Liebe Experten, ich muß einen Ofen steuern, in dem als Temperaturfühler ein Typ-S-Thermoelement verbaut ist; ich habe mich grundsätzlich eingelesen, und habe alle Foreneinträge bez. Thermoelementen gelesen, würde mich aber über Eure Einschätzung und etwaige Tipps freuen, da Typ-S-TE ja aufgrund ihrer besonders kleinen Seebeck-Koeffizienten (und der überdurchschnittlichen Non-Linearität) etwas gefinkelt sind. Die zu messende Temp. liegt - auflösungsbedingt - zw. 0°C und 950°C. Das TE liefert V im Bereich von 0 mV bis 9 mV. Diese Werte möchte ich ums 366-Fache verstärken, um sie mit einem Arduino auszulesen, der eine V[Ref] von 3,3 V hat. Außerdem hat der Arduino eine Auflösung von 10 Bit - weshalb ich nicht höher als 950°C heizen „kann‟, da sonst die Messung/Steuerung zu ungenau wird - muß ich (einstweilen) aber auch nicht. Meine Anforderung an die Genauigkeit beträgt einige °C; +/- 5°C wäre gut, +/- 10°C die Schmerzgrenze. Mir ist klar, daß dazu eine Kaltstellenkompensation notwendig ist: die realisiere ich programmseitig. Müsste ich noch einen Filter-Widerstand vor den Eingang schalten? Ich möchte nur aufgrund der geringen Spannungswerte aus dem TE so wenig wie möglich zusätzliche/unnötige Irritation hineinbringen - was ein R täte... Ein sich über Rückmeldungen sehr freuender Theophrastus
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warum machst du dir nen kopp über sachen die in der industrie schon lange fertig sind platin rhodium platin ist standard in einigen bereichen also fertigen wandler mit hiterlegter kurve kaufen un mit 4-20 ma weitermachen die an 250 ohm ja gleich 1 bis 5 volt sind. http://www.roessel-messtechnik.de/images/dm/Thermoelemente_in_der_industriellen_Praxis.pdf zb
Ich wuerd das einfach handhaben. Einen 24bit ADC mit internem Verstaerker, zB einem AD7799. Den Verstaerker auf 128mal ausfahren und gut ist.
Ein Widerstand am Eingang wäre ggf. schon sinnvoll, wenigstens aber eine Ferriteperle, um HF Störungen draußen zu halten. Sonst könnte es hinkommen, wenn auch vielleicht nicht ganz bis 3,3 V am Ausgang. Für den LTC1050 sind 5 V schon recht wenig Spannung. Da gäbe es geeignetere Typen für kleine Versorgungsspannung, z.B: AD8551 oder LTC2050. Die Kennlinie des TE ist stark nichtlinear: bei kleinen Temperaturen bis 200 C wird die Auflösung und Genauigkeit sehr schlecht - nach ober wird es aber besser. So lange die Raumtemperatur nicht viel schwankt, geht es ggf. sogar auch ohne Kaltstellenkompensation, denn eine Änderung der Temperatur um Raumtemperatur hat kaum Einfluss. Da hat die Nichtlinearität auch mal Vorteile.
@nur ich: Weil mir 150 € für einen programmierbaren Messwandler zu teuer ist, und die Analogen auch wieder nur Typ-K-TE verarbeiten können. Oder habe ich etwas übersehen? Grundsätzlich hast Du recht: das wäre die einfachste Lösung, und sie reizt mich auch - aber der günstigste Wandler, den ich gefunden habe, der Typ-S-TE verarbeitet, kostet > 90 €. Das ist mir zu teuer... Eine Eigenbauversion kostet wenige €, und ist - wenn man erstmal einen funktionierenden Aufbau hat - günstig beliebig um weitere Messfühler erweiterbar. Wenn also nichts Schwerwiegendes gegen einen Eigenbau spricht (wie unüberwindliche Ungenauigkeitsprobleme), würde ich doch gerne bei meinem Ansatz bleiben. Sollte ich etwas übersehen haben, und es eine günstige Fertiglösung geben, freue ich mich natürlich über meinen Irrtum... Jedenfalls danke für die Anregung! ================= @Ulrich: Vielen Dank für Deine ausführliche Hilfe. Wie groß würdest Du den Eingangswiderstand dimensionieren? 5k? Oder ginge noch kleiner? Die von Dir empfohlenen OPs sind wohl geeigneter, danke dafür. Keine Kaltstellenkompensation? Das würde ja bedeuten, daß ich standardmäßig schonmal um ~ 20°C danebenliege, oder?
@Loooser: Du hast bestimmt Recht, daß das ein guter Weg wäre, aber ich steuere den Arduino mittels LabView vom PC aus. Keine direkte MC-Programmierung; kann ich nicht - ist also (leider) keine Option. Oder verstehe ich das miss?
