Hallo zusammen, ich habe an der Uni einen alten Versuchsstand wieder zum Leben erweckt, der optimiert werden soll. Dazu wollte ich zunächst einen Temperaturregler entwickeln. In Abb. 1 habe ich versucht, den Sachverhalt etwas zu verdeutlichen. Insgesamt sollen 2 Heizplatten mit je 9 Heizkreisen geregelt werden. Da die Anordnung und Größe der Heizkreise die Anbringung zusätzlicher Temperatursensoren unmöglich macht, soll von der Widerstandsänderung jedes einzelnen Heizkreises auf dessen Temperatur geschlossen werden. Der Regler wird in Labview programmiert. Dieser erzeugt ein PWM Signal durch Ansteuerung der digitalen Ausgänge der Messkarte. Das Signal schaltet die BTS432E2 Leistungsschalter. Im abgeschalteten Zustand (Netzteile gesperrt) soll der Spannungsabfall in Folge der Widerstandsänderung durch die Messkarte erfasst und softwareseitig weiterverarbeitet werden. Da die Grundwiderstände R0 bei 23 °C fertigungsbedingt zw. 3 und 15 Ohm schwanken, wollte ich eine Messbrücke zur Kompensation verwenden. In Abb. 2 ist mein dazu erstellter Simulationsufbau zu sehen (Stromquelle, ersatzweiser Mosfet für BTS432E2, Messbrücke und Verstärkerstufe) Mein Problem ist, dass der Heizwiderstand abwechselnd durch den Last- und Messstrom belastet wird. Ich weiß nicht ob und wie ich den Messkreis bei Last entkoppeln kann, damit dieser nicht beschädigt wird. Ich bin als Maschinenbaustudent nicht gerade mit Wissen in Sachen Elektrotechnik gesegnet. Die Schaltungen spiegeln etwa meinen in den letzten Wochen angelesenen Kenntnisstand wieder. Es wird also reichlich Verbesserungsbedarf bestehen. :) Die konkreten Fragen: - Ist der dargestellte Aufbau möglich und sinnvoll? - Falls ja: Muss der „Messkreis“ bei Last entkoppelt werden und wie kann man das machen? - Gibt es einen sinnvolleren bzw. einfacheren Aufbau der die Funktion erfüllt? - Oder bin ich mit meinen Überlegungen völlig auf dem Holzweg? Anforderungen: - Betriebstemperaturbereich ca. 80 – 150 °C - Die Temperatur soll auf etwa +- 3 K genau eingehalten werden - Kostengünstig - Kein SMD Wenn ich etwas Wichtiges vergessen habe, versuche ich die Informationen schnellstmöglich zu vervollständigen.
So ganz unrealistisch ist das Vorhaben nicht. Man hat aber ein kleines Problem: Wenn die Heizung voll an ist, kann die Temperatur so nicht mehr gemessen werden. Man braucht für die Messung jeweils ein kurze Pause in der Heizung. Das kann ggf. die Pause im PWM Signal sein, oder ein zusätzliche Pause extra für die Messungen. Wie lange die Pause sein muss hängt vom AD Wandler und dem Programm ab. Es kommt noch auf das Material der Heizleiter an. Man nimmt da oft welche mit eher kleinem TK - das wäre für die Messung problematisch. Die Konstantstromquellen kann man sich noch sparen und mit einer Konstanten Spannung von z.B. 20 V und Vorwiderstand zum Anregen der Brücken arbeiten. Die Differenzverstärker kann man so aufbauen, dass auch die 27 V (oder auch 40 V) von der Heizung keinen Schaden anrichten. Je nach Versorgungsspannung geht das schon mit der gezeigten Schaltung. Der Ausgang geht bis an den Anschlag, aber mehr passiert dabei nicht. Das Ausgangssignal ist aber relativ klein. Bei 10 mA durch 10 Ohm hat man bei der Messung etwa 100 mV an der Heizung. Wenn die Heizleiter einen hohen TK haben (0,3%/K), wären das also etwa 0,3 mV / K an Signal. Da wäre etwas mehr Verstärkung sinnvoll. Wenn der TK kleiner ist, wird das Signal noch kleiner ! Der LF411 ist da als OP keine gute Wahl - besser wäre da z.B. ein OP07 oder ggf. LT1013. Das ist aber ein eher kleines Problem - die OPs sind leicht austauschbar.
