Hallo, Ich möchte den Abgaswert unseres Grundofens mit einer Sprungsonde Bosch LSM-11 und einem AVR ATmega328p messen. Die Sonde gibt eine Spannung von 0-1 V aus, ich möchte sie also ähnlich wie der LM9044 um das 4,5-fache verstärken. Ich habe nur Grundkenntnisse in der Elektronik und habe mich hier in Operationsverstärker eingelesen und das Forum durchsucht, in einem Beitrag wird der TL071 als geeigneter Kandidat genannt. Mir scheint ein nichtinvertierender Verstärker die passende Wahl zu sein, hier gibt es ja schon ein Beispiel für eine Verstärkung um den Faktor 10 das ich als Grundlage nehmen würde. Interessieren würde mich jetzt, wie ich den Verstärkungsfaktor möglichst genau hinbekomme. Kann ich dafür beide Widerstände messen und den daraus errechneten Faktor in meinem Progrämmchen zur Berechnung des Lambdawertes verwenden? Oder sollte ich besser gleich den LM9044 nehmen, man kann ihn bei TI bestellen. Ich würde aber schon gerne einen OP selber basteln und etwas dabei lernen. Grüße, Torsten
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Peter schrieb: > http://192.211.49.220/-%20Electronics/Magazines/Elektor%20%28Deutsch%29/Elektor%202012_01_de.pdf Danke, dieser Artikel ist sehr interessant, weil ich bei der Wahl der Lambdasonde nach einer solchen Steuerung gesucht und nur eine teure, nicht im Einzelhandel erhältliche Steuerung gefunden hatte. Ich hatte mich dann wegen der einfacheren Lösung für die LSM-11 entschieden und hab sie hier bereits liegen und möchte sie zumindest vorerst mal verwenden. Später steige ich vielleicht mal auf die anspruchsvollere Lösung mit einer Breitbandsonde um. Also würde mich nach wie vor interessieren ob ich mit dem OP auf dem richtigen Weg bin. Torsten
Torsten Römer schrieb: > einem AVR ATmega328p messen. Die Sonde gibt eine Spannung von > 0-1 V aus Geh doch mit der Sonde direkt auf den Atmega AD Eingang. Die interne Referenz auf 1,1V dann hast du die höchste Auflösung. Gruß Steffen
Steffen schrieb: > Geh doch mit der Sonde direkt auf den Atmega AD Eingang. Die interne > Referenz auf 1,1V dann hast du die höchste Auflösung. Schon was gelernt, wusste nicht mal dass man die Referenz einstellen kann, dachte es sind immer 5V. Habe hier im Forum allerdings gelesen: > wollte nur sagen das bei der geringsten Belastung die Spannung > zusammenbricht. Selbst die Sample&Hold Stufe(Kondensator) eines A/D > Wandlers könnte eine zu hohe Belastung darstellen und würde bei hohen > Sampleraten einfach nicht vollständig geladen werden. Muss ich mir darüber tatsächlich Gedanken machen und würde ein OP das Problem lösen?
das kommt drauf an wie du deinen Code erstellst. Für die AD Wandlung gibt es den Noise Canceler, d.h. es wird alles angehalten bis die Wandlung fertig ist. Dann sollte das kein Problem darstellen.
Danke Steffen, das schaue ich mir an und werde es einfach mal mit der Sonde direkt an dem AVR Analogeingang ausprobieren. Wenn ich es richtig verstehe, ist meine Samplerate sowieso sehr niedrig, ich würde nicht öfters als 1 Mal/Sekunde den Wert abfragen. Nur noch eine Frage für mein Verständnis, wenn ich doch einen OP verwenden müsste, wäre dann ein Spannungsfolger (Impedanzwandler) in Kombination mit interner Referenz von 1,1V eine sinnvolle Lösung? Grüße, Torsten
also ich hab einen Controller mal gebaut der mir eine Sprungsonde einliest und dann daraus einen Wert generiert um eine Gemischaufbereitung zu beeinflussen. Hier reicht 1 Abfrage pro s völlig aus. Zu deiner Frage, ja mit dem OPV geht das so. Ich würde auch nicht höher gehen mit der Spannung, weil so hast du die höchste Auflösung des AD Wandler. Wenn dir das nicht reicht, dann gibt es AD Wandler mit I²C 16bit oder mehr Auflösung. Kommt halt drauf an was du machen willst.
