Hinweise zur Temperaturmessung mit dem LOGO! AM2 PT100 Modul

Liebe LOGO!-Gemeinde!

Im Forum nimmt einerseits die Anzahl der Beiträge beträchtlich zu und andererseits geben die Titel der einzelnen Themen oft keine genügenden Hinweise, welche Informationen und/oder Schaltungskonzepte bzw. –lösungen dort jeweils zu finden sind bzw. zu finden sein könnten. So wird das Auffinden der jeweils benötigten Informationen und Anregungen trotz Suchfunktion zunehmend schwieriger - und das gilt ganz besonders für Einsteiger und im Hinblick darauf, dass demnächst die nächste Generation der LOGO!-Basisgeräte (0BA6) verfügbar sein wird. Deshalb habe ich mich dazu entschlossen, eine Sammlung von Hinweisen aus verschiedenen Forenbeiträgen zusammenzustellen, die bei der Programmierung und Anwendung m. E. von grundlegender Bedeutung sind und diese in separaten Beiträgen zu veröffentlichen – in der Hoffnung, dass diese so leichter zugänglich sind.

Hier nun Hinweise zur Temperaturmessung mit dem LOGO! AM2 PT100 Modul (und zur Skalierung von PT100-Sensoren):

Insbesondere ist die Sensorlinearisierung der Widerstandstemperatursensoren PT100 bereits im LOGO! AM2 PT100 Modul realisiert! Doch leider wird in Verbindung mit der LOGO! [LOGO!-Basisgeräte der Serie 0BA5; LOGO!SoftComfortV5.] im fest vorgegebenen Anwendungsbereich von -50 °C bis 200 °C (lt. Handbuch) nur eine Auflösung von 0,25 °C erreicht und mit der "Standardanbindung" eines solchen Analogeingangs in eine Schaltung (mittels eines Blocks „Analogverstärker“ mit entsprechender Sensorangabe in den Block-Eigenschaften) nicht einmal dies (ganz korrekt)!

Begründung: Der Bereich -50 °C bis 200 °C (Differenz 250 °C) lässt sich bei 10 Bit Auflösung (= 1000 Schritte) der LOGO! rundungsfehlerfrei umsetzen in Teil-Schritten zu 0,25 °C. Voraussetzung ist natürlich ein störungsfreies Analogeingangssignal .

Anmerkung: Die PT100-Sensoren erlauben deutlich höhere Auflösungen der gemessenen Temperatur. Weitergehende ausführliche Infos zu Widerstandstemperatursensoren kann man z. B. den folgenden, als PDF-Download-Dateien kostenfreien, Broschüren von http://www.jumo.net/ entnehmen:
„Elektrische Temperaturmessung mit Thermoelementen und Widerstandsthermometern“ von Matthias Nau, ISBN-13-978-935742-06-1 sowie „Messunsicherheit einer Temperaturmesskette mit Beispielrechnungen“ von Gerd Scheller, ISBN-10-3-935742-12-6. Interessante Infos sind auch unter http://www.umnicom.de/ zu finden.

Die "Standardeinbindung" eines Analogeingangs mit Pt100 an einem LOGO! AM2 PT100 Modul erfolgt (lt. Handbuch) mit einem Block "Analogverstärker" unmittelbar am Eingangspin An (n = 1..8 bzw. 2..8 je nach LOGO!-Typ). Dazu ist dann in der Dialogbox "Einstellungen" unter "SENSOR" die Einstellung "PT100 (proportional)" zu wählen. Abhängig von der Wahl der in der Dialogbox als "Auflösung" bezeichneten Werte "x1" oder "x0,1" werden dann die Parameter GAIN und OFFSET gesetzt.

Leider haben diese als "Auflösung" bezeichneten Einstellungen nur bedingt etwas mit der Signal-Auflösung zu tun, sondern diese Angaben bedeuten zunächst nur, dass der ganzzahlige Wertebereich der LOGO!-Analogeingänge (Werte von 0 bis 1000), in Werte der physikalischen Einheit "Temperatur in °C" umskaliert wird und dann in einer Angeige mit "0" (=x1) oder "1" (=x0,1) Nachkommastelle angezeigt werden müssen. Am Analogverstärkerausgang Ax stehen (LOGO!-intern) dementsprechend Werte zwischen -50 und 200 (=x1; Interpretation: -50 °C - 200 °C) oder -500 bis 2000 (=x0,1; Interpretation: -50,0 °C - 200,0 °C) für die weitere Verwendung bereit.