Wenn SPI über den Arduino geht, wäre der MAX31855 eine Möglichkeit oder so was http://www.ti.com/lit/an/sbaa189/sbaa189.pdf Ansonsten http://cds.linear.com/docs/Design%20Note/dn302f.pdf Im unteren Temperaturbereich (deltaT 0 °C - 100 °C) liefert ein Typ-S Element ~6 uV/K im oberen (deltaT 900 °C) ~11 uV/K. Die geforderte Genauigkeit entspricht +-30 uV bzw. +-55 uV. Wie sieht es mit Vergleichsmitteln/Meßgeräten aus?
Theophrastus G. schrieb: > Keine Kaltstellenkompensation? Das würde ja bedeuten, daß ich > > standardmäßig schonmal um ~ 20°C danebenliege, oder? Du schreibst doch oben selber das Du schlicht in der Software abziehst. Wenn Deine Schaltung zw. 15 und 25 Grad Celsius betrieben wird, liegst Du halt um zusätzliche 5 Grad daneben. Etc. Mußt Du selber entscheiden, ob das für Deine Anwendung relevant ist.
Ohne Messung der Ref. Lötstelle liegt man etwa um die möglichen Schwankungen der Temperatur daneben, den geschätzten Wert z.B. für die Raumtemperatur kann man aber natürlich nutzen. Wegen der nichtlinearen Kennlinie kann man nicht direkt die Änderung der Temperatur der kalten Lötstelle auf das heiße Ende übertragen. Wegen der bei niedriger Temperatur kleinere Steigung ist der Fehler bei der Spannung und damit der Temperatur der heißen Seite kleiner. Aus den vielleicht +-10 Grad für den Raum werden eher +-7 Grad für die heiße Seite. Es spricht aber auch nichts dagegen die Ref. Temperatur wenigstens grob zu messen. Da reicht dann auch eine Diode und ein Widerstand als Sensor. Der Widerstand vor dem Eingang kann so im Bereich 100 Ohm - 10 K liegen - ein hoher Widerstand bietet ggf. noch etwas mehr Schutz vor Fremdspannung. Als Schutz wären da ggf. auch 2 Antiparallel Dioden nicht schlecht. Bei mehr Widerstand kann einen aber ein Leckstrom aus dem Verstärker stören.
> Wenn SPI über den Arduino geht, wäre der MAX31855 eine Möglichkeit [...] Damit hast Du den Vogel abgeschossen! Habe mir gerade Muster bestellt... >Wie sieht es mit Vergleichsmitteln/Meßgeräten aus? Gut; Referenzmessungen sind über den ganzen Temp.-Bereich möglich. >> Keine Kaltstellenkompensation? Das würde ja bedeuten, daß ich standardmäßig schonmal um ~ 20°C danebenliege, oder? >Du schreibst doch oben selber das Du schlicht in der Software abziehst. Ja, Andrew, das stimmt. Ich habe „keine Kaltstellenkompensation‟ so verstanden, daß ich das gar nicht zu berücksichtigen brauche - also auch nicht programmseitig addieren. Habe ich wohl mißverstanden... Jetzt frage ich mich aber: wie viel soll ich dazurechnen? Ulrich schrieb ja: >Wegen der nichtlinearen Kennlinie kann man nicht direkt die Änderung der >Temperatur der kalten Lötstelle auf das heiße Ende übertragen. Ich gestehe: ich schäme mich ein bisschen, aber ich kappier' g'grade den Zusammenhang zur Kennlinie nicht. Könnte mir da ein gütiger Mitmensch auf die Sprünge helfen? Bis ich den MAX31855 habe werde ich das mal so aufbauen und schauen, wie nahe ich der Realität damit komme. Ob ich den MAX mit LabView über SPI am Arduino dann ansprechen kann, kann ich nur hoffen... Aber gehen tut's offenbar: https://decibel.ni.com/content/message/39075 Ich danke Euch einstweilen für die tolle und liebenswürdige Hilfe! Theo
Hallo! Wenn du schon mit den Typ-S arbeitest, kannst du mir einen Tip geben, wo man so einen Sensor herbekommt. Ich habe ein Meßgerät, aber keinen Sensor. Leider war die Suche bisher erfolglos. In dem Meßgerät geht der Eingang auf eine kleine Platine um sie für die Anzeige anzupassen. Bei Interesse kann ich ein Foto davon machen. Danke für einen Hinweis.
