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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Verstärker für Thermoelement, Typ K


Autor: Tobi D (Gast)
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Hi!

Meine Idee zu der Temperaturmessung mittels Thermoelementen 
(Facharbeit), ist in den paar Tagen gereift. Ich hab jetz hier ein 
Thermoelement Typ K, welches ich nun mit meinem µC nutzen will. Es hat 
bei der maximalen Temperatur von 1370°C ne Spannung von 54,8 mV.
Diese muss ich jetzt verstärken, um auf die µC ADC-verträglichen Werte 
von 0 bis 2,4 Volt zu kommen.
Wie stell ich das am Besten an?
(Ich weiß wohl, dass es zu dem Thema mehrere Threads gibt, allerdings 
bin ich nicht besonders schlau daraus geworden, weil ich von OPVs 
praktisch keine Ahnung hab. Als liebste Antworten hätt ich gern, welchen 
Verstärker soll ich benutzen? Wie genau komm ich später auf Werte [12 
Bit ADC]? Wie berechnet man bestimmte Widerstandswerte, wenn man ne 
gewisse Eingangsspannung hat, und auf ne gewisse Ausgangsspannung kommen 
will? Wie beschaltet man überhaupt das Thermoelement mit dem OPV? Wie 
schauts mit Versorgungsspannung/strom aus? Brauch ich da konstante 
Quellen?
Sorry für die vielen Fragen, aber ich will halt auch wissen was ich 
mach! Mich interessierts ja auch pesönlich, ned nur wegen Facharbeit!)

Noch paar weitere Angaben: Ich will das Element bis zu seiner maximalen 
Temperatur ausreizen (aber rein experimentiell --> z.B. Kerzenflammen 
usw). Genauigkeit is nicht sooo wichtig, +- 5-10°C wärn egal. Sieht man 
ja auch am Anforderungsprofil ;)
Soll aber ned heißen, dass es jetz komplett wurscht is, wenn sichs 
genauer realisieren lässt, wärs natürlich optimal!
Negative Temperaturen scheiden aus, bis 0 Grad reicht! Prinzipell aber 
nur höhere Temperaturen ab 100°C.
Die Grundtemperatur werd ich über nen anderen Sensor, vielleicht nen PTC 
oder sogar nen pt1000 bestimmen, und intern vom µC verrechnen lassen. 
(wahrscheinlich PTC, da es ja eigentlich nur im Bereich -5 bis 50° is)

Ich hoffe ich hab jetz genug Infos gegeben und nix vergessen.

PS: Für alle die sowas wie ein Thermoelement haben wollen, sollten 
versuchen, mal bei den Firmen anzurufen! Ich hab einfach gesagt, ich 
bräuchte eins für meine Facharbeit, und sie ham mir sogar 2 KOSTENLOS 
zugesandt, und das innerhalb eines Tages!

In der Hoffnung auf aufschlussreiche Antworten, Grüße aus Bayern!

: Verschoben durch Admin
Autor: E. B. (roquema) Benutzerseite
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Autor: Arc Net (arc)
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Autor: ... (Gast)
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Anstelle irgendwelcher Links : Ein Zerodrift Verstaerker, auch Chopper 
OpAmp genannt passt.

Autor: Tobi D (Gast)
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"Stand/steht im anderen Thread"

Ja, das war mein erster Thread, in welchem ich mich über Pt1000 sowie 
grundsätzliche Dinge informiert hab.
Thermoelemente hab ich nur am Rande angesprochen. Diese Situation hat 
sich jetz geändert, weil ich ja jetz eins hab.
Diesmal wollt ich eher mehr über den Verstärker wissen...

Übrigens Danke für die Links! Kann ich echt gut brauchen.
Und wie is das mit dem Chopper OP? Was wärn Beispiel dafür?

Autor: Tim (Gast)
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>Und wie is das mit dem Chopper OP? Was wärn Beispiel dafür?

LTC 1050 für 3,60 bei Angelika

Typ K geht auch extrem einfach:
MAX6675 + 0,1µF
Ist mit mit 10-11 EURO auch seinen Preis wert.

hast du
http://www.temp-web.de/cms/front_content.php?idcat=146
gelesen? Die sagen was von max 1260° dauerhaft.....

>Die Grundtemperatur werd ich über nen anderen Sensor, vielleicht nen PTC
>oder sogar nen pt1000 bestimmen, und intern vom µC verrechnen lassen.
>(wahrscheinlich PTC, da es ja eigentlich nur im Bereich -5 bis 50° is)

Schau dir mal den LT 1025 an.

