Vakiovirtalähde 3.3V 1mA

Tuleeko kellekään mieleen IC:ta, jolla saisin otsikon mukaisen
härpäkkeen aikaiseksi? Jännitteen pitää pysyä tuossa 3.3V.
Olen googleillut ympäriinsä, mutta ei tahdo silmiini osua
valmista piiriä. Linear Techologyn IC:n osuvat ehkä lähimmäs.

Jännitteellä syötetään PT1000-vastussiltaa, ja virran
rajoitus tarvitaan, ettei PT lämpene.

Kyllä tällainen on varmasti jo keksitty! Olen kokeillut
mm. virran rajoitus FET+vastus (vakiovirtadiodi), siihen
perään jännitereferenssi. Tämä voisi sinällään toimiakin.

Mitä tarkoittat 3,3 V 1 mA:lla? Sanot, että jännitteen pitää pysyä 3,3V:ssä, mutta eihän se ole mahdollista, josta virtaa aletaan rajoittaa. 3,3V ja 1 mA voi toteutua vain, jos kuormana on 3,3kohm.
Siis kaipaatko systeemiä, joka syöttää 1 mA kunnes jännite nousee 3,3 V tasolle ja virta alkaa pienenemään?

Useimmilla regulaattoreilla voi toteuttaa vakiovirtapiirin. Tässä yksi esimerkki: t0.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9 … kExHOSvuIw

Löytyy myös regulaattoreita, joissa on ohjelmoitava virtamaksimi. Esimerkiksi: cds.linear.com/docs/en/datasheet/3050fa.pdf

Tuo LT3050 vaikuttaa hyvältä, ja on kohtuuhintaan saatavissa.

Syötän jännitettä Wheatstonen siltaan, jossa kolme kiinteää
vastusta 1000 ohmia. Neljäs on muuttuva PT1000, jonka voi
olettaa muuttuvan noin 900-1100 ohmin välissä (tasan 1000 ohmia
lämpötilassa nolla astetta C).

Mittaan sillan yli vaikuttavan jännitteen, ja syötän sen AD-muuntimeen.

Ajattelin ‚Äúruokkia‚ÄĚ 3.3 voltilla, eik√§ sillan ottama virta saa menn√§
yli 1 mA, koska muutoin virta alkaa lämmittää PT-1000 -vastusta
ja se antaa vääriä tietoja.

En tiedä osasinko selittää ymmärrettävästi…

Sillan vastus on siis 1k eli 1 mA virralla syötät 1 V jännitteellä. Mihin tuossa vielä virtarajoitusta tarvitsee? 1 mA siltaan tarkoittaisi 0,5 mA PT1000 eli se lämpeäisi hurjalla 0,25 mW teholla. Onko tuolla oikeasti väliä?

Tuo on tietenkin yksi mahdollisuus, eli syöttää siltaa tarkasti
1 V referenssillä. Valmiita tarkkoja jännitereferenssejä saa
kaupasta, eikä tarvitsisi askarrella. Sillasta mitattava
jännite vaan menee kovin kapeaksi… 3.3 voltilla saan ulos
suunnilleen 70mV lämpötilan ollessa noin 20 astetta C ja
PT:n vastuksen ollessa noin 1077 ohmia. 1 voltilla saisin
karkeilla päässälaskuilla ulos noin 23 mV vastaavilla
PT:n ja lämpötilan arvoilla.

AD on 18-bittinen, käytännössä 16-bittinen. Tämä lämpötilan
mittaaminen on muuten yllättävän hankalaa, kun pyrin 0.01
asteen tarkkuuteen. Jo 0.01 % toleranssin vastukset ovat
aika arvokkaita ja tilaustavaraa.

3,3 voltilla PT1000:n läpi menee n. 3,3 mA eli ei se vaatimasi 1 mA.

