Hallo Leute,
der Sommer ist im Anmarsch - Zeit, sich um die Wintertechnik zu kümmern
;)
Wir haben auf unserem Hof ein paar Silos, an denen es viele Klappen
gibt, die sie elektrisch öffnen lassen. Damit diese Klappen im Winter
nicht festfrieren, liegt im Schließprofil der Klappe ein Heizelement.
Leider ist dieses Ding relativ dumm und hat nur einen einfachen
Ein/Ausschalter. Bei Minusgraden tut es einen guten Job, aber wenn
jemand im Sommer versehentlich die Heizung anmacht (und anlässt), geht
das Heizelement sogar kaputt.
Hinzu kommt, dass das Ding auch im Winter eigentlich nicht permanent
laufen muss. Je nachdem, wie kalt es wirklich ist.
Jetzt würde ich das gern etwas intelligenter gestalten, möglichst ohne
zusätzliche Leitungen am Silo hochzulegen.
Ich habe festgestellt, dass der Heizdraht, abhängig von seiner
Temperatur, einen unterschiedlichen Widerstand hat. Das ist ja schonmal
eine gute Voraussetzung.
Ziel ist nun, den Heizvorgang immer wieder mal zu unterbrechen und den
Widerstand des Drahtes zu messen um sie die Temperatur zu ermitteln.
Abhängig von der Temperatur wird dann ggf. wieder eine Zeit lang
geheizt, oder auch nicht... mit einer gewissen Hysterese.
Im Anhang ein erster Schaltplan, der auf dem Steckbrett auch soweit
funktioniert.
Was ich mich allerdings frage:
Wenn Q1 nicht durchgeschaltet ist, ist die Flussrichtung ja
VCC => 390R => D2 => Heizdraht => GND.
Wird Q1 nun geschaltet, gehen die 48V auf den Heizdraht.
Aber was macht in diesem Moment die Diode D2? Kann die Schaden nehmen,
wenn auf der anderen Seite plötzlich +48V sind?
Ich habe vorsichtshalber erstmal eine LL4148 eingesetzt, da sie sehr
schnell ist.
Liebe Grüße vom Biohof, Sebi
Kurzes Update:
Ich habe noch eine TVS Diode zwischen dem ADC bzw. dem Mikrocontroller
und der Diode D2 untergebracht... zum Schutz, falls sich die Katze mal
am Stecker schubbert...
Aber die Frage, ob die Diode D2 auch langfristig ihre Arbeit richtig tun
kann, wenn auf der Heizdraht-Seite plötzlich +48 anliegen, stellt sich
mir weiterhin.
Wenn dazu jemand eine Idee hat, würde ich mich sehr über einen KOmmentar
freuen. ;)
Warum siehst du ein Problem mit der 1N4148?
Die hat laut Datenblatt eine Sperrspannung von 75V und bei dir liegen
48V-VCC in Sperrrichtung an. Die Leckströme dürften im normalen
Temperaturbereich ausreichend klein sein, solange du bei einer
Siliziumdiode bleibst.
Ich sehe eher ein Problem in deiner vorgesehenen Messmethode. Erstens
ist der unbekannte 'Heizdraht' vermutlich aus Konstantan oder ähnlichem
- absichtlich mit niedrigem Temperaturkoeffizienten. Oder hast du hier
einen Draht mit hohem Koeffizienten und schon mal ein paar Messungen mit
dem Multimeter gemacht?
Und dann liegt besagte Diode auch noch im Kreis mit einer deutlichen
Temperaturabhängigkeit von ca. -2mV/K.
SebiHQ schrieb:> geht das Heizelement sogar kaputt.
Was ist das für ein Unfug. Für sowas nimmt man selbstbegrenzende
Heizbänder. Die werden überall in er Industrie eingesetzt, z.B. als
Rohrbegleitheizungen oder sogar als Dachrinnenheizungsbänder.
Die Steuerung kann man ziemlich dumm über einen (einstellbaren)
Aussentemperaturschalter machen.
Statt dem Mosfet+Ansteuerschaltung würde ich lieber ein SmartSwich
nehmen, AUIPS7125 z.B. Ein Kurzschluss ist bei sowas schnell mal
passiert, besser es geht dann nichts weiter kaputt.