Autor: Tobi D (Gast)
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Das mit dem Lt1025 sieht interessant aus.
Allerdings gibt er scheinbar nur 10mV pro °C aus. Das wären für mich 
viel zu große Sprünge. Die Auflösung 12 Bit innerhalb 2,4 Volt bedeutet, 
dass der ADC ca 0,6mV auflösen kann. Mir würden aber auch ca 1/6 der 10 
mV reichen (also 1,6), weil der Sensor Typ K insgesamt ca. 1500°C 
darstellen kann. wenn ich also 10mV * 1500 rechne, bin ich bei 15 Volt. 
Das Maximum meines ADCs liegt bei ungefähr einem Sechstel davon.

Ich bin mir auch ned sicher, was das 10mV/°C überhaupt heißen soll! Wann 
fängt das ganze an? Bei 0°C? oder -270?
Die 10mV/°C scheinen auch unveränderbar zu sein.
Was kann ich da tun?

Autor: Tobi D (Gast)
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Ne andre Option wär natürlich der LTC1050.

Aber was heißt
MAX6675 + 0,1µF
?
http://www.datasheetcatalog.org/datasheet/maxim/MAX6675.pdf

Das is das Sheet. Ich seh auch den 0,1µF Kondensator.
Aber was soll der µController da bedeuten?(gleich 1.Seite)
Mit was für Anschlüsse muss ich den da verbinden?

Autor: peter-neu-ulm (Gast)
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Für die Thermoelemente in Lötkolben (Typ J, ca.50uV je Grad) verwende 
ich den OP07, er hat ausreichend geringen Offset (siehe Datenblatt, ob's 
reicht ) und ist sowohl billig als auch leicht erhältlich.

Autor: Tobi D (Gast)
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Hm, der Offset vom OP07 is 15 mal höher als der vom LTC1050...
Ich schätz mal ich werd den letzteren nehmen.

Ok- im Anhang hab ich mal einen beispielhaften Schaltplan, es is 
derselbe, welcher im Sheet des LTC1050 vorgeschlagen ist.
Allerdings hab ich hier wieder das Problem, dass er mir 10mV/°C ausgibt.

Weiß jemand wie ich das verändern kann? Wär echt dankbar dafür, und ich 
werd euch nich mehr so belästigen mit dem Thema!
Grüße, Tobi

PS: Noch was. Kann mir jmd erklären was die 10mV/°C eigentlich bedeuten? 
Also bei 0°C OV, und bei 1000°C 10V? Oder anders?

Autor: B e r n d W. (smiley46)
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0°C -> 0mV
100°C -> 1000mV

Vom Thermoelement zur Schaltung sollte eine Ausgleichsleitung 
(Cromel-Alumel) verwendet werden. Dort, wo im Schaltplan sich das +/- 
des Thermoelementes befindet, musst Du auf Kupferleitung wechseln. Diese 
Lötverbindung dann evtl. mit Wärmekontakt auf den LT1025 kleben. Das 
nennt sich dann Kompensation. Die Ausgleichsleitung bildet zusammen mit 
der Kupferleitung ein weiteres Thermoelement, dessen Temperatur vom 
LT1025 gemessen wird. Am Ausgang K des LT1025 erscheint eine Spannung 
mit ca. 40µV pro °C. Die Summe der beiden Spannungen (Reihenschaltung) 
wird dann verstärkt. Das Thermoelement liefert auch ca. 40µV pro °C, 
jedoch nur für die Temperaturdifferenz zwischen Kompensationspunkt und 
Thermoelementspitze.

Autor: Tobi D (Gast)
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Ah ja. Soweit klar. Jetz kapier ich den Kompensator auch mal.

Und wie veränder ich jetz die bestehende Schaltung damit ich 
Temperaturen bis 1350°C messen kann?

und als nächstes, damit ich höchstens 2,4Volt am Ausgang erreiche (eben 
bei 1350°C), muss der OPV genau 2400mV/1350°C ausgeben. Das sind dann 
1,778mV pro °C. Wie krieg ich das hin?

Autor: Tim (Gast)
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Dir ist aber schon klar das du mit Thermoelementen nur
die Differenz zwischen 2 Punkten Messen kannst?
Und dir ist auch klar das JEDE Klemmstelle im
Messkreis ein Thermoelement darstellt?