Mit√§ tarkoitat 0,01 asteen tarkkuudella? Tarkimman A-luokankin PT1000:lle luvataan ‚Äúvain‚ÄĚ 0,15 asteen tarkkuus ja tuokin p√§tee vain l√§hell√§ 0 C:t√§. Kalibroimalla voit tietysti p√§√§st√§ parempaan, mutta kaliboiminenkin on todella vaikeaa tuolla tarkkuudella.

Ei tuohon tarvita tarkkaa referenssiä (tuskin myöskään 0,01% vastuksia), sillä ideana on aina käyttää tuota jännitettä myös ADC:n referenssinä, jolloin mittaus on puhtaasti ratiometrinen ja tarkalla jännitteellä ei ole väliä.

Itse tekisin tuon 24-bittisella sigma-delta muuntimella. Vaikkapa tällä (tuolta löytyy esimerkkikin): cds.linear.com/docs/en/datasheet/2492fd.pdf

Pistän tilaukseen LTC2440:n. Mahdoton päästä haluamaani
tarkkuuteen yrittämällä muuta… tiedä sitten, mihin pääsen
ratiometrisellä yrityksellä. Onko Wheatstonen silta suositeltava
uudessa konseptissa? PT tulee olemaan hyvin lähellä AD-muunninta,
ei minkään piuhan päässä, vaan PCB:lla AD:n vieressä.

Wheastonen sillan hyöty olisi lähinnä mittauksen virhelähteiden kumoaminen. Koska sinulla on vain yksi anturi sillassa, kumoaminen ei toimi eli muiden vastusten lämpötilariippuvuus aiheuttaa edelleen virhettä. Toinen hyöty olisi signaalin nollaaminen eli tavallaan vahvistaminen (muutos suuri signaaliin nähden). Tästä ei juuri ole iloa 24 bittisellä muuntimella, joka helposti mittaa 0,01 asteen tarkkuudella ilman siltaakin.

Itse en ole koskaan käyttänyt Wheastonen siltaa, mutta käyttäisin sitä ehdottomasti mm. venymäliuskojen kanssa, jotta lämpölaajenemisen saa pois voimia mitattaessa.

Tuo valitsemasi ADC on erittäin tarkka ja tarvittaessa myös nopea, tosin nopeus tuskin on tarpeen lämpötilamittauksessa. Huomaa kuitenkin, että se on hyvin arka suurille tuloimpedansseille. 1000 ohm on jo suuri ja voi aiheuttaa merkittävää virhettä, varsinkin käytettäessä kondensaattoria tulossa. Tuossa LTC2492:ssa olisi ollut uudempi Easy Drive -tekniikka, jolla ko. ongelma vähenee huomattavasti ja sillä voi paremmin lukea suoraan suuria tuloimpedansseja.

Lue siis huolella datasheet ja huomio ko. asian vaikutus.

Mitä lämpötilaa olet mittaamassa? Piirilevyllä oleva anturi yleensä lämpeää huomattavasti piirilevyn kautta. Kaipaatko tosiaan 0,01 asteen tarkkuutta (erittäin vaikeaa) vai pelkästään 0,01 asteen resoluutiota (onnistuu helposti)? Tuohon resoluutioon pääsee jo monella halvalla digitaalianturilla, vaikkapa SMT160-30. Ko. tarkkuuteen pääseminen vaatii taas joko erittäin kalliita valmiita systeemejä tai hyvin vaativia kalibrointimenetelmiä.

Moi

Kiitos vastauksesta. AD muunnin vielä tilaamatta, joten katson
ainakin ehdottamasi datalehden! Toinen asia mihin törmäsin, niin
on piirilevyn suunnittelu… aika paljon huomiotavaa jos haluaa
tarkkaa mittausta.

