Schaltung für Ofen für Referenz und ADC

[Stefan D. (mackie05)]

Hallo,

ich möchte gern etwas mit der Temperierung von einer Spannungsreferenz, 
ADC und einem Shunt(Strommessung) herumexperimentieren. Dazu suche ich 
eine Heizschaltung, mit der ich das Ganze auf ca. 50°C erwärmen und auf 
ca. 0,1°C oder besser halten kann. Die Heizung wird später gut isoliert. 
Ich hatte an eine Regelung aus NTC und Transistor gedacht, nur weiter 
komme ich leider nicht.

Idealerweise hätte ich eine Aluplatte mit einem Heiztransistor, dem 
Temperaturfühler und dem Shunt. So würde die Temperatur des Shunts auf 
einem festen Wert gehalten werden, und die Abwärme ADC und Ref 
temperieren. Sollte der Strom durch den Shunt(max 2.4 Watt Heizleistung 
@5A) steigen würde dieser dann einen Teil der Heizleistung stellen.

Hat jemand einen guten Ansatz für mich? Auf etwas Getaktetes würde ich 
gern verzichten.



Vielen Dank und Gruß
Stefan

[TK (Gast)]

Alukörper = 4cm x 6cm x 1cm
Funktioniert bei mir seit 30 Jahren zuverlässig.

[Anja (Gast)]

Stefan D. schrieb:
> Idealerweise hätte ich eine Aluplatte mit einem Heiztransistor,

Aluplatte ok.
Ich würde allerdings eine Heizfolie nehmen. Sonst gibt es auf der 
Aluplatte zu große Temperaturgradienten.

Bei "Linear" fällt mir ein LM723 als Regler ein.

Gruß Anja

[Lurchi (Gast)]

Ein Transistor als Heizer ist schon nicht so schlecht. Immerhin ist die 
Heizleistung linear zum Strom - mit einerm Widerstand als Heizer hat man 
die quadratische Abhängigkeit, wenn man kein PWM nutzt. Eine lokale 
Wärmequelle gibt halt Gradienten, aber Aluminium leitet relativ gut. 
Ggf. sind auch 2 Transistoren zur Heitung besser.

Der LM723 hätte eine Referenz und eine Art OP - viel mehr aber auch 
nicht.

[Stefan D. (mackie05)]

TK schrieb:
> Alukörper = 4cm x 6cm x 1cm
> Funktioniert bei mir seit 30 Jahren zuverlässig.

Mir ist noch nicht ganz klar, wo Du bei dieser Schaltung die Temperatur 
misst. Wird hier der SF137 als "Sensor" verwendet?

Anja: Und die Heizfolie plazierst Du genau auf der Ref bzw dem ADC oder 
erwärmst Du damit die Umgebung?

Wollte das ungefähr so wie auf dem Bild anordnen, und die Bauteile durch 
die Luft erwärmen lassen. Dauert zwar länger, aber ich erhoffe mir 
dadurch eine gleichmäßigere Temperatur. Das ganze kommt dann natürlich 
noch in ein Isoliertes Umgehäuse.

Bild: Stehend: Shunt, NTC, Heiztransistor,
DIP: Ref, Buffer OPV, ADC

[Marian (phiarc)]

Stefan D. schrieb:
> Wollte das ungefähr so wie auf dem Bild anordnen, und die Bauteile durch
> die Luft erwärmen lassen. Dauert zwar länger, aber ich erhoffe mir
> dadurch eine gleichmäßigere Temperatur. Das ganze kommt dann natürlich
> noch in ein Isoliertes Umgehäuse.

Ich glaube nicht, dass das gut funktioniert. Konvektion ist sehr, sehr 
langsam und eher "chaotisch".

Aluminiumplatte (~2 mm) mit Heizfolie oder -Transistor, etwas 
Wärmeleitpasti drauf und die DIPs als Sandwichbelag zwischen Aluplatte 
und Leiterplatte geklemmt. So ähnlich machte Philips das in einigen 
ihrer Synthesizer im VCO.

[Lurchi (Gast)]

Bei der 723 Schaltung oben ist der eine kleine Transistor der Sensor, 
der andere der heizer.

Die Wärme verteilung zur Schaltung hin nur über die Luft ist eher 
ungünstig. Das kann ggf. gehen, wenn man statt dem Kühlkörper ein Alu 
Gehäuse nutzt, das die Schaltung umgibt. Auch dann am besten die Platine 
noch gut in Kontakt mit dem Gehäuse bringen.

[Max M. (jens2001)]

Stefan D. schrieb:
> wie auf dem Bild anordnen, und die Bauteile durch
> die Luft erwärmen lassen.

Absolut ungeeignet!

Stefan D. schrieb:
> erhoffe mir
> dadurch eine gleichmäßigere Temperatur

Die Hoffnung stirbt zuletzt!
Wenn du die Temperatur am Kühlkörper misst kan die an den ICs schon 
abweichen. Wenn du die Temperatur an den ICs misst baust du dir ein 
riesge Totzeit in die Regelschleife.

Wenn irgend möglich mechanischen Kontakt herstellen!
Die sache mit dem Aluklotz wie von TK vorgeschlagen halte ich auch für 
den richtigen Ansatz.

[Anja (Gast)]

Hallo,

Stefan D. schrieb:
> Anja: Und die Heizfolie plazierst Du genau auf der Ref bzw dem ADC oder
> erwärmst Du damit die Umgebung?

Mein Ansatz wäre eher so wie hier:
Beitrag "Re: negative Referenzspannung für AD5791 (20bit DAC) aus LTC1043 oder Vishay Divider?"

Unten die Heizfolie darüber die Aluminumplatte.
Je dicker desto besser.
Den Shunt dann direkt auf die Alu-Platte.
Die Referenz am besten dann auch in gutem Kontakt zur
Alu-Platte.

In meiner Alterungsbox brauche ich auch 2 Temperatursensoren für die 
2-stufige Regelung. Allerdings heizen meine Referenzen auch ganz schön.
Auf der Leiterplatte ist es bei 50 Grad ca 4 Grad wärmer als auf der 
Alu-Platte. Und ohne Heizung ca 7-10 Grad über Umgebungstemperatur.