Super, Danke für die Infos! Soweit ist für mich alles geklärt. Ich möchte vorerst nur den Abgaswert unseres Grundofens (Holzfeuer) messen, rein informativ, um den Luftschieber optimaler einstellen zu können. Man sieht ja auch an der Flamme ob zu wenig Luft da ist, ich bin aber einfach neugierig. Neben der Sonde baue ich auch ein Thermoelement Typ K ein, weil mich die Abgastemperatur interessiert. Dafür verwende ich dann einen AD8495. Mein Ziel ist die Effizienz des Ofens zu optimieren und die Emissionswerte zu verbessern. Schönen Abend noch, Torsten
Hört sich gut an. Ob das die Sonde mit macht? Sind da nicht die Abgastemperaturen zu niedrig? Wenn ich an meinen neuen Ofen denke, der hat irgendwas zwischen 120 und 200 Grad.
Gute Frage! Am besten zugänglich wäre der Wartungsdeckel am Anfang des letzten Zuges, dort kann man aber glaube ich (zum Glück) nicht mehr als 200 °C erwarten. Im Überbrand ist es soweit ich weiß zu heiß für die Sonde (max. 800 °C Betriebstemperatur), ich könnte aber an den 1. Zug ca. 50 cm nach dem Überbrand drankommen. Dort würde ich auf ca. 650 °C hoffen. Und die LSM-11 hat eine Heizung mit einem PTC die sie auf mindestens 350 °C hält. Bin gespannt, vielleicht montiere ich zuerst nur das Thermoelement und schaue mal, was dort für Temperaturen entstehen. Ich frage auch noch mal den, der den Ofen gebaut hat!
Genau erst mal messen und dann weiter sehen. Der Einsatzort scheint aber dafür gedacht zu sein. Muss man nur testen wie und wo man den Sensor anschließt. Jedenfalls brauch der Temperatur.
Steffen schrieb: > das kommt drauf an wie du deinen Code erstellst. Für die AD Wandlung > gibt es den Noise Canceler, d.h. es wird alles angehalten bis die > Wandlung fertig ist. Dann sollte das kein Problem darstellen. Steht alles im Datenblatt. Torsten, lies doch mal das Datenblatt und auf der Atmel Seite findest du unter jeden Controller noch viele wertvolle Dokumente.
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Danke, ich lese schon was das Zeug hält, werde da auch schauen. Fange ja gerade erst an :-)
Habe jetzt einige Tests gemacht, mit der Sonde direkt am ADC und Referenzspannung 1.1 V. In AVR120 steht: "The signal source should therefore have sufficiently low out put impedance to get correct conversion results." Bei 12V Heizspannung und 20°C Umgebungstemperatur hat der Ausgang der Sonde laut Datenblatt 250 Ohm, was ich auch messen kann. Das sollte für den ADC dann OK sein, oder? Ist die Sonde aber unbeheizt ist die Impedanz unendlich und die vom ADC gemessene Spannung schwankt planlos zwischen 0 und 1.1 V, was wohl zu erwarten ist. Wenn ich nun einen 10 KOhm Widerstand parallel schalte beruhigt sich der Messwert und schwankt nur noch um ein paar mV um 0 V (ich nehme den Mittelwert aus 10 Werten). Der Messwert bei beheizter Sonde wird durch den Widerstand scheinbar nicht beeinflusst. Ist es also sinnvoll, diesen 10 kOhm Widerstand parallel zu schalten oder sollte ich einen Impedanzwandler einsetzen? Die Messwerte bei unbeheizter Sonde sind aber eigentlich eh uninteressant, mir geht es nur darum die Anzeige zu stabilisieren. Ein echter Test mit der Sonde im Abgas steht noch an. Grüße Torsten
