Hilfe zu Meßwertverstärker für PT100

Ich habe eine Wheatstonebrückenschaltung mit dem LM324 wie folgt aufgebaut und bekomme keine brauchbare Verstärkung am Ausgang.

Die Schaltung liegt an einer 12V Spannungsversorgung meines zum Labornetzteil umgebauten PC-Netzteiles. Die ""+"-Eingänge der ersten zwei OP´s werden jeweils von einem Spannungsteiler versorgt. Am einen Spannungsteiler habe ich einen 10KR Widerstand und den Poti mit 100 R für den Abgleich und am anderen 12kR (=> 1mA) und den PT100 Temperaturmeßsensor.

Die Ausgänge der beiden OP`s werden über jeweils einen 220KR Widerstand an die "-"-Eingänge Rückgekoppelt. Der 2KR Poti für die Einstellung der Verstärkung am Subtrahierer ist zwischen die beiden "-"-Eingänge gelegt.

Der Ausgang des OP`s, der mit dem Spannungsteiler mit PT100 am Eingang, ist über einen Spannungsteiler mit je 1x 10kR mit dem "+"-Eingang der 3. OP`s verbunden und der Spannungsteiler mit Erde.

Der Ausgang des 2. OP´s ebenfalls über einen 10KR Spannungsteiler mit dem "-"-Eingang des 3. OP´s und statt mit GND mit dem Ausgang des 3. Op´s verbunden, also der 3. OP der eigentliche Subtrahierer.

Die Schaltung ist auf einer Lochrasterplatine aufgebaut, die 4 10KR sind normale 10K Widerstände so selektiert das nur kleine Differenzen der Widestandswerte vorhanden sind!

Nachdem die Schaltung keine brauchbare Verstärkung bewirkte haben wir mit dem PT100 auf Raumtemperatur den Abgleich so eingestellt das zwischen den beiden "+"-Eingängen der ersten 2 OP´s 10mV anliegen. bei Messung der Spannung zwischen den Ausgängen der ersten 2 OP´s haben wir 246mV gemessen, am Eingang zum 3.OP 129mV wie zu erwarten. Zwischen dem Ausgang des 3.OP´s und GND lagen nur 24mV an! Und zwar fast unverändert egal wie ich den 2K-Poti der die Verstärkung einstellbar machen soll auch verändere!

Was verstehe ich falsch, was mache ich falsch, was ist die Ursache!

Sorry, bei der komplizierten Beschreibung verlier' ich die Lust am Lesen. Ein Bild sagt mehr als tausend Worte!!!
Anscheinend willst Du einen Instrumentationsverstärker aufbauen, richtig?
Dann benötigst Du eine spezielle Schaltung, wenn DU einen SingleSupplyOP wie den LM324 nutzen willst und ich kann nicht erkennen, ob Du das tust. Die "Standardschaltung funktioniert dann nicht!
Vielleicht hilft das ja schon...
Gruß

Hier das Bild:

Bild hier  

Das Problem ist, das die OPs keine negativen Spannungen erzeugen können. Durch die Spannungsteiler am Eingang gibt das nur etwas 1/100 der Versorgunsspannung als etwa 0,12 V. Die ersten 2 OPs sollen die Differenz dann über 200 mal Verstärken, einmal positiv und einmal negativ. Dabei müßte der eine dann unter 0 V gehen, was aber neicht geht. Ducht die Kopplung gibt der 2 te OP dann auch nur soviel aus wie der erste. daduch kommen die 2 mal 0,12 V = 240 mV (gemessen 246 mV) als maximale Ausgangsspannung. Den 3 ten OP habe ich allerdings so nicht verstanden, da kann es aber auch ähnliche Probleme geben.

Als Abhilfe könnte man in Serie zu der ganzen Brücke an der GND-Seite noch mal ca. 1 K schalten. Damit hat man im Ruhzustand ca. 2,2 V am Ausgang der erste 2 OPs und damit kaum Probleme. Beim 3 ten OP hat man dann erst probleme wenn die Ausgangsspannung negativ werden soll.

Normale potie haben oft einen ziehmlich großen Temperaturkoeffizienten. Wenn es nicht unbedingt sein muß, sollte man so wenig wie möglich die Potis benutzen. Der Ohm Poti hat dazu noch Probleme mit dem Schleifer kontakt. Alternativ Drahtpoties (teuer und zum Teil hakig) oder Schaltung so ändern, das der Tk des Potis weniger Einfluß hat. Bei der Spannungseinstellung (100 Ohm poti in der Beschreibung) geht das recht gut: die 100 Ohm als Festwiederstand nehmen, einen 3 ten Brückenzweig durch einen ca. 1 K Poti wählen, und den über etwa 100 K an die Feste Brücke koppeln. So kann man die Spannung um etwa 10 % ändern, hat aber nur wenig Einfluß durch den TK des Potis.