Gruß Anja

[Stefan D. (mackie05)]

Sehe ich das richtig, dass die Heizfolie sich selbst reguliert und die 
Temperatur hält? Wie genau ist diese Stabilisierung? Wie sieht es 
eigentlich bei diesen Folien mit der Alterung aus, ändert sich die 
Temperatur über die Monate/Jahre merklich?

Anja Dein Ansatz finde ich bis jetzt am besten, da ich die Wärme des 
Shunts auch mit nutzen kann. Auf Deinem Bild sieht es so aus, als ob Du 
ca. 1 cm Luft zwischen Aluplatte und Deinen Referenzen hast.

Gruß
Stefan

[Anja (Gast)]

Stefan D. schrieb:
> Sehe ich das richtig, dass die Heizfolie sich selbst reguliert und die
> Temperatur hält?

Die von mir verwendete Folie ist nicht selbstregulierend.
Ich glaube auch nicht daß eine selbstregulierende Folie besser als ein 
paar Grad stabil ist.
Ich mache PWM mit vielfachen der Netzfrequenz damit das Meßgerät die 
Störungen mit der 50 Hz Unterdrückung wieder herausfiltert.
Die beiden NTCs werden mit 12 Bit ratiometrisch erfaßt (ergibt ca 0.025 
Grad Auflösung). Der Aufwärmvorgang dauert ca eine halbe Stunde bis 
alles stabil ist. (währenddessen mache ich den Offset-Abgleich für alle 
Kanäle).

Stefan D. schrieb:
> Auf Deinem Bild sieht es so aus, als ob Du
> ca. 1 cm Luft zwischen Aluplatte und Deinen Referenzen hast.
Oben schon (wegen dem Endstufentransistor und dem Elko).
Auf der Unterseite sind es 5 mm.
Ist halt nur ein Lochrasteraufbau.
Wobei weniger besser ist.
Man könnte die Referenzen auf eine einseitige Leiterplatte bestücken und 
die dann aufs Alu aufkleben.

Gruß Anja

[Philipp C. (e61_phil)]

Ich verwende bei sowas normalerweise auch einen NTC (selten auch LM35) 
und dann einfach einen OP als Regler und ein bis zwei Transistoren als 
Heizer.

Verrätst Du etwas mehr über Dein Projekt? Wird es ein konstanter Strom 
oder soll es eine Messanordnung für verschiedene Ströme werden? Und 
welche Präzision strebst Du an? (Einfach nur aus Interesse)

Viele Grüße
Philipp

[Stefan D. (mackie05)]

Anja schrieb:
> Man könnte die Referenzen auf eine einseitige Leiterplatte bestücken und
> die dann aufs Alu aufkleben.

Oder gleich eine Aluleiterplatte nutzen, wie sie für Hochleistungs LED's 
eingesetzt werden.
Mit der PWM hab ich schon bedenken dass mein ADC (Max1416) diese Anteile 
nicht genügend unterdrückt.
Werde wohl doch erstmal auf den Ansatz von TK zurückgreifen. Habe noch 
einen BUX48 hier, der sollte als Heizer gut taugen. Wie genau kann man 
mit diesem Aufbau wohl die Temperatur halten? Für den SF137 muss ich 
noch einen adäquaten Ersatz finden, da dieser scheinbar nicht mehr 
beschaffbar ist.

@Philipp
Werden soll es im Endeffekt eine recht genaue Elektronische Last - nicht 
weil ich diese Genauigkeit brauche, sondern weil ich immer sehr viel 
lerne wenn ich mir die Ziele etwas höher stecke. Und da es für mich 
Hobby ist, brauche ich auch nicht auf Wirtschaftlichkeit in Bezug auf 
Kosten und Zeit achten.

Frohe Weihnachten
Stefan

[Lachender Eskimo (Gast)]

Stefan D. schrieb:
> Für den SF137 muss ich
> noch einen adäquaten Ersatz finden, da dieser scheinbar nicht mehr
> beschaffbar ist.

Da kannst Du jeden beliebigen NPN-Silizium-Transistor nehmen.
Die haben alle -2,x mV/°C Tempco. (abhängig vom Strom)
Bei einem Plastikgehäuse entfällt ausserdem das Isolationsproblem.

[Pandur S. (jetztnicht)]

> .. Bei einem Plastikgehäuse entfällt ausserdem das Isolationsproblem.

Dafuer ist die Temperatur entkoppelt.
Bei einer Praezisionsstromquelle sollte man auch die Bandbreite 
betrachten, und die Speisung, auch wenn von einer konstanten Last 
ausgegangen wird.

[Lachender Eskimo (Gast)]

Plastikgehäuse sind sehr gut wärmeleitend und man könnte den Transistor 
für besten thermischen Kontakt in ein Bohrloch im Alublock stecken.

[Lurchi (Gast)]

Die Leistung am Shunt könnte man über die Spannung unabhängig messen - 
sso kennt man die größten Störungen sogar und könnte ggf. direkt 
gegensteuern. In dem Fall wäre es von Vorteil wenn die thermische 
Verzögerung von Shunt und Heizer zum Sensor ähnlich klein ist.

Wegen der langen Zeitkonstanten und nichtlinearen Zusammenhäge würde ich 
da eine Regelung per µC machen.

[Abdul K. (ehydra)]

Theoretisch hätte man doch bei einer Regelung per Lampe und Fotodiode 
viel weniger Verzögerung auf der Regelstrecke. Wäre das eine umsetzbare 
Idee?

Wenn ich das richtig sehe, kann bei kleinerer Verzögerung auch die 
Isolation des Aufbaus schlechter ausfallen.

[Lurchi (Gast)]

Lampe und Fotodiode ginge schon, um die Temperatur der Wendel konstant 
zu halten. Aber es bleibt dann die recht lange Verzögerung von der 
Wendel zum Shunt bzw, zur Schaltung. Das kann gut gehen, wenn man über 
die Strahlung heizen will - für moderne SMD Schaltungen ist das aber 
eher unpraktisch, weil die ggf. nicht 100% Lichtdicht sind.