Die Diode im Lastzweig brauchst du nicht.
Widerstandsmessung würde ich mit einer Stromquelle machen.
>Aber was macht in diesem Moment die Diode D2? Kann die Schaden nehmen,>wenn auf der anderen Seite plötzlich +48V sind?
Warum soll die Schaden nehmen? Die hält doch deutlich mehr als die 48V
aus.
Ansonsten ist die D2 aber dort fehl am Platze, oder besser - der Abgriff
der Meßspannung, denn die D2 macht mit ihrem Eigenleben die
Widerstandsmessung kaputt (exemplarabhängige Uf, die zusätzlich abhängig
von Temperatur ist).
Die Spannung muß also direkt am Heizdraht abgegriffen werden. Damit der
µC keine 48V beim Heizen abbekommt, musste die Meßspannung über einen
mehr oder weniger hochohmigen R an den ADC führen (am ADC-Eingang evtl.
mit einem C buffern - siehe Datenblatt), und mit Z-Diode ausreichender
Spannung gegen Masse "clampen". Mal so als Idee ...
Ach ja - hat der Heizdraht auch wirklich eine deutliche
Temperaturabhängigkeit seines R? Vielleicht isses ohnehin besser, einen
extra Temperatursensor zu nehmen.
Huhu,
Udo S. schrieb:> Was ist das für ein Unfug. Für sowas nimmt man selbstbegrenzende> Heizbänder.
Ja - sehe ich ein. Aber sag das dem Hersteller der Klappen.
Ich kann leider nur versuchen, die Welt ein bisschen zu verbessern,
indem ich den Heizvorgang etwas dynamischer gestalte.
> Die Steuerung kann man ziemlich dumm über einen (einstellbaren)> Aussentemperaturschalter machen.
Davon bräuchte ich aber viele und sie müssten alle oben auf die Türme.
Zu aufwendig, zu teuer.
> Statt dem Mosfet+Ansteuerschaltung würde ich lieber ein SmartSwich> nehmen, AUIPS7125
Vielen Dank für den Bauteil-Tip. Der klingt interessant. Lese ich mir
durch.
> Die Diode im Lastzweig brauchst du nicht.
...eine Angstdiode. Ich war mir nicht sicher, ob die +5V am Drain des
FET vielleicht ein Problem sein könnten, wenn der FET NICHT
durchgeschaltet ist. Aber gut zu wissen, dass sie rauskann. Ebenfalls
Danke!
@HildeK:
Auch Dir vielen Dank.
Bzgl. der Diode: Für sich betrachtet, erschien sie mir schon passend.
Meine Unsicherheit kam wohl eher daher, dass ich nicht genau weiß, wie
die Dioden funktionieren.
Wenn im Lastzweig keine +48 anliegen, dann ist die Diode ja aus
Logikrichtigung gesehen erstmal "leitend". Meine Vorstellung war immer,
dass im Moment des Sperrens aber eine Art Umschaltvorgang in der Diode
stattfindet.
So klingt es für mich zumindest, wenn ich lese, dass eine 1N4148 eine
"ultraschnelle Schaltdiode" sein soll.
Naja, und der Schluss, den mein Hirn daraus gezogen hat, war eben, dass
die Diode schon eine Zeit x braucht, um zu sperren...
Und dadurch sah ich eben eine Gefahr für die Bauteile auf der
Logikseite.
Scheint aber ein Trugschluss zu sein ;)
> Oder hast du hier einen Draht mit hohem Koeffizienten und schon mal ein> paar Messungen mit dem Multimeter gemacht?
Ja - erstmal nur auf der Werkbank und mit einer Lötlampe.
Da lag der Widerstand zwischen 1 und 2.5 Ohm... So kam ich überhaupt
erst auf die Idee.
> Und dann liegt besagte Diode auch noch im Kreis mit einer deutlichen> Temperaturabhängigkeit von ca. -2mV/K.
Das würde ich erstmal ignorieren. Das ganze befindet sich in einem
Schaltschrank im Gebäude und die Temperatur dort ist im Winter
eiiiinigermaßen konstant.
