Guten Tag, ich moechte die Temperatur eines Heizelements mittels PWM (Pulsweite < 100%) regeln. Das ganze soll ohne Temperatursensor geschehen, ich will also die Temperatur anhand des Heizwiderstands ermitteln. Die Temperatur soll sich mit einem Drehregler einstellen lassen. Im Heizkreis soll sich idealerweise nur die Batterie und ein Mosfet befinden (ich moechte keinen Shuntwiderstand im Heizkreis wg. Waermeverluste). Wie erfasst man da jetzt am besten den Widerstand um auf die Heizelementtemperatur zu kommen? Vielleicht eine Wiederstandsmessung im Nulldurchgang des PWM-Signals? Oder mittels verwendung eines Sensefet? Das Heizwiderstand-Heizertemperatur-Kennfeld ist leider auch nicht linear. Jemand Ideen wie man so eine Regelung anstellen koennte? Vielen Dank!
R = U / I Eingeschaltet liegt die Spannung der Batterie abzüglich des Spannungsverlustes am MOSFET am Heizdraht (die kann man dort messen) und es fliesst ein Strom, den du per Hallsensor messen könntest, daraus lässt sich der Widerstand berechnen. Ausgeschaltet fliesst kein Strom durch den Heizdraht, damit kannst du nichts messen. Aber das kannst du ändern, in dem du in der PWM Pause mal kurz einen Messstrom einschaltest und den Spannungsabfall am Heizdraht misst. Der Messtrom kommt aus einer Schaltung parallel zum MOSFET, führt also zu keinen Verlusten beim Heizen und zu keinen Verlusten wenn die Messstromquelle ausgeschaltet ist. Nur zum Messen selbst brauchst du Strom, und damit der nicht zu hoch ist, der erwartete Spannungsabfall also gering ist, muss man den durch den Messstrom an Heizdraht entstehenden Spannungsabfall verstärken.
Oskar A. schrieb: > Das Heizwiderstand-Heizertemperatur-Kennfeld ist leider auch nicht > linear. Hauptsache, der Zusammenhang zwischen Widerstand und Temperatur er ist streng monoton und du kennst ihn.
Du wirst das nur empirisch ermitteln können. Um was für Temperatur geht es dabei? Du willst also eine ganz flache Kurve ohne überschwingen. Früher(TM) hab ich mal die Temperatur für mein Farbentwickler-Bad ähnlich geregelt. Eine Alu-Platte unter der Schale mit einem Leistungstransistor. Über den Basisstrom hab ich da die Leistung geregelt. Ging ganz gut bei etwa 18°C Raumtemperatur und 22°C für das Bad. Man muß nur die Wärme zuführen, die am Ende abgestrahlt wird.
Oskar A. schrieb: > Vielleicht eine Wiederstandsmessung im Nulldurchgang des PWM-Signals? Ein PWM-Signal ist zunächst ein Logiksignal, dass zwischen den Logikpegeln für 0 und 1 springt. Einen Nulldurchgang gibt es da nicht. Die o.g. Überlagerung eines Messstromes dürfte für dich die richtige Methode sein. Ob die Nichtlinearität stört, hängt davon ab, wie weit du den Regler in Bezug auf Einstellgeschwindigkeit optimieren möchtest oder ob du an einem Arbeitspunkt stabilisieren möchtest. Direkte Temperaturregelungen können sehr schnell sehr träge werden.