Torsten Römer schrieb: > Habe jetzt einige Tests gemacht, mit der Sonde direkt am ADC und > Referenzspannung 1.1 V. > > In AVR120 steht: "The signal source > should therefore have sufficiently low out > put impedance to get correct conversion > results." > > Bei 12V Heizspannung und 20°C Umgebungstemperatur hat der Ausgang der > Sonde laut Datenblatt 250 Ohm, was ich auch messen kann. > > Das sollte für den ADC dann OK sein, oder? Da der Eingang des AVR relativ hochohmig ist sind die 250Ohm zu vernachlässige (Spannungsteiler, kannst ja mal im Datenblatt nachschauen und rechnen wie viel LSB da abfällt) > > Ist die Sonde aber unbeheizt ist die Impedanz unendlich und die vom ADC > gemessene Spannung schwankt planlos zwischen 0 und 1.1 V, was wohl zu > erwarten ist. Jetzt hast du die kapazitive Einstreuung von vermutlich 50Hz entdeckt > > Wenn ich nun einen 10 KOhm Widerstand parallel schalte beruhigt sich der > Messwert und schwankt nur noch um ein paar mV um 0 V (ich nehme den > Mittelwert aus 10 Werten). Der Messwert bei beheizter Sonde wird durch > den Widerstand scheinbar nicht beeinflusst. Kann sogar noch höher, du verfälscht hier nur das Messergebnis unnötig durch die "niederohmige" Belastung > > Ist es also sinnvoll, diesen 10 kOhm Widerstand parallel zu schalten > oder sollte ich einen Impedanzwandler einsetzen? Die Messwerte bei > unbeheizter Sonde sind aber eigentlich eh uninteressant, mir geht es nur > darum die Anzeige zu stabilisieren. > Kannst ihn auch weg lassen, wenn dich das signal nich stört --> wäre auch als indukator für "Sonde zu kalt" oder "Feuer ist aus" sicher auswertbar. > Ein echter Test mit der Sonde im Abgas steht noch an. > > Grüße > Torsten
Hallo Torsten, für Holzheizungen ist meistens ein Messbereich von 5 ... 10% Sauerstoff interessant. Die LSM11 gibt dir da 5 ... 15mV an Spannung aus. Wenn du die Sonde direkt an den A/D-Wandler anschließt hast du eine Auflösung von gerade mal 1mV! Bitte beachte auch, dass das Ausgangssignal der LSM11 sehr stark von der Temperatur der Sonde abhängig ist. Bezüglich des schwankenden Messwerts bei kalter Sonde: Ignorieren und nur bei warmer Sonde messen :) Oder hochohmig an 5V, dann weißt du wenn die Sonde kalt ist. Gruß Sebastian
Danke Thomas für die Infos! Thomas M. schrieb: > (Spannungsteiler, kannst ja mal im Datenblatt nachschauen > und rechnen wie viel LSB da abfällt) Werde ich machen, alleine schon zwecks Verständnis!