@Michael_: Ich würde mal bei Omega.de anfragen; die sind wohl eine ziemliche Kapazität auf diesem Gebiet. Schau mal hier: http://www.omega.de/produkt/t2/nb12cp.html Je nach Anwendung könntest Du auch einfach nur Typ-S-Ausgleichsleitung kaufen (z.B. hier: http://de.rs-online.com/web/p/temperatursensor-zubehor/3708729/), und daraus selber ein Thermoelement bauen (→ Schweißpunkt...). Sonst kannst Du noch bei Keramikbrennofenbauern anfragen - die müßten das wohl haben. (z.B.: http://www.keramik-kraft.de/KEKR_Site/WebPagesDE/index_lev3.html?Ofenbau%20-%20Reparatur_Temperaturmessung_Thermoelemente%20Platin%20Typ%20S&&25gB5A0obDuox2NvxMpoLGxolJgo2bbBeJ1gaIJUWISvKbcd81mOghf714VI_Tqaqulaukqaua) Viel Glück auf Deiner Suche! p.s.: Ja, ein Photo der Platine könnte mir helfen. Würde ich mich drüber freuen.
Hier noch mal eine Erklärung zu nichtlinearen Kennline: Die Spannung vom Thermoelement hängt von den beiden Temperaturen ab, nicht nur von der Differenz. Die Vereinfachung auf die Temperaturdifferenz entspricht einer konstanten Thermokraft und damit linearen Kennline. Bei der nichtlinearen Kennline hat man je nach Temperatur eine andere Steigung: bei der niedrigen Temperatur eher wenig Steigung (z.B. 6 µV/k) und bei hoher Temperatur im Ofen dann eher 10 µV/K. Zur Kompensation der Temperatur der Ref. Lötstelle(n) wird die Thermospannung addiert, und nicht direkt die Temperatur. Wenn also die Kennline durch U(T) gegeben ist, als Spannung gegen eine feste Ref. von z.B. 0°C, dann gibt es für die Spannung mit anderer Temperatur an der Ref. Lötstelle: U(T1,T2) = U(T1) - U(T2) , oder halt aufglöst nach T1: T1 = U^-1( U + (U(T2)) Nur wenn der Zusammenhang linear ist kann man das weiter vereinfachen zu T1 = U^-1(U) + U^-1(U(T2)) = U^-1(U) + T2 .
Jetzt hab' ich's begriffen. Dann ist auch klar, warum der Fehler auf der heißen Seite kleiner ist... Vielen Dank Ulrich für die ausführliche Erklärung.
Ulrich schrieb: > Hier noch mal eine Erklärung zu nichtlinearen Kennline: > > Die Spannung vom Thermoelement hängt von den beiden Temperaturen ab, > nicht nur von der Differenz. Die Vereinfachung auf die > Temperaturdifferenz entspricht einer konstanten Thermokraft und damit > linearen Kennline. > /rosinenscheissermodus Die EMF (Spannung) ist das Integral über den Temperaturgradienten mal (temperaturabhängigen, nichtlinearen) Seebeckkoeffizient der Materialpaarung entlang des TE. http://de.wikipedia.org/wiki/Seebeck-Effekt#Seebeck-Effekt /rosinenscheissermodus Das kann bei Mehrzonendurchlauföfen, die gerne mit einem langem TE das da durchgezogen wird um den Temperaturverlauf zu checken, zu lustigen effekten führen ;) (insbesondere, wenn das TE älter, viel verbogen etc ist) Auch für Typ S gilt grob 1% +-1K , die Unsicherheit bei 900°C ist also schon 10K ohne Auswertung. Gruß Henrik
Also wenn noch interesse besteht an einem messwandler type s von 0 bis 950 grad c auf 4 bis 20 ma ich habe hier ein paar rumliegen die ich versenden könnte kurze mail an h o l t h a u s e n (ät) Online.de gruß
Henrik V. schrieb: > Das kann bei Mehrzonendurchlauföfen, die gerne mit einem langem TE das > da durchgezogen wird um den Temperaturverlauf zu checken, zu lustigen > effekten führen ;) (insbesondere, wenn das TE älter, viel verbogen etc > ist) > > Auch für Typ S gilt grob 1% +-1K , die Unsicherheit bei 900°C ist also > schon 10K ohne Auswertung. Nicht bei Typ R und S Ansi MC96.1 Bis 1450 °C Standard +-1.5 °C oder +-0.25% bzw. (max. 3.625 °C) Special +-0.6 °C oder +-0.1% (max. 1.45 °C) EN 60584-2 Klasse 1 0 °C - 1100 °C Zulässige Abweichung: +-1.0 °C 1100 °C - 1600 °C Zulässige Abweichung: +-[1 + 0.0034 (|T| - 1100)]°C = +- 2.7 °C Klasse 2 0 °C - 600 °C Zulässige Abweichung: +- 1.5 °C 600 °C - 1600 °C Zulässige Abweichung: +-0.0025 |T| (~max 4. °C)
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