Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik [Thermoelement Typ K] Auch Minusgrade, Op-Amp, Negative Versorgung, ADC


von NOR-iega (Gast)


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Guten Abend,

ich habe (mal wieder) ein Problem damit, wie ich (m)ein Gedankenproblem 
am Besten lösen soll.

Also, mit einem Thermoelement vom Typ K soll eine Temperatur gemessen 
werden, so weit so gut. Prinzip ist klar: Standardverfahren anwenden, 
also passendenden OPV, ADC und Referenz suchen. Die 
Kaltstellenkompensation lasse ich mal weg, das ist schon (mit digitalem 
Temperatursensor) gelöst.

Gut, ich habe schon länger nix mehr in dem Bereich gemacht, möchte ich 
gleich vorneweg sagen, insofern bin ich wohl auch ein bisschen 
eingerostet.

Problem: Die Schaltung wird unter Anderem im Aussenbereich (aber 
wettergeschützt) eingesetzt. Ergo kann's da im Winter auch schon 'mal 
negative Temperaturen (Celsiusskala) haben, und dann gibt das 
Thermoelement eben auch eine "verkehrte" Spannung aus.

Ich hab' mich da 'mal so umgesehen (als ich das mit der Winterfestigkeit 
noch nicht genau wusste), da war mein Plan wie folgt: Single-Supply 
Präzisions-OP mit kleinem Offset (Analog Devices oder Linear)
Brauchbarer aber bezahlbarer ADC mit I2C (wahrscheinlich von TI)
Meßbereich war damals roundabout 0-300 Grad Celsius.

Jetzt stellt sich eben das Problem mit der negativen Spannung, der 
Meßbereich wäre jetzt schön wenn er von -50 bis + 300 Grad Celsius 
ginge.

Die Schaltung, die nebenbei nicht viel Sinnvolles macht, aber 5V 
braucht, wird übrigens durch einen Schutztrafo mit Sekundär 5V gespeist.

Meine Überlegung war jetzt wie folgt:
Der Single-Supply-OP bleibt, zusätzlich kommt ein kleiner 
Negativ-Spannungsregler (mit ungefähr 1,5V) rein. Masse der 
Digitalschaltung wäre
dann eben positiv gegenüber der Masse von OP und ADC, aber macht 
eigentlich nix. Frage: Kann ich mich auf den Spannungsregler verlassen, 
oder muß ich eine zusätzliche Referenz einbauen?

Alternative 1: Wie oben, aber mit echtem Differential-ADC. In Summe 
wahrscheinlich teurer, zusätzliche Referenz obligatorisch.

Alternative 2: Anderen Trafo (zB 9V) mit Mittelanzapfung nehmen. Dann 
könnte man OPs mit positiver und negativer Versorgungsspannung nehmen.
Aber ob die um so viel besser sind wie die Präzisionstypen mit Single 
Supply ist fraglich. Zusätzliche Referenz und Differential-ADC auch hier 
nötig. Dazu ein weiterer Gleichrichter. Die teuerste Lösung.

Wie würdet Ihr das also machen?

Mit bestem Dank, N.

von Arc N. (arc)


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von Route_66 (Gast)


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Hallo!
Thermoelemente geben keine negativen Spannungen aus; die Thermospannung 
ist im Bezug zur Vegleichsstelle höher oder niedriger. Aus der 
Differenzbildung entsteht erst eine negative Spannung.

von Elementar (Gast)


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>Thermoelemente geben keine negativen Spannungen aus; die Thermospannung
>ist im Bezug zur Vegleichsstelle höher oder niedriger.

Großer Blödsinn.

von Purzel H. (hacky)


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Ich verwend gerne den AD7799

von Erklär (Gast)


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Elementar schrieb:
> Großer Blödsinn.

Quatschkopp

von ADi (Gast)


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von Karlheinz (Gast)


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Hallo,

für ganz faule, wie mich, ist der der Beste

http://datasheets.maximintegrated.com/en/ds/MAX6675.pdf

(ähnliche gibts auch von anderen Firmen)

Gruss

von Karlheinz (Gast)


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Ich nochmal,

hatte leider nicht aufgepasst dass speziell von negativer Temperatur die 
Rede ist, deshalb noch ein weiteres IC
http://datasheets.maximintegrated.com/en/ds/MAX31855.pdf

Gruss
Karlheinz

von Route_66 (Gast)


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Karlheinz schrieb:
> hatte leider nicht aufgepasst dass speziell von negativer Temperatur die
>
> Rede ist,

Hallo!
Es gibt keine negative Temperatur. Unter großem Aufwand ist es bisher 
gelungen sehr dicht an Null heran zu kommen. Unter quantenmechanischen 
Gesichtspunkten sind auch schon Effekte beobachtet worden, die negativen 
Temperaturen entsprechen könnten - da ist es aber wie bei Schrödingers 
Katze: was man beobachtet und was gerade ist sind zwei verschiedene 
Sachen.