Hallo Oskar, Normalerweise will man ja nicht die Temperatur des Heizelementes regeln, sondern die dessen was das Heizelement heizen soll. Je nach Wärmewiderstand des Heizelementes zum zu heizenden Objekt und der Zeitkonstante die dabei zum tragen kommt wirst Du mit einer Messung der Temperatur des Heizelementes einen Wert bekommen mit dem Du vielleicht gar nichts anfangen kannst. Oder geht es um den Schutz des Heizelementes vor Übertemperatur? Zu Deinen Vorschlägen: Wenn Du Dir eine gewisse mindest-Heizleistung erlauben kannst könntest du natürlich einen möglichst großen Meßstrom wärend der 0-Phase des PWM einspeisen. Der Strom sollte so groß sein daß man die temperaturabhängige Spannung am Heizer schon gut messn kann, und so klein daß die Verluste in der Schaltung nicht zu groß werden. Die Einspeisung kann eine Konstantstromquelle sein, oder man mißt den Strom und berücksichtigt ihn bei der Berechnung der Temperatur. Viel einfacher wäre die Strommessung im PWM-On-Zustand, wenn man wie beschrieben einen Magnetfeld basierten Sensor nimmt. Natürlich kann an dann nur messen wenn man auch heizt. Sensefet geht natürlich genauso, aber die Auswahl ist da nicht gerade toll, und je nach Genauigkeitsanforderung wird's auch aufwändig. Ich würde mir nochmal durchrechnen ob nicht doch ein Shunt geht. Um wieviel Spannung und Strom am Heizer geht es denn überhaupt, und was soll geheizt werden? btw: Ob die Kennlinie krumm ist oder nicht ist eigentlich egal, so lange man sie gut genug kennt und sie in den relevanten Bereichen streng monoton und ausreichend steil ist. Ich bevorzuge zur linearisierung gefittete Polynome, weil sich die idR schön schnell rechnen lassen.
Michael_ schrieb: > die Temperatur für mein Farbentwickler-Bad > ähnlich geregelt Michael_ schrieb: > Über den Basisstrom hab ich da die Leistung geregelt. Das ist widersrpüchlich. Um die Temperatur zu regeln, muss man die Temperatur messen. Um die Leistung zu regeln, muss man die Leistung messen.
Martin schrieb: > btw: Ob die Kennlinie krumm ist oder nicht ist eigentlich egal, so lange > man sie gut genug kennt Wenn es um die Optimierung eines Regler geht, kann einem eine kräftig nichtlineare Strecke schon kräftig in die Suppe spucken und einen deutlich anderen Ansatz für die Auslegung des Reglers bedeuten. Hauptproblem scheint erstmal die Klärung der tatsächlichen Aufgabe...
Mike schrieb: > Martin schrieb: >> btw: Ob die Kennlinie krumm ist oder nicht ist eigentlich egal, so lange >> man sie gut genug kennt > > Wenn es um die Optimierung eines Regler geht, kann einem eine kräftig > nichtlineare Strecke schon kräftig in die Suppe spucken und einen > deutlich anderen Ansatz für die Auslegung des Reglers bedeuten. > ... Ja, natürlich, aber so sehr nichtlinear wird der Heizer nicht sein. Außerdem geht mein Satz u.A. mit "streng monoton und ausreichend steil" weiter. Damit ist's sicher kein Problem die Kennlinie erst mal zu linearisieren und dann zu regeln. Sonst wäre sie nämlich nicht ausreichend steil :D
Oskar A. schrieb: > Das Heizwiderstand-Heizertemperatur-Kennfeld ist leider auch nicht > linear. Dieser Zusammenhang ist selbst bei PT100 nicht linear. Du wirst also nicht drumherumkommen, eine Kennlinie selbst aufzunehmen. Aber selbst dann hast Du nur die Durchschnittstemperatur des Heizdrahtes und nicht die Temperatur der Stelle, die Du beheizen willst. Für einen Lötkolben z.B. wäre diese Art der Temperaturerfassung unbrauchbar. Gruss Harald
Ich habe da eine grundsätzliche Frage: Wie grross ist der Temperaturkoeffizient des Materials, aus dem der Heizwiderstand hergestellt ist? Für Heizelemente wird gerne Konstantandraht benutzt. Der hat einen TK nahe 0 (in Worten: NULL). Damit lässt sich beim besten Willen keine Temperatur messen. Jetzt angenommen du hast ein Heizelement mit brauchbarem TK: Um damit die Temperatur zu messen, muss es in thermischem Gleichgewicht mit dem zu messenden Medium sein, d.h. du kannst während der Messung nicht heizen. Damit diese Phase mmöglichst kurz bleibt, sollte die Thermische Trägheit des Heizeleements so niedrig wie möglich sein, d.h. aus blankem Heizdraht hergestelltes Heizelement wääre optimal. Damit in dem beheizten Medium eine lokalen Temperaturunterschiede auftreten sollte man umrühren oder sonst irgendwie für gute Durchmischung sorgen.
