Come Scegliere Un Convertitore Pt100

[davideversari]

Salve,

Devo decidere quale convertitore pt100 utilizzare per dei termometri da esterno di precisione.

Sono sonde pt100 1/3 din e vorrei utilizzare un buon convertitore lineare e comunque programmabile da PC.

Ne ho visti un sacco sul web! Alcuni costosissimi. Non ho pretese esasperate, mi accontenterei di un errore di conversione di 0,1 C . Vorrei poterlo settare nel range di temperatura che mi serve (-40/60C) tutte cose che la maggiore parte dei convertitori permettono.

Unico problema e' che ce ne sono tantissimi!

alcuni tipo i DATEXEL che hanno un software ed interfaccia piuttosto costosa tipo 250 e costano tipo 60 ( dat1010). Altri come i BAUMER costano molto meno tipo 40 ed hanno un interfaccia software da 180 . . Altri ancora costano 35 ed hanno il software interfaccia da 90 tipo quelli commercializzati dalla TC direct . Tutti apparentemente precisi e lineari.

Una jungla di prodotti,

Qualcuno Sa darmi qualche consiglio per capire , leggendo i datasheet dei convertitori, quali siano le caratteristiche da ricercare per scegliere correttamente un convertitore e relativo sistemA di programmazione daPC?

Davide

[Livio Orsini]

alcuni tipo i DATEXEL

Io ho sempre usato questi prodotti con ottimi risultati di affidabilità e precisione.

Sono costruit e progettati completamente in Italia.

Se telefoni a loro, essendo un'azienda medio piccola, trovi senz'altro qualcuno che ti con siglia il miglior compromesso costo prestazioni per la tua applicazione.

[davideversari]

grazie per la risposta.

ho parlato con un tecnico DATEXEL che mi ha illustrato in dettaglio sia le caratteristiche del DAT1061 , il convertitore , che una panoramica del software di programmazione .

il software costa un po ma e' molto molto interessante

il convertitore ha ottime caratteristiche.

c'e solo un punto sul quale non ho approfondito con il tecnico ed e' la deriva termica , che nel mio caso e' fondamentale perché ' il convertitore lavora alla temperatura che dovra' anche leggere ,

quindi -40/60C

con un escursione simile non posso fare a meno di valutarla.

nel datasheet come derica riporta: fondo scala +/- 0,01 /C

onestamente non mi e' chiaro!

ammetto la mia inesperienza in merito e ti chiedo se puoi spiegarmi semplicemente, con un esempio, questa grandezza?

DAVIDE

[Livio Orsini]

in questo caso, più che la deriva io presterei attenzione ai limiti di funzionamento. In genere per gli apparati industriali il limite di temperatura di funzionamento non eccede -25^oC e +75^oC. Il limite inferiore di temparatura, a cui intendi lavorare, si avvicina allae specifiche militari.

Io, in te, leggerei bene ildata sheet e/o risentirei il tecnico.

La deriva dichiarata significa una variazione di 0.001 del valore di fondo scala per 1^oC di variazione di temperatura. In altri termini se hai un fs di 10V e la temperatura ambiente varia di 10^oC, la tua uscita può variare al massimo di 0.1 V. Cosa che per un apparato industriale è più che accettabile. Solo apparati di misura da laboratorio hanno precisioni migliori.

Modificato: 10 gennaio 2014 da Livio Orsini

[davideversari]

ciao,

come sempre sei chiarissimo.

ho un altra domanda da farti sulle pt100 / convertitori:

non avevo mai studiato le tabelle RESISTENZA / TEMPERATURA "linearizzate " secondo i parametri di C. Van Dusen .

con mia sorpresa ho valutato che la non linearita' di una pt100 rispetto alla temperatura e' davvero notevole; comunque con le formule di Van Dusen molto "correggibile"

mi sembra di capire quindi che quando scrivono dei convertitori "linearizzati" intendano per l'appunto rispetto alle note formule C.Van Dusen ...o sbaglio?

quindi l'uscita di un convertitore con processore rende un dato che tiene conto della non linearita' della pt100 rispetto alla temperatura?

