User manual

Der Minus-Eingang liegt über den Spannungsteiler R2/R15 auf
fester Vorspannung. Mit den Rückkopplungswiderständen R21+
R22/R4 stellt man den Faktor ein, mit dem die Eingangs-
Differenzspannung verstärkt wird. Die temperaturabhängige
Widerstandsänderung des PT-l OOO-Fühlers ist genau definiert.
Die entsprechende Kurve ist als Tabelle im Mikrocomputer abge-
speichert; bei 0°C beträgt der Widerstand genau 1000,O R.
Die von den Widerständen RZ, R3, R15 und PT-1000 gebildete
Brücke liegt an einer stabilisierten Spannung, die von Dl (LM 336)
auf 2,5 V konstant gehalten wird. Zwei Analog/Digital-Wandler
(IC? und IC2) digitalisieren die OpAmp-Ausgangsspannungen mit
8 bit Auflösung und speisen sie in den Prozessor (IC 4) ein. Die ICs
1...3 liegen an einer gemeinsamen Daten- und Taktleitung, nur
die drei Chip-Select-Signale werden vom uP getrennt generiert.
Zur Einstellung der Schaltpunkte genügen vier Taster, die eben-
falls an Port-Leitungen des uPs führen; vier Pull-ups in R26 ziehen
diese Eingänge im Ruhezustand nach Plus. Die Zustandsanzeige
erfolgt über ein Flüssigkristall-Display mit zwei Zeilen zu je 16
Zeichen. Aus den aktuellen Meßwerten und den voreingestellten
Parametern leitet der Prozessor die Schaltsignale für die beiden
Relais ab. Außerdem läßt sich über T3 ein akustischer Signal-
geber aktivieren.
Sämtliche Voreinstellungen werden in einem seriellen EEPROM
(IC3) abgelegt, so daß sie auch bei Stromausfall erhalten bleiben.
Die Baugruppe wird über ein eigenes Netzteil versorgt, das
wegen des geringen Leistungsbedarfs mit geringstem Aufwand
auskommt. Die Gesamtschaltung verteilt sich auf zwei Platinen,
die über ein zehnpoliges Kabel verbunden sind.
Welche Genauigkeits- und Stabilitätsanforderungen hier zu er-
füllen sind, macht folgende Überlegung deutlich:
Der Spannungsteiler RZ/R15 teilt die 2,5-V-Referenzspannung im
Verhältnis 0,82/5,52
= 0,15 herunter und liefert über R4 rund
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370 mV an den Minus-Eingang des OpAmps. Wenn der PT-lOOO-
Fühler bei 0°C einen Widerstand von genau 1000 Q hat, dann
beträgt der Teilerfaktor von R3/PT = 0,18, so daß die Referenz-
Spannung an diesem Brückenzweig auf 440 mV heruntergeteilt
und über R5 an den OpAmp-Pluseingang geführt wird. Damit
,,sieht” der OpAmp bei 0°C eine Eingangs-Differenzspannung
von ziemlich genau +70 mV.
Da der PT 1000 einen positiven Kennlinienverlauf hat (zuneh-
mender Widerstand bei steigender Temperatur), nimmt auch die
OpAmp-Differenzspannung bei höheren Temperaturen zu; da-
her ist die Meßspannung am oberen Bereichsende am größten,
so daß der A/D-Wandler dabei gerade an die Grenze seiner maxi-
mal zulässigen Eingangsspannung von ca. 3 V ,,gefahren” wird.
Der OpAmp-Verstärkungsfaktor beträgt dann ca. 15.
Im vorliegenden Anwendungsfall ist der Temperaturbereich auf
O...lOO”C beschränkt, obwohl der PT 1000 einen weit größeren
Meßbereich hat (-200
. ..+85O”C). Bei 100°C vergrößert sich der
Fühlerwiderstand auf 1385,0 Q so daß sich der Teilerfaktor von
R3/PT auf 0,23 verschiebt; die OpAmp-Eingangsspannung ver-
größert sich damit auf ca. 570 mV (gegenüber 440 mV bei O”C),
und die Differenzspannung an den OpAmp-Eingängen steigt auf
ca. +200 mV an.
Bleibt man beim angenommenen Verstärkungsfaktor von v = 15,
so ändert sich das ADU-Eingangssignal über den vollen Meßbe-
reich um 130 mV l 15 = 2 V, die mit 8 bit digitalisiert werden; das
entspricht 255 Schritten oder 8 mV pro Schritt. Es leuchtet ein,
daß die verwendeten OpAmps bei diesen kleinen Signalen hin-
sichtlich Drift und Rauschen höchste Ansprüche erfüllen müssen.
Nachbau
Die Gesamtschaltung teilt sich auf zwei Platinen auf, von denen
die Analogkarte aus Preisgründen nur einseitig beschichtet ist;
hier müssen Sie daher noch drei Drahtbrücken nachlöten.
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