Mein Vorschlag für den Aufbau wäre es den Shunt auf einer Seite eines Au 
Blechs zu haben, den Heiztransistor und Sensor auf der anderen Seite, so 
dass alle Teile auf kurzem Weg verbunden sind, und der Sensor etwa 
gleich "weit" entfernt vom Shunt und Heizer ist. An das Alu Blech kann 
man dann ggf. die Schaltung ankoppeln.

Wie gut man isolieren darf hängt halt davon ab wie heiß das ganze werden 
darf - bei maximal 2,5 W von Shunt und vielleicht 25 K minimale 
Temperaturdifferenz zur Umgebung sind dass etwa 10 K/W - da braucht man 
ein kleines Alu Gehäuse ggf. gar nicht mehr extra zu isolieren, bzw. man 
bräuchte schon fast zusätzliche Kühlfläche oder einen Lüfter.

Wenn man es gut macht dürfte man die Temperatur wohl bis in den Bereich 
1/10 Grad konstant halten können - bei der Schaltung ggf. etwas besser 
und beim Shunt prinzipbedingt nicht für den Widerstand selber sondern 
eher nur die Oberfläche. Wenn man auch da noch gegenregeln wollte, 
müsste man die Referenz unabhängig regeln.

[Lachender Eskimo (Gast)]

Ich denke mal, der Shunt ist in 1. Linie dazu da, beim Hochfahren des 
Ofens den Strom durch den Leistungstransistor zu begrenzen.
Bei 0,3A fallen am R2 und damit an BE(T3) 0,6V ab und T3 fängt an, dem 
Series-Pass-Transistor im LM723 Basisstrom zu klauen.
Pv im R2 wären in diesem Fall <0,2W, nach dem Hochfahren noch deutlich 
weniger.

Heizen tut praktisch nur der Leistungstransistor ganz allein.


Man könnte übrigens den Chip im Leistungstransistor selbst als 
Temp-Sensor benutzen:
Ic und Ib kurz abschalten, geringen Konstantstrom in die Basis, Ube 
messen,
Ic und Ib wieder einschalten.
Das Ganze periodisch.

Udrop an R2 ist bei geringem Mess-Konstantstrom vernachlässigbar und 
ausserdem konstant.

[Stefan D. (mackie05)]

Hallo,

vielen Dank für Eure Anregungen, ich habe mal auf deren Basis einen 
Entwurf gemacht. Shunt und Heiztransistor als Sandwich, dazwischen den 
"Sensor"-Transistor. Das obere Teil hat einen Kantenmaß von 40x40mm.

Auf eine Heizung per Lampe würde ich gern aufgrund des Bauraumes 
verzichten. Der Vorschlag den Heiztransistor selbst als Sensor zu 
verwenden klingt ganz raffiniert, allerdings habe ich dann vermutlich 
wieder Effekte durch das Umschalten, die ich im ADC sehe.

Was haltet Ihr von diesem Entwurf, könnte die Wärmeverteilung 
ausreichend gleichmäßig sein?

[Marian (phiarc)]

Brauchst du wirklich einen PBV Vierleiter-Präzisionsshunt für eine 
Strombegrenzung?

[Stefan D. (mackie05)]

Das ist nicht der Shunt für die Strombegrenzung sondern der für die 
Strommessung der elektronischen Last.

[Marian (phiarc)]

Ok.

Was mir sonst auffällt:
- Wozu TO-3 benutzen, wenn man die große Kontaktfläche direkt unterm Die 
(bei den Pins) eh nicht benutzt
- Warum die Temperatur zwischen TO-3 und PBV messen, besser wäre IMHO 
zwischen PBV und den Chips

Ein einfacheres Design wäre wohl einen Heiztransistor in einem 
Oberflächengehäuse (TO-220/247/264) zu nehmen und zusammen mit dem PBV 
auf die Oberseite einer Aluplatte zu montieren und das dann einfach auf 
die Platine / Chips zu schrauben. Kommt man ohne CNC gefräste Teile aus.

[Der Bub (Gast)]

Der TO3 bringt nichts. Dessen Flaeche wird gar nicht verwendet, resp 
gekuehlt. Besser TO220.

[Anja (Gast)]

Hallo,

und wozu die Fassungen?
Die werden hier nicht gebraucht.
Die machen nur Ärger.
(Thermospannungen, Übergangswiderstände).

Gruß Anja

[Stefan D. (mackie05)]

Hallo Marian,

danke für die Hinweise, ich werd später nochmal einen Entwurf mit zwei 
TO-220 Transistoren je links und rechts des Shunts machen um 
einigermaßen gleichmäßig heizen zu können.
Dann sollte es vielleicht auch mit einem Heizblech in L-Form 
funktionieren. Der Sensor kommt dann einfach mittig zwischen die Chips 
in ein Loch des Heizbleches.

Anja, das mit den Übergangswiderständen leuchtet ein, aber sollten 
Thermospannungen im geheizten Zustand wirklich eine Rolle spielen?

[Max M. (jens2001)]

Stefan D. schrieb:
> habe mal auf deren Basis einen
> Entwurf gemacht

Schick! Und mega aufwändig!
Aber schon die Art wie du den TO3 montiert hast zegt das du nicht 
ansatzweise begriffen hast worum es geht!
Viel massives Metall. nur nicht da wos drauf an kommt!

[Stefan D. (mackie05)]

Die gesamte Grundplatte des TO-3 dient letztendlich zur Wärmeabfuhr, 
sicherlich ist diese Art nicht die Effektivste, sollte aber genügend 
Wärme zum Heizen übertragen.

Aber wie gesagt, werde ich dem Rat von Marian und dem Bub folgen und 
etwas mit TO-220 o.
ä. machen.

[Philipp C. (e61_phil)]

Wirst Du diesen geheizten Shunt noch vermessen bevor er als Sensor für 
die Stromsenke dient? Mich würde sehr interessieren wie klein die 
Temperaturabhängigkeit durch die Heizung dann wirklich geworden ist.

Man wird für diese Messung wohl aber leider bereits eine sehr stabile 
Stromsenke/Quelle benötigen.

Viele Erfolg
Philipp

[Stefan D. (mackie05)]

So, zweiter Versuch. Ich denke die Wärmeverteilung wäre gewiss noch 
besser, wenn ich die Transistoren und den Shunt auf die Oberfläche 
setze, aber so kann ich besser den Shunt für die ADC-Messung über das 
PCB anbinden.