Harald Wilhelms schrieb: > Aber > selbst dann hast Du nur die Durchschnittstemperatur des Heizdrahtes > und nicht die Temperatur der Stelle, die Du beheizen willst. Das kommt drauf an, welche Stelle man beheizen will und wo der Heizdraht sitzt ;-)
Man könnte eventuell ein PTC Heizelement nutzen: dessen Widerstand steigt mit der Temperatur, so dass die Heizleistung mit steigender Temperatur abnimmt. Damit wäre ein selbstregelndes Verhalten machbar. Als Einstellparameter hat man das Heizelement selbst und die Spannung, mit der es betrieben wird. Je nachdem wie genau man es haben möchte kann das eine ziemlich diffizile Angelegenheit werden.
ernst oellers schrieb: > Ich habe da eine grundsätzliche Frage: Wie grross ist der > Temperaturkoeffizient des Materials, aus dem der Heizwiderstand > hergestellt ist? Dazu müsste man zuerst einmal das Material des Heizdrahtes kennen. und auch dann gibts nur einen ca. TK weil dieser temperaturabhängig ist. > Für Heizelemente wird gerne Konstantandraht benutzt. Eigentlich eher nicht, weil dieses Material zu teuer ist. Gruss Harald
Hallo, das Ganze funktioniert nur, wenn du in jeder Beziehung konstante Verhältnisse hast: die Temperatur der Heizwicklung muss ja grösser sein als die des geheizten Objekts, sonst fliesst nun mal keine Wärmeenergie dahin, aber um wieviel hängt von allem Möglichen ab, Wärmewiderstand Heizung->Objekt, Wärmeabgabe des Objekts an die Umwelt usw. Das ist nur in seltenen Fällen begerrschbar, und dann bräuchtest du garkeine Regelung, weil dann die Objekttemperatur in bekannter Weise von der Leistung abhängt - du müsstest also bloss die Leistung steuern. Georg
ernst oellers schrieb: > Man könnte eventuell ein PTC Heizelement nutzen So gut wie jeder gemeine Heizdraht ist ein PTC, wenn er nicht absichtlich auf einen Tk nahe 0 getrimmt ist.
Mike schrieb: > Hauptproblem scheint erstmal die Klärung der tatsächlichen Aufgabe... Sehe ich genauso. Zumal ich das Problem bzw. den Aufbau noch nicht verstanden habe. Soll eine Batterie die Energiequelle für eine Heizung sein??? Wohl kaum sinnvoll. Wenn doch, dann Widerspruch zu: Oskar A. schrieb: > Im Heizkreis soll sich idealerweise nur die Batterie und ein Mosfet > befinden (ich moechte keinen Shuntwiderstand im Heizkreis wg. > Waermeverluste). Wie wär's mit einem AC71x, z.B. http://www.watterott.com/de/ACS714-Stromsensor-Breakout-Board-5-to-5A?
Oskar A. schrieb: > Im Heizkreis soll sich idealerweise nur die Batterie und ein Mosfet > befinden (ich moechte keinen Shuntwiderstand im Heizkreis wg. > Waermeverluste). Dann baue den Shunt mit in den zu heizenden Bereich und nenne ihn "Kleinheizelement". Ein Shunt wird dir allerdings kaum die Temperatur messen - sollte er zumindest nicht. Der Hersteller läßt es sich meist sogar extra gut bezahlen, je näher ein Shunt diesem Idealverhalten kommt.