Hallo Sebastian, Sebastian K. schrieb: > für Holzheizungen ist meistens ein Messbereich von 5 ... 10% Sauerstoff > interessant. Die LSM11 gibt dir da 5 ... 15mV an Spannung aus. Wenn du > die Sonde direkt an den A/D-Wandler anschließt hast du eine Auflösung > von gerade mal 1mV! Da bin ich etwas verunsichert - habe auch gelesen, das man bei (Holz)Feuer mit einer Lambdaregelung auf knapp über Lambda 1 kommen kann, das ist auch mein Ziel. Oder sollte der Wert immer zwischen 1,5 und 3 liegen was man oft liest? Ich dachte das ist der Wert der üblicherweise bei manueller Steuerung der Luftzufuhr zustande kommt. > > Bitte beachte auch, dass das Ausgangssignal der LSM11 sehr stark von der > Temperatur der Sonde abhängig ist. Ich überlege jetzt die Sonde am Anfang des letzten Zuges in den Wartungsdeckel zu montieren und hoffe dort auf ca. 200°C Abgastemperatur. Die Heizung der Sonde hält die Sondentemperatur laut Datenblatt auf 350°C. > > Bezüglich des schwankenden Messwerts bei kalter Sonde: Ignorieren und > nur bei warmer Sonde messen :) Das werde ich machen. > Oder hochohmig an 5V, dann weißt du wenn die Sonde kalt ist. Verstehe ich nicht, die Sonde ist doch eigentlich nicht hochohmig und bei 5V wäre die Auflösung doch noch geringer? Grüße, Torsten
Ich befasse mich auch seit geraumer Zeit mit dem Thema da wir einen Holzvergaserkessel haben. Deine Idee ist an sich ganz gut, aber die Wahl der Sonde ist denkbar schlecht für die Verbrennungsüberwachung bei Holz. Man kann damit zwar mit Zusatzwissen und einigem Hin und Her auch irgendwie regeln, aber wirklich beobachten und analysieren wird damit schwierig bis unmöglich. Das hängt mit den Eigenheiten dieser Verbrennung zusammen. Holz ist ein komplexer Brennstoff und nicht mit Heizöl, Diesel, Benzin oder Gas vergleichbar. Auf die schnelle finde die entsprechenden Dateien gerade nicht, aber Holz verbrennt man für minimale Emissionen mit leichtem Luftüberschuß. Soweit ich mich erinnere lag der ideale Kompromiss irgendwo im Bereich zwischen 5 bis 7 Prozent Restsauerstoff. Nun ist die Frage was du beobachten willst. Wenn Du diesen Bereich gezielt beobachten willst, wie bekommst du den Fokus der Schaltung dort hin? Eine Sprungsonde springt zwar nicht wirklich und liefert auch ein stetiges Signal, aber Du weißt sicher schon selbst, daß die Kennlinie eine schmale und sehr steile Zone hat. Mit etwas Aufwand hat man dann zwar ein stetiges Signal daß an auswerten kann, das aber nur in einem engen Bereich sinnvoll auszuwerten ist. Abseits dieser Zone ändert sich die Steigung sehr stark. Das erfordert dann plötzlich eine hohe Verstärkung und eine koplexere Umrechnung etc. Und nun lauten die Fragen: Wo, bei welchen Werten, liegt der "Tunnelblick" der Schaltung durch den steilen Teil den Kennlinie ? Welche schmale Zone möchtest Du eigentlich sehen? In welchem Bereich befinden sich die tatsächlichen Werte (wenn man beobachten will) Bei manchen Geräten kann man sich mit einer Sprungsonde behelfen und variiert die Mischung bis man den Sprung findet, orientiert sich daran und extrapoliert davon ausgehend die gewünschte Einstellung für eine gute Verbrennung. Dieser Vorgang wird zyklisch wiederholt und paßt nicht so recht zum eigentlichen Beobachten. Man muß eingreifen um etwas zu sehen und man sieht immer nur den selben Bereich, den "Sprung". Um sich einen Übrblick zu verschaffen ist es oft eher logisch zunächst einen breiten Bereich zu beobachten. Und gerade bei der dritten Frage kommt der Brennstoff ins Spiel. Holzscheite sind nicht nur chemisch komplex, sondern auch nicht homogen. Es verbrennt nicht gleichmäßig und ab und an sackt der Haufen in unregelmäßigen Abständen in sich zusammen. Schau mal deinem Schorni bei der Feststoffmessung über die Schulter. Der mißt aus gutem Grund den Mittelwert über 15 Minuten, weil einige Werte erstaunlich schnelle und erstaunlich weite Sprünge machen. Auch wenn es schade ist weil du die Sonde schon hast, so würde ich an deiner Stelle eine Breitbandsonde besorgen und die LSM11 für andere Zwecke verwenden oder wieder verkaufen. Breitbandsonden sind zwar teurer, aber dafür wird der Rest deutlich einfacher. Man bekommt leichter was man will. Der Aufwand wird geringer und es gibt dadurch weniger Stolperfallen die zu falschen Messungen führen, weil man weniger tricksen muß. Wenn man dann einen bestimmten Bereich gezielter betrachten will, kann man das Signal immer noch auf einem festgelegten Bereich verstärken. Da die Kurve aber keine so flachen Strecken hat wie eine Sprungsonde, braucht man auch keine so große Verstärkung im Extremfall.