Resoluutio ja tarkkuus ovat vähän hakusessa käsitteinä minulla.
Mainitsemasi SMT160-30 antaa todella hyvän resoluution, mutta
0,7 asteen ‚Äúaccuracyn‚ÄĚ - mit√§ se sitten lieneekin‚Ķ

Eli tarvitsen mittarin, joka näyttää OIKEIN lämpötilan. Tulen
kalibroittamaan laitteen jollain siihen oikeutetulla yrityksellä.
==> Jos mittarini antaa lukeman 20.05 astetta, sen on syytä
olla se, eikä esim. 20.08 astetta. Tämä on tarve.

SMT-160-30-18 voisi olla sopiva. Minulle on ihan sama,
onko tekniikkana AD-muunnin vai jotain muuta… Pääseekö
tällä varmasti tarkkaan mittaustulokseen (itse asiassa
0,05C virhe on hyväksyttävä)?

0,01 C Resoluutio tarkoittaa sitä, että mittari huomaa eron 20,00 ja 20,01 C välillä. Eli lukema muuttuu ja on myös tarpeeksi stabiili eli kykenee (ilman kohtuutonta keskiarvostusta) näyttämään juuri 20,00.

Resoluutiolla ei ole vielä mitään tekemistä tarkkuuden kanssa eli mittarin näyttäessä 20,00 oikea lämpötila voi olla vaikka 60 astetta. Resoluutiota paremapaan tarkkuuteen ei kuitenkaan ole mahdollista päästä.

Resoluutio ei myöskään tarkoita sitä, että mittari näyttäisi seuraavanakin päivänä samat 20,00 C samassa lämpötilassa.

Tarkkuus taas on juurikin ero siihen absoluuttisen oikeaan lämpötilaan. Yleensä tarkkuus on kertaluokkaa huonompi kuin resoluutio eli 0,01 asteen resoluution lämpötilamittarilla tarkkuus voisi olla vaikkapa 0,1 astetta.

L√§mp√∂tilan mittaaminen ‚Äúedes‚ÄĚ 0,1 asteen tarkkuudella ei todellakaan ole helppoa. Ei edes absoluuttisen tarkalla anturilla, sill√§ l√§mp√∂tila ei yleens√§ ole vakio. Se ei ole sit√§ edes periaatteessa hyvin m√§√§ritetyiss√§ tilanteissa kuten j√§√§-vesi -seos tai kiehuva vesi. Noissahan l√§mp√∂tila on 0 ja 100 C. Mutta laitappa se absoluuttisen tarkka anturi kiehuvaan kattilaan tai vesiastiaan, jossa on j√§√§t√§, niin huomaat, ett√§ tuollaisia muutaman asteen kymmenyksen eroja tulee helposti. Eristyksell√§ ja sekoituksella p√§√§set ehk√§ siihen 0,1 C tarkkuuteen, mutta 0,01 C tuskin onnistuu ilman kunnon v√§lineit√§.

Kun vielä anturisi on piirilevyllä, tuskin voit upottaa sitä noihin luonnollisiin kalibrointisysteemeihin, ainakaan vaikuttamatta mittaukseen.

Accuracy on juuri se tarkkuus. Mulla on ollut kymmenkunta noita SMT 160-30 antureita. Kyllä ne näyttivät kokeilemani (0, 100 C + kuumemittaus) kalibrointitilanteet varsin hyvin muistaakseni ~0,1 C virheellä.

En usko, että tulet pääsemään tuon parempaan millään muullakaan. PT1000 tai vastaavat pitää kalibroida yksilöittäin, jos haluaa päästä parempaan kuin 0,1 C tarkkuuteen. Toistettavuus voi hyvinkin olla 0,01 C, mutta siihenkin tulee pitkän aikavälin ryömintää, joka on helposti 0,1 C. Eli vaikka onnistuisitkin jotenkin kalibroimaan 0,01 C tarkkuudella, joutuisit uusimaan kalibroinnin kerran viikossa, kuukaudessa tai vuodessa riippuen anturista, lämpötila-alueesta, kosteudesta jne.

