook moeten verwijderen en patchen.

Ik mis trouwens ook een ontkoppel capje bij je opamp; zowel in het schema als op het board.

Ik zou het zo doen:

R7 van pin 3 naar het ground plane, R6 van pin 2 naar het naastgelegen ongebruikte spoortje (van de trimpot die je niet geplaatst hebt), dat spoortje verderop doorkrassen, en het pad gebruiken voor een draadje naar het bovenste pad van de footprint van R7, of direct aan pin 6.

[Bericht gewijzigd door SparkyGSX op zaterdag 11 juni 2022 16:40:39 (27%)

Zoal Aart al zei, met een TL081 gaat dat nooit werken. Met een 741 ook niet. Input range en output range liggen buiten bereik hier.

Wat ware beter? CA3140, misschien?

Op 11 juni 2022 16:57:37 schreef big_fat_mama:
Wat ware beter? CA3140, misschien?

Een low voltage rail-to-rail opamp.. Wanneer je daar op zoekt vind je vast een geschikte.

Voorbeeldje van ST: de TSV911

The TSV91x and TSV91xA operational amplifiers (op amps) offer low voltage operation and rail-to-rail input and output, as well as an excellent speed/power consumption ratio, providing an 8 MHz gain-bandwidth product while consuming only 1.1 mA maximum at 5 V. The op amps are unity gain stable and feature an ultra-low input bias current.

The devices are ideal for sensor interfaces, battery-supplied and portable applications, as well as active filtering.

TLV6001 kwam in mij op omdat ik die ooit eerder gebruikte. De suggestie van KGE zit daar zo op het oog vlakbij. Maar allicht wil TS er graag één in een SOIC 8.

[Bericht gewijzigd door Aart op zaterdag 11 juni 2022 17:22:17 (18%)

Ik denk dat een instrumentatie versterker hier meer op zijn plek is, dit gaat zo niet goed werken.

Ik denk dat 't bij een warmhoudplaatje niet op een paar graden gaat steken...
Een kleine controller met rail-to-rail opamps aan boord kan ook: bijv. de 16F1705...

@Lambiek: dat lijkt me nou ook weer niet nodig, het signaal is heel laag impedantie, en relatief groot (geen ~40uV/K zoals bij een thermokoppel).

Een alternatief kan zijn om de bovenste weerstand veel kleiner te maken, dan kun je helemaal zonder opamp, en dan de voeding naar dat circuit schakelen met een kleine P-channel MOSFET, kortstondig als je een sample wilt nemen.

De stroom door R4 en R5 is bekend, dus dat laat zich in de firmware oplossen. Het lijkt een zinnig streven de hardware zo simpel mogelijk te houden.

Gepulst meten zou kunnen, maar vergis je niet in de kleine thermische massa en vrij hoge thermische weerstand van temperatuursensoren. Dat werkt tegen bij zelfopwarming. Tevens kan men dan nooit het volledige bereik van de adc gebruiken.

Let overigens op dat om het helemaal netjes te doen de +5V voeding van de brug ook de referentie van de adc moet zijn. Want de brug wordt hier buiten evenwicht toegepast. Anders de 5V mee-meten met een extra kanaal en een spanningdeler.

Hi,

Zoals aangegeven in het schema, gaat het niet werken.
Je hebt eigenlijk een Rail to Rail opamp nodig en ook nog een die dit zowel aan de ingang alsook aan de uitgang is.

Verder is een lage offsetspanning noodzakelijk omdat de te meten spanning laag is.
Voor de stabiliteit kan voor de brug de 3.3V die meestal op veel Arduino modellen beschikbaar is.
Kies de versterking van de opamp zo dat je wat meer kan meten dan de maximale temperatuur die je wilt hebben.
Bij "overshoot" mag de opamp niet in een lockup staat komen.

Wat betreft de meetstroom die kan vrij ruim zijn bij goede montage tegen het verwarming element, dat heeft zo'n grote thermische massa dat de meetstroom niet zo heel belangrijk is.
Wel de bedrading van je sensor eerst een stukje met je warmhoudplaatje mee laten lopen.
Waarschijnlijk het je daar wat Teflon bedrading voor nodig.

Ook is denk ik wat ontkoppeling rond je brug nodig om stoorsignalen uit de opamp te houden.
Hou er rekening mee dat de PT100 sensor niet lineair is, daar moet je dus een berekening op los laten, of op een andere manier het geheel kalibreren.

