Hi @ all zwecks meiner Facharbeit in Physik zum Thema "Berührungslose Aufname von Temperaturen heißer Oberflächen mithilfe von infrarotempfindlichen Dioden" habe ich ein par Fragen. Ich habe verschiedene Photodioden bei conrad.de bestellt, wobei ich wahrscheinlich die "PHOTODIODE-PIN SFH2505FA" verwenden werde. Sie ist von 750 bis 1100nm empfindlich, also nur im sehr "nahen" IR-Bereich. Mithilfe des Photostromes der Diode will ich dann Rückschlüsse auf die Wärmestrahlung des anvisierten Objekts schließen. Der Photostrom liegt nach ersten, sehr groben Tests, wohl i.d. Größenordnung von ca. 1-100 MikroAmpere. Durch eine Op-Schaltung möchte ich nun eine proportionale Spannung in normalen Messbereichen abgreifen. Sehr gut fände ich zb. eine Ausgangsspannung von 0 bis 10V. 1) Welcher OP, eignet sich für eine solche Schaltung?? Der 1. OP würde wenn ich richtig informiert bin als Transimpedanzverstärker funktionieren, und der 2.OP würde hier die Spannung nocheinmal um den Wert 10 verstärken, sowie das Vorzeichen der Spannung wieder auf + "drehen" oder? Kann ich in einem solchen Fall 2mal den gleichen OP einsetzen? 2) Die Schaltung soll möglichst transportabel sein. Kann ich den/die OP's irgendwie per Batterie mit ihrer Betreibsspannung versorgen?! 3) wenn meine Schaltung zb. in einer Metallbox liegt, wie bekomme ich dann einen "Masse"-Anschluss zustande? Kann ich die Metallbox als "Masse" ansehen? 4) Die Verstärkung durch das Gegenkopplungsnetzwerk soll nach möglichkeit Variabel sein. Kann ich hier zb. einfach durch einen Schalter zwischen zb. 4 Wiederständen umschalten? 5) Muss ich in Betracht ziehen, die Offset-Spannung zu kompensieren? Wenn ja würde es dann genügen nur am 2. OP, am (+) Eingang mit einer entsprechenden Spannung zu kompensieren? Ich danke für jede Hilfestellung!!! mfg Chris
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Ist der KS zwischen Anschluss 4 und 5 bei U1 beabsichtigt? Wie schnell soll die Schaltung arbeiten (Hz/kHz/Mhz)?
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Hallo Guido, du hast Recht, der Kontakt war natürlich nicht beabsichtigt!! (verbessertes Bild im Anhang) die Schaltung kann ruhig langsam arbeiten, ich möchte ja wie oben erklärt, nur die Wärmestrahlung von einem Objekt einfangen. Da diese ziemlich konstant sein sollte, kann die Schaltung langsam arbeiten (=>niedrige Frequenz???)
Der im Plan eingezeichnete TLC272 ist schon gar nicht so schlecht, aber nicht mit +-10 V, sondern höchstens +-8 V und eher wohl eher +-3 V oder +.4,5 V bei Batteriebetrieb. Das kann auch 2 mal der geliche OP sein, der TLC272 ist auch schon ein doppel OP, also 2 in einem Gehäuse. Wenn man von der Batterie nur eine Spannung hat, kann man sich die Mitte auch duch einen Spannungsteiler erzeugen, braucht aber auch etwas Strom. Es gibt auch noch andere geeignete OPs. z.B. TS912, MCP602 ,ICL7621 , um nur ein paar zu nennen. Eine echte masse im Sinne von Erden braucht man nicht. Es ist aber sinnvoll ein Metallgehäuse mit einer Definierten Spannung (z.B. die Mitte der +-3 V) zu verbinden. Das dient dann als Abschirmung gegen Störungen. Die Offsetspannung könnte auch am 2 ten OP kompensieren. Die Widerstände am 2 ten OP sollte größer sein für Battteriebetrieb. Wenn die Schaltung langsam sein kann, sollte der Kondensator am 1.ten OP größer werden. Ein paar nF wären schon nicht schlecht. Wegen der Umschaltung der Widerstände hat man relativ viel Kapazität am Eingang und die Schaltung könnte sonst instabil werden.
Eine Ausgangsspannung von 0 bis 10 V bei einer Versorgungsspannung von +-10 V wird nicht ganz einfach (Hier wäre das Stichwort: Rail to Rail OP). Wie wäre es mit einer Ausgangsspannung von 0 bis 5 V und einer Versorgungsspannung von +-7 V? In diesem Fall könntest Du die Spannung von zwei 9 V Blockbatterien über Linear-/Längsregler auf +-7 V herunterregeln. Ob dies Sinn macht hängt natürlich davon ab wie oft und wie lange mit dem Gerät gemessen wird. Schaltregler haben zwar einen besseren Wirkungsgrad, bei Messgeräten setze ich jedoch ganz gerne Längsregler ein. So "stört" zumindest die Spannungsversorgung nicht.
Hallo dir ist aber schon klar ,dass die Temperatur sich schon im mehrere 100 Gradbereich bewegen muß um bei den Wellenlängen ein Signal zu erzeugen.
@karadur Ich verstehe Deinen Beitrag nicht. Entscheidend ist sicher auch die Größe der aktiven Fläche der PIN-Diode. Die Bestrahlungsempfindliche Fläche der o.g. Diode beträgt 1 qmm. Ob die Fläche ausreichend ist kann ich auf die Schnelle nicht beurteilen. Im Zweifel kann er jedoch mehrere Dioden parallel schalten. Die Schaltzeit erhöht sich dadurch allerdings. @Christian Wird eine PIN-Diode als Empfänger eingesetzt kann dies auf drei Arten erfolgen. 1.) Photovoltaisch: Diode im Leerlauf => Messen der Diodenspannung 2.) Kurzschluss-Betrieb: Diode kurzgeschlossen => Messen des Kurzschluss-Stroms 3.) Vorspannungs-Betrieb: Diode im Sperrbetrieb => Messen des Stroms Hast Du Dir bereits Gedanken darüber gemacht, welche Methode die beste für Dich ist?
IR Photodioden sind vielleicht zwischen 700 und 1500nm empfindlich. Gemaess dem Plankschen Strahlungsgesetz entsprechen diese Wellenlaengen Temperaturen von mehreren hundert Grad. Einstein hat fuer den Photoeffekt den Nobelpreis bekommen. Man kann mangelnde Temperatur nicht mit Intensitaet wettmachen. Falls man sich fuer niedrigere Temperaturen interessiert, sollte man Thermopiles verwenden, die gehen bis auf Raumtemperatur runter. Die produzieren allerdings nur Mikrovolt, die man dann verstaerken muss.