Piirilevy pitää olla tosiaan kunnolla suunniteltu, jotta 24 bitin ADC-muuntimesta saa lähellekään täyden tarkkuuden ulos. Piirilevyssä pitää olla kunnon maataso (2-puoleinen piirilevy), vähäkohinainen regulaattori jne. Kun noita kokeilin ensimmäistä kertaa kymmenisen vuotta sitten, tein kytkennät reikälevylle. Kohinaa oli 100-1000 uV ja myös offset-virhe oli samaa suuruusluokkaa. Sitten kun tein kunnon piirilevyn oltiinkin jo speksien mukaisessa ~1 uV kohinassa ja offsetissa. Tuo 1 uV vastaa 0,001 C muutosta, jos Wheastone siltaa PT1000 + 3*1000 ohmia kuormitetaan 1 mA virralla. Joudut siis tekemisiin hyvin pienten jännitteiden kanssa, jotta pääset tuollaisiin tarkkuuksiin.

LTC2492 kiinnitys on DFN-tyyppinen - onnistuneeko tinaus
kotioloissa?

Kiitos pitkästä vastauksestasi, laitoin äsken omani ennen kuin luin selontekosi…
Kyllä näyttää vahvasti siltä, että SMT on valintani. En kuitenkaan ole tekemässä
laboratoriomittaria, mutta TARVITSEN noin 0,2 asteen tarkkuuden (jonka joku
mittalaitos vahvistaa, sitä en tiedä sertifioidaanko tämmöisiä mittalaitteita).

Haistan hankaluuksia AD-juttujen kanssa… ja kuten sanoit, niin vaikka AD
olisi ‚Äút√§ydellinen‚ÄĚ, niin PT ei ole.

Lämpötilan mittaaminen tarkasti onkin aika pirun paha rasti :slight_smile:

DFN on ikävä käsin juotettava, mutta mahdollinen. Ei onnistu kolvilla ja tuossahan on myös pohjapädi. Itse olen tuollaisia juottanut kuumalla levyllä tai kuumailmajuottimella. Molemmilla lyijittömänä, mikä on tosin helposti liikaa piirilevylle ainakin tuossa kuuman levyn tapauksessa.

En tiedä lyötyykö noita Easy Drive muuntimia helpommin juotettavina. Kyllä tuo on mahdollista tehdä ilmankin Easy Drivea, mutta virhettä kertyy helpommin.

0,2 astetta on sitten jo täysin eri juttu. Se onnistunee vaikkapa tuon LTC2492:n sisäisellä lämpötila-anturilla ja monella muullakin tavalla, jos lämpötila-alue ei ole laaja, mikä tietysti päteekin anturin ollessa piirilevyllä, jossa on komponentteja, jotka eivät toimi kuin enintään -40 - +120 C tms.

Kokeilen kuitenkin LTC2440 ja hyvin tarkalla referenssillä LT1021B.

Spekseissä sanotaan, että yli 350 ohmia on ongelmallinen,
eli muutan 1K PTC:n ja Wheatstonen sillan 100 ohmiksi.

Tuleekohan tästä mitään… Tämän artikkelin pohjalta aion
kokeilla:

dangerousprototypes.com/forum/vi … 47&p=42053

En jaksanut tuota linkin juttua lukea, mutta nopeasti katsottuna aiot ilmeisesti käyttää Arduinoa? Tuon ADC:n lukeminen on helppoa SPI:llä. Itse olen tehnyt tuota sekä PC-ohjelmalla että AVR:llä (Arduino on AVR). Kyllä se onnistuu. Et tarvitse 200 nV tarkkuutta, vaan muutama uV riiittää jo hienosti mikä helpottaa paljon.

Kuten aiemminkin kerroin ko. mittaus on ratiometrinen eli siinä ei tarvita tarkkaa referenssiä. Pienikohinainen regulaattori riittää hienosti. Itse olen käyttänyt mm. LT1761:stä. Tuolloin (ja muutenkin) pitää ehdottomasti ottaa sillan syöttö ja ADC:n referenssi samasta lähteestä. Itse olen aina myös ottanut ADC:n käyttöjännitteen samasta.