Oskar A. schrieb: > Das ganze soll ohne Temperatursensor geschehen, ich will also die > Temperatur anhand des Heizwiderstands ermitteln. Warum? Ich habe so das Gefühl daß Du Dir damit einigen zusätzlichen Aufwand einhandelst. Wenn es jetzt nicht gerade um Hochpräzision oder sehr hohe/niedrige Temperaturen geht, sind Temperatursensoren normal günstig und einfach abzufragen.
Mike schrieb: > So gut wie jeder gemeine Heizdraht ist ein PTC, wenn er nicht > absichtlich auf einen Tk nahe 0 getrimmt ist. Oje. Mir ist nicht nach Haarspalten. Ich meinte so etwas hier, siehe Abschnitt "Bariumtitanat" http://de.wikipedia.org/wiki/Kaltleiter
Mike schrieb: > So gut wie jeder gemeine Heizdraht ist ein PTC, Das ist aber auch wirklich gemein von dem.
Ich habe ein sehr ähnliches Problem: ich möchte die Heizleistung der Glühkerze eines Glühzündermotors in der Art regeln, dass die Glühkerze eine möglichst konstante Temperatur hat. Im Normalfall werden die Kernzen nur beim Starten des Motors elektrisch beheizt. Im Betrieb reicht i.d.R. die Explosionsenergie aus um die Kerze auf Betriebstemperatur zu halten. Nun kann es passieren, dass der Motor gedrosselt im Schiebebetrieb läuft (Modellflugzeug Sturzflug) und sich die Kerze dabei zu stark abkühlt. Das führt gelegentlich zu Motorabstellern. Ausserdem handelt es sich um einen Viertakter, bei dem der Motorrundlauf bei niedrigen Drehzahlen leidet, da die Kerze aufgrund der Zündhäufigkeit des Viertakters stärker abkühlt als bei Zweitakter. Die Elektronik soll nun dafür sorgen, automatisch Energie zuzuführen, wenn der Widerstand der Glühwendel aufgrund er Temperaturveringerung zu stark absinkt und - im gegenteiligen Fall - soll der Strom bei heißer Kerze bei Vollgas weitgehend komplett abgeschaltet werden, da sonst die Kerze durchbrennen könnte. Leider ist eine direkte Temperaturmessung nicht möglich, da sich die Glühwendel im Brennraum des Motors befindet. Die Temperatur muß also durch den Widerstand der Kerze ermittelt werden. BTW: Ich bin Elektronik Anfänger und arbeite mich erst in das Thema ein. Von physikalischen Dingen verstehe ich einiges, da ich Diplom Physiker bin, in Bezug auf Elektronik bin ich noch Anfänger. Arduinos o. ä. habe ich bisher noch gar nicht verwendet aber irgendwann fängt alles an. Wäre das Projekt in meinem Stadium zu anspruchsvoll?
Martin schrieb: > Ich habe ein sehr ähnliches Problem: Da stehst du vor dem gleichen Widerspruch wie Oskar Oskar A. schrieb: > ich moechte die Temperatur eines Heizelements mittels PWM (Pulsweite < > 100%) regeln. > Das ganze soll ohne Temperatursensor geschehen Regeln ohne zu messen geht prinzipiell nicht - sonst würde es regelungstechnich als "steuern" bezeichnet. Wenn du allerdings deine Glühkerze als Temperatursensor benutzt, ließe sich das einfach realisieren. Gib regelmäßig einen Puls drauf und miss damit den Widerstand (R=U/I). Dann brauchst du nur noch den Zusammenhang zwischen Widerstand und Temperatur.
Du bist Physiker, also fange an zu experimentieren. Denke dir einen Aufbau aus, wie man den Widerstand der Glühkerze für unterschiedliche Temperaturen messen kann. Sobald du einen Satz Daten Temperatur <-> Widerstand hast kannst du damit beginnen bei abgeschalteter Glühkerze deren Widerstand mit einem Messstrom zu ermitteln und falls zu kalt nachzuheizen.