Normalerweise verwendet man Ir-Empfänger mit einem empfindlichen Wellenlängenbereich von z.B. 4 - 12µm. Ein (schwarzer) Strahler gibt bei Raumtemperatur zuerst Energie im Bereich von 20µm und langwelliger ab. Erst bei ~700°C erreicht ein kleiner Teil der Kurve den sichtbaren Bereich, deshalb sieht man da Glühlampen erst ganz schwach glühen. [Planckschen Strahlungsgesetz] Vorschlag: Zeichne Dir mit Excel eine Planksche Strahlungskurve, um berechnen zu können, bei welcher Temperatur wieviel abgestrahlt wird. Das multiplizierst Du dann mit der Spektralen Empfindlichkeitskurve für die Fotodiode, um das ankommende Signal abschätzen zu können. Aber auch beachten, wieviel von der IR-Strahlung überhaupt den Empfänger erreicht. (Größe des Meßfleckes, Öfnungswinkel der Optik, Abstand zum Objekt) Mfg. Bernd
Siehe: http://de.wikipedia.org/wiki/Plancksches_Strahlungsgesetz Rechts unten gibts ein Bild: Plancksche Strahlungsspektren für verschiedene Temperaturen... Gruß, Bernd
Der Threaderöffner hat ja nicht geschrieben, in welchem Temperatur- bereich er messen möchte. Er schreibt aber: > Der Photostrom liegt nach ersten, sehr groben Tests, wohl i.d. > Größenordnung von ca. 1-100 MikroAmpere. Dafür muss der zu vermessende Körper nach eigenen Erfahrungen aber schon rotglühend sein, was einer Temperatur von 700—800°C entspricht. Wikipedia bestätigt dies: http://de.wikipedia.org/wiki/Pyrometer#Messwellenl.C3.A4nge Danach kann mit Si-Fotodioden ab etwa 700°C, mit Ge-Fotodioden ab etwa 350°C gemessen werden. Da Fotodioden aus etwas anderem als Si teuer und schwer zu beschaffen sein dürften¹, bleibt wohl nur, sich bei den Versuchen auf glühende Körper zu beschränken, was natürlich nicht ganz so spannend ist, da hier die Temperatur auch mit dem Auge geschätzt werden kann. Wenn der Begriff der "infrarotempfindlichen Dioden" im Titel der Fach- arbeit etwas freier ausgelegt werden darf, gibt es noch eine interes- sante Alternative: Ein kostengünstiger PIR-Sensor², wie er auch in IR-Bewegungsmeldern eingesetzt wird, reagiert auch niedrigere Temperaturen, allerdings nur auf Änderungen der Intensität: http://de.wikipedia.org/wiki/Pyroelektrischer_Sensor Er stellt somit keinen direkten Ersatz für eine Fotodiode dar. Um ihn zur Temperaturmessung einzusetzen, muss das ankommende IR-Licht irgend- wie moduliert werden. In diesem Artikel wird dazu ein "optical Chopper" (rotierende Lochscheibe vor dem Sensor) vor dem Sensor montiert: http://140.128.95.1/bitstream/987654321/2003/1/2003-Pyroelectric%20infrared%20sensor-based%20thermometer%20to%20monitoring%20indoor%20objects.pdf Dort sind auch ein paar Nachteile des Verfahrens beschrieben, die aber in einem Schülerprojekt nicht so arg zum Tragen kommen. ————————————————— ¹) Ein Hersteller ist http://www.judsontechnologies.com/ ²) Bei Reichelt ab 2,95€, nach "pyroelektrisch" suchen
hey, danke erstmal für eure Hilfe! @Ullrich das mit dem abschirmen des Metallgehäuses ist eine gute Idee. Aber wie genau meinstest du das jetzt mit dem Masseanschluss? Kann ich den einfach weglassen, und so zb. den (+) Eingang am 1.ten OP einfach "frei" lassen?? den TS912 finde auch auch sehr interessant, vorallem weil man ihn laut Datenblatt mit "Single Supply" betreiben kann. Dann müsste ich mir nicht die Mitte der Batteriespannung mit einem Spannungsteiler erzeugen, richtig? Ergibt sich dadurch ein Problem, sodass der OP mit single Supply zb. nur noch einen Ausgang mit bestimmtem Vorzeichen erzeugen kann o.Ä.? @Guido Deine Idee mit dem Linear-/Längsregler werde ich mir auch mal anschauen. Die Fotodiode will ich, wie hoffentlich aus dem Schaltplan hervorgeht im Kurzschluss betreiben, da sie hier einen über viele Größenordnungen linear von der Bestrahlungsstärke abhängigen Strom liefert. Der Vorteil einer "Vorspannung" der Diode für meine Zwecke ist mir erstmal nicht ersichtlich. (??) @ eh, Bernd, yalu das Problem ist mir bekannt, dass meine Photodiode wohl erst bei höheren Temperaturen anspringt. Die Lösung, einfach einen der genannten, fertigen "IR-Sensoren" von Reichelt zu bestellen, wäre wohl leider nicht im Sinne der Facharbeit. Die Grafik des Strahlungsgesetztes ist mir durchaus bekannt. http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/0e/BlackbodySpectrum_loglog_150dpi_de.png Nur habe ich mir das bisher so vergestellt, dass ja bereits die 500K Kurve in den Bereich von 700-1100nm "ragt", sodass ich doch bei dieser Temperatur schon erste, sicherlich geringe, Photoströme messen könnte oder? Die oben genannten 1-100 MikroAmpere, sind nur durch Richten der Diode auf eine Herdplatte entstanden, deren (sichtbare) Heitstäbe auch sicherlich gegelüht haben. Ich wollte nur ein grobes Gefühl für die Größenordnung des Stromes bekommen. Aber rein theoretisch wären doch auch kleinere Photoströme denkbar/ messbar/ verstärkbar?! Mein Ziel wäre es gewesen so ab 200°-300° zu messen, bis ca. 1000°. In der Themenstellung der Facharbeit ist ja auch von "heißen Oberflächen" die Rede. Der genannte Temperaturbereich wäre auch im Sinne meines LK-Lehrers. Sicherlich wäre eine Photodiode mit einem anderen spektralen Empfindlichkeitsbereich dazu besser geeignet. Aber wo bekomme ich schon eine solche Diode her? Die Photoioden bei conrad und reichelt gehen allesamt nur bis ca. 1100nm.
Nochmals. Der Sensor der Wahl nennt sich Thermopile. Gibts fuer 10 Euro. Das ist im wesentlichen ein integriertes Array von Theromcouples alle in Serie. Der vergleicht die Temperatur des Gehaeuses mit der Temperatur des Absorbers vornedrauf. Der Absorber vornedrauf sollte fuer die Wellenlaengen von sichtbar bis 10um schwarz sein. Dafuer gibt es dann Kurven.