Torsten Römer schrieb: > Da bin ich etwas verunsichert - habe auch gelesen, das man bei > (Holz)Feuer mit einer Lambdaregelung auf knapp über Lambda 1 kommen > kann, das ist auch mein Ziel. Unter ca. 5-7 % Restsauerstoff steigt dir der CO-Wert wegen unvollständiger Verbrennung. Wie gesagt habe ich dazu gerade die entsprechenden Ausarbeitungen nicht zur Hand für genauere Angaben. Allerdings steigt der CO-Wert auch bei hohem Restsauerstoffanteil an, weil durch den kalten Luftüberschuß die Verbrennung gekühlt wird und der Volumenstrom zunimmt, so daß Abgase die heiße Zone schneller verlassen Dadurch verschlechtert sich der Ausbrand des Gasgemisches. Auch die Feststoffpartikel (Ruß, (Fein)Staub) werden weniger verbrannt. Folglich sucht man da ein Minimum und links und rechts davon steigen die Werte wieder an. Die Vorgänge werden auch ein wenig von der Bauart beeinflußt. Außerdem gibt es noch andere Schadstoffe die im Bezug auf den Lambdawert oder Restsauerstoff andere Kenlinien ergeben. Ein guter Kompromissbereich liegt in der genannten Zone, nagle mich da aber nicht auf ein Prozent fest. Schädlicher ist die Unterschreitung der Untergrenze. Soweit ich mich erinnere waren die Kennlinien im Durchschnitt links vom Minimum steiler als Rechts. Die Neigung zum Rußen ist nach links vom Optimum auch stärker. Abgesehen von dem Schadstoff sind Ruß und CO auch ungenutzter Brennstoff. Wenn man es also nicht so genau lenken kann ist man gut beraten eher etwas mehr Luft zu geben als ganz auf Kante zu nähen, denn da sind ja noch die Schwankungen, die nach "links" schädlicher sind und mehr "wiegen". Mit 10 % Restsauerstoff kann man auch noch gut arbeiten. Dann hat man auch noch etwas Luft für Schwankungen.
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Vielen Dank Carsten für die sehr ausführlichen Informationen. Auch wenn das Datenblatt der LSM 11 "Wood-fired systems" als Anwendungsgebiet nennt ist eine Breitbandsonde wohl doch besser geeignet wie du es beschreibst. Die Breitbandsonden setzen sich anscheinend generell durch. Mir war aber die Steuerung einer Breitbandsonde vorerst zu aufwändig, ich bin Anfänger und versuche es jetzt mal mit der LSM 11 und hebe mir die Breitbandsonde für mein Projekt "Lambda 2.0" auf :-) 10% Restsauerstoff entsprechen ja Lambda 1.1, richtig? In diesem Bereich kann man mit der LSM 11 aber ganz gut messen, das Datenblatt (der LSM 11-PM) enthält eine Wertetabelle von Lambda 1.035 bis 1.495, diese hab ich in meinen Code übernommen und mache zwischen den Werten eine lineare Interpolation. Evtl. werde ich auch über längere Zeiträume messen, sagen wir eine Minute, um zusammenfallende Holzhaufen "auszugleichen". Nach meinen laienhaften Beobachtungen ist das Feuer aber meistens recht stabil, und genau dann würde ich gerne wissen, wie das Abgasverhältnis ist. Den Luftschieber werde ich nach wie vor manuell bedienen.