Dagegen kann man 2 Dinge Tun:
Du hast entweder 4 Thermoelemente in Reihe:
Kupfer --> [NiCr --> Ni] -> [Ni --> NiCr] --> Kupfer
       (1)       (2)            (3)       (4)
1 & 4 Heben sich auf (sofern gleich warm)
Bleibt die Differenz Zwischen 2 und 3.
Wenn man jetzt die Temperatur von (3) kennt (=Vergleichsstelle)
und die Spannung von Kupfer bis Kupfer kann man die
Temperatur an (2) ausrechnen.

oder du hast 3 Thermoelemente in Reihe:
Cu --> [NiCr --> Ni] --> Cu
   (1)       (2)     (3)
Zu beachten ist das sich (1) und (3) NICHT aufheben
da unterschiedliche Materialien verwendet werden
(oben klemmst du ja immer Kupfer auf NiCr)
Dafür gibt es den LT 1025.
Er erzeugt eine Spannung die die 2 störenden
Thermoelemente (1) und (3) kompensiert. (deswegen
muss er die selbe Temperatur wie (1) und (3) haben.
(Den 10mV/° Ausgang braucht also keiner)
Übrig bleibt dann ein "virtuelles" Thermoelement
welches auf der NiCr = - Seite auf Masse liegt und
dessen anderen Ni Seite auch in KUPFER(!) die Spannung
der Thermoelements an (2) liefert.

Jetzt braucht du nur noch eine passende Verstärkerschaltung.

oder den Max. Thermoelement auf der einen Seite anklemmen
und auf der anderen per µC die Temperatur auslesen.
Einfacher geht es nicht mehr.

>Mit was für Anschlüsse muss ich den da verbinden?
Selbst ist der Mann. Eine fertige Schaltung wird dir
hier kaum einer liefern.
Lies dir mal in Ruhe die Datenblätter durch. Einfach
nur überfliegen reicht nicht.
Letzer Tipp: Operationsverstärker-Grundschaltungen

Autor: Tobi D (Gast)
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Jaaa! ICh habs glaub ich endlich gecheckt, wies läuft!
Auch noch Danke für den Link zu den Operationsverstärkern!

Aber trotz allem, muss ich euch NOCH mal belästigen!

Wenn ichs recht verstanden hab, dann ist die Schaltung, die ich vorher 
als Anhang gespeichert hab, nur die kompliziertere Variante von der 
hier:

http://www.mikrocontroller.net/wikifiles/c/cc/Op-v...

Das EINZIGE was ich jetz noch wissen muss ist:

Warum die ganzen Kondensatoren? FÖrdert das die Genauigkeit? Kann ich 
sie einfach so belassen, und für die Widerstände meinen eigenen, 
persönlichen Wert einsetzen?
Und was hat das Poti zu bedeuten?

Dann.... hätt ichs im Grunde schon ^^

Autor: B e r n d W. (smiley46)
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Der 0.1µF Kondensator blockt Hochfrequenz ab. Andernfalls würde Deine 
Temperatur ziemlich unruhig werden, wenn Du z.B. neben der Schaltung das 
Handy benutzt.

Der zweite Kondensator bildet in der OP-Schaltung einen Tiefpass, 
welcher das Rauschen verringert. Dadurch wird die Messung ruhiger.

Der 255k ändert sich auf ca. 45k. (ruhig nochmal selbst nachrechnen)

Dann würde ich mit kochend Wasser auf 100°C kalibrieren oder genauer auf 
99,6°C, je nach Meereshöhe. Die 100°C stimmen nur bei 1013 mbar.

Der Kalibriervorgang kann mit Hilfe des Potis oder durch einen Faktor K 
in der Software erreicht werden. Das Poti macht auch nichts Anderes, als 
die Steigung zu ändern.

T[°C] = AD-Wert[Digit] * K[°C/Digit]

Den K einfach ändern, bis die Temperatur stimmt.

Falls es bei Raumtemperatur Abweichungen gibt,
kann nach der Punkt-Steigungs-Form verfahren werden:

y = m * x + b

oder hier:
T = K * AD + Nk   (Nk: Nullpunkt-Korrektur)

Autor: Tobi D (Gast)
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Hey, Danke für deine Antwort!
Der genaue Wert wäre in meinem Fall 41,87kOhm, werd ich halt irgendwie 
stückeln aus n paar 0,1er Widerständen.

Wäre es eigentlich positiv für die Genauigkeit, wenn ich mir ne Platine 
ätzen lass? Und keine Lochplatine hernehm?
(Kann ich mir wahrscheinlich an der FH machen lassen, is halt aufwändig 
wegen Layout usw)

Autor: Buddler B. (buddler) Benutzerseite
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Wäre es denkbar, für den Temperaturbereich von 0 bis 150°C einfach nur 
das Bauteil AD595 direkt auf den µC zu geben?
Wenn ich es dem Datenblatt richtig entnehme, ist die Kaltstelle gleich 
integriert, ich schließe also einfach mein Thermoelement an und nehme 
den Ausgang direkt auf einen ADC?