Thermolelemente: Genau wie bei den elektrochemischen Spannungsquellen 
hat jeder Leiter eine Position auf einer Skala.
http://de.wikipedia.org/wiki/Elektrochemische_Spannungsreihe
http://de.wikipedia.org/wiki/Thermoelektrische_Spannungsreihe
Auf Grund der unterschiedlichen Elektronenbeweglichkeit bei 
unterschiedlichen Temperaturen entsteht durch den Seebeck-Effekt die 
entsprechende Thermospannung. Wie bei Kohle-Zink-Elementen misst man nur 
dann eine negative Spannung, wenn man verpolt misst oder im Verhältnis 
zu einer anderen Kohle-Zink-Zelle - wenn diese einen anderen Ladezustand 
hat.

von Karlheinz (Gast)


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Route_66 schrieb:
> Es gibt keine negative Temperatur

Wie war das gleich wieder mit Celsius oder gibt es jetzt keinen Winter 
mehr.
Hab ich da was verpasst?

von Nandfänger (Gast)


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Hallo allerseits

erstmal danke für die gutgemeinten Ratschläge. Ich hatte mich schon im 
Vorfeld mit der Problematik der Thermoelemente besfasst, und mir ist 
auch klar, daß es da fix-und-fertige Frontend-Chips für diesen Zweck 
gibt, wo der OP-Amp und der ADC schon drin sind und die auch eine (mehr 
oder weniger gute) Kaltstellenkompensations-Funktion beinhalten.

Ich will ja nicht undankbar oder unverschämt klingen, aber: DAS war 
eigentlich nicht mein Anliegen. Es gibt jedenfalls Gründe, warum ich 
diese "Fertigchips" in meiner Schaltung nicht einsetzen möchte. Es tut 
zwar nichts zur Sache, aber falls es jemanden Interessiert wären diese:
1.) Selbstbau-Trieb: Weil Ich nicht unbedingt die einfachste Lösung 
nehmen muß, sondern aus Lust am Besteln frei in meiner Entscheidung bin, 
das ganze so aufzubauen, daß Ich damit zufrieden bin.
2.) Verfügbarkeit: Einen pinkompatiblen OP oder ADC werde ich auch in 
zehn Jahren noch finden. Der ist dann sogar besser und/oder billiger als 
der von heute. Ob's in ein paar Jahren die Frontend-Chips überhaupt noch 
gibt und wenn Ja zu welchem Preis darüber bin ich mir nicht sicher.
3.) Kosten: OP + ADC + Zusatzaufwand für deren Beschaltung in Summe noch 
immer billiger als Frontend-IC.

Ich würde mich Freuen, wenn eine(r) noch seine/ihre Meinung zu den von 
mir vorgeschlagenen Lösungen aus dem Ursprungsposting abgeben würde, 
also auf meine eigentliche Frage eingehen würde. Ansonsten gehe ich 
davon aus, daß das schon so passt, wie ich mir das ursprünglich 
vorgestellt habe, also "Alles 'normal' machen, aber zusätzliche negative 
Versorgung rein". Um eine negative Referenz komme ich so und so nicht 
rum, habe ich inzwischen bemerkt.

Besten Gruß, N.

von Arc N. (arc)


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Nandfänger schrieb:
> 2.) Verfügbarkeit: Einen pinkompatiblen OP oder ADC werde ich auch in
> zehn Jahren noch finden. Der ist dann sogar besser und/oder billiger als
> der von heute. Ob's in ein paar Jahren die Frontend-Chips überhaupt noch
> gibt und wenn Ja zu welchem Preis darüber bin ich mir nicht sicher.
> 3.) Kosten: OP + ADC + Zusatzaufwand für deren Beschaltung in Summe noch
> immer billiger als Frontend-IC.

Siehe oben
http://www.ti.com/lit/an/sbaa189/sbaa189.pdf
Das Thermoelement wird mit einem Offset beaufschlagt -> keine negative 
Spannung und Referenz nötig.
Wenn ein OpAmp benutzt wird braucht es auch (immer) einen Widerstand um 
einen Pfad für den Eingangsstrom zu haben.

von Norbert M. (Gast)


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Arc Net schrieb:

> Siehe oben
> http://www.ti.com/lit/an/sbaa189/sbaa189.pdf

Damn, ich hatte mir das PDF sowohl gestern am Vormittag als auch nochmal 
heute vor meinem neuen Post durchgelesen, aber beides Mal übersehen, daß 
der Pullup an der einen Seite des Thermoelements die Spannung dort auf 
3V3 raufzieht. Ich Esel!

> Das Thermoelement wird mit einem Offset beaufschlagt -> keine negative
> Spannung und Referenz nötig.

Die Lösung ist einfach und genial und ich hätte sie vor lauter 
Betriebsblindheit fast übersehen. I mache mir Sorgen über eine 
zusätzliche negative Versorgungsspannung und Differental-ADCs, dabei 
liegt der Königsweg nach KISS-Prinzip doch soh nah!

Ich möchte Dir herzlichst dafür danken, daß Du mich nocheinmal 
ausdrücklich darauf hingewiesen hast! Ich hätte es ansonsten wohl 
wirklich übersehen :-(

Verzeihe mir meine Dusseligkeit bzw. mein fehlendes Sehvermögen.
Du hast mir meinen Tag gerettet, mögest Du gutes Karma bekommen.

Mit freundlichem Gruße,
N.

(der sich nun hier auch endlich angemeldet hat)

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