> Mein Ziel wäre es gewesen so ab 200°-300° zu messen, bis ca. 1000°. Das ist mit Siliziumdioden nicht möglich und selbst bei 500°C verfälscht jedes Krümel Sonnenlicht die Messung. Du solltest auch nicht vergessen, dass u.U. nicht immer eine großflächige Strahlungsquelle gemessen werden soll und durch die nötige kleine Blende zum Erreichen eines kleinenn Messflecks geht nochmal einiges an einfallender Strahlung verloren. Ab 300°C bieten sich InGaAs Fotodioden an, die haben ihre maximale Empfindlichkeit etwa zwischen 1100 und 1600 nm Wellenlänge. Die Teile sind aber alles andere als handelsüblich und haben entsprechende Preise. Eine recht gute Übersicht über Infrarotdetektoren gibt es hier http://www.lasercomponents.com/de/detektoren.html
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Christian Schörner schrieb: > Die Lösung, einfach einen der genannten, fertigen "IR-Sensoren" von > Reichelt zu bestellen, wäre wohl leider nicht im Sinne der Facharbeit. Ich halte diese Sensoren weder für "fertig" noch für "einfach". Um Missverständnisse auszuschließen: Ich meinte bspw. diesen hier: http://www.reichelt.de/?;ACTION=3;LA=444;GROUP=A54;GROUPID=3045;ARTICLE=47522 Um daraus ein funktionsfähiges IR-Thermometer aufzubauen, ist mehr Aufwand erforderlich als bei einer Fotodiode (s. Link in meinem letzten Beitrag), aber eben mit dem Vorteil, dass man auch "nichtglühende" Temperaturen messen kann. > Nur habe ich mir das bisher so vergestellt, dass ja bereits die 500K > Kurve in den Bereich von 700-1100nm "ragt", sodass ich doch bei dieser > Temperatur schon erste, sicherlich geringe, Photoströme messen könnte > oder? Ein Strom ist sicherlich noch vorhanden, aber so gering, dass er evtl. von verschiedenen Dreckeffekten überdeckt wird. Auf jeden Fall solltest du die Messung bei völliger Dunkelheit durchführen, so dass kein störendes Fremdlicht auf die Fotodiode fällt. Du kannst weiterhin vor der eigentlichen Messung einen Körper bekannter Temperatur vermessen, um konstante und langsam driftende Fehler (Offsetspannung der OpAmps, Kriechströme und Effekte von parasitären Thermoelementen in der Schaltung u.ä.) kompensieren zu können. Es gibt aber auch noch elektrischen und magnetischen Einstreuungen in die Schaltung, die gut gefiltert werden müssen, um eine Übersteuerung der empfindlichen Verstärker zu verhindern. Ich habe die Spektren schwarzer Strahler unterschiedlicher Temperaturen im Empfindlichkeitsbereich der Fotodiode geplottet (s. Anhang). Man mache sich bewusst, dass die Strahlungsintensität zwischen 1000°C und 100°C in der Mitte dieses Bereichs um 12 Größenordnungen variiert. > Die oben genannten 1-100 MikroAmpere, sind nur durch Richten der Diode > auf eine Herdplatte entstanden, deren (sichtbare) Heitstäbe auch > sicherlich gegelüht haben. Die sichtbar glühenden Heizstäbe haben nach Wikipedia eine Temperatur von 525°C bis 800°C: http://de.wikipedia.org/wiki/Glut_%28Lichtausstrahlung%29 Ich habe mal eine SFH205F (mit ähnlicher Empfindlichkeit wie deine SFH2505FA) über einer alten Metallherdplatte bei 400°C ausprobiert. Mit einem Multimeter (kleinste Anzeige 1µA) konnte ich überhaupt keinen Fotostrom messen. Ich habe dann, um überhaupt etwas zu sehen, die Spannung (also den durch den Fotostrom erzeugten Spannungsabfall am 10MΩ-Innenwiderstand es Multimeters) gemessen. Das Ergebnis waren etwa 50mV bei kalter Platte (Umgebungslicht) und 250mV bei 400°C. Der durch die Wärmestrahlung bedingte Fotostrom ist also (sehr grob) (250-50)mV/(10MΩ)=20nA. Um dieses Ergebnis auf Plausibilität zu prüfen, kann man es auf deine Messungen an den glühenden Heizstäben hochrechnen: Im Diagramm beträgt der Unterschied zwischen der 400°C- und der 700°C-Kurve im interessierenden Bereich um 1µm etwas Faktor 1000. Das würde bedeuten, dass du bei deinen Versuchen bei 700° etwa 20µA gemessen hast. Du schreibst etwas von 1-100µA, so dass das ganz gut hinkommt. Auch wenn die Messungen und Überlegungen äußerst ungenau und vage sind, lassen sie doch die Schätzung zu, dass du bei 400°C mit 10-100nA, bei 300°C mit 1-10nA und bei 200°C mit 100pA-1nA und bei 100°C noch mit 10-100pA rechnen kannst. Leider reicht das im Datenblatt zu findende Diagramm der spektralen Empfindlichkeit der Fotodiode nur bis 1,1µm, sonst könnte man den zu erwartenden Fotostrom für unterschiedliche Temperaturen genauer bestimmen. Es ist auf jeden Fall nicht leicht, Temperaturen unter 500°C mit einer gewöhnlichen Fotodiode halbwegs genau zu messen, dennoch hat diese Methode einen Vorteil: Vor den IR-Detektor sollte sinnvollerweise eine Optik montiert werden, die dafür sorgt, dass nur Licht von der zu messenden Wärmequelle empfangen wird. Nur dann ist die Messung weigehend unabhängig vom Messabstand. Misst man im nahen IR-Bereich, kann man eine gewöhnliche Linse aus Glas oder Kunststoff verwenden. Im längerwelligen Bereich braucht man Linsen aus speziellen Materialien, die nur schwer zu bekommen sind. An deiner Stelle würde jetzt einfach mit dem Aufbau der Schaltung beginnen und damit erste Erfahrungen sammeln, die du dann in ein Redesign stecken kannst. Und wenn das Ganze dann erst ab 700°C oder 800°C richtig funktioniert, weißt du wenigstens, warum :)
@Dieter Interessanter Link. Insbesondere der "Applikationsbibliothek für pyroelektrische Detektoren" dürfte für Christian von Interessen sein. http://www.lasercomponents.com/de/applikationsberichte.html
Hab' hier nicht alles durchgelesen, aber vielleicht ist das hier interessant für Dich: Master-Arbeit "Messung der Himmelstemperatur" http://hep.physics.utoronto.ca/TeresaSpreitzer/thesis_final.ps.gz http://www.atnf.csiro.au/pasa/15_3/clay/paper.pdf
Hallo Linsen sind da nicht zu gebrauchen, besser ist ein Parabolspiegel.