[davideversari]

a scanso di equivoci a quanto scritto sopra mi riferivo al coefficiente di resitenza/ temperatura K , che non e' costante

[Livio Orsini]

Oggi si digitalizza tutto.

Se osservi le tabelle noterai che nell'intorno di qualche grado la funzione resistenza-temperatura si può ritenere lineare, quindi è molto più semplice linearizzare tramite spezzata.

[davideversari]

ciao,

si e' come dici, ma e' anche vero che ho provato ad approssimare con una funzione polinominale di sesto grado ed ho ottenuto un risultato fantastico senza spezzata.

l'idea lo presa da un datsheet della MAxim, che per me e' pazzesca nell'illustrare i propri integrati e le applicazioni sul campo.

comunque cosi' facendo ho migliorato la precisione di conversione di un convertitore "banale", raggiungendo una linearita' ottima.

Ho anche applicato lo stesso metodo a due convertitori a microprocessore sempre con ottimi risultati.

ovviamente occorre usare un datalogger o un PIC dedicato per l'operazione matematica che ne consegue.

ho comunque capito che ne capisci davvero tanto di misurazioni e controlli.

avrei un altra domanda da farti circa le sonde in platino;

secondo te dove risiede il vantaggio principale tra usare una pt1000 vs pt100 ....forse minore corrente e quindi minore autoriscaldamento?

[Livio Orsini]

ma e' anche vero che ho provato ad approssimare con una funzione polinominale di sesto grado

La domanda di fondo è: "Hai valutato bene il rapporto costi - benefici?"

Tieni presente che già il decimo di grado centigrado è quasi al limite della tolleranza di misura dello stesso sensore. Interpolazioni lineari entro l'intervallo di 5 gradi danno risultati comparabili, se non migliori, con quelli del tuo algoritmo, ma con una semplicità di calcolo, e quindi di tempo di esecuzione, molto, ma molto, più ridotta. Spendi solo nella memoria di programma perchè devi inserire una serie di costanti. Ma questo, oggi, non è più un problema

Per un'applicazione normale non ne vale assolutamente la pena, anche perchè gli errori che intoduce la componentistica di interfaccia vanificano lo sforzo.

Dovresti usare componenti e topologia circuitale in linea con la sofisticatezza dell'algoritmo di linearizzazione, ma a questo punto i costi rischiano die ssere veramente esorbitanti, giustificato solo per apparecchi di misura di classe superiore.

...forse minore corrente e quindi minore autoriscaldamento?

L'auto riscaldamento lo puoi comunque ridurre anche per le PT100, scegliendo opportunamente la tipologia di ponte o semiponte.

Il vantaggio della PT100 è che puoi usare ponti o semiponti con resitori di valore più elevato e questo, in alcuni casi, può darti alcuni vantaggi.

PS.

Più di 40 anni fa, quando praticamente non c'erano ancora operatori operazionali integrati (il µA702 era ancora poco più di una curiosità), dovendo eseguire circa 30 misure di temperatura sua ltrettanti punti, per linearizzare le misure si usò l'espediente di un ponte asimmetrico alimentato in corrente costante. Il campo di, misura no era molto ampio (circa da -10^oC a +85^oC) però la linearizzazione risultava praticamente perfetta.

Modificato: 12 gennaio 2014 da Livio Orsini

[davideversari]

ciao,

in verita' avevo calcolato tempo fa che anche usando componenti "pazzeschi" vale a dire resistenze 0,1% 5ppm, operazionali Linear Tecnology da 7 euro con caratteristiche eccezionali, pt100 purissime , 1/10DIN , ed un circuito convertitore serio, anche usando tutto questo non sarei arrivato a migliorare un +/- 0,2 C di precisione.

ci sono tanti fattori che influiscono sulla misura a partire dai test in fase di progettazione.

anche solo le apparecchiature di laboratorio da usare dovrebbero essere usate con tali accorgimenti da perdere la testa.