Aber die Signal-Auflösung ist dennoch nicht 0,1 °C (wie deren Anzeigeformat ggf. suggeriert) sondern, wie oben angegeben, nur 0,25 °C, so dass (wegen der LOGO!-internen Rundung der Werte auf ganze Zahlen) nur folgende Werte nach dem Komma möglich sind: nnn,0; nnn,3; nnn,5; nnn,8 ! Die Anzahl der Auflösungsschritte entspricht zwar der der max. Auflösung, die Werte aber sind gerundet, was z. B. bei der Signalanalyse (z. B. mittels Komparator, Schwellwertschalter etc.) ggf. beachtet werden muss...

Deshalb schlage ich vor, generell bei Verwendung von PT100 mit einem LOGO! AM2 PT100 Modul die Skalierung der Temperaturwerte zu ändern! Dazu verwende man NICHT die o. g. Einstellungen (aus denen bei "x0.1" folgt: Verstärker mit Gain = 2,5 und Offset = - 500 bei 1 Nachkommastelle), sondern verwende dazu 2 in Reihe geschaltete Verstärker! Für den 1. Verstärker setze GAIN = 10,00 und OFFSET = 0 und für den 2. Verstärker setze GAIN = 2,5 und OFFSET = -5000 bei 2 Nachkommastellen. Diese Reihenfolge und Parameterwahl ist zwingend, weil sonst wieder Rundungsfehler auftreten, obwohl auch andere Möglichkeiten mathematisch korrekt wären! Am Analogausgang (des 2. Verstärkers) stehen (LOGO!-intern) dementsprechend Werte zwischen - 5000 und 20000 (Interpretation: - 50,00 °C bis 200,00 °C) für die Weiterverarbeitung zur Verführung, sodass die volle Auflösung (mit korrekten Werten nach dem Komma von: nnn,00; nnn,25; nnn,50; nnn,75) genutzt wird!

Entsprechendes gilt natürlich auch, wenn ein "umgekehrt proportionaler PT100-Sensor" (in den Einstellungen des Analogverstärkers wählbar) eingesetzt wird.

Bezüglich verschiedener PT100-Sensoren kann bzw. sollte man zunächst mal prüfen (entsprechend dem oben genannten Schaltungsvorschlag), ob alle den gleichen Wert liefern. Ggf. auch mal die Sensoren an unterschiedlichen Moduleingängen betreiben. Je nach Ausbildung der Sensoren kann man verschiedene "Referenztemperaturen" anwenden, wobei es insbesondere auf Temperaturkonstanz während der Messung ankommt. Der 1. Fixpunkt lässt sich mit einer ausreichenden Menge Wassereis in einem Thermogefäß (z. B. Kaffeethermoskanne), bei wenig daraus angeschmolzenem Wasser, bilden mit T1ref = 0 °C. Ein 2. Fixpunkt lässt sich ggf. mit siedendem Wasser erreichen T2ref = 100 ° C (ich weiß, exakt nur jeweils bei 1013 mbar). Zur Temperaturwertkontrolle könnte man z. B. "Oma´s" Quecksilberthermometer nutzen, dass sie beim Einwecken verwendet(e), weil dieses bis zu entsprechend hohen Temperaturen reicht. Ein weiterer Weg bei unterschiedlichen Temperaturen die Sensoren mal zu prüfen ist der, diese (vermutlich [Rohr-] Anlegethermometer) mittels der Warmwasser- oder Heizkreisvorlauf-Rohrleitung und einem Multimeter mit Anlege- bzw. Kontaktthermometer zu prüfen (ich weiß, ist auch nicht ganz korrekt, da das "Multimeter-Thermometer" i. A. auch nicht kalibriert ist) aber man hast dann schon eine Vergleichsbasis der Sensoren untereinander und ggf. auch absolut.

Hinsichtlich der Auswertung von Temperaturmessungen sind ggf. auch folgende Beiträge von Interesse:

"Hinweise und Schaltungen zu Maßnahmen bei schwankenden Analogeingangswerten (z. B. Temperatur-Messwerten)"

"Temperaturmessungen mit der LOGO!"

For some infos in english look at "How to calculate mean temperature with 2 Pt100"

Weitere LINKS zu grundlegenden Hinweisen, Lösungskonzepten und Schaltungsentwürfen (insbesondere für die Basisgeräte der Serie "0BA5") sind in folgendem Beitrag zusammengestellt:

"Sammlung von Hinweisen und Schaltungen zur Anwendung und Programmierung der LOGO!"

Diese Sammlung eröffnet m. E. den zentralen Zugang zu wichtigen Schaltungskonzepten, die erforderlich sind, wenn die LOGO! für mehr als (nur) eine "einfache Relais-Steuerung" verwendet werden soll.

Ggf. sind auch die allgemeinen Informationen und Links zur LOGO! von Interesse unter:

"Hinweise (nicht nur) für Einsteiger"

Mit freundlichen Grüßen
Betel