Naja, ich schau mir mal den SmartSwitch an. Und mache ich nochmal daran,
den Draht in der Kühltruhe etwas genauer zu messen.
Lieben Dank euch
>Wenn im Lastzweig keine +48 anliegen, dann ist die Diode ja aus>Logikrichtigung gesehen erstmal "leitend". Meine Vorstellung war immer,>dass im Moment des Sperrens aber eine Art Umschaltvorgang in der Diode>stattfindet.>So klingt es für mich zumindest, wenn ich lese, dass eine 1N4148 eine>"ultraschnelle Schaltdiode" sein soll.
Ja, die braucht nur eine handvoll ns, um umzusachalten - ist also
ultraschneller als der Mosfet ;-)
>Naja, und der Schluss, den mein Hirn daraus gezogen hat, war eben, dass>die Diode schon eine Zeit x braucht, um zu sperren...>Und dadurch sah ich eben eine Gefahr für die Bauteile auf der>Logikseite.
Für diesen Zweck macht man gerne irgendwelche Entstörnetzwerke, oder
Serienwiderstände mit Clampingdfioden (wie ich schon nannte) in die
Signalleitungen, wenn man evtl.e Störströme begrenzen will. Sollte hier
aber speziell wegen des "Umschaltvorgangs" der Diode nicht nötig sein.
SebiHQ schrieb:> Was ich mich allerdings frage:
ist warum nicht einen NTC PTC PTxxx zum ADC und die Temperatur direkt
entscheiden lassen?
Grundsätzlich kann man doch NTC PTC PTxxx grob mit 0°C Eiswasser und
100°C Kochwasser kalibrieren, oder am µC hängt direkt ein DS18B20, viel
einfacher!
Schaltungen und Code gibt es zu Hauf im Netz.
Sowas ähnliches wurde in den 1970ern mal in einem USA-Gerät ralisiert.
Der Trick war, daß eine Trafo-Sekundärspannung über 2 Dioden in die
Halbwellen aufgeteilt wurde und die eine (phasenangeschnittene)
Halbwelle zum Heizen und die andere zum Temperaturmessen über denselben
Draht verwendet wurde.
Das funktionierte so zuverlässig, daß ich die Schaltung vergessen habe,
weil die nie repariert werden mußte.
Gruß - Werner
SebiHQ schrieb:> Wenn im Lastzweig keine +48 anliegen, dann ist die Diode ja aus> Logikrichtigung gesehen erstmal "leitend". Meine Vorstellung war immer,> dass im Moment des Sperrens aber eine Art Umschaltvorgang in der Diode> stattfindet.> So klingt es für mich zumindest, wenn ich lese, dass eine 1N4148 eine> "ultraschnelle Schaltdiode" sein soll.
Ja, die Überlegung ist prinzipiell richtig. Kein eigentlicher
Schaltvorgang, sie wirkt wie ein Ventil und das braucht nun mal eine
endliche Zeit von geöffnet zu geschlossen.
> Naja, und der Schluss, den mein Hirn daraus gezogen hat, war eben, dass> die Diode schon eine Zeit x braucht, um zu sperren...
Auch das ist richtig. Das liegt am Umladen der Sperrschichtkapazität und
so lange fließt ein Strom in die falsche Richtung.
> Und dadurch sah ich eben eine Gefahr für die Bauteile auf der> Logikseite.
Bei sehr schnellen Schaltsignalen wird es da schon einen sehr großen und
sehr kurzen Strompeak geben. Aber:
Erstmal begrenzt der R5 den, dann sind da noch die Schutzdioden im
µC-Eingang und zudem wird der MOSFET nicht so schnell umschalten. Je
langsamer dessen Flanke ist, desto weniger Peakstrom wird fließen. Bei
z.B. 100nS Anstiegszeit werden da nur einige mA Peak fließen und das nur
für wenige ns.
Wenn du viel Angst hast, dann kannst du noch eine zweite 1N4148 zwischen
dem µC-Eingang und dessen VCC legen. Die leitet dann den noch übrigen
Rest ab.
Nebenbei: Smartswitches gibt es auch mit eingebauter Strommessfunktion.