Für Batteriebetrieb ist eine 0-10 V Ausgangsspannung eher unpraktisch, denn besser sollte man mit weniger Batteriespannung (z.B. +-3 V...+-6 V) arbeiten. Der TLC272 geht nur bis maximal +-8 V. Eine Spannungsregelung braucht man in der Regel nicht - so super genau wird das ohnehin nicht. Es würde theoretisch gehen den 1. OP mit einfacher Versorgung zu betreiben, also ohne eine negative Spannung. den 2 ten Verstärker müßte man dann aber nicht invertierend aufbauen. Allerdings sind die Eigenschaften der OPs ganz dicht an der Versorgung oft nicht so gut, und man kann Ärger mit Offsetspannungen und Brumstörungen kriegen. Es könnte also mit Single Supply gehen, ist aber schlechter und nicht unbedingt einfacher. Man könnte trotzdem mit nur einer Batterie (z.B. 9V) arbeiten, wenn man sich über einen Spannungsteiler eine Hilfsspannung in der Mitte erzeugt, die die Masse ersetzt. Über die "Masse" fließen ja nur winzige Ströme, das meiste könnte der Ausgang sein. Auch stört es nicht, wenn sich die Spannung etwas verschiebt. Man darf den (+) Eingang natürlich nicht unbeschaltet lassen. Den sollte man schon die Mitte der +- Versorgung oder die Hilfsspannung legen, auch wenn da fast kein Strom fleißt.
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Hey wie yalu gesagt hat, werde ich jetzt einfach mal so vorgehen, wie ich es anfangs geplant hatte. Mir ist bewusst, dass meine Tests unter 500° wohl sehr ernüchternd verlaufen werden. Ich interessiere mich ja für die genannten InGaAs Fotodioden, oder vllt. Ge-Photodioden wären auch schon besser, konnte diese aber nirgends zum kaufen finden. WO GIBT ES SOLCHE DIODEN ZU KAUFEN??? wieviel würden diese kosten?? aber jetzt zur Schaltung: hab mir jetzt nochmal Gedanken über einen neuen, möglichen Schaltungsaufbau gemacht. (s. Anhang) Da ich die Teile erst bestellen muss, sollte das ganze schon so grob funktionieren dann. Ich habe jetzt 2 OP's gefunden, die extra 2 Anschlüsse zur Offsetspannungskompensation haben. Das wären der LF 356 (1,18Euro) bzw. der LF 357 (3,54Euro) bei conrad. Im Datenblatt ist ersichtlich, dass ich zur Offsetabstimmung nur ein 25k-Poti an diese beiden Anschlüsse anschließen muss, und den Schleiferanschluss, an die positive Versorgungsspannung. Diese Lösung finde ich besonders elegant. 1) Wie ist eure Meinung dazu? Sind die Op's geeignet? zb. 2mal der LF 357? 2) Und nachdem der Offsetabgleich recht genau erfolgen soll. Würde 2mal das Poti "POTI 25K TYP 249" von conrad für je 5,32Euro taugen? 3) Gibt es grundlegende Fehler in meiner Schaltskizze? Kondensator an OP 1 ist durch Rat von Ullrich auf 1nF gestiegen (wegen der Umschaltung der Wiederstände, so sein Argument) . Kondensator 2 hat einen Wert von 10pF, den ich schon öfter gelesen habe bei ähnichen Schaltungen. 4) Als Schalter, könnte ich da den Schiebeschalter "SCHIEBESCH. E-E-E-E 6(3)A-10(1)A/250V" von conrad verwenden?? 5a) Die Dimensionierung der Wiederstände wäre die ok? besonders @yalu: du sagst bei 300° so 1-10nA, und bei 700° (meine Messung) 20µA so nehme ich mir als Ziel zwischen 1nA und 100µA zu "messen". Eine ganz einfache Rechnung von mir: Schalterstellung 1MOhm als "untere Grenze" Ua1 = -I * 10MOhm = -1nA * 10MOhm = 0,01 V durch weitere 10fache Verstärkung von OP 2 Ua2 = (10kOhm / 1kOhm) * 0,01V = 0,1V das läge in sinnvollen Großenordnungen, wohl aber auch die Fehler, die bei diesen niedrigen Temperatur genannt wurden. ALs "obere Grenze" Schalterstellung 10kOhm. Ua1 = 100µA * 10000Ohm = 1 V durch weitere 10fache Verstärkung an OP 2 Ua2 = (10kOhm/1kOhm) * 1V = 10V wäre jetzt nur zum groben Einschätzen der Wiederstände soweit ok, oder? 5b) oder wäre es sinnvoller eine 100er Verstärkung an OP 2 zu machen, und die Wiederstände am Schalter dafür jew. um den Faktor 10 zu verkleinern? Damit OP1 nicht allein fast komplett, einen so großen Verstärkungsfaktor hat?! 6) kann mir jemand mit einfachem Schaltbild erklären, wie ich von zb. einem 9V Block die positive. und seperat, die negative 9V Spannung abgreife?? Die Frage ist mir schon fast peinlich, aber ich bitte um Antwort. Danke für eure Hilfe!!!
Was soll ein Offsetabgleich ? Das mach heute niemand mehr. Ein FET OpAmp ist eine gute Wahl. Der LF357 ist aber nur ab gain 10 stabil. Ich wuerd mal den LF356 nehmen. Wenn man die Photodiode negaiv vorspannt, wird der ausgang immer positiv. Allenfalls kann man sich ueberlegen, den Dunkelstrom zu kompensieren.
Hi no way, ich denke nicht, dass ich hier die Offsetkompensation weglassen kann. Da sich die Offsetspannung auch mit verstärkt, wird sie im Endeffekt villeicht ziemlich störend?! Weil ich ja einen rel. hohen Verstärkungsgrad habe. weiß jemand zu den anderen Fragen bescheid? ich wäre dankbar für alle Antworten mfg Chris
Vielleicht ist ein Chopper opamp für dich interessant? Das ist quasi eine Schaltungsvariante (gibts aber auch schon als integrierte bauteile) bei der man das Messsignal in eine Wechselspannung wandelt und sich der oder die Opamps selbst den Offset kalibrieren können. Den "Nachteil" den man sich damit erkauft ist eben eine begrenztere bandbreite und eine gewisse Störfrequenz (die sich aber filtern lässt, durch die filterung verliert man aber eben bandbreite), dafür bekommt man eine Zero-Drift (so werden sie auch genannt) verstärker, bei dem man sich keine sorgen mehr um Offsets machen muss.
Christian Schörner schrieb: > Hi no way, > ich denke nicht, dass ich hier die Offsetkompensation weglassen kann. > Da sich die Offsetspannung auch mit verstärkt, wird sie im Endeffekt > villeicht ziemlich störend?! Weil ich ja einen rel. hohen > Verstärkungsgrad habe. Nein, du hast eine Spannungsverstärkung von 10 (V_OFF_TIA=V_OFF_OPA1 ohne Berücksichtigung von Eingangs- oder Dunkel-Strömen). Im schlimmsten Fall hast du eine Ausgangs-Offsetspannung von 200mV. Be seeing you.