In je schema zie ik geen "loop control" betekend dit dat je P.I.D software gaat draaien op je AT-Mega?
Geeft je opamp schema een condensator over de feedback weerstand die ruimte voldoende laat voor zijn regelsnelheid.

Met je gebruikte versterking ga je geen 200C halen, misschien is dat ook niet nodig, je hebt ons niet aangegeven wat de maximale temperatuur zal zijn.

Wat hebben we nodig om je van goed advies te dienen:
Welke AT-Mega of Arduino print ga je gebruiken.
Wat zal je maximale temperatuur worden waarop je gaat werken.
Hoe ga je de loop stabiliseren, analoog of net P.I.D. software
Hoe ga je de sensor bevestigen aan het warmhoudplaatje.
Denk na om ook een Klikson te gebruiken als veiligheid

TL070, 080 e.d. gaat niet werken, dit i.v.m. de slechte ingang en uitgang commonmode.
De TLV6001 is een goedkope en goed kandidaat, net als de MCP6001 en er zijn er nog veel meer die je kan gebruiken.
Let op de maximale voedingspanning van de opamp.

Ook kan je een losse ADC gebruiken die en symmetrische ingang heeft zoals de ADS1115 die verschillende versterking factoren geeft en 15bit als resolutie heeft als je de gain goed instelt, dat is veel beter dan bijna alle Arduino controllers.

Maxim heeft ook een PT100 Sensor IC, en Adafruit noemt hem de MAX31865 en deze werkt met SPI en ze hebben er een Library voor.
Wat mij betreft ben je dan snel klaar.

Groet,
Bram

@blackdog: hoe kom je er nou weer bij dat de TS een arduino board wil gebruiken? Gezien dit ontwerp, verwacht ik dat hij een microcontroller ergens net buiten beeld op dat board heeft liggen; meer dan de chip zelf, een paar capjes, LDO, en eventueel een kristal of keramisch oscillator heb je niet nodig. Op die manier kun je het capje voor je analoge ingang ook direct naar de pin van de controller leggen, niet 5 meter verderop zoals bij een Arduino.

De standaard Arduino's zijn antieke 8-bitter AVRs, met inderdaad waardeloze ADCs, maar wederom, daar heeft de TS het niet over gehad. Als er een moderne microcontroller ligt, heeft die waarschijnlijk een ADC van 12 bit, mogelijk beter, en dat lijkt me ruimschoots goed genoeg om een temperatuur te meten.

Een PT100 is juist gemaakt voor goede lineariteit, maar de spanningsdeler maakt natuurlijk dat hij niet meer lineair is. Toch kun je met deze verhouding van weerstanden de 47k5 weerstand praktisch als stroombron beschouwen, aangezien de PT100 weinig bijdraagt aan de totale weerstand, en daarmee is het geheel dus ook redelijk lineair. Als het allemaal niet super nauwkeurig hoeft, is dat waarschijnlijk goed genoeg.

De uitgang van de opamp hoeft niet rail-to-rail te zijn, als je daar rekening mee houdt bij het bepalen van de versterking. De ingang moet wel kunnen werken met signalen dicht bij de ground, aangezien daar maar zo'n 10mV staat bij 25C, maar je komt nooit in de buurt van Vcc, dus die kant boeit niet.

[Bericht gewijzigd door SparkyGSX op zaterdag 11 juni 2022 20:22:44 (12%)

niet 5 meter verderop zoals bij een Arduino

En wat is het bezwaar om een Arduino op 499 cm te leggen ?
Trouwens, wat is er "waardeloos" aan een 8-bit a/d-converter? Voor veel toepassingen is 8-bit toch ruim voldoende??

[Bericht gewijzigd door big_fat_mama op zaterdag 11 juni 2022 20:31:36 (32%)

Hi SparkyGSX,

De TS zegt dit => Het geheel probeer ik aan te sturen met een Atmega8.

Wat kan mij het schelen of hij het zelf in elkaar zet of een of andere Arduino kloon gebruikt, ik gebruik regelmatig Teensy printjes en ja die zijn modern hebben 12bit of meer
Maar ik heb ook goede oventjes gebouwd met een Nano en een DS18B20 tempsensor die binnen een paar hondertste C° bleven.
Alleen dat gaat niet goed met een warmhoudplaatje, wat veel heter kan worden dan de DS18B20 aankan.