Da ich kaum Elektronik Erfahrungen habe, stelle ich mir erstmal sehr grundlegende Fragen, wie z. B.: "Könnte man das Problem mit einer analogen Schalung lösen oder sollte man das lieber gleich lassen und den digitalen Weg gehen" In dieser Hinsicht interessieren mich andere Einschätzungen. Ich weiß ja noch gar nicht, was analog geht und was nicht geht. Da stehe ich noch ganz am Anfang.
Martin schrieb: > Da ich kaum Elektronik Erfahrungen habe, stelle ich mir erstmal sehr > grundlegende Fragen, wie z. B.: > "Könnte man das Problem mit einer analogen Schalung lösen oder sollte > man das lieber gleich lassen und den digitalen Weg gehen" Natürlich könnte man. Schliesslich sind die vor 50 Jahren auch nicht auf der Nudelsuppe dahergeschwommen. Die Frage ist eher: wie sinnvoll ist das heute noch? Um einen gewissen Analoganteil wirst du sowieso nicht rumkommen. Aber die PWM-Erzeugung bzw. die Auswertung ist mit einem µC um einiges resourcensparender. Programme sind viel leichter anpassbar als im Nachhinein an einer diskreten Lösung rumzufrickeln.
Hi, suchst Du sowas? http://www.aaa.org.ag/members_only/tips/auto_glow_driver_electronic_on.htm Gruß Matze
Geht wohl analog... ein Messpuls (zB. 555) schaltet alle x1 ms eine Stromquelle für x2 ms ein, die Spannung über der Kerze wird ggf verstärkt und einem Komparator zugeführt. Der Ausgang des Komparators schaltet dann für x3 < x1-x2 ms über einen FET die Kerzenheizung ein. Plus 'VerUNDung', dass erst eingeschaltet wird wenn der Messstrom abgeschaltet ist. Dualkomparator mit Komplementärausgängen??
RCFreak schrieb: > suchst Du sowas? > > http://www.aaa.org.ag/members_only/tips/auto_glow_driver_electronic_on.htm Das trifft es schon ganz gut .. ;)
Angehängte Dateien:
-
SimpleHighSide.png
27 KB
Martin schrieb: > Die Elektronik soll nun dafür sorgen, > automatisch Energie zuzuführen, wenn der Widerstand der Glühwendel > aufgrund er Temperaturveringerung zu stark absinkt und - im > gegenteiligen Fall - soll der Strom bei heißer Kerze bei Vollgas > weitgehend komplett abgeschaltet werden, da sonst die Kerze durchbrennen > könnte. Ich hab da mal einen Vorschlag skiziert. Ähnliches hab ich mal für einen Lötkolben gemacht. Der ist ein ausgeprägter PTC, das macht das etwas leichter. Aber eine Glühkerze sollte da auch funktionieren. Der IR3314 schaltet nicht nur den Strom sondern kann ihn auch messen und gibt ihn als Spannung gegen GND aus. Wenn man diese Spannung und die Spannung an der Glühkerze misst, kann man den Widerstand und damit die Temperatur leicht errechnen. Der PIC braucht noch nicht mal eine feste Spannung, er arbeitet von 2V bis 5V und hat zum Messen eine interne Referenz. Zum Messen schaltet man den Strom mal für ein paar Millisekunden an. Ist die Temperatur zu niedrig kann man ihn gleich anlassen. Da man die Ausgangsspannung mit misst, ist das ganze ziemlich unabhängig von der Versorgung. MfG Klaus P.S. die Widerstandswerte müssen natürlich an Strom und Spannung angepasst werden
Hallo Klaus, das sieht super aus, danke. Könnte es ein Problem sein, dass die Betriebsspannung der Glühkerze ca. 1,2-15 V beträgt? Grüße Martin
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