Torsten Römer schrieb: > Auch wenn das Datenblatt der LSM 11 "Wood-fired systems" als > Anwendungsgebiet nennt ist eine Breitbandsonde wohl doch besser geeignet > wie du es beschreibst. Man kann ja damit auch regeln, eben wie beschrieben. Man variiert die Luftsteurung bis man den Knick sieht und gibt dann per Extrapolation mehr Sekundäruft, weniger Primärluft oder beides. Nur für Beobachtungen / Messungen wird es halt schwierig bis unmöglich. Du kannst daher damit schlecht direkt überprüfen ob deine extrapolierte Einstellung bei deiner Konstruktion auch wirklich das gewünschte Ergebnis bringt. Dazu würde ich dir dann empfehlen ein echtes Messgerät einzusetzen (mieten?). Zugegeben, die Elektronik für Breitbandsonden ist komplexer. ICs wie der CJ125 (ca. 7 Euro im Einzelhandel) nehmen einem da viel Arbeit ab. Man kann dafür auch fertige Platinen bekommen, z.B.: http://www.breitband-lambda.de/produkte.html Die kosten zwar auch etwas, aber wenn man das Ding eimal eingemessen hat, hat man damit auch schon ein "Meßgerät". Man braucht dann nicht so oft ein echtes Meßgerät mehr ausleihen. Wenn die Messungen vom Schorni nahe Deiner Anzeige ist, kannst du relativ genau vergleichen. Torsten Römer schrieb: > 10% Restsauerstoff entsprechen ja Lambda 1.1, richtig? Nein, 1,1 ist selbst für Gasthermen ein hochgestecktes Ziel. Der Lambdawert ergibt sich aus: zugeführter Sauerstoff / benötigter bzw. verbrauchter Sauerstoff Nimmt man 21% Luftsauerstoff an so ergibt das: lambda= 21 / (21-Restsauerstoff in %) Bei 10 % Restsauerstoff wäre das also ein Lambdawert von ca. 1,9. 7% ergäben 1,5 und 5 % wären ca. 1,3. Der sinnvolle Bereich liegt also bei Holz irgendwo zwischen 1,3 und 2. Andere stecken den Rahmen noch etwas enger ab. Ich habe den Rahmen nur deswegen erweitert, weil ich die Zahlen für den Restsauerstoff nicht genau im Kopf habe und nicht ausschließen will, daß es nicht doch mit entsprechenden Konstruktionen möglich mit anderen Werten noch sinnvoll zu arbeiten. http://www.holzvergaser-forum.de/index.php/forum/regelung-und-verbrennung/1246-lambdawert-restsauerstoff Der oft genannte Referenzwert von 13% Restsauerstoff, nur scheinbar etwas höher, entspricht einem Lambdawert von über 2,6. Da jagt man also sehr viel Luft unnötig nur zum Erwärmen durch den Ofen und zum Schornstein hinaus. Niedrigere Lamdawerte als 1,3 sind mit den oben genannten Nachteilen verbunden. Da sieht man auch wieder daß eine Sprungsonde nicht wirklich gut paßt.
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Carsten R. schrieb: > Man kann dafür auch fertige Platinen bekommen, z.B.: > > http://www.breitband-lambda.de/produkte.html Preis ist finde ich OK, mit einer Breitbandsonde kommt man so knapp über das, was teilweise so für eine LSM 11 verlangt wird. Das ist auf jeden Fall interessant für Lambda 2.0... > Nein, der Lambdawert ergibt sich aus: > > zugeführter Sauerstoff / benötigter bzw. verbrauchter Sauerstoff Alles klar, hatte ich falsch in Erinnerung. Danke!
Ein "Follow-up" zum Thema: Die Schaltung ist soweit fertig und die Sensoren einschließlich Lambdasonde im Ofen installiert. Gestern habe ich während einem Abbrand die Messdaten aufgezeichnet und ausgewertet. Die Messwerte der Lambdasonde habe ich zwar bisher nicht verifiziert, sie scheinen jedoch zu passen. Das Projekt habe ich hier beschrieben: http://luniks.net/lambda_de.php
Peter schrieb: > http://192.211.49.220/-%20Electronics/Magazines/El... Hallo, ich bin im Moment auf der Suche nach dem Elektor-Artikel aber der oben gepostete Link funktioniert leider nicht mehr. Kann jemand den Artikel nochmal hochladen oder mir per Mail zukommen lassen? Grüße, Tobias
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