Hättet ihr noch weitere Anregungen?

Gruß Stefan

[Stefan D. (mackie05)]

Philipp C. schrieb:
> Wirst Du diesen geheizten Shunt noch vermessen bevor er als Sensor für
> die Stromsenke dient? Mich würde sehr interessieren wie klein die
> Temperaturabhängigkeit durch die Heizung dann wirklich geworden ist.
>
> Man wird für diese Messung wohl aber leider bereits eine sehr stabile
> Stromsenke/Quelle benötigen.
>
> Viele Erfolg
> Philipp

Hallo Philipp,

Ja vermessen werde ich ihn dann bei definierter Temperatur. Habe ein 
gutes, stabiles Labornetzteil und kann den Strom recht gut über das 
Tischmultimeter messen.
Laut Datenblatt liegt der Shunt bei +/-5ppm/°C.
Ich werde berichten, aber wie Du siehst, kann es noch etwas dauern, bis 
ich die Temperierung am laufen habe. :-)

Der Shunt ist übrigens ein äquivalent zum PBV-Z, ein Powertron SHR 
4-2321, 0,1%, 0R1

Gruß Stefan

[Philipp C. (e61_phil)]

Stefan D. schrieb:
> Habe ein
> gutes, stabiles Labornetzteil

Ich weiß ja nicht was das für ein Netzteil ist, aber ich glaube nicht, 
dass man mit einem normalen Labornetzteil einen Strom im Bereich von 
einigen ppm stabil halten kann.

Interessieren würde mich vor allem ein Sprung im Strom und dann der 
Verlauf der Spannung. Dabei sollte man ja gut sehen können was thermisch 
noch passiert (Das Netzteil sollte diesen Sprung möglichst nicht 
mitmachen, damit man auch nur die Auswirkungen auf den Shunt sieht).


Kennt man eigentlich ungefähr den Wärmewiderstand vom eigentlichen 
Widerstand zum Gehäuse? Dann könnte man mal abschätzen wie viel man mit 
einer super konstanten Temperierung überhaupt gewinnen kann oder ob die, 
sich im Widerstand ändernde Leistung nicht ohnehin vieles kaputt macht. 
Wobei man dann ja, je nach Regelgeschwindigkeit, sogar die Temperatur 
des Widerstands selbst konstant halten könnte (aber dann nicht mit so 
einem Metallklotz).

Viele Grüße
Philipp

[Stefan D. (mackie05)]

Philipp C. schrieb:
> Stefan D. schrieb:
>> Habe ein
>> gutes, stabiles Labornetzteil
>
> Ich weiß ja nicht was das für ein Netzteil ist, aber ich glaube nicht,
> dass man mit einem normalen Labornetzteil einen Strom im Bereich von
> einigen ppm stabil halten kann.
>
> Interessieren würde mich vor allem ein Sprung im Strom und dann der
> Verlauf der Spannung. Dabei sollte man ja gut sehen können was thermisch
> noch passiert (Das Netzteil sollte diesen Sprung möglichst nicht
> mitmachen, damit man auch nur die Auswirkungen auf den Shunt sieht).

Mir ist noch nicht ganz klar wie der Messaufbau aussehen soll. Kannst Du 
mir das kurz skizzieren? Netzteil ist ein HMP2020, aber Stromstabilität 
im ppm-Bereich, das wird eng. Eine fertige elektronische Last hab ich 
hier leider nicht zur Verfügung,  könnte Dir aber den Shunt für 
Messungen ausleihen.

Ja, stimmt bei der Menge Alu, wird die Regelung schon recht träge. 
Vielleicht sollte ich doch Shunt und Referenztemperierung separat 
machen.

[Philipp C. (e61_phil)]

Stefan D. schrieb:
> Mir ist noch nicht ganz klar wie der Messaufbau aussehen soll. Kannst Du
> mir das kurz skizzieren? Netzteil ist ein HMP2020, aber Stromstabilität
> im ppm-Bereich, das wird eng. Eine fertige elektronische Last hab ich
> hier leider nicht zur Verfügung,  könnte Dir aber den Shunt für
> Messungen ausleihen.

Ich würde die Spannung am Shunt versuchen möglichst gut zu messen und 
die Stromquelle/Senke in Reihe mit dem Shunt und ggf. noch einem 
Multimeter zur Überwachung des Stroms zu schalten. Dann würde ich 
versuchen den Shunt möglichst gut kurzzuschließen, so dass der Strom an 
ihm vorbeifließt. Den ganzen Aufbau dann mit dem gewünschten Sollstrom 
eine Weile stabilisieren lassen und schließlich den Kurzschluss öffnen 
und schauen was die Spannung am Shunt macht.

Wenn alles gut geht sind die Shunts aus dem DMM und der Quelle/Senke ja 
schon stabil und für die ändert sich auch der Strom nicht. Nur der 
Regler muss die 100mOhm nachziehen, sein Shunt ändert aber den Strom 
nicht. Von daher würde ich denken, dass es so funktionieren kann.

Das was man dann an Spannungsänderung über die Zeit sieht würde ich dem 
TK des Widerstands zuschreiben.

Aber vielleicht hat hier jemand ja noch bessere Vorschläge?

In welcher Größenordnung soll der Strom denn am Ende sein?

Viele Grüße
Philipp

[Stefan D. (mackie05)]

So, das wird dann wohl der erste Versuch werden. Maße des Kühlkörpers 
sind jetzt 55x50mm und 10mm bzw 22mm hoch. Masse bei EN-AW2011 63 Gramm. 
Mal sehen wie träge das Ganze wird.

Gruß Stefan

[Marian (phiarc)]

Stefan D. schrieb:
> Mal sehen wie träge das Ganze wird.

(0.9*kJ*kg**-1*K**-1)*63 g*0.5 K/W (oder so) = 22 s Zeitkonstante


... natürlich nimmt man da gerade ein paar Dinge an. Etwa 
Wärmewiderstand vom Block selbst ~0. Also nur ein grober Richtwert. Eine 
Größenordnung.

[Timm T. (Gast)]

Nur mal so am Rande: Du willst den Ofen dauerhaft betreiben? Also 24/7 
am Netz?

