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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Thermoelemente auslesen - geht das auch per Bus?


Autor: Frank Bär (f-baer)
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Hallo zusammen,

folgendes:

In einem Werkzeug sind bis zu 200 Thermoelemente Typ J eingelassen. 
Jedes Thermoelement ist derzeit einzeln aus dem Werkzeug herausgeführt.
Um das ganze etwas zu vereinfachen, dachte ich an eine Art Bus-System:

Jedes Thermoelement hängt über einen FET mit gesonderter Steuerleitung 
an den Bus-Leitungen. Damit könne man die Hälfte der Verkabelung 
einsparen.
Probleme machen mir nur die geringen Spannungen der Thermoelemente. Die 
Prozesstemperaturen liegen zwischen 250°C und 320°C, also habe ich es 
mit 13 bis 18mV zu tun. Meine ersten Simulationen lassen nicht wirklich 
vermuten, dass die Idee 100% funktioniert, am Messwiderstand kommt 
einfach zu wenig an.

Würde mich freuen, wenn ihr ein paar Anregungen habt, und das Konzept 
mal ob der Realisierbarkeit bewerten könntet.

Danke!
Frank

Autor: MaWin (Gast)
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Da der MOSFET ja gesteuert wird, baust du nichts anderes als einen 
Eingangsmultiplexer auf.
Das geht mit Thermoelementen durchaus (im Gegensatz zu den 
stromdurchflossenen Pt100) weil ja kein nennenswerter Strom fliesst.
Aber du solltest die richtigen Bauelemente verwenden, Analogmultiplexer, 
vermutlich tut es (je nach Genauigkeitsanforderungen) der CD4051 schon 
(na gut, ein paar hintereinander).

Autor: Ulrich (Gast)
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Eine reduktion der Leitungen ist nicht ganz einfach. Man kann ja nicht 
so ohne weiters Relais, CMOS Schalter oder FETs nehmen, denn keiner der 
Drähte ist Kupfer. Wenn man da was machen will, müßte man also die 
Refferenzlötstelle mit in das "Werkzeug" verlegen.

Die Alternative wäre es thermoelemente vom Typ T zu nehmen, da hätte man 
einmall Kupfer und könnte wenigstens den einen Anschluß relativ einfach 
umschalten.

Die Umschaltung kann Fehler verurschen, aber auch die Steckverbinder 
sind einen Mögliche Fehlerquelle. Und Stecker mit 400 oder wenigstens 
200 Polen für Typ J thermoelemente sind nicht ganz billig, aber 
wenigstens hat man dann kein Problem mit Mindermengen.

Autor: Reinhard Kern (Gast)
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Hallo,

um Thermoelemente zu multiplexen, müsstest du die 
Kaltstellenkompensation VOR dem Multiplexer anbringen, damit wird die 
Verkabelung noch komplexer, oder du müsstest für den Multiplexer Relais 
verwenden mit Kontakten aus dem Thermoelement-Material, was es meines 
Wissens nicht gibt. Ausserdem bliebe es ja dabei, dass der MX ein Kasten 
mit 200 Eingängen wäre, an den die Messleitungen angeschlossen werden 
müssten, ist also nichts gewonnen, wenn du die Spezialrelais nicht 
direkt in dein Werkzeug einbaust.

Grundsätzlich kannst du das auch fertig kaufen:

http://digital.ni.com/worldwide/germany.nsf/web/al...

ändert aber auch nichts an der primären Verdrahtung.

Dein Problem wäre lösbar mit einem Miniatur-Controller direkt am 
Element, der einen entsprechenden Messeingang hat und einen Anschluss an 
einen Industrie-Bus - sozusagen ein busfähiges Thermoelement. Ich denke 
aber, das scheitert an der Umgebungstemperatur und womöglich auch an den 
Kosten. Ich weiss natürlich nicht, wie heiss es im Werkzeug i.A. ist, 
aber hochpräzise Messelektronik gehört da nicht hin.

Gruss Reinhard

Autor: MaWin (Gast)
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> um Thermoelemente zu multiplexen, müsstest du die
> Kaltstellenkompensation VOR dem Multiplexer anbringen

Nicht wirklich.

Da Multiplexer eine Elektronik sind die, und nicht so harte Temperaturen 
aushält, ist anzunehmen, daß die ELektronik nicht so heiss ist wie die 
Messtelle, sondern ausserhalb angebracht wird.

