Hallo zusammen, ich arbeite hier an der Uni (bevor Fragen kommen, nein kein Student, bin technischer Angestellter). Leider sind in unserem Fachbereich die Elektroniker eher dünn gesät. Ich hab jetzt folgendes Problem. Ein ca. 20cm langes Stück einer 1/16" Kapillare (Außendurchmesser ca 1,6mm) aus Edelstahl wird mit flüssigem Stickstoff auf etwa -200°C gekühlt, um eine Probe anzureichern. Um diese Probe dann freizusetzen für die Analyse muß diese Kapillare dann möglichst schnell (max. 2 Sekunden) auf 150 - 200°C aufgeheizt werden. Die Endtemperatur ist dabei nicht so kritisch, und kann ruhig in diesem Bereich schwanken. Sie darf aber 250°C nicht überschreiten, dann geht die Packung in der Kapillare kaputt. Mein Lösungsansatz ist die Kapillare durch Stromfluß direkt aufzuheizen. Die Temperatur der Kapillare würde ich über ihren Widerstand ermitteln. Bei Raumtemperatur hat das Stück 0,3 Ohm, für die anderen Temperaturen finde ich das noch über Experimente raus. Mein Gedanke war jetzt beim Einschalten des Heizstromes zuerst die volle Leistung des Netzteils auf das Rohr zu geben, und dann, bei erreichen des für 175°C typischen Widerstands (gemessen mit dem Spannungsabfall direkt am Rohr) den Strom entsprechend runter zu regeln, dass dieser Wert dann gehalten wird. Also praktisch das komplette Gegenteil einer Anlaufstrombegrenzung. Ich bin zwar kein Elektronikneuling, aber die Entwicklung von Schaltungen und deren Dimensionierung stand nicht gerade im Mittelpunkt meiner Ausbildung. Ich hoffe Ihr könnt mir da Schaltungstechnisch etwas helfen. Viele Grüße Sven
Also ich bezweifle, dass Du ohne einen schnellen PID-Regler viel Freude haben wirst.
Was mir spontan einfällt. 1. Du musst beim Anschluss aufpassen. Meist hat man dort einen Übergangswiderstand der höher ist als der spezifische Widerstand und damit wird an den Punkten mehr Wärme freigesetzt. 2. Der Anschluss muss mechanisch stabil sein, von -200° bis +250°. Gar nicht so einfach bei unterschiedlichen Materialien 3. Du hast einen Spannungsabfall an dem Rohr. Kann es da zu Elektrolyseeffekten bei dem Stoff im Rohr kommen? Ansonsten, der Regler muss maximal im 1/100s Bereich arbeiten. Schnell ist was anderes. Alternativ könnte Induktionsheizung was für dich sein. Wie beim Induktionsherd. Wenn die Masse des Rohres samt Inhalt annähernd immer gleich ist und die Umgebung etwa gleich warm und keine Luftbewegung könnte man sogar nach einer Messreihe komplett ohne Regelung auskommen, rein über die Zeit und Heizleistung. Es wird ja nur kurz erhitzt oder? Viel Erfolg Udo
Warum Regelung? Wenn die Ausgangsbedingungen halbwegs konstant sind, reicht es doch, eine vordefinierte Kurve zu durchfahren. Muss man halt ein paar Versuche machen.
deinen Ansatz finde ich sehr gut. worauf ist dein experiment empfindlich? darf man direkt mit PWM auf das rohr? dann nur ordentlichen Mosfettreiber und einen kräftigen Fet ansonsten noch eien spule dazu. soll das auch idiotensicher werden oder nur für einen internen versuchsaufbau? zudem noch einen Stromsensor (lem oder allegro) und dazu noch irgend einen kleinen AVR oder PIC der das dann regelt. hast du schon eine idee wie viel leistung du benötigst, um das rohr in 2 sec um400°C zu erwärmen?
Sven Hofmann schrieb: > Die Temperatur der Kapillare würde ich über ihren Widerstand ermitteln. Du musst damit rechnen, das die Temperatur Deiner Kapillare nicht über die ganze Länge gleich ist. Speziell an den Enden wird es Abweichungen geben. Dann lässt sich die Temperatur nicht über den Widerstand rückrechnen. Gruss Harald
Ich denke nicht, dass das moeglich ist. Stromfluss, oder induktive Erwaermung eher nicht denn dort wo der Strom auf ein anderes Material oder andere Geometrie uebergeht wird's Probleme geben. Zum Einspeisen von Strom oder fuer den induktiven Kurzschluss wird es ein anders Material brauchen, oder eine andere Geometrie desselben Materials. Jedenfalls wird das Material durch den Temperaturwechsel von 400 Grad in 1 Sekunde zermuerbt, ein elektrischer Kontakt ist Glueckssache. Mechanischer Kontakt zum Kuehlen und Heizen faellt auch wegen der Ausdehnung weg. zB um einen Keramik oder metallgehaeusten Widerstand rum.