Denn meine Recherchen zu Quarzöfen - und ich denke bei 
Spannungsreferenzen wird das nicht viel anders sein - haben ergeben, daß 
mal eben Einschalten und eine halbe Stunde später messen gar nicht geht.

Dazu schwanken die Referenzen noch Stunden und angeblich sogar Tage nach 
dem Hochheizen aufgrund von thermomechanischen (Verformung, 
unterschiedliche Temperaturpotentiale) und thermoelektrischen Effekten 
viel stärker als wenn man eine normale Referenz einigermaßen vernünftig 
(keine Zugluft, keine direkte Sonneneinstrahlung) bei Raumtemperatur 
betreibt. Erst bei wirklich dauerhaftem Betrieb wird es dann genauer.

Ergo: Wenn Du das Ding nicht ständig laufen lassen willst, schau Dich 
lieber nach einer vernünftigen temperature compensated Lösung um, und 
vergiß den Ofen.

[Timm T. (Gast)]

Anja schrieb:
> Die beiden NTCs werden mit 12 Bit ratiometrisch erfaßt (ergibt ca 0.025
> Grad Auflösung).

Du machst Temperaturregelung im sub-Kelvin-Bereich mit NTCs? Ähm 
Alterung?

Ich weiß ja, daß Du ziemlich viel mit hochgenauen Referenzen machst und 
da einige Erfahrung zu haben scheinst, deswegen fällt mir das gerade 
schwer zu glauben...

[Stefan D. (mackie05)]

Hallo Marian,

danke für die Abschätzung. Für ADC und Referenz denke ich ist das in 
Ordnung. Zur Temperierung des Shunts ist das allerdings bei Sprunghaften 
Lastwechseln zu langsam. Dann vielleicht doch beides trennen.
Mit einem Kühlblech 17x24x4mm (4.6 Gramm), einem Heiz und einem 
Sensetransistor sollte das schon besser aussehen.

Hallo Timm,

meine Zielgenauigkeit sollte sich im Bereich von 1mA bei 5A Gesamtstrom 
bewegen. Ich habe schon gelernt, dass das sehr ambitioniert ist.
Eine andere Möglichkeit ist sicherlich die Temperatur des Shunts zu 
messen und per Software herauszurechnen - wenn da keine merkliche 
Hysterese vorliegt.

Den Ofen werde ich auf jeden Fall einmal bauen - allein schon um weitere 
Erfahrungen zu sammeln. Und vermutlich werde ich hier auf weitere 
Herausforderungen treffen - aber gerade das macht ja auch Spaß.

[Jens (Gast)]

Stefan D. schrieb:
> meine Zielgenauigkeit sollte sich im Bereich von 1mA bei 5A Gesamtstrom
> bewegen.

Und wozu dann die Heizerei? Das sind doch 200ppm und der Widerstand hat 
5ppm/K. Der müsste also 40K wärmer werden durch die 2,5W. Das kann man 
doch einfach mit einem Kühlkörper verhindern.

[Timm T. (Gast)]

Stefan D. schrieb:
> meine Zielgenauigkeit sollte sich im Bereich von 1mA bei 5A Gesamtstrom
> bewegen.

Wenn ich sehe, daß es bei Isabellenhütte Shunts mit 5ppm/K gibt, müßte 
Dein Shunt sich schon um 40K erwärmen, um das eine mA Fehler zu 
erzeugen.

Dagegen arbeitet die - nicht angegebene - stärkere Alterung, wenn Du den 
Widerstand dauerhaft bei höherer Temperatur hältst. Und die Du nicht 
kompensieren kannst.

Und was willst Du an einer Referenz wie dem MAX6350 mit 1ppm/K noch 
thermisch stabilisieren? Bau halt kein Abgleichpoti ein, sondern nimm 
ihn wie er ist, denn das Poti dürfte mehr Temperaturdrift reinbringen 
als der ganze Chip je bieten kann.

Da würd ich mir schon mehr Gedanken um die Verstärker, Offsetspannungen, 
Offsetdriften, Biasströme machen. Hier kann man wirklich was rausholen.

Halt den Shunt auf unter 10K Temperaturhub bei Nennlast durch einen 
ausreichend großen Kühlkörper, halt die Referenz bei Raumtemperatur und 
Du bekommst Deine 1mA Genauigkeit. Oder willst Du das Ding outdoor in 
Sibirien oder im Weltraum einsetzen?

[Stefan D. (mackie05)]

Jens schrieb:

> Und wozu dann die Heizerei? Das sind doch 200ppm und der Widerstand hat
> 5ppm/K. Der müsste also 40K wärmer werden durch die 2,5W. Das kann man
> doch einfach mit einem Kühlkörper verhindern.

Hinzu kommen ja noch die Fehler der Ref, des ADC und Thermospannungen. 
Ich hatte es mal für ein Delta T von 20 K durchgerechnet und komme da - 
ohne Thermospannungen - auf die geforderte Genauigkeit. Da ich den 
Einfluss des Fehlers durch Thermospannungen nicht abschätzen kann, will 
ich die Tests mit und ohne Temperierung machen. Die gesamte Last soll 
ca. 25-30 Watt verbraten. Ggfls. muss ich doch zwei getrennte Kühlkörper 
für FET und Shunt verwenden.

Philipp, was hältst Du von folgendem Ansatz zur TK Bestimmung des 
Shunts:
LM35 im TO220 Gehäuse direkt auf den Shunt geschraubt und thermisch 
isoliert. Einen geringen Strom über meinen el. Last Aufbau 
einbringen(Regelung funktioniert schon :-)) der den Shunt nur 
geringfügig erwärmt ca. 400 mA. Diesen Zustand thermisch stabilisieren 
lassen. Dann Sprung auf ca. 4 A und den Stromverlauf mit steigender 
Temperatur loggen. Dann sollte man über das Delta den TK rausbekommen. 
Nicht hoch präzise, aber mit steigenden Delta T immer besser.

Gruß Stefan

[Marian (phiarc)]

Stefan D. schrieb:
> Ggfls. muss ich doch zwei getrennte Kühlkörper
> für FET und Shunt verwenden.