Damit ist die ELektronik so warm wie die restliche Elektronik, und es 
reicht, DORT die Umgebungstemperatur zu messen und zu kompensieren. 
Lediglich die Temperaturdifferenz zwischen jener Messtelle und der 
Temperatur des Muliplexers an der der Thermoelementdraht in die Platine 
geht, ist dann Messfehler.

Man muss nicht dort messen, wo der Themoübergang ist, sondern es muss 
nur gleich warm sein :-)

Autor: Reinhard Kern (Gast)
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MaWin schrieb:
> Da Multiplexer eine Elektronik sind die, und nicht so harte Temperaturen
> aushält, ist anzunehmen, daß die ELektronik nicht so heiss ist wie die
> Messtelle, sondern ausserhalb angebracht wird.

war meine Rede seit 45, aber das ist ja genau das, was der Fragesteller 
unbedingt vermeiden wollte - er wollte eben nicht mit 200 Messleitungen 
rauskommen an die Elektronik, sondern nur mit ein paar Drähten. Mein 
alter Deutschlehrer würde jetzt schreiben Thema verfehlt.

Wir beide haben sicher ähnliche Vorstellungen, wie das Ganze am Ende 
aussieht, aber vor weiteren Diskussionen sollte sich der Fragesteller 
selbst mal wieder dazu äussern.

Gruss Reinhard

Autor: Linker (Gast)
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Autor: Frank Bär (f-baer)
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Danke euch allen für die Infos.

Da es um eine Reduktion des Verkabelungsaufwands im Werkzeug gehen soll, 
klappt das mit den Thermoelementen nicht so, wie ich mir das vorstelle. 
Die Temperatur im Werkzeug ist grenzwertig um sensiblere Elektronik 
unterzubringen. Derzeit bin ich dabei, im Konzept die komplette Sensorik 
auf PT1000 umzustellen... Deutlich einfacher zu handlen und in dem 
Temperaturbereich, der gemessen werden soll, noch gut einsetzbar.

Autor: MaWin (Gast)
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Pt100 sind aber schwerer analog umzuschalten, du brauchst einen 
Analogschalter für den Strom und einen für die Messpannung, denn man 
darf nicht den Spannungsabfall durch den Strom über den Stromumschalter 
mitmessen.

Du hast so oder so das Problem, daß Umschaltelektronik erst in einem 
Bereich montiert werden darf, der schon kühl genug ist.

Autor: Reinhard Kern (Gast)
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Linker schrieb:
> The 1-Wire Thermocouple
> http://www.sensorsmag.com/articles/0102/29/

Hi

die "1 wire technology" ist ein twisted pair kabel - das ist schon 
richtig frech.

Gruss Reinhard

Autor: Reinhard Kern (Gast)
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MaWin schrieb:
> Du hast so oder so das Problem, daß Umschaltelektronik erst in einem
> Bereich montiert werden darf, der schon kühl genug ist.

Immerhin könnte man PTs mit einem Relais umschalten, die sollten das 
aushalten. Wenn ich aber daran denke, ich müsste in einem Werkzeug mehr 
als 200 Relais unterbringen (Klebstoff? Kabelbinder?) dann sind mir die 
(in dem Fall) 400 Kabel doch lieber.

@ Frank Bär: denk dran, bei PT100/1000 brauchst du, besonders bei hohen 
Umgebungstemperaturen, eine Vierleitermessung - du hast jetzt also 400 
Kabel am Hals.

Gruss Reinhard

Autor: Ulrich (Gast)
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Wenn man PT1000 statt PT100 nimmt, kann man deutlich länger ohne 4 
Leiter auskommen. Auch Relais werden einfacher. Man kann vermutlich auch 
schon jeweils die eine Seite der Sensoren zusammenfassen. Damit hätte 
man eine "Masse" und eine Leitung je Sensor.
Wegen dem Stecker müßte man aber eventuell doch das doppelte an 
Kontakten spendieren. Es ist aber immer noch viel einfacher als die 
speziellen Thermoelementstecker.

Wenn man Wechselspannungsmäßig mißt, könnte man auch bei 80-100 C noch 
elektronischen Multiplexer nutzen ohne das man große Fehler bekommt. 
Immerhin könnten 2 mal 74HC4051 schon mal etwa 8 Relais ersetzen.

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