allora decisi quanto segue:

alimentare gli strumenti con gruppo di continuita'

eliminare eventuali disturbi con filtro antidisturbo di qualita'

usare un buon multimetro , verificato spesso con calibratore0,01% ...ho un multimetro HP34401

alimentare nel miglior modo possibile, ed uso un alimentatore HP6632

fatto tutto questo almeno ora so cosa misuro.

ho pastrocchiato tanto e non riesco ad avere certezze migliori di 0,2C

potrei anche dire "OK mi accontento" , ma se possibile vorrei migliorare....visto che qualcuno si permette di dichiarare precisioni f.s. di 0,1 C , allora vuole dire che si puo'!

comunque un pic calcola la funzione in pochi msecondi.

inoltre la precisone di conversione , parlo di dato elettrico puro,con questa funzione e' anche meglio di 0,05 C

sul campo, con pt100 , range temperatura diversi da una temp costante in laboratorio, tutto cambia enormemente e si arriva a precisone di 0,2 / 03 C

[Livio Orsini]

tutto cambia enormemente e si arriva a precisone di 0,2 / 03 C

+/- 0.1^oC può essere ottenuto anche su campo dipende molto dalla componentistica usata e dalla topologia circuitale.

comunque un pic calcola la funzione in pochi msecondi.

Quanti sonio quei pochi?

Che convertitore A/D stai usando?

[davideversari]

Ciao,

uso un datalogger di mia fabbricazione che usa un PIC 18F2523; ha un convertitore A/D 12 bit..... lo so che non sono tanti!

sfruttando appieno i 0/5 V per misurare i -40/60 C ho una buona risoluzione ,circa 0,02 C .

ho misurato le prestazioni dell ' A/D del PIC e converte (calcolo compreso) in 20 ms; la precisione del A/D non e' super agli estremi (ma non e' fondamentale) ; tra 0,2/4,9 Volt invece e' buona e tale da non fare superare un incertezza di 0,1 C tra risoluzione ed errore conversione.

complessivamente non posso garantire un incertezza migliore di 0,3 C

[Livio Orsini]

Il problema non è la qauntizzazione dell'A/D, ma il suo riferimento; dovresti almeno usare un riferimento esterno, ad alta stabilità, magari il medesimo del generatore di corrente.

sfruttando appieno i 0/5 V per misurare i -40/60 C

In questa gamma dovresti avere la precisione garantita dal sensore, senza tanti conti. 20 ms sono un'eternità per quel micro.

Ma scusa che cinrcuitazione d'interfaccia stai usando? Ponte, semiponte? altro? Quella precisione, su di una gamma simile, la ottengo con un vecchio 16F876 ed un apli OP01, ovvero un LM324 solo un poco più performante come stabilità dei parametri.

[davideversari]

Ciao,

come riferimento uso l'uscita del 7805.

li seleziono prima nel range 5,01-4,99 ; poi li testo per diversi minuti e li misuro +/-1 mV

solo ultimamente ho visto che LT lineartecnolgy ha un generatore di fonte di rif. di qualita' molto piu' alta (5 euro) +/- 3 mV garantiti.

per i 20 ms del PIC posso ricontrollare , forse ricordo male.

il circuito che uso e' un semiponte.

per migliorare sto pensando di usare un circuito simile o uguale a quello che usa RM Young per il suo convertitore pt1000

oppure un convertitore DATEXEL DAT1061 settato.

se vuoi darci un occhiata al circuito Young :

www.youngusa.com/manuals/41342l-90.pdf

tornando alla incertezza io considero tutto il pacchetto! vale a dire incertezze dovute a : sensore + autoriscaldamento + linearizzazione + multimetro + conversione A/D

come e' possibile garantire incertezza < 0,2 C ?

sulla carta magari Si ; ma la realta ' e' diversa

io non ci riesco

[Livio Orsini]