Wenn man einen OP wählt, der keinen großen Offset hat (z.B. TC279, oder ein Chopper OP), kann man auch auf den Offsetabgleich verzichten. Man kann den Offset aber auch nur am 2 ten OP abgleichen, und ggf. auch einfach am (+) Eingang, also auch bei einem OP ohne extra Eingänge. Dann kann man einen Doppel OP nehmen. Bei Batteriebetrieb sollte man bei der Leistung sparen und eher ein niedreige Spannung wählen, denn viel moderne OPs sind nur bis etwa 15 V weniger vorgesehen. Man braucht auch keinen schnellen OP, lieber etwas langsamer und sparsamer, da hat man es auch leicher mit der Stabilität. Wenn man +-9 V haben will, braucht man 2 Batterien, eine für die +9 V und eine für -9V. Der Widerstand am Eingang kann auch ruhig größer als 1 M sein. 10 MOhm in der Rückkopplung sind bei Fotodioden durchaus üblich. Als Verstärkung der 2 ten Stufe ist ein Wert von 10 schon ausreichend. Bei der niedriegen Frequenz hat der 1.te OP keine Probleme mit einer hohen Verstärkung. Der Kondensator in der 2 ten Stufe kann auch größer, man will ja keine hohe Bandbreite.
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@Christian Schörner: Weil ich das Theme sehr interessant finde, habe ich mal etwas zusammengesteckt und hoffe, dir dadurch den Spaß am selber Ausprobieren nicht zu hemen :) Damit kann ich auch deine obigen Fragen etwas präziser beantworten: > 1) Wie ist eure Meinung dazu? Sind die Op's geeignet? zb. 2mal der LF > 357? Wie No Way geschrieben hat, scheint der LF357 für Verstärkungen von >5 oder >10 kompensiert zu sein. Für den Strom-Spannungs-Wandler brauchst du aber einen für Verstärkung 1, also z.B. den LF356. Ich habe aus den folgenden Gründen (mit aufsteigender Wichtigkeit) stattdessen einen TLC272 genommen: - Der Eingangsruhestrom (0,6pA) ist noch geringer als beim LF356 (30pA). - Die Offsetspannung (1,1mV) ist geringer als beim LF356 (3mV). - Er ist billiger (0,26€) als zwei LF356 (0,92€) (bei Reichelt). - Er braucht weniger Strom (1,4mA) als zwei LF356 (10mA). - Er vereint in einem Gehäuse gleich beide benötigten OpAmps. - Er ist single-supply, d.h. Ein- und Ausgangsspannung reichen bis zur negativen Versorgungsspannung herab, weswegen man leichter mit einer einzelnen 9V-Quelle auskommt. - Ich hatte gerade einen davon herumliegen ;-) > 2) Und nachdem der Offsetabgleich recht genau erfolgen soll. Würde 2mal > das Poti "POTI 25K TYP 249" von conrad für je 5,32Euro taugen? Ich habe die Offseteinstellung weggelassen, da der Offsetfehler nicht sehr ins Gewicht fällt. Wie Michael schrieb, wird die Offsetspannung der beiden OpAmps jeweils um den Verstärkungsfaktor der zweiten Stufe (bei meiner Schaltung ist er 11) verstärkt, so dass man bei etwa 20mV am Ausgang landet. Bei den niedrigen Temperaturen, wo dies eine Rolle spielen würde, ist die Messgenauigkeit schon aus anderen Gründen sehr schlecht. > 3) Gibt es grundlegende Fehler in meiner Schaltskizze? > Kondensator an OP 1 ist durch Rat von Ullrich auf 1nF gestiegen (wegen > der Umschaltung der Wiederstände, so sein Argument) . Kondensator 2 hat > einen Wert von 10pF, den ich schon öfter gelesen habe bei ähnichen > Schaltungen. Grobe Fehler kann ich keine erkennen. In meiner Schaltung habe ich die Fotodiode umgedreht und die zweite Verstärkerstufe nichtinvertierend gemacht, so dass keine negativen Spannungen verarbeitet werden müssen. C1 ist noch etwas größer, damit er 50Hz-Einstreuungen besser wegfiltert. Den Kondensator in der Gegenkopplung der zweiten Stufe habe ich weggelassen (ein Schwingen des OpAmps ist bei dieser Beschaltung nicht zu befürchten), dafür habe ich dem IC noch den Stützkondensator C2 spendiert. > 4) Als Schalter, könnte ich da den Schiebeschalter "SCHIEBESCH. E-E-E-E > 6(3)A-10(1)A/250V" von conrad verwenden?? Ja, der sollte gehen. Ich habe zwar auf den Umschalter verzichtet, allerdings ist dadurch Messbereich nach oben fix auf etwa 350-400°C beschränkt. > 5a) Die Dimensionierung der Wiederstände wäre die ok? > besonders @yalu: > du sagst bei 300° so 1-10nA, und bei 700° (meine Messung) 20µA > so nehme ich mir als Ziel zwischen 1nA und 100µA zu "messen". Meine ins Blaue gemachte Schätzung war erstaunlicherweise gar nicht so schlecht: Bei 300°C ist der gemessene Fotostrom etwas 4nA. Damit ist auch die von dir vorgesehene Dimensionierung in Ordnung. > 5b) oder wäre es sinnvoller eine 100er Verstärkung an OP 2 zu machen, > und die Wiederstände am Schalter dafür jew. um den Faktor 10 zu > verkleinern? Damit OP1 nicht allein fast komplett, einen so großen > Verstärkungsfaktor hat?! Da der OpAmp einen vernachlässigbaren kleinen Eingangsstrom hat, sind die 10MΩ als maximaler Gegenkopplungswiderstand und damit die Verstärkung von 10 für die zweite Stufe schon ok. Bei mir ist sie 11, weil das "rundere" Widerstandswerte ergibt. > 6) kann mir jemand mit einfachem Schaltbild erklären, wie ich von zb. > einem 9V Block die positive. und seperat, die negative 9V Spannung > abgreife?? Die Frage ist mir schon fast peinlich, aber ich bitte um > Antwort. Alternative 1: Du schaltest zwei 9V-Batterien in Reihe und greifst in der Mitte die Masse ab. Alternative 2: Du nimmst nur eine Batterie und richtest eine virtuelle Masse mit einem Spannungsteiler ein. Die nichtinvertierenden Eingänge belasten diesen Spannungsteiler nicht. Damit er auch nicht vom Fotostrom belastet wird, würde ich die Kathode der Fotodiode an +9V statt an Masse anschließen. Im Anhang findest du neben der Schaltung das Diagramm einer Testmessung. Ich habe die oben bereits erwähnte Herdplatte von Zimmertemperatur auf ca. 400°C aufgeheizt und die Fotodiode in etwa 5cm Abstand darüber fixiert. Damit ist sichergestellt, dass sie über den gesamten Öffnungs- winkel etwa die gleiche Temperatur sieht. Die von dir vorgschlagene SFH2505FA ist in dieser Hinsicht aufgrund ihres deutlich kleineren Öffnungswinkels besser geeignet als meine SFH205F. Als Referenz habe ich parallel dazu die Temperatur mit einem käuflichen IR-Thermometer gemessen. Für die Messung habe ich den Raum verdunkelt und zum Ablesen der Instrumente eine Taschenlampe mit bläulichen LEDs verwendet, auf die die Fotodiode praktisch nicht reagiert. Ich habe sowohl beim Aufheizen als auch beim Abkühlen der Platte alle 10°C die Ausgangsspannung der Schaltung gemessen und die Mittelwerte der beiden jeweils zusammengehörenden Messungen gebildet. Die Ausgangsspan- nung bei kühler Platte betrug etwa 19mV und kann durch die Offsetspan- nungen der beiden OpAmps erklärt werden. Im Diagramm habe ich diese 19mV bereits subtrahiert. Ab