der PT100-Temperaturfühler ändert seinen Widerstand im interessanten Bereich (etwa - 30 bis + 50 Grad) von etwa 80 auf etwa 120 Ohm. Als Messstrom wird etwa 1 mA verwendet, das ergibt am Fühler Spannungen von etwa 80 bis 120 mV. DerAD-Wandler (der integrierte Wandler im XBee-Modul) hat eine Auflösung von 10 Bit und einen Messbereich von etwa 1.2 Volt, das ergibt eine Spannungsauflösung von etwa 1 mV. Selbst wenn man unterstellt, dass nichts rauscht und es keine Linearitätsfehler gibt, entspräche das einer Auflösung von etwa 2 Grad. Zu wenig. Das Signal muss also verstärkt werden.
Prinzipiell könnte man natürlich die Spannung einfach etwa 10 fach verstärken, dann wäre das zu messende Signal im Bereich zwischen etwa 800 und 1200 mV. Damit würde man allerdings zwei Drittel des Messbereichs des AD-Wandlers verschenken. Also lieber richtig.
Subtrahiert man von dem Signal einen festen Wert, kann man höher verstärken. Nehmen wir etwa 70 mV, so ergibt sich ein Bereich von 10 bis 50 mV, den man etwa 20 fach verstärken kann, das ergibt dann 200 bis 1000 mV, also fast den ganzen Messbereich des Wandlers. Entspricht einer Auflösung von etwa 0.1 Grad. Passt.
Die Schaltung war in zehn Minuten entwickelt (ist ja ein ganz normaler Differenzverstärker nach Lehrbuch), in einer guten halben Stunde aufgebaut. Funkioniert hat's leider nicht (siehe hier). Das Multimeter am Ausgang zeigte mit konstanter Bosheit 0 an. Was war passiert ?
Nach mehrstündigem Nachdenken (Messen hat nix gebracht) plötzlich die Erleuchtung: Die Schaltung sah nicht ganz so aus, wie auf dem Bild oben, der Korrektur-Widerstand im linken Zweig hatte 68 Ohm (die 70 mV Offset eben). Das ergibt eine Differenz von (70mV - 100mV)*20 = -600mV. Doch leider wird die Schaltung mit einer Spannung von 3 Volt aus einer Batterie betrieben, der mögliche Spannungsbereich ist also 0 ... 3V. Negativ geht da leider nicht. Beziehungsweise genauer gesagt negativer als 0 geht nicht. Die Schaltung hat also ganz korrekt gearbeitet.
Warum hat es so lange gedauert, auf diesen Fehler zu kommen ? Die Schaltung war ursprünglich etwas anders gezeichnet, nämlich mit dem Pt100 am positiven Eingang und dem Korrekturzweig am negativen Eingang. Da das Layout dadurch einfacher wurde, habe ich beim Löten die beiden kurzerhand vertauscht, "macht ja nix, interessant ist eh nur die Differenz". Dadurch konnte ich natürlich lange auf das Schaltbild starren, die Spannungen an den beiden Widerständen messen, sah alle plausibel aus. Dazu kommt, dass ich bisher noch nie mit einer einfachen Stromversorgung gearbeitet hatte, sondern immer - wie man das ja auch anständigerweise macht - mit +/- 15V. Dass es hier keine negativen Spannungen gibt, wurde mir erst relativ spät klar ....
Was lernen wir daraus ? Gewohnheiten sind gefährlich, die lassen einen schnell in Denkfallen hängen bleiben. Also öfter mal was ausprobieren, nicht immer das gewohnte Schema verwenden. Oder wenn schon, dann auch wirklich immer das gleiche machen.
Till
PS: Für die E-Techniker: Wenn man die Schaltung ein bisschen anders zeichnet, nämlich die beiden Widerstandszweige oben (bei VRef) und unten (an Masse) verbindet, sieht man, dass es sich um eine verstimmte Brücke handelt. Also in der Tat nix exotisches.
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