Een PT100 Sensor is niet lineair, daar helpt een stroombron wel mee, maar pak er maar een PT100 tabel bij, die is met een stroombron gemeten/berekend.
Verder denk ik dat je aan de hand van de gegevens die nu bekend zijn maar een een "error budget" moet gaan opstellen, en dan kijken of je stelling stand houd.
Kijk vooral naar het uitgang commonmode bereik van de TL081, wil je een voorbeeldje, dat kan, bij +-15V geven ze op +-13,5V en dat is typical,
maar dat is niet meer zo als je de opamp uit een enkele 5V voeding voed.

Jij en ik weten niet wat zijn specificaties zijn die hij wilt hebben, maar ik hou wel rekening met de voedinspanning, de gebruikte opamp, niet lineair zijn van de PT100 voor als het precies moet en de schaling van het ADC bereik van de microcontroler, jij ook?

Groet,
Bram

OK,. veel extra input dankzij jullie. Ik zal een extra toelichting geven op het geheel.
De 300W verwarmingsplaat is bedoeld voor het solderen. Ik heb de PCB zelf getekend met de benodigde electronica erop. Zo wordt de warmteplaat met een MOC3023 aangestuurd, omdat het op 230 V AC werkt. Voor mij hoeft de plaat tot 380 ^oC te gaan vanwege loodvrij SMD pasta. Voor de zekerheid wil ik kunnen meten tot 450 ^oC. Een PT100 heeft een weerstand van 264.11 Ohm bij 450 ^oC.

Dankzij de 4K75 ontstaat een spanningsdeler, waarbij ik rekening houd met de weerstandswaarde van een PT100 die :

• 107.79 Ω is bij 20 ^oC
• 138.50 Ω is bij 100 ^oC
• 264.11 Ω is bij 450 ^oC

Dat levert theoretisch de volgende spanningen op knooppunt R1/PT100 :

• 0.111 V bij 20 ^oC
• 0.142 V bij 100 ^oC
• 0.263 V bij 450 ^oC

Wanneer ik bovenstaande waarden verminder met de VRef van R2/R3 (0.103V) en vervolgens de versterkingsfactor van 31.5 (475/15) toe pas, zou ik de volgende spanningen verwachten op pin 6 van de OpAmp (of iets daar in de buurt) :

• 0.247 V bij 20 ^oC
• 1.215 V bij 100 ^oC
• 5.049 V bij 450 ^oC

Voor de Atmega8 gebruik ik ook een LM4040-2.5 als referentie om te kunnen bepalen wat de werkelijke voedingsspanning is.

Verder gebruik ik de volgende formule voor het berekenen van de temperatuur over de PT100 : R_berekend = R₀ * (1 + (A*T) + (B*T²))

R₀ = 100 Ω
A = 3.9083 * 10^-3
B = –5.775 * 10^-7

Zo, ik hoop dat het voor velen nu een stukje duidelijker is geworden. Ik had al het nodige voorwerk gedaan, alleen liep ik vast op die vreemde meetwaarden, veroorzaakt door de ontwerpfout met de OpAmp.
Verder kan ik nog opmerken dat ik de VCC voor de OpAmp kan verhogen in het ontwerp tot 12V. Die solderblob op de 3-pin SMD-jumper, linksonder R6, zorgt er voor dat het nu 5V is. Ik heb op de print een Vin van 12V en wordt met een spanningsregelaar (LM1117-5.0) teruggebracht naar 5V. Solderblob kan ik dus ook op de andere jumperpins maken, zodat er 12V op de OpAmp komt.

Als extra aanvulling, een tabel met PT100 waarden bij verschillende temperaturen en een PDF die ik van het net heb geplukt, waaruit ik de weerstandsformule heb weten te vinden.

-= EDIT =-
@SparkyGSX : Je hebt volkomen gelijk wat betreft die 100 nF ontkoppeling. Die blijkt totaal ergens anders heen gezwommen te zijn in het ontwerp. Des te meer een reden om de PCB opnieuw te tekenen.

@Aart : Inderdaad, het gaat me om een eenvoudige oplossing voor wat betreft de temperatuurmeting. Verder had ik ook een relais kunnen gebruiken voor het warmteplaatje. Ik heb hier geen relais liggen die klein genoeg is en ik heb hier nog een boel MOC3023 liggen, samen met wat triacs.