Se vuoi una buona precisione devi, in primis, partire da un riferimento di tensione preciso e, soprattuto stabile. Io, ad esempio, ne uso uno della TI tarabile in un piccolo intrno di tensione. Costava attorno ad 1€ Lo uso sia come riferimento dello A/D, sia come riferimento per il generatore di corrente costante che alimenta il semi ponte. Il valore di corrente è dell'ordine dello 0.5 mA. La lettura è a 4 fili. Il convertitore è 8 canali a 12 bits della BB, con uscita in SPI, il micro ovvio, legge poi lo SPI. L'elettrronica di interfaccia è basata su operazionali BB ad alta stabilità

C'è anche un bell'ampli specifico della TI per interfacciare le PT100, però non lo regalano. Ha già tutto quello che serve, però se devi leggere molti punti diventa un po' oneroso.

per i 20 ms del PIC posso ricontrollare , forse ricordo male.

Se devi risolvere un'equazione di sesto grado è chiaro che la macchina deve avere il tempo necessario per effettuare l'elaborazione. Io non contesto il tempo, ma la scelta della strategia. COmunque la mia è solo un'opinione personale.

Datexel ha ottimi prodotti che conosco da tempo, anche perchè l'azienda è ababstanza vicina a casa mia, conosco personalemente il rpgettista nonchè responsabile tecnico e il fondatore era mio compagno di banco, e di altre cose, ai tempi dell'ITIS. Purtroppo è scomparso prematuramente.

[davideversari]

ciao,

ho visto qualcosa di simile al TI che interfaccia le pt100 pero' della MAXIM ; un po complesso per me !

probabilmente usero' in definitiva un prodotto commerciale.

pero' ci tenevo a provare qualcosa anche di "mio"

L'interpolazione Livio la faro' anche se uso un DATEXEL.

magari non sesto grado , ma quello che serve per linearizzare al meglio (io lo chiamo smussare).

oppure, battezzata la sonda da allegare al convertitore, potrei anche usare il software datexel e linearizzare con i 32 punti che ti danno a disposizione.

curioso il riferimento TI di cui parli....tarabile ....ci do un occchiata.

riguardo alla taratura, posso chiederti un consiglio su come tarare periodicamente multimetri 6 1/2 digit (7 1/2) senza bagnarsi troppo i piedi?

io ogni tanto li confronto ad un calibratore ma di classe inferiore , 0,01% +/- 2 digit , EXTECH PRC15.

o devo aprire una nuova discussione in merito?

[Livio Orsini]

C'è poco da fare, per tarare uno strumento ci vuole l'attrezzatura adatta.

I laboratori metrologici seri e certificati per prima cosa, sono climatizzati a tmeperatura ed umidità costante; anche la polvere è controllata anche se non a livello di una vera "camera bianca".

Per ogni tipo di strumentazione c'è almeno uno standard secondario di calibrazione, se non addiittura un primario. Ovviamente la classe del calibratore deve essere superiore a quella della strumentazione da testare.

curioso il riferimento TI di cui parli....tarabile ....ci do un occchiata.

Li fa anche National Semiconductor, ma oramai è fusa co TI.

Non sono standard di tensione, sono equivalenti a zener variabili. Io ne avevo scelto uno aggiustabile nell'intorno dei 2047 mV, perchè è un valore comodissimo da usarsi come riferimento per un A/D

[davideversari]

:(ciao,

mi viene da piangere

comunque un tentativo l'ho fatto , ho aperto una discussione .

secondo il tuo parere ed in base alla tua esperienza , salvo guasti palesi, un multimetro di quanto si puo' discostare dalle caratteristiche dichiarate?

a costo di sembrarti eretico e' auspicabile massimo un declassamento?

[Livio Orsini]

hai aperto una discusisone specifica sull'argomento dove ti ho rispsoto. Comunque hai 2 strumenti di altissima classe, una volta calibrati, se non avvengono guasti, per mia esperienza stanno sempre entro i limiti di tolelranza dichiarati, anche dopo anni. Certo che le procedure prevedono calibrazioni a scadenza.