etwa 190°C kann ein Anstieg der Ausgangsspannung beobachtet werden, ab etwa 270°C sind die Messungen halbwegs reproduzierbar. Bei etwa 380°C liefert die Schaltung die maximal mögliche Ausgangsspannung von 8,1V. Um höhere Temperaturen zu messen, muss R1 geeignet verkleinert werden, was du ja mit dem Schiebeschalter schon vorgesehen hast. Die Messwerte während des Aufheizens der Platte sind etwa 20% niedriger als während des Abkühlens. Das liegt vermutlich an der (zeitlich ver- zögerten) Erwärmung der Fotodiode, die einen zusätzliche (ungewollten) Diodenstrom erzeugt. Für genauere Messungen sollte die Fotodiode deswegen immer nur kurz dem heißen Körper ausgesetzt werden, so dass sich ihre Eigentemperatur nur unwesentlich ändert. Der Fotostrom scheint näherungsweise exponentiell mit der Temperatur der Platte zu wachsen. Damit sollte es leicht möglich sein, die abgelesenen Spannungswerte in die entsprechende Temperatur umzurechnen. Diese Umrechnung könnte auch ein nachgeschalteter logarithmischer Verstärker übernehmen, so dass das Voltmeter die Temperatur direkt in °C anzeigt. Der gemessene Stromverbrauch der Schaltung liegt bei <1mA, so dass ein 9V-Block viele Stunden halten dürfte. Sicher hast du noch weitere Ideen für Zusatzfeatures und Verbesserungen der Schaltung. Es wäre schön, wenn du den endgültigen Aufbau zusammen mit Testergebnissen hier veröffentlichen könntest. Dann bleibt nur noch, dir viel Spaß und Erfolg beim Basteln und Messen zu wünschen :)
Nachtrag: > Diese Umrechnung könnte auch ein nachgeschalteter logarithmischer > Verstärker übernehmen, ... Alternativ könnte die zweite Verstärkerstufe logarithmisch ausgelegt werden, so dass sich der Bauteilaufwand nur minimal erhöht.
hey yalu, vielen Dank für dein Interesse am Thema!!!! Du hast mir wirklich geholfen, und die Idee mit dem nachgeschaltetem Logarithmierer ist genial!! Mir ist zwar momentan noch nicht ganz klar, warum es exponentiell ansteigt. Aber es scheint wirklich so zu sein (näherungsweise). Eine Auswertung von Messwerten einer ähnlichen Arbeit, hat das nochmals bestätigt. Es wird wohl trotzdem schwierig werden, da die Temperaturanzeige, ja ebenfals mit einem 2. Schalter umgeschaltet werden müsste, wenn ich am 1. Schalter umschalte. aber das wird schon irgendwie werden.. Man könnte auch mit einem Potentiometer noch versuchen, die Termometeranzeige für verschiedene Emmissionsgrade zu "rüsten". Das sind so die "Features" die mir noch einfallen. Ich werde mir mal Gedanken machen wie ich das realisieren werde, und halte euch auf dem Laufenden. beste Grüße Chris
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Christian Schörner schrieb: > Mir ist zwar momentan noch nicht ganz klar, warum es exponentiell > ansteigt. > Aber es scheint wirklich so zu sein (näherungsweise). > Eine Auswertung von Messwerten einer ähnlichen Arbeit, hat das nochmals > bestätigt. Ich gehe davon aus, dass die e-Funktion wirklich nur eine Näherung ist. Der wirkliche Zusammenhang ist sicher viel komplizierter, allein schon wegen der krummen Kennlinie der Fotodiode. Da aber das geplante IR- Thermometer schon aus anderen Gründen eher ein Schätzeisen wird, kann eine solche Näherung trotzdem ganz brauchbar sein. Es geht ja, wenn ich das richtig verstanden habe, auch nicht darum, ein Präzisionsmessgerät zu bauen, sondern zu zeigen, dass man mit einem einfachen IR-Detektor berührungslos Temperaturen messen kann. > Es wird wohl trotzdem schwierig werden, da die Temperaturanzeige, ja > ebenfals mit einem 2. Schalter umgeschaltet werden müsste, wenn ich am > 1. Schalter umschalte. Im Gegenteil: Es wird sogar einfacher, weil durch die Logarithmierung der nutzbare Messbereich immens vegrößert wird, so dass du überhaupt keine Messbereichsumschaltung mehr brauchst. > Man könnte auch mit einem Potentiometer noch versuchen, die > Termometeranzeige für verschiedene Emmissionsgrade zu "rüsten". Gute Idee. Das fehlt bei den einfachen käuflichen Messgeräten meist, so dass du damit (zumindest feature-mäßig) schon in der nächsthöheren Liga spielst :) Ich habe übrigens mal auf primitive Art und Weise etwas Logarithmus in Form eines Transistors (Q1 anstelle von R1) in die Schaltung gebracht (Bild ir-thermometer2.png) und eine weitere Messung damit gemacht (Bild messung2.png). Im Diagramm sind die direkt gemessenen Ausgangsspannungen (ohne Offsetkorrektur) als rote Kurve aufgetragen. Dabei entsprechen die Werte in mV erstaunlich gut den Temperaturen in °C (die grüne Kurve stellt den Idealverlauf dar). Die Steigung der Kurve und damit die Verstärkung der zweiten Stufe passt zufälligerweise ganz gut, obwohl ich an der Dimensionierung nichts geändert habe. Auch die Linearität ist für Temperaturen ab 180°C ganz passabel. Lediglich der Offset von etwa 25°C stört etwas. Den Offset bekommt man durch einen zusätzlichen Widerstand R4 (Bild ir-thermometer3.png) weg. Er senkt die Ausgangsspannung des zweiten OPV um einen konstanten Wert ab. R1 addiert näherungsweise eine e-Funktion zur Messkurve, so dass man damit die ab 230°C leicht nach unten gekrümmte Kurve wieder nach oben biegen kann. Beide Widerstände beeinflussen die Gesamtverstärkung der Schaltung, so dass auch das Verhältnis von R2 zu R3 angepasst werden muss. Ich habe die Schaltung mit R1 und R4 nicht aufgebaut, geschweige denn dimensioniert und vermessen. Um trotzdem ein Gefühl für die zu erwarten- de Verbesserung zu bekommen, habe ich rechnerisch zur Messkurve eine leichtgekrümmte e-Funktion addiert (Einfluss von R1) und das Ergebnis mit einer geeigneten Verstärkung (Einfluss von R2 und R3) und einem konstanten Offset (Einfluss von R4) versehen. Die damit korrigierte Kurve ist in messung3.png zu sehen. Gar nicht so schlecht, oder? ;-) Da die Ausgangsspannung der Schaltung bis etwa 8V steigen kann, sind — zumindest, was den Messbereich betrifft — Messungen bis 8000°C möglich. Es wird aber kaum möglich sein, die Linearität über einen so großen Bereich in akzeptablen Grenzen zu halten, zumal die Empfindlichkeit der Fotodiode bei kürzeren Wellenlängen wieder deutlich abnimmt. Bis 1000°C oder vielleicht sogar bis 2000°C könnte die Schaltung aber noch ganz gut funktionieren. Das wäre der Bereich, in dem mit einem gewöhnlichen Multimeter am Ausgang im 2V-Bereich noch mit einer Auflösung von 1°C gemessen werden kann, so dass eine Messbereichsumschaltung definitiv nicht erforderlich ist. Ich kann für höhere Temperaturen leider keine weiteren Versuche machen, da ich keine flächige Wärmequelle mit deutlich mehr als 400°C habe.