@Blackdog: Wat betreft overshoot, dat is in te stellen. Een kwestie van experimenteren, maar zo ver ben ik nog lang niet gekomen. Eerst de temperatuurmeting op orde krijgen.

Op 11 juni 2022 21:04:51 schreef blackdog:
Hi SparkyGSX,

De TS zegt dit => Het geheel probeer ik aan te sturen met een Atmega8.

Dat had ik blijkbaar gemist, maar waarom boeit het dan nog op wat voor board die CPU zit?

Een PT100 Sensor is niet lineair, daar helpt een stroombron wel mee, maar pak er maar een PT100 tabel bij, die is met een stroombron gemeten/berekend.

Voor de meeste praktische doeleinden is dit lineair, maar "close enough" komt niet in jouw woordenboek voor, geloof ik.

Verder denk ik dat je aan de hand van de gegevens die nu bekend zijn maar een een "error budget" moet gaan opstellen, en dan kijken of je stelling stand houd.

Aangezien het om een verwarmingsplaatje gaat, met doorgaans een beroerde koppeling van het verwarmingselement naar een ijzeren plaat met een enorme thermische massa, denk ik dat het allemaal niet zo nauw komt.

De plaatsing van de PT100 op het plaatje zal waarschijnlijk de grootste afwijking geven, aangezien de temperatuur daarvan niet heel mooi homogeen zal zijn; het verschil tussen de warmste en koudste gebieden is waarschijnlijk veel groter dan de meetfout, ook al bouw je dat niet heel nauwkeurig.

Ik gebruik eigenlijk altijd look-up tabellen voor temperatuur sensors, natuurlijk omdat NTCs al helemaal niet lineair zijn, maar ook omdat het al snel handiger is dan de berekeningen uitvoeren met allerhande kalibratie factoren. Wat de voedingsspanning heb je zeker gelijk; bij voorkeur dezelfde spanning als de referentie voor de ADC, of de voedingsspanning ook meten, of allebei.

@BFM: de 8-bit slaat op de databreedte van de CPU, niet de ADC. Zover ik weet heeft die hele serie AVRs een 10-bit ADC.

De voornaamste reden die ik kan bedenken om heden ten dagen nog zo'n CPU te gebruiken, is omdat de meeste andere simpelweg niet verkrijgbaar zijn. Die 8-bitters zijn 20+ jaar oud, en heel beperkt ten opzichte van moderne controller (geen DMA, beperkte interrupts, weinig RAM en flash, etc.)

[Bericht gewijzigd door SparkyGSX op zondag 12 juni 2022 02:18:17 (20%)

SparkGSX : Bedankt voor je reply.

Het is niet te ontkennen dat tegenwoordig best veel alternatieven aan microcontrollers beschikbaar zijn. De MicroChip-series zijn een erg bekende rivaal, al valt Atmel inmiddels ook onder deze fabrikant. Evengoed kan er gekozen worden voor een ESP-module of -wat ik altijd met interesse lees- de RP2040, waar ik onlangs rew mee zag stoeien.
Ik wil absoluut voorkomen dat we verzanden in een "nee, deze is beter dan die".
Voor mij persoonlijk geldt dat ik makkelijker met een 8-bit AVR iets in elkaar kan knutselen, dan met een andere microcontroller. En dat wordt weer veroorzaakt, doordat ik heel aardig uit de voeten kan met Bascom. Met Arduino heb ik meer moeite, maar dat komt puur omdat ik tegen de programmeertaal aan loop. Ik kan in grote lijnen volgen wat er in een Arduino-code staat, maar vraag me er niet in te programmeren. Noem het gerust luiheid of uitstelgedrag. Iemand anders kiest waarschijnlijk voor een andere controller of programmeertaal, afhankelijk van kennis en kunde. Ieder zijn ding.