Diese Schaltung ist mein erster Sprung in die Analogtechnik. Ich habe die Schaltung über google gefunden und eingesetzt da dort der pt100 explizit aufgeführt ist. Ich gebe zu das ich besserwessis Beitrag nicht wirklich verstehe! Die gleiche Schaltung habe ich auch im Buch "Halbleiter-Schaltungstechnik von U.Tietze und Ch.Schenk" auf Seite 667, 25.1.2 "Messung von Potentialdifferenzen" gefunden, dort alledings ohne Nennung des IC´s mit den OP´s. Um nach "Gock" zu gehen, ein Bild würde es mir leichter machen es zu verstehen, oder wenn man mir eine alternative Schaltung empfehlen könnte. Die Schaltung soll dazu dienen die Temperaturinfo in den Regelkreis meines Pizzaofen-reflow-ofens einzubringen.

Ja, hab ich mir gedacht, das ist die Standardschaltung.
Entweder Du vertauschtest beim LM324 die beiden Supplys, oder Du modifiziert die Schaltung.
Oder aber, und dazu ist bei entsprechenden Anforderungen an die Genauigkeit ohnehin zu raten, Du benutzt einen monolithischen Instrumentationsverstärker, zB einen aus der INA Reihe von BurrBrown. Dummerweise sind die Dinger recht teuer, so 8-15€.
Eine mögliche Schaltung wäre die folgende...
Gruß


Edit: Hab auch wieder den Link zum Bild gefunden: http://www.intersil.com/pinPOINT/ima...on_Article.pdf

Hier ist noch was:
http://instruct1.cit.cornell.edu/cou...ngleSupply.pdf

Neue Info zu besserwessis Beitrag von einem Freund der leider keinen Internetzugang hat. Hier zur Info geschrieben.

Über den R3 Poti werden die beiden Spannungsteiler so eingestellt das an den beiden "+"-Eingängen der ersten zwei OPs die Gleiche Spannung zu GND bei z.B. Raumtemperatur am PT100 anliegt. Ändert sich nun der Widerstand des pt100 durch die Erwärmung des Ofens, so entsteht zwischen den Eingängen der beiden ersten OP`s eine Potentialdifferenz.

Der 3. OPs verstärkt nun, über den Poti R5 die Verstärkung eingestellt, als Subtrahierer, diese Potentialdifferenz und erzeugt damit proportional zu dieser Potentialdifferenz z.B. eine Spannung zwischen 0 und 10V. Dadurch das man mit dem Poti R3 die beiden Spannungsteiler ausgleicht kann man das Fenster bestimmen. Ist deltaU zwischen den beiden Eingängen der ersten 2 OP´s 0V so ist Ua auch 0V. Der 3. Op ist ein Subtrahierer. Mein Problem ist das Ua über R5 nicht regeln kann! In der Literatur nennt sich die Schaltung auch mit diesem LM324 "Instrumentation Amplifier"!

Ups, ihr wart schon aktiv während ich meinen Beitrag schrieb. Werde eure beiden pdfs studieren. Danke

Ich bin nicht ganz sicher, ob Du verstehst, was wir meinen:
Der LM324 ist ein SingleSupply OP. D.h. er bekommt als Versorgung +V und GND und kann keine neg. Spannungen verstärken.
Das ist nicht üblich und nicht für jede Schaltung geegnet und um Deine zu benutzen braucht man eventuell DualSupplyOPs, die bekommen +V und -V, also zB +12V, -12V und kein GND.
Jetzt verständlicher?
Gruß

Also, ich habe beide Dokumente studiert und für meinen Fall ist das Dokument von Texas Instruments, siehe link von Gock das geeignetere. In dem Dokument steht was zum Widerspruch von Gocks Aussage im letzten Betrag steht. Es geht hier um den Einsatz von OP´s in "Single Supply Systems" und mit DC Spannungen. Siehe 2.6 Instrumentation Amplifier und dort im wesentlichen entspricht Figure 10 meiner Schaltung. Das pdf von Intersil bespricht auch das "single supply sistem". Hiert ist GND equivalent zu V- und konzeptionell wird von einem virtuellen GND bei +Vcc/2. Auch kann ich in meiner Schaltung garantieren das die Spannungan den beiden OP Eingängen nur mit einem Vorzeichen behaftet ist.

Wenn ich es richtig lese, so dürfte mein Problem zum größten Teil an den schlecht gematchten Widerständen liegen. Monolitische Implementationen der Schaltung aus Figure könnten da eine Lösung sein! (welches Bauteil woher beziehen?) In dem pdf von Intersil wird es am Beispiel mit Widerständen mit 0,01% Toleranz besprochen.

Frage was genau ist "CMRR"? "common mode rejection ratio"?

Stimmts was ich meine gelesen zu haben?