>Es geht ja, wenn ich >das richtig verstanden habe, auch nicht darum, ein Präzisionsmessgerät >zu bauen, sondern zu zeigen, dass man mit einem einfachen IR-Detektor >berührungslos Temperaturen messen kann. Die hier präsentierten Messwerte beweisen eindrucksvoll dass das nicht geht. Die Photodiode misst Licht und damit Punkt. Mit einem Temperatursensor im eigentlichen hat das ganze nichts zu tun. Kein Mensch hat angezweifelt, dass Photodioden den Bereich der Schwarzkörperstrahlung messen können, der im sichtbaren oder nahen IR liegt. Totaler Quatsch, könnt ihr gleich eine "Themokamera" bauen, indem ihr aus eurer Pocketknipse den IR Filter rausbrecht.
lustich schrieb: >> Es geht ja, wenn ich das richtig verstanden habe, auch nicht darum, >> ein Präzisionsmessgerät zu bauen, sondern zu zeigen, dass man mit >> einem einfachen IR-Detektor berührungslos Temperaturen messen kann. > > Die hier präsentierten Messwerte beweisen eindrucksvoll dass das nicht > geht. Dass was nicht geht? Mit einem IR-Detektor berührungslos Temperaturen zu messen? Diesen "Beweis" kann trotz genauen Hinschauens nicht finden, ganz im Gegenteil. > Die Photodiode misst Licht und damit Punkt. Das ist richtig, wenn man die erweiterte Definition von "Licht" als elektromagnetische Strahlung (ohne die Beschränkung auf den für das menschliche Auge sichtbaren Spektralbereich) zugrunde legt. Aber was möchtest du damit aussagen? > Mit einem Temperatursensor im eigentlichen hat das ganze nichts zu > tun. Was verstehst du unter einem "Temperatursensor im eigentlichen"? Natürlich wird die Temperatur nicht direkt, sondern indirekt über die abgegebene IR-Strahlung gemessen, was ja gerade das Wesen der berührungslosen Temperaturmessung ist. > Kein Mensch hat angezweifelt, dass Photodioden den Bereich der > Schwarzkörperstrahlung messen können, der im sichtbaren oder nahen IR > liegt. Und? Reicht das nicht aus? Sicher nicht, um die Temperatur im Gefrier- schrank zu messen, aber für Temperaturen ab 200°C oder 300°C scheint die Messung mit der Fotodiode ganz gut zu funktionieren, obwohl ich dies anfangs ebenfalls stark angezweifelt habe. Um es noch einmal klarzustellen: Hier geht es nicht um die Entwicklung eines konkurrenzfähigen Produkts (dafür gibt es besser geeignete Sensorkomponenten), sondern um die Demonstration des Messprinzips mit einfachsten Mitteln. Dafür ist es völlig unerheblich, ob die Messung im 1µm- oder 10µm-Bereich erfolgt. Dass dabei Messbereich und -genauigkeit eingeschränkt sind, ist in diesem Fall akzeptabel und wird vom Thread- eröffner offensichtlich auch akzeptiert. > Totaler Quatsch, könnt ihr gleich eine "Themokamera" bauen, indem ihr > aus eurer Pocketknipse den IR Filter rausbrecht. Warum nicht? Vermutlich wird aber das Rauschen handelsüblicher Bild- sensoren deutlich über dem durch die IR-Strahlung erzeugten Nutzsignal liegen, so dass man schon etwas tiefer in die Signalkonditionierung der Kamera eingreifen müsste, um halbwegs brauchbare Ergebnisse zu erhalten.
Hmm, ich halte die Schaltungsidee auch für Blödzinn. Geht vielleicht irgendwie, nur wo soll da auch nur der geringste Nutzen sein? Das ist wie in einem von Karnickeln gezogenen Wagen um die Welt fahren. Klar, geht irgendwie, ist nur vollkommener Scheiss. Aber noch ein paar detailliertere Anmerkungen: -Bist Du sicher, dass Deine Kurven nicht auf Bauteilerwärmung zurückgehen? Hast Du mal einen IR Filter dazwischen gehalten? -Eine Messung einer Größe muss nicht nur genau, sondern auch spezifisch sein. Sonst ist es keine Temperaturmessung, sondern eine Messung elektromagnetischer Strahlung. Wie lichtunempfindlich ist diese "Messung". Ich glaube dass ist, worauf lustich hinauswollte. -Gibt es eine rechnerische Erklärung für die gemessenen Werte? Wie verhält sich das Integral der Schnittfläche von Schwarzkörperstrahlungskurve mit der Sensitivität der Diode über das Spektrum? -Gibt es eine Hysterese? Das würde auf unspezifische Effekte hinweisen.