Verder ben ik me bewust dat een PT100 geen lineair verloop heeft. In eerste instantie had ik het ook met een Look-up table willen oplossen. Ik ben een zuinige krent wat betreft geheugengebruik. Ik was overtuigd dat er een wiskundige formule zou moeten bestaan voor het gedrag van de PT100. In Excel heb ik dat proberen te ontcijferen en kwam uiteindelijk uit op 4 aparte functies die het verloop aardig konden beschrijven in 4 temperatuur-gebieden. En ja, toen kwam ik die datasheet tegen en merkte dat het perfect klopte met die formule. Het leek me zelfs zo interessant om de betreffende datasheet hier te delen, zodat ook anderen er wat aan kunnen hebben. Vervolgens ben ik gaan stoeien met de wiskundige formule om rechtstreeks de temperatuur proberen te berekenen. Hier kwam Bascom met een beperking, want ik kan er geen worteltrekken-functie in vinden. Het alternatief is door de functie andersom te benaderen en via een loop de uiteindelijke temperatuur eruit te krijgen. Dat lukt prima. Het vergt een aantal berekeningen, maar dat is niet erg, omdat het niet zo tijdkritisch is. Als ik 1 of 2 maal per seconde een ADC-sampling uitvoer, zit ik best safe.

Verder wil ik het inderdaad oplossen met spullen die ik hier in voorraad heb, of met chipjes die makkelijk en "low-budget" nog te koop zijn. Vandaar de keuze voor die OpAmp. Momenteel zitten we tenslotte met een chiptekort. Het is me vrij recent overkomen dat ik een ontwerp klaar had, printen laten maken en er vervolgens achter kwam dat een specifiek gebruikte transistor en weerstand niet meer te koop waren. Dat vond ik toch echt even stevig balen. In mijn huidige ontwerpen probeer ik daar dan ook rekening mee te houden.

En ja, een maand geleden moest ik de touchscreen van mijn mobieltje vervangen. Doordat ik het LCD niet goed verwarmd had, trok ik het LCD compleet aan gort. Kortom, ik ben bezig met het maken van "hot-plate" waar ik verschillende temperaturen mee kan instellen. Dat er een graadje meer of minder als meetfout optreedt, dat is van minder belang. Een paar graden afwijking bij 100 graden of 10 graden bij 380 graden is voor mij niet erg.

Kortom, ik probeer iets te bouwen en loop vast op de OpAmp. Het zijn verrekte veelzijdige en handige dingen, maar ik heb er nog steeds moeite mee om ze te begrijpen. Dat blijkt ook wel, want deze keer had ik de pinnen verkeerd-om aangesloten. Na lang turen had ik het nog steeds niet door. Dankzij jullie gelukkig wel en er zijn zelfs CO'ers die extra uitleg geven. Dat is gewoon top ! En zo zie en ervaar ik CO ook. Ik wil eerst zelf een probleem proberen op te lossen. En kom ik er echt niet meer uit, dan is CO (en jullie) mijn laatste strohalm.

Normaal beperk ik mijn schrijven tot het probleem waar ik mee zit. Dit om te voorkomen dat het onderwerp van een topic onbedoeld verder gaat uitwaaieren. Er zijn altijd CO'ers die nieuwsgierig zijn naar de complete achtergrond. En dat is vaak op basis van extra en leerzame informatie die eventueel gedeeld kan worden. In dit geval leek het me wenselijk om daarom verder in te gaan op wat ik aan het maken ben en mijn motivatie omtrent bepaalde keuzes.
En als extra aanvulling, de warmteplaat is zo'n Chinees aluminium frame-dingetje met magnetische pootjes van AliExpress, waarbij ik de PT100 intern ga plaatsen met Kapton-tape. Wederom, een paar graden afwijking van kern en buitenkant van de plaat is niet erg.

Zo, een hele lap text, maar laat ik weer terugkeren naar de kern :
- OpAmp pinnen even verwisselen
- gekozen weerstandswaarden zijn acceptabel
- ontkoppelingscap dicht bij de Vcc-pin plaatsen

Indien ik het schema bekijk die Peter112 heeft gevonden, zou het toch aardig moeten werken op 5V met een LM741 of TL081. Of is het toch verstandiger om de Vcc van de OpAmp op 12V te zetten ?

@Blackdog :
Even in mijn voorraadlijstje gekeken, en ik zie dat ik ooit bij Farnell een aantal MCP6001 heb besteld (en teruggevonden) in SCO-70 of SOT-23. Die zou ook te gebruiken zijn, maar kan dat met hetzelfde schema als bij de TL081, of komt er meer bij kijken ?

@BFM: de 8-bit slaat op de databreedte van de CPU, niet de ADC. Zover ik weet heeft die hele serie AVRs een 10-bit ADC.

Dankje. En wat is er waardeloos aan een 10-bit a/d-converter?