Ähm, ja, auf jeden Fall. Allein schon, weil deine Anforderungen im 
thermischen Design unterschiedlich sind / sein müssten;

- Pass-Transistor: Möglichst hohe Leistungsdichte => hohe Tj => hohe 
Temperatur am Kühlkörper
- Shunt: Möglichst niedrige T"j"

Beispiel: Dein Transistor hat 0.8 K/W Rthjc, du verbrätst nochmal 0.5 
K/W oder so mit der Isolierschicht Gehäuse-Kühlkörper. Dein Kühlkörper 
hat, für 40 W, sagen wir 1 K/W. Der Kühlkörper wird also 40 K wärmer. 
(Und Tj ist nochmal 52 K drüber, wenn man von Tambj = 50 °C ausgeht wär 
das mit Tj = 142 °C im Grunde das Limit für einen 150..175 °C Tj(max) 
Transistor).

Wir vernachlässigen mal die Leistung im Shunt; packst du den Shunt auf 
diesen Kühlkörper hast du also mindestens 40 K extra Temperaturerhöhung 
vom Shunt, und das lastabhängig.

Sagen wir mal dein Strom ist maximal 5 A. Der Shunt setzt dann ~2.5 W 
um. Jetzt spendierst du dem Shunt ein hübsches Kühlblech oder einen 
Kühlkörper mit z.B. 6 K/W insgesamt. Dann hättest du unter Volllast nur 
15 K Temperaturerhöhung am Shunt.

[chris (Gast)]

Temperatur des Shunts auf fester Temp sowie lastabhangige 
kurzzeitigeBelastung ist niemals eine gute Idee.
Shunt mit Spannungsteiler welcher den tk des Shunts kompensiert ist eine 
bessere Lösung.

[Stefan D. (mackie05)]

Marian, das leuchtet mir schon ein. Habe einen 250 mm langen Kühlkörper 
und wollte Shunt und FET räumlich soweit wie möglich trennen. Aber 
vielleicht zersäg ich das Teil einfach :-)

Leider kenne ich den K/W-Wert des Kühlkörpers noch nicht. Muss ich mir 
mal was überlegen wie ich den sinnvoll bestimmen kann.


Chris, hast Du sowas schon gemacht? Stelle ich mir sehr aufwendig vor 
zwei Widerstände zu finden, die in Kombination den TempCo eines 5ppm/K 
Shunts ausgleichen. Dazu müssten die ja der Temperatur des Shunts 
ausgesetzt sein damit das wirkungsvoll funktioniert. Wieviele 
Präzisionswiderstände ich dafür kaufen und selektieren muss daran mag 
ich garnicht denken...

[chris (Gast)]

Ist nicht so schwer wenn man normale 10 oder 5% Widerstände nimmt und 
einen niederen Tk Wert beim shunt hat. Das Teilungverhaltniss sollte 
einem aber relativ egal sein. Ich habe selectiert für andere Zwecke.
Vielleicht habe ich noch passend Widerstände. Welchen Tk benötigst du?

[Lurchi (Gast)]

Beim Shunt würde ich eher keinen Teiler nutzen, sondern den Verstärker 
anpassen - also den Teiler dort variabel machen.

So ganz kompliziert ist das auch nicht, wenn man den Spannungsteiler in 
H Form aufbaut: Über den Wert des Querwiderstandes kann man den TK dann 
in Grenzen einstellen. Für den Temperaturabhängigen Teil kann man einen 
PT1000 nutzen, so dass man relativ gut vorher weiss welchen TK man 
erwarten kann. Stabile Widerständen mit definiertem TK sind sonst nicht 
so leicht zu bekommen. Das wären dann also 2 Präzisionswiderstände, 1 
PT1000, ein weniger kritischer Widerstand  und ein Widerstand mit 
passendem Wert, der aber wohl nicht so stabil sein muss, ggf. geht da 
auch ein Trimmer.

Schon wegen der Leistung würde ich da eher auf eine aktive Heizung 
verzichten. Um die Temperatur nicht zu hocher werden zu lassen kann mam 
den Shunt ja nicht thermisch isolieren, müsste also wohl im normalfall 
mehr als die (maximalen) Leistung am Schunt heizen. Wenn es unbedingt 
sein muss könnte man da schon eher über einen TEC nachdenken - das ist 
aber dann doch sehr viel Aufwand.

[Stefan D. (mackie05)]

Den genauen Wert muss ich noch bestimmen. Laut Datenblatt halt irgendwo 
zwischen +- 5 ppm. Wie Du das machst ist mir allerdings nicht ganz klar. 
Habe fast 2 x 50 Stück Metallschicht Widerstände in verschiedenen 
Kombinationen ausgetestet um einen Spannungsteiler für einen Lt1012 zu 
erhalten bei dem sich beide Tempcos einigermaßen ausgleichen.

[chris (Gast)]

Ich hatte mal 2x1000 Widerstände vermessen , ca 30-50% sind noch da inkl 
deren Messdaten.

[Anja (Gast)]

Timm T. schrieb:
> Du machst Temperaturregelung im sub-Kelvin-Bereich mit NTCs? Ähm
> Alterung?

Wird seit Jahrzehnten bei Öfen für Weston Zellen (Guildline) gemacht.
Da kommt es bei 40ppm/K des Normals auch auf jedes zehntel Grad an.
Ich mishandle die NTCs ja nicht, die werden maximal 50 Grad warm.

Gruß Anja

[Philipp C. (e61_phil)]

Stefan D. schrieb:
> Philipp, was hältst Du von folgendem Ansatz zur TK Bestimmung des
> Shunts:
> LM35 im TO220 Gehäuse direkt auf den Shunt geschraubt und thermisch
> isoliert. Einen geringen Strom über meinen el. Last Aufbau
> einbringen(Regelung funktioniert schon :-)) der den Shunt nur
> geringfügig erwärmt ca. 400 mA. Diesen Zustand thermisch stabilisieren
> lassen. Dann Sprung auf ca. 4 A und den Stromverlauf mit steigender
> Temperatur loggen. Dann sollte man über das Delta den TK rausbekommen.
> Nicht hoch präzise, aber mit steigenden Delta T immer besser.