[davideversari]

Ciao,

scusami l'ho aperta prima di avere visto la tua risposta.

provo a chiuderla se ritieni sia il caso.

mi rinfranca il tuo commento.

potrei investire qualcosa e farli calibrare.

unica cosa un noto commerciante di strumenti mi ha detto che un test di confronto con un sistema superiore, tipo Agilent 8 1/2 , puo' farmelo con un 100 euro cad.

ma se vengono fuori problemi lui non puo' "ricondizionarli" alle caratteristiche delle specifiche ne ripararli

quello lo fanno solo le case madri.

tu che faresti se fossi in me?

non considerare quest'ultima risposta .

ho ripostato nell apposita discussione

scusa per la confusione

[davideversari]

in risposta a Livio, ho acquistato e testato 3 Convertitori industriali, settati -40 /60 in fabbrica.

quindi direi che almeno il limite inferiore -40 C e' fattibile.

per quanto concerne l'accuratezza il problema e' diverso : dal momento che il convertitore e' fisicamente "esposto" alla temperatura ambientale, ho eseguito dei test con il convertitore a -40C e a 60C

mentre la resistenza da misurare a T.ambiente .

questo per verificare la deriva dei convertitori.

purtroppo e' molto alta; varia tra 50/120 ppm qualcosa come un errore a -40 C tipo 0,2 / 0,3 C..da aggiungere alle altre incertezze

Decisamente inaccettabile.

[Livio Orsini]

quindi direi che almeno il limite inferiore -40 C e' fattibile

Sicuramente c'è un incomprensione.

Come ti ho scritto nel #4 questa temperatura è oltre il normale limite degli apparati industriali, ma non è un limite invalicabile.

Questa è una temperatura da elettronica professionale (militare). In questo caso il limite è anche inferiore, in genere si situa a -75^oC, però i costi sono...da apparecchaiture militari.

La deriva che hai misurato probabilmente dipende dai compromessi circuitali effettuati per non arrivare a costi proibitivi.

Già non è facile tenere le derive che richiedi entro campi di temepratura usuali, dovendo scendere di molto è necessario, oltre all'uso di componentistica certificata per almeno -50^oC, adottare topologie molto più complesse. Tutto questo incrementa i costi in modo esponenziale.

Modificato: 27 gennaio 2014 da Livio Orsini

[davideversari]

ciao,

ho voluto solo dare una possibilita' ai convertitori industriali.

purtroppo con 35/60 non si fanno miracoli a -40C , tantomeno si puo' chiedere +/- 0,1 C!

bisorrebbe testare i circuiti abbinati al sensore uno ad uno , ma nel mio dry block calibrator non entrano.

ci vorrebbe una camera climatica ma li si entra in una dimensione d'investimento che non e' assolutamente la mia.(tantomeno le competenze)

con l'autocostruzione sono arrivato ad una precisione simile a quelli industriali ma con una deriva a -20C pazzesca (tipo +40mV)

dovrei investire soldi nei resistori 5ppm

sono a quello che si chiama punto morto.

ho bisogno di una soluzione gestibile con le mie competenze, che mi dia in partenza una buona precisone, senza dovermi limare troppo la testa.

se volessi migliorare, tu mi sapresti consigliare una ditta che produce un convertitore piu' spinto di quelli soliti industriali , qualcosa tipo quelli che tu chiami "militari"?

oppure hai una idea migliore?

DAVIDE.

[Livio Orsini]

Prova a sentire cosa dicono quelli della Datexle, è un'azienda non molto grande, il progettista è uno bravo e molto esperto. Potrebbero realizzarti dei convertitori speciali con componentistica ad alte prestazioni. E' il loro mestiere e ti possono dire subito se la tua idea ha qualche fondamento di riuscita a costi abbordabili.

Eventaulmente mandami un MP con i tuoi dati e vedo di darti i riferimenti della persona con cui parlare.

[davideversari]

ciao,

ok Livio faccio come dici tu.

grazie

Davide