Hallo Sebastian, grundsätzich ist es möglich, eine Temperatur so zu regeln. Bei manchen Lötstationen wird die Kolbentemperatur so geregelt (z. B. Ersa Resistronic), allerdings haben die Heizelemente eine starke PTC-Charakteristik. Beim Aufheizen kann man erkennen, dass der Heizstrom regfelmäßig kurz abgeschaltet wird, um den Widerstand des Heizelements zu messen. Wenn du deine Heizwiderstände mit Konstantstrom beheizt, ist der Spannungsabfall direkt proportional zum Widerstand. Das würde dir eine Umschaltung zwischen Heiz- und Messstrom ersparen. Die von die verwendeten Heizelemente haben, wie du selbst schreibst, eine große Toleranz. Ob du die gerforderte Genauigkeit von +/-3°C auf diese Weise erreichst, wage ich zu bezweifeln. Was spricht denn dagegen, einen Temperaturfühler einzusetzen? Gruß, Alexander
Hallo! Danke für die bisherigen Antworten. Ich habe versucht die Vorschläge, wie im Anhang ersichtlich, umzusetzen. D.h.: - Konstantstromquelle durch Spannungsquelle + Widerstand ersetzt - Messstrom erhöht - Verstärkung erhöht - LF411 gegen LT1014 (4 fach OP) ersetzt Die Widerstände habe ich so gewählt, dass die Leistung weder bei zugeschaltetem Laststrom, noch bei der Pause für die Messung 0,6 W an den Widerständen übersteigt. Die höchste Leistung setzt der 1,3k Ohm Widerstand Rv mit etwa 0,45 W um. Durch das Poti zum Brückenabgleich, R13 und R14 werden beim Anlegen der 27 V ca. 0,1 W umgesetzt. Ich hoffe das ist OK oder ist die Widerstandsänderung durch Erwärmung zu groß? Als Spannungsquelle will ich ein 24 V DC Steckernetzteil mit entsprechender Leistung verwenden. Mittels Spannungsregler sollen 5 V Versorgung für die Messkarte (5 V, 350 mA max) und 10 V Betriebsspannung für die Operationsverstärker erzeugt werden. Die LEDs an den Ausgängen der LM317 habe ich eingesetzt um den minimalen Ausgangsstrom von 10 mA (irgendwo gelesen) zu gewährleisten. Muss ich bei den Differenzverstärkern noch etwas beachten? Der Messbereich der Messkarte ist +- 10 V, bei 10 V Versorgung der Operationsverstärker sind keine Schutzmaßnahmen nötig, oder? Kann ich das Ganze so im EAGLE „aufbauen“ oder ist noch etwas zu ändern? (z.B. Kondensatoren an den Versorgungen der OPAMPs, Diode hinter Rv, usw.) Danke. Gruß Sebastian
Hallo nochmal. Ich kann den Messaufbau auch noch in besserer Auflösung posten. Ich hatte den Beitrag gestern Abend nur schnell mit einem Netbook verfasst. Zum Thema Beheizung der Heizelemente mit konstantem Strom. Ich soll die vorhandenen Netzteile (jeweils 90 W, 27 V, Strombegrenzung bei 3,8 A)verwenden. Die arbeiten also bei Lasten bis etwa < 7 Ohm als Stromquelle und regeln die Spannung herunter. Über 7 Ohm ist dann die Spannung konstant bei 27 V. Dadurch bekomme ich also kein auswertbares Signal. Externe Temperaturfühler: Anbringung nur durch konstruktive Änderung des Versuchsstandes bzw. Funktionseinschränkung durch Anbringung an Funktionsflächen möglich. Temperaturfühler würden mir persönlich auch besser gefallen, größere Umbauten sind aber im aktuellen Stadium nicht erwünscht. - entfällt also. Grüße.
Hallo, überleg dir mal Folgendes: auf einer Herdplatte erhitzt du einen Topf Wasser. der Normalfall ist, dass die Drähte in der Herdplatte rotglühend sind, also über 500 Grad heiss. Wenn du jetzt damit die Temperatur des Wassers im Topf bestimmen willst, musst du warten, bis sich die Heizwicklung bis auf diese Temperatur abgekühlt hat. Hast du einen Begriff davon, wie lang das dauert? Ich würde sagen, von einer Viertelstunde aufwärts. Die Empfehlungen hier mit einer kurzen Pause oder der Lücke im PWM-Signal sind physikalisch völlig unsinnig. Dein Versuchsaufbau kann natürlich viel besser sein als eine Herdplatte, aber das grundsätzliche Problem wird damit nicht gelöst. Du kannst in keinem Fall erwarten, dass dein Heizelement innerhalb mSec die Temperatur des beheizten Mediums annimmt, also misst du eine Mondtemperatur, die viele Grade höher ist. Mit deiner Schaltung misst du grundsätzlich nur die Temperatur der Heizwicklung. Gruss Reinhard PS "größere Umbauten sind aber im aktuellen Stadium nicht erwünscht" - typisch Uni: völlig egal, ob es sich um totalen Blödsinn handelt, das wird durchgezogen. Ich würde bei euch sofort rausfliegen wegen Defätismus und Insubordination.
Die Spannung fürs Treiben der Messbrücken sollte manvermutlich besser von den geregelten 10 V nehmen als auf die 24 V vom Steckernetzteil zu vertrauen. Die extra Diode bei der Speisung ist nicht so verkehrt - einige Regler mögen es nicht wenn die Spannung am Ausgang höher als am Eingang wird. So sehr hoch sind die Anforderungen ja nicht. Ein LED als Grundlast (z.B. 20 mA) für den Regler würde auch reichen. Bei der Brücke sollte man den oberen Widerstand ruhig deutlich größer als 10 Ohm wählen. Bei 10 Ohm wie der Heizwiderstand verliert man schon die Hälfte des Signals. Die 10 K Widerstände an Differenzverstärker sollten als Schutz für die OPs reichen. Damit die Temperatur der Heizwiderstandes auch etwa der Platte entspricht, wird man schon ein paar Sekunden warten müssen - viel länger vermutlich aber auch nicht. Sonst wäre genug Platz für einen zusätzlichen Fühler. Wie lange das Dauert hängt aber von der Heizplatte ab, das müsste man nachmessen.
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