Sorry, aber die Weihnachtszeit hat mich darin gehindert diesem Thread 
weiter zu folgen :)

Zu deinem Versuch: Wie willst Du denn den Stromverlauf loggen? Dafür 
brauchst Du ja ein Messgerät dem Du auch vertrauen kannst. Ich habe als 
Beispiel gerade mal eine Messung mit meinem HP 3478A gemacht (die 
Amplitude ist in A und nicht wie angegeben in V). Man sieht deutlich wie 
sich der Shunt im Multimeter erwärmt und innerhalb von nicht ganz 4 
Minuten steigt der gemessene Strom um ca. 350µA an. Das ist somit schon 
mehr als Du an Toleranz anstrebst. Und bei größeren Strömen würde ich 
noch größere Fehler erwarten.

Der Messaufbau sah folgendermaßen aus: Hioki 7005 DC Standard auf 1A 
gestellt, in Reihe dazu das HP 3478A und ein Philips PM 2534. Dann habe 
ich zum 3478A ein Netzteil (Agilent 6632B) parallel geschaltet um die 
Spannung am Multimeter auf näherungsweise 0V zu bringen und so keinen 
Strom mehr durch das 3478A zu schicken (< 200µA) (Den Shunt mit normalen 
Laborleitungen satt kurzuschließen ist nicht wirklich möglich. Das 6632B 
im CC Modus ging übrigens besser, als der erste Ansatz mit den Sense 
Leitungen den Eingang des 3478A auf 0V regeln zu lassen).
Den Aufbau habe ich über eine Stunde so stehen lassen, damit waren der 
Shunt im DC Standard, sowie der Shunt im PM 2534 warm und alles war 
stabil. Anschließend habe ich die Leitung zum Netzteil getrennt und 1A 
floß nun nicht mehr durchs Netzteil sondern durch das 3478A. Das PM 2534 
diente nur zur Kontrolle, ob der Strom weiterhin stabil blieb.

Fazit: Das 3478A würde sich schon mal nicht eignen um den, sich 
ändernden Strom, mitzuloggen. Wohl aber um bei konstanten Verhältnissen 
eine Drift zu sehen.

Wenn ich Deinen Aufbau richtig verstanden habe, dann würde der Regler 
den vermeintlich richtigen Strom ja auch immer nachziehen, wenn der 
Shunt sich erwärmt. Wie schon gesagt, würde ich die Spannung am Shunt 
einfach nur messen und den Strom möglichst ein- und ausschalten. Am Ende 
interessiert dich ja auch nur, ob du beim Sprung von 0 auf deinen 
maximalen Strom in deinem Toleranzbereich bleibst.

Viele Grüße
Philipp

[Marian (phiarc)]

Fairerweise: Das Handbuch vom 3478A weist darauf hin, dass bei hohen 
Strömen der Shunt driften wird.

[Philipp C. (e61_phil)]

Hmm, ja an so einen Hinweis entsinne ich mich nun auch im 
Kalibrierkapitel des Service Handbuchs. Wenn mal viel Muße da ist könnte 
man die beiden Multimeter ja noch mal gegeneinander tauschen und schauen 
ob das PM 2534 besser abschneidet.

[Marian (phiarc)]

Operating Teil, Seite 11:

> Current inputs of greater than 1 amp may cause the current shunt to
> change value slightly due to self heating (somewhat like a thermistor).
> This may cause inaccuracies in the measurement.

Die Spezifikation für die 3 A Range ist eh nicht so...

> 3 A, <1 A Input 0.14 % (of reading) +- 6 counts
> 3 A, >1 A Input 1 % +- 30 counts

In meinem (älteren) Gerät sieht der Shunt im Grunde nach einem normalen 
~2 W Drahtwiderstand aus.

[Philipp C. (e61_phil)]

Marian  . schrieb:
> In meinem (älteren) Gerät sieht der Shunt im Grunde nach einem normalen
> ~2 W Drahtwiderstand aus.

Ich erinnere mich nicht mehr wie der Shunt aussah, aber ich habe wohl 
auch die ältere Version des 3478A. Übertrager zur Digitalseite und keine 
Optokoppler und am Schalter für die Wahl der Front- oder 
Rückseitigenbuchsen steht nur "TERM".

Laut Specs sind die Philips die ich hier habe (PM2534 und PM2525) beide 
besser als das 3478A. Vielleicht lohnt so eine Messung tatsächlich noch 
mal. Leider können meine anderen Multimeter keinen Strom messen.

Aber 350µA auf 1A sind ja auch nur 0,035%. Das toppt auch das PM 2534 
(6,5 digit) nur unter 1A und in der 24h Spec. (Jaja, ich weiß, dass man 
so direkt nicht vergleichen ;) ).


Ich wollte aber eigentlich auch nur darauf hinweisen, dass man auch bei 
einem 5,5 oder sogar 6,5 Digit Multimeter nicht alles glauben darf, was 
es so anzeigt.

[Stefan D. (mackie05)]

Hallo Philipp,

toll, dass Du Dich trotz der Feiertage so engagierst.

Habe gestern mal versucht diesen Test zu machen und habe hier auch noch 
mit mehreren Effekten zu kämpfen:
A.) Shunt des Labornetzgerätes (HMP2020/Ch1)
B.) Shunt des Multimeters(HMC8012)
C.) Dreckeffekte meines Last-Steckbrett-Aufbaus(Knick ca. bei Messpunkt 
1050)
D.) Drift des Shunts

Kurzum: Bei der Einstellung von 100mA messe ich Schwankungen von 
ca.200µA die ich auf Temperatureffekte meines Aufbaus zurückführe - muss 
noch im Detail schauen woher das kommt. Nach dem Sprung von 100mA auf 5A 
sieht es allerdings düster aus. Innerhalb von 5 Minuten sinkt mein Strom 
von 5A um 50mA ab - das wären 10000 ppm!!
Anbei mal ein Bild.

Der Kurvenverlauf sagt mir schon, dass es nicht nur eine Komponente ist, 
die hier Probleme macht.

Also erstmal werde ich vom Steckbrett mal auf einen Lochrasteraufbau.
Dann muss ich rausfinden - wie Du schon gesagt hast - inwieweit ich 
meinen Messgeräten trauen kann. Dazu fehlt mir leider gerade eine genaue 
und stabile Stromquelle fürs Multimeter und eine exakte - minimal 
driftende Last fürs LNG.