Autor: Andi (Gast)
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hallo :) - ich wollte dass hier nochmal aufgreifen. Was ist die 
einfachste Schaltungsvariante fuer ein Thermoelement, wenn es mir nur 
darum geht ein qualitatives Ergebnis zu erhalten? Also ich in meinem 
Ausgangssignal einen Sprung von z.B. 10 Grad gut sehen kann.
Wenn ich das hier so lese, dann denke ich, ich muesste das hier
http://www.mikrocontroller.net/wikifiles/c/cc/Op-v...
plus die beiden Kondensatoren verwenden. Ist das korrekt? Ist es wichtig 
das mein OPV genau der ist, der angegeben ist? Oder kann ich jeden 
Verwenden? Danke
Andi

Autor: Olaf (Gast)
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Du brauchst einen OP mit einer moeglichst geringen Offsetspannung.

Wie gering haengt natuerlich von deiner Anwendung ab, aber der 
Hersteller sollte in seinen Datenblatt schon mal lobend darauf 
eingegangen sein.

Gut geht es z.B mit einem LT1006, aber bei geringeren Anspruechen
gibt es sicherlich auch preiswerteres.

Olaf

Autor: Andi (Gast)
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ok, danke fuer diese Info. Ich schau mal was hier an OPVs so rumliegt. 
Kann man Offsetspannung mit einer Schaltung kompensieren?

Autor: Olaf (Gast)
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> Kann man Offsetspannung mit einer Schaltung kompensieren?

Hm..du koenntest vielleicht mit einem Microcontroller vor jeder
Messung den Eingang kurzschliessen, die Spannung messen und dann
spaeter im Controller substrahieren.

Olaf

Autor: bcl (Gast)
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Hallo Tobi D,

hast du für deine Grafik vom 10.09.2008 evtl. einen Schaltplan oder weiß 
jmd. wo man genau dafür einen Schaltplan findet?

Autor: Peter R. (pnu)
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Das Thermoelement vom Typ K liefert etwa 50 uV/K

Schau im Datenblatt des OpAmp nach dem Input-Offset nach, da findet man 
z.B. für den OP07 als Offset 50 uV, mit wenigen uV/K 
Temperaturabhängigkeit. Den habe ich z.B. bei meiner 
Lötkolben-Temperaturregelung eingesetzt, da kommt es auf einige Grad 
Fehler nicht an.

beim OP07 lässt sich der Offset mit einem Poti korrigieren, beim Einsatz 
eines Kontrollers würde ich das natürlich per Software machen.

Autor: Ingo (Gast)
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Hallo Zusammen,

ich würde gerne den MAX 6675 als Cold Junction OP nehmen. meine Frage 
richtet sich jetzt eher an die Anbindung an den ATMEGA.

MAX6675    >>   ATMEGA8
SO (7)     >>   MISO (18)
SCK (5)    >>   SCK  (19)
CS  (6)    >>   SSB  (16)


Verkraftet das der ATMEGA8 von der Leistung her, wenn dann noch ein 4x20 
Zeichen Matrixdisplay angeknüpft wird ?

Falls es interessiert kann ich ja mal den kompletten Schaltplan 
inklusive der beiden PT100 Verstärker posten

Autor: Elisabeth Brandner (Gast)
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Hallo,

Habe den Verlauf deiner Frage verfolgt. Würde mich Intressieren welchen 
Schaltpaln du hast?

Liebe Grüße
Elisabeth

Autor: Elisabeth Brandner (Gast)
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Hallo,

welchen Schaltplan hast du erstellt?

Liebe Grüße
Elisabeth

Autor: Opa (Gast)
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Elisabeth Brandner schrieb:
> welchen Schaltplan hast du erstellt?

Das war vor ziemlich genau 5 Jahren, Frau Doktor.

Autor: Harald Wilhelms (wilhelms)
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Elisabeth Brandner schrieb:

> welchen Schaltplan hast du erstellt?

Grundsätzlich ist ein Verstärker für Thermoelemente nicht ganz
trivial, weil mit kleinen Pegeln gearbeitet wird und man darauf
achten muss, das Störsignale nicht grösser als das Nutzsignal
werden. Deshalb ist es durchaus sinnvoll, einen fertigen Thermo-
elementverstärker zu verwenden. Wenn es unbedingt Selbstbau
sein soll, dann nimmt man am besten eines der vielen Spezial-
ICs für Thermoelemente. Der Schaltplan steht dann im Datenblatt.

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