@lustich und Karl Otto: Es geht mir auch nicht darum, die "beste" Schaltung zum Temperaturmessen zu entwerfen. Auch nicht um bestmöglichen "Nutzen". Dies kann man wie oft genug angemerkt wurde anders, besser, genauer etc. machen. Allerdings solltet ihr euch mal meinen eigentlichen Grund, warum ich eben mit IR-Photodioden arbeite, anschauen. Es ist einfach so in meiner Themenstellung zur Facharbeit vorgegeben!! Ich danke produktiven Leuten wie yalu, die mich dabei unterstützen, und verstanden haben worum es geht! Ob ihr unsere bisherigen Schaltungsentwürfe für völligen "Scheiß" haltet ist eure Sache, aber wie würdet ihr es denn machen?? Eure Kritik war bisher auch nicht gerade stichhaltig begründet... Außerdem sollte euch klar sein, dass sogar manche käuflichen Pyrometer Photodioden als Detektor einsetzten, soweit ich weiß. Und sicher messen wir keine Temperatur direkt, sondern die Intensität elektromagnetischer Strahlung im Empfindlichkeitsbereich der Photodiode. Und damit lassen sich sehr wohl Rückschlüsse auf die Temperatur, des anvisierten Objektes schließen. Der genaue Zusammenhang scheint wirklich erstmal kompliziert zu sein, da wir nicht über ganzen Spektralbereich messen. Aber durch eine Vergleichsmessung können wir unseren Messwerten ja die eigentliche Temperatur zuordnen! Die Idee mit dem Integral von dir Karl ist mir auch schon gekommen, und ich werde demnächst mal versuchen, das bestimmte Integral über die Schnittfläche auszurechnen, in Abhängigkeit von der Temperatur. Villeicht ergibt sich ja wirklich nährerungsweise ein exponentieller Anstieg des Integral-Wertes mit zunehmender Temperatur. man wird sehen, die Teile zum Schaltungsaufbau habe ich jedenfals gestern bestellt ;-) Leider habe ich für den Logarithmierer erstmal nur die Dioden 1N4148 bzw. BAT54C mal mitbestellt. Ein Transistor wie bei dir yalu, wäre wohl besser geeignet gewesen. Muss man beim Kauf eines Transistors für einen Logarithmirer auf irgendwas speziell achten? mfg
Karl Otto schrieb: > Hmm, ich halte die Schaltungsidee auch für Blödzinn. Das ist eine Frage der Perspektive. Aus der Sicht eines Topmanagers eines Großunternehmens ist garantiert jedes "Projekt" das hier in diesem Forum diskutiert wird, maximalster Blödsinn: Die Leute hier stecken Geld und vor allem viel Zeit in eine Entwicklung, die wenig Neues bietet und dem Vergleich mit kommerziellen Geräten nie standhalten kann. Gründe, warum so etwas doch gemacht wird, und die der Topmanager (der außer Golfspielen keine Hobbys hat (und auch Golfspielen ist Blödsinn)) nie verstehen wird sind bspw.: - Freude am Basteln - Erfolgserlebnis - Suche nach Herausforderungen - Erkenntnisgewinn - Weiterbildung - Arbeiten für Schule oder Studium Wenn man nicht die Arbeitszeit, sondern nur die Materialkosten rechnet, kann man mitunter sogar etwas Geld sparen, nimmt dafür aber meist entsprechende Qualitätseinbußen des entstehenden "Produkts" in Kauf. In diesem Fall geht es primär um eine Facharbeit für die Schule, wobei aus den Beiträgen des Thread-Eröffners zu entnehmen ist, dass auch andere der o.g. Gründe für ihn eine wichtige Rolle spielen. Ich selber finde es einfach mal unterhaltsam herauszufinden, wie weit man bei der berührungslosen Temperaturmessung mit einfachsten Bastler- mitteln und ohne teure Spezialbauteile kommen kann, und wurde sogar positiv überascht. Als angenehmen Nebeneffekt weiß ich hinterher ein wenig mehr über Wärmestrahlung, Fotodioden, analoge Linearisierungs- schaltungen usw. Der Nutzen der enstehenden Schaltung als solche ist für mich null, da ich schon glücklicher Besitzer eines IR-Thermometers bin :) Zu deinen Fragen: > -Bist Du sicher, dass Deine Kurven nicht auf Bauteilerwärmung > zurückgehen? Hast Du mal einen IR Filter dazwischen gehalten? Auch ;-) Der Effekt der detektierten Strahlung ist aber deutlich größer als der der Bauteilerwärmung. Wenn ich bspw. eine Metallplatte zwischen Foto- diode und Wärmequelle halte und somit den Strahlungsfluss unterbreche, geht das Signal augenblicklich zurück, obwohl die Fotodiode auf Grund ihrer relativ hohen Wärmekapazität nur langsam abkühlt. Da in der vorliegenden Einfachstschaltung keine Temperaturkompensation vorgesehen ist, muss man Messungen eben darauf achten, dass die Foto- diode und auch der Rest der Schaltung nicht oder nur kurzzeitig der Wärmestrahlung ausgesetzt sind. > -Eine Messung einer Größe muss nicht nur genau, sondern auch > spezifisch sein. Sonst ist es keine Temperaturmessung, sondern eine > Messung elektromagnetischer Strahlung. Wie lichtunempfindlich ist > diese "Messung". Kaum ;-) Das bedeutet, dass man nur bei Dunkelheit oder bei Umgebungslicht mit geringem Rotanteil messen kann. Dass so ein "System" für ca. 1€ plus Multimeter Einschränkungen gegenüber einem kommerziellen Gerät für 50€ hat, war nicht anders zu erwarten :) > -Gibt es eine rechnerische Erklärung für die gemessenen Werte? Wie > verhält sich das Integral der Schnittfläche von > Schwarzkörperstrahlungskurve mit der Sensitivität der Diode über das > Spektrum? Ich würde das Ganze gerne durchrechnen, leider fehlen mir Informationen: Die Schwarzkörperstrahlungskurve ist zwar gegeben, nicht aber der voll- ständige Verlauf der spektralen Empfindlichkeit der Fotodiode. Die im Datenblatt angegebene Kurve hört leider an der Stelle auf, wo sie beginnt, interessant zu werden. > -Gibt es eine Hysterese? Das würde auf unspezifische Effekte > hinweisen. Die einzige Hysterese, die ich beobachten konnte, ist durch die Erwärmung der Fotodiode bedingt. Sorgt man dafür, dass sich die Fotodiode nicht erwärmt ihre Temperatur nicht ändert, sind die Messwerte gut reproduzierbar.
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Chris -- schrieb: > Leider habe ich für den Logarithmierer erstmal nur die Dioden 1N4148 > bzw. BAT54C mal mitbestellt. Mit einer Diode (1N4148) habe ich es gestern zuerst auch ausprobiert, wohlwissend, dass Transistoren für diesen Zweck i.Allg. besser geeignet sind. Ich dachte mir aber, der Bahnwiderstand der Diode spielt bei den geringen Strömen keine Rolle, dafür erhält man ein stärkeres Ausgangs- signal, so dass eine Diode vielleicht doch die bessere Wahl ist. Diese Gedanken haben sich zwar als richtig erwiesen, allerdings kommt bei Tem- peraturen unter 300°C der Diodenstrom wohl schon in die Größenordnung des Sättigungssperrstroms IS, wo die Diodenkennlinie keine saubere Expo- nentialfunktion mehr ist, was wiederum in einer starken Nichtlinearität des Ausgangssignals in diesem Bereich resultiert (s. Bild). Da eine Schottky-Diode wie die BAT54 ein wesentlich größeres IS als eine PN-Diode hat, sind hier die Ergebnisse vermutlich noch schlechter. Da du aber die Diode sowieso bestellt hast, kannst du sie ja trotzdem mal ausprobieren. > Muss man beim Kauf eines Transistors für einen Logarithmirer auf > irgendwas speziell achten? Ein beliebiger PNP-Kleinleistungstransistor sollte passen. Der BC557 ist so ziemlich das Gewöhnlichste in dieser Kategorie, so dass er mir bei den Versuchen als erster aus der Schublade entgegen sprang :)
Ein Transistor (Basis mit Emitter verbunden) als Diode benutzt, hat i.A. geringere Restströme als die Dioden. Ist vllt. auch einen Versuch wert.
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