Zum Thema Shunt ansich noch einen Ansatz.
Im Grunde den gleichen mit dem LM35 nur die Erwärmung jetzt nicht durch 
den Strom sondern bspw. Föhn. Dann kann man bei 100mA Strom direkt den 
Effekt durch die Erwärmung beobachten. Bei einem Delta T von 40 Grad 
sollte das ja dann maximal 200 ppm also 20µA sein. Bei einem stabilen 
Aufbau(mit verminderten thermischen Effekten) sollte das noch 
darstellbar sein. Nicht unbendingt genau aber zumindest sollte es eine 
Tendenz geben.

Bis später
Stefan

[Stefan D. (mackie05)]

Hier nochmal ein Bild von der Aufwärmphase vom Netzteil und Multimeter 
bei 100mA. Mit einem Delta von 600µA wirklich im Rahmen. Die kleinen 
Peaks stammen vermutlich von Einstreuungen, da es ja noch ein 
Steckbrettaufbau ist.

Gruß
Stefan

[Philipp C. (e61_phil)]

Stefan D. schrieb:
> A.) Shunt des Labornetzgerätes (HMP2020/Ch1)
> B.) Shunt des Multimeters(HMC8012)

Hast Du mal probiert wie stabil die beiden einfach so sind? Also Deine 
5A einstellen, mit dem Multimeter messen und dann mal schauen inwieweit 
sich das Ganze stabilisiert.

Sollte das reichen, dann brauchst Du für den nächsten Schritt ja nicht 
viel mehr als den Widerstand, den Du auf dem Kühlkörper/Heizung 
montierst. Und den bekommt man ja wahrscheinlich relativ einfach gut 
angebunden.

Viele Grüße
Philipp

[Philipp C. (e61_phil)]

Stefan D. schrieb:
> Mit einem Delta von 600µA wirklich im Rahmen.

Die Beiträge haben sich wohl überschnitten.

0,6mA auf 100mA sind ja aber schon 0,6%. Das erscheint mir recht viel 
Aufwärmdrift bei 100mA. Da hat das 3478A ja nicht mal die Hälfte gezeigt 
bei 10 fachem Strom (und entsprechend 100facher Leistung, wenn man den 
gleichen Shuntwiderstand vorraussetzt)

[Stefan D. (mackie05)]

Der Messbereich ist 400mA. Wenn ich die Peaks mal nicht beachte komme 
ich vielleicht auf 450µV + 100µV wenn ich mal die Kurve weiterlaufen 
lasse.
Und wie gesagt, es ist ja auch die Aufwärmphase von Multimeter und 
Labornetzgerät.

[Philipp C. (e61_phil)]

Naja, beindruckend ist es trotzdem nicht gerade :)

Aber was passiert denn, wenn du wirklich einfach nur das Netzgerät an 
das Multimeter hängst und auf 5A stellst? Ist der so gemessene Strom 
irgendwann so stabil, wie Du ihn gerne hättest?

Und dabei kann man ja auch gleich mal testen ob es am Netzteil oder am 
Multimeter liegt. Dem Netzteil kann man es ja noch verzeihen.

[Автомат К. (dermeckrige)]

Nur als Info am Rande:

Die Genauigkeit der höheren Strommessbereiche (>=1A) bei den besseren 
6.5 Stellen-Multimeter ist bei allen nicht berauschend, weder bei den 
neueren Keysights noch bei Fluke (8846A).

Dafür hat Isabellenhütte auch Shunts mit einem TK von 1ppm im Angebot, 
dieser hier könnte sich für die Anwendung eignen:

http://www.distrelec.de/de/leistungswiderstand-100-mohm-250-isabellenhuette-rug-r100-tk1/p/16057585?q=160-57-585&page=1&origPos=1&origPageSize=50&simi=99.5

[Stefan D. (mackie05)]

So, jetzt hab ich nochmal LNG direkt mit dem Multimeter verbunden. Strom 
auf 3,9A eingestellt(4A Messbereich). Das sieht deutlich besser aus.
Nach der Stabilisierungsphase(ca. 2 Minuten) pendelt es sich auf ein 
Stromrauschen von ca. 100µA beim 4A Messbereich ein.


@Автомат Калашникова
Super, da nehm ich doch gleich eine 10er Packung, vielleicht wird es 
dann etwas günstiger ;-)

[Philipp C. (e61_phil)]

Stefan D. schrieb:
> Nach der Stabilisierungsphase(ca. 2 Minuten) pendelt es sich auf ein
> Stromrauschen von ca. 100µA beim 4A Messbereich ein.

Das klingt doch so, als könntest du damit diese Sprungmessung machen und 
so dein Design optimieren.

[Stefan D. (mackie05)]

Philipp, da werde ich mich dann im Neuen Jahr mal dran machen. Warum ist 
das Shuntthema eigentlich für Dich von Interesse?  Machst Du gerade dazu 
ein Projekt oder aus reiner Neugier?

[Philipp C. (e61_phil)]

Mich interessiert Präzisionskram einfach, zur Strommessung habe ich aber 
kein Projekt laufen. Bei mir geht es momentan eher um Spannungen.

[branadic (Gast)]

Stefan D. schrieb:
> Hat jemand einen guten Ansatz für mich? Auf etwas Getaktetes würde ich
> gern verzichten.

Es kommt zwarr etwas später, aber der Quarzheizer QH40A hat sich 
inzwischen auch unter den Volt Nuts herumgesprochen:

http://shop.kuhne-electronic.de/kuhne/en/shop/professionell/prof-zubehoer/Precision+crystal+heater+40%C2%B0+QH40A/?card=724

Hab den seinerzeit für meine LM399 verwendet, um Widerstände mit 
"schlechterem" TK hinsichtlich Temperatur zu stabilisieren.

[Stefan D. (mackie05)]

Hi Branadic, das Teil kannte ich noch nicht. Ist ein bisschen klein, 
aber für Msop und Tssop sollte es gut reichen.

Weißt Du, ob die Teile getaktet oder linear sind?

Vielen Dank dafür.

[Sven D. (Gast)]

Ist nicht getaktet, dieses Teil ist ein Quarzheizer zum Einbau in 
Oszillatoren. Da will niemand digitalen Schmutz reinbringen.