Olen yleensä käyttänyt Arduinoa kehityskoneena
(tässä lämpömittarissa Megaa, koska siinä on riittävästi
muistia hanskaamaan GPRS-modeemin, SD-kortin ja
RTD:n sekä tietenkin lämpömittarin), sitten poltan
sovelluksen sopivalle chipille.

Referenssijännitettä ei kaikissa näkemissäni PT-AD
-kytkennöissä oteta samasta syötöstä Vcc:n kanssa.
Referenssi on toki sama kuin sillan syöttöjännite.

Täytyy kokeilla erilaisia regulaattoreita. Luulisin että
halvempi riittää, paremmat maksavat parikymmentä
euroa.

Toinen askarruttava asia on sillan vastusten tarkkuus.
100 ohmia 0,1% maksaa euron kappale, 100 ohmia 0,01%
noin 15 euroa kipale… Kohtuullinen PT (DM-334) irtoaa
kahdeksalla eurolla.

Kaipa tässäkin pätee se, että tarkkuus maksaa.

Mistä löydät noin kalliita vastuksia? Itse olen käyttänyt paljon 0,1% (SMD) vastuksia ja ne ovat maksaneet yksittäin muutaman kymmenen senttiä kappale ja jo 100 kpl erässä pääsee alle 10 sentin kappalehintaan. 0,01% vastukset näyttävät olevan euron molemmin puolin kappaleelta määrästä riippuen. Yksittäin ostetut 0,2 ppm/C 0,01% vastukset sitten saattavat maksaa jo tuon 15 euroa kappale, mutta et kai noin olematonta lämpötilariippuvuutta sentään tarvitse.

Laskeskele jollain siltalaskurilla miten virhe vaikuttaa.

Moi,

Ihan Farnellin hintoja katselin. Ja tilasin tänään
0,1% vastukset (SMD:ta parempia ovat kuulemma
isot metal foil -vastukset: aiheuttavat vähemmän
häröä analogiapuolella. Lisäksi tilasin A-luokan PT100:n,
sekä sen kalliin jänniterererenssin: eipähän ainakaan
ole sitten regusta kiinni… Regulla tulen ajamaan
AD referenssiä sekä siltaa. Vcc:n otan muualta.
Kerro mistä olet ostanut 0,01% vastuksia eurolla,
alle kympin en ole moisia nähnyt.

Tuo analoginen alkupää tekee tietenkin ne virheet
joita tulee, mutta ei ole syytä olla pyrkimättä hyvään
tulokseen.

Niin ja John Bealen vastaukset pariin kysymykseeni:

Hi Kari,

I wrote down pretty much all the information I had in my post about the circuit, that was a while ago. I don’t remember but I think I did connect the two +5V supplies together. In theory they should be separate supplies, and you always use +Vref and -Vref to power a bridge circuit, not any other supply. That way, ideally you measure only the resistance ratio independent of the actual supply voltage. Real life is not ideal due to voltage coefficients, heat dissipation and imperfectly balanced thermal mass / thermal coefficients, etc. Apparently 1k resistors were OK for noise level because I actually reached the datasheet noise spec of 200 nV RMS. As far as accuracy, I don’t know because I have nothing that precise to compare against.

My guess is that 0.01% (100 ppm) accuracy is very challenging, but not impossible. It is of course, much more difficult to reach 0.01% accuracy than just 0.01% precision and especially over a big temperature range. Need to consider and compensate for drift with temperature, supply voltage, time, humidity etc. Probably your sensor will determine more about accuracy, than the rest of the circuit, but at 100 ppm many factors will affect the result. In any case will need a lot of testing.

If you are interested in precision electronic measurements you may enjoy the mailing list called ‚ÄúVolt-nuts‚ÄĚ here: febo.com/pipermail/volt-nuts/

regards,
John