Induktionsheizung bei Edelstahl?!? Nee denke nicht, da muss das dann schon Eisen, Nickel oder andere ferromagnetische Stoffe enthalten. Als sicheren mechanischen Anschluss würde ich versuchen eine Rohrschelle/angeschweissten Kontaktstift+Öse oder ähnliches zu verwenden, anstelle löten. Dann muss dein Netzteil noch Kurzschlussfest sein, daher lieber ne Konstantstromquelle verwenden. Zusätzlich würde ich an deiner Stelle noch klären, ob das Rohr gegen Wärmeübertragung oder elektrisch isoliert werden muss. Die Regelungsgeschwindigkeit hängt im wesentlichen von der elektrischen Leistung ab. Wenn du viel Leistung reinbringst wird sich das Rohr schneller erwärmen, bei weniger dauerts länger. Ob du ne Regelung brauchst hängt auch davon ab, ob du mit deiner elektrischen Leistung über deinen Temperaturbereich hinauskommst, wenn nicht, braucht es auch keine Regelung (also nur ne Steuerung nach Zeit, bei festen bekannten Größen). MfG EGS
EGS schrieb: > Induktionsheizung bei Edelstahl?!? Nee denke nicht, da muss das dann > schon Eisen, Nickel oder andere ferromagnetische Stoffe enthalt Und warum gibts Wirbelstrombremsen aus Alu? Oder warum ist der Käfigläufer eines Drehstrommotors aus Alu? Warum wird Silizium induktiv erhitzt beim Reinigungsprozess?
OK, zum Übergangswiderstand beim Anschluß. Ich würde zum Anschluß Rohrverschraubungen mit Graphitdichtungen einsetzen. Das ist ausreichend stabil auch in dem Temperaturbereich, und der Übergangswiderstand ist auch in Ordnung. Bei dem Stoff im Rohr kommt es nicht zu Elektrolyseeffekten. Das Rohr würde sich in einem etwas größeren Glasrohr befinden, um es dort kühlen zu können. Es kommt also auch kaum Konvektion als Störung dazu. Eigentlich ist es richtig, dass eine einfache Zeitkurve reichen würde. Allerdings, wenn das Rohr mal getauscht werden muß, dann muß ich wieder aufwändig mit Try and Error die neuen Werte ermitteln. Darum wäre mir die Temperaturmessung lieber. Dann brauch das neue Rohr nur auf den Sollwert erwärmen, messe den Widerstand und fertig. Ob der Temperaturgradient im Rohr von Bedeutung ist wird sich zeigen. Dann muß ich mir was anderes einfallen lassen. Wieviel Leistung nötig ist muß ich mal noch berechnen. Die 2 Sekunden zum Aufheizen sind die maximale Zeit. Je schneller, umso besser.
Sven Hofmann schrieb: > Das Rohr würde sich in einem etwas größeren Glasrohr befinden, Heisst das, Du kannst das Rohr sehen? Dann könntest Du die Temperatur vielleicht mit einem Strahlungspyrometer messen. Die Stromanschlüsse würde ich in Form von Edelstahldrähten anschweis- sen. Dann gibts auf keinen Fall Kontaktprobleme. Gruss Harald
Das geht leider nicht, da Glas die Infrarotstrahlung super absobiert.
Harald Wilhelms schrieb: > Die Stromanschlüsse würde ich in Form von Edelstahldrähten anschweis- > sen. Sven Hofmann schrieb: > Die Endtemperatur ... darf aber 250°C nicht überschreiten, dann > geht die Packung in der Kapillare kaputt. Beim Schweißen werden meist höhere Temperaturen erreicht.
Das die Temperaturmessung per Strahlung nicht geht, ist nicht gesagt. Für Temperaturen um 200 C geht auch schon eine normale Si Fotodiode, also Wellenlängen so um 800-1000 nm, und da ist die Absorbtion von normalem Glas noch nicht so hoch. Die Intensität ist nicht hoch, aber gut abgedunkelt geht es. Es gibt allerdings keine Absolutwerte, man braucht also noch eine Kalibrierung. Der TK bei Edelstahl ist relativ klein, so dass die Temperaturmessung über den Widerstand nicht einfach ist. Eine Alternative zur Temperaturmessung wäre sonst ein direkt angeschweißtes (Punktschweißung) Thermoelement. Punktschweißen erzeugt auch keine so hohen Temperaturen im inneren des Röhrchens. Da macht es ggf. auch nicht viel wenn der Draht als Zuleitung relativ viel Widerstand hat, solange der einigermaßen konstant ist. Wenn der Elektrische Kontakt durch Klemmen hergestellt werden muss, sollte man auf einen kleinen Übergangswiderstand achten. Also die Oxidschicht entfernen und mit recht viel Druck ein eher weiches Material wie Kupfer anpressen. Durch relativ massive Klemmen beleibt die Temperatur in dem Bereich aber wohl etwas kühler - was immerhin den Vorteil hat, das die zusätzliche Heizleistung durch einen kleinen Übergangswiderstand nicht so sehr ins Gewicht fällt.
Stimmt. Man kann die Packung aber auch erst nach dem Schweißen einfüllen. Nun aber zurück zum eigentlichen Problem. Die Mechanik und auch die elektrischen Anschlüsse bekomm schon ganz gut hin. Bei der Elektronik brauch ich Hilfe. Um das Rohr in 1 Sekunde die 400°C aufzuheizen brauch ich bei dem vorliegenden Material 400W. Die Endtemperatur sollte über etwa 30 Sekunden lang gehalten werden. Es wird nur ein interner Versuchsaufbau. Da ich aber nicht ausschließen kann, das nicht doch mal jemand anderes am Gerät steht sollte es schon ein wenig idiotensicher sein.
Dir ist aber klar, daß da wo die Kupferklemmen sind die Temperatur deutlich niedriger sein wird. Dort wird also das innere nicht so schnell aufztauen /ausgasen oder was auch immer. Bei 400W und 0,3 Ohm ist nach P = RI² I etwa 35A bei einer Spannung von etwa 11V (im Kopf überschlagen). Im Prinzip könnte man ein Schaltnetzteil nehmen, das einen Steuereingang hat. Die Regelung und vor allem der Temperatursensor muss aber schnell genug sein.
Wenn es die Versuchsanordnung hergibt, dann könnte man die Probe doch auch in eine vorgeheizte Röhre einbringen?
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