Die kannst du mit dem AD-Wandler abgreifen und so bei konstanter
Spannung an der Heizung auf den sich ändernden Widerstand der
Heizungwendel und damit auf die Temperatur schließen, falls dessen
Widerstandsänderung tatsächlich ausreichend groß ist.
Ich wuerde die Widerstandmessung und die Heizung in einem machen.
Einfach den Strom mit einem Shunt mitmessen. Ah, ja. Keine Heizung aus
Konstantan verwenden, sondern ein Material mit Thermokoeffizient
ungleich null.
HildeK schrieb:> bei konstanter> Spannung an der Heizung auf den sich ändernden Widerstand der> Heizungwendel
Auch nicht notwendig, einfach die Spannung am Heizdraht messen und mit
einem Shunt den Strom. R = U/I. Abschalten unnötig, und ein besseres
Signal für den geänderten Widerstand als bei voller Spannung kann man
auch nicht kriegen.
Besonders genau wird das nicht, muss es aber auch nicht, ein paar Grad
sind unerheblich.
Georg
Udo S. schrieb:> Was ist das für ein Unfug. Für sowas nimmt man selbstbegrenzende> Heizbänder. Die werden überall in er Industrie eingesetzt, z.B. als> Rohrbegleitheizungen oder sogar als Dachrinnenheizungsbänder.
Vermutlich ist der "Heizdraht" so gebaut.
Das allerdings fuehrt dazu dass die "Messung" auch durch Kaffeesatzlesen
erledigt werden koennte. Sowieso ergibt die "Messung" bestenfalls die
Temperatur des Heizdrahtes und nicht die der zu schuetzenden Klappe.
Ein simpler Temperaturschalter >0°C erledigt den Job besser.
wendelsberg
Ich würde einen Zerodrift RRIO OPV spendieren.
- D2 Uf und Temperaturdrift ist ausgeschaltet
- D1 entfällt natürlich
- Schutz der MCU-Schaltung
- Möglichkeit zur RC-Filterung
Der 100k begrenzt den Strom bei 48V auf 0.5mA,
das tut dem OPV nicht weh. Evtl auch ..470k.
Natürlich gäbe es mit dem OPV auch die Möglichkeit
zur Verstärkung, was sicherlich vorteilhaft wäre.
Vos des NCS333A ist nur 1uV, absolut maximal 5uV.
Kostet ca 1€
Wenn der manuelle Schalter der Außentemperatur ausgesetzt ist, dann soll
eine simple Temperaturmessung bei ausreichend hohen Temperaturen das
Einschalten verhindern.
Über die Messung des Drahtwiderstandes wird die obere Temperatur
geregelt, z.B. so dass der Draht nicht mehr wie 50 Grad erreicht.
Du brauchst zuerst mal eine Messung des Widerstandes des Drahtes in
Abhängigkeit seiner Temperatur. Dass der durchbrennt ist schon ziemlich
krass! Ist da vielleicht sonst noch was faul?
Wie wäre es mit folgendem Ansatz;
Außentemperatursensor. Bei T>273K--> Heizung generell aus
Bei T<273K Heizung immer in kurzen Phasen an, deren Länge Du ermittelst,
um wieviel Grad die Klappe pro Sekunde eingeschalteter Heizung wärmer
wird.
georg schrieb:> Auch nicht notwendig, einfach die Spannung am Heizdraht messen und mit> einem Shunt den Strom. R = U/I. Abschalten unnötig, und ein besseres> Signal für den geänderten Widerstand als bei voller Spannung kann man> auch nicht kriegen.HildeK schrieb:> Nebenbei: Smartswitches gibt es auch mit eingebauter Strommessfunktion.> Die kannst du mit dem AD-Wandler abgreifen
So kann man sich auch den Shunt sparen. Einen Spannungsteiler für die
Spannungsmessung, einen Smartswitch wie AUIPS7125 oder IR3314 als
Schalter, Sicherung und Stromsensor. So hab ich meine
Selbstbaulötstation mit PTC Lötkolben gebaut. Wenn der Heizer zu warm
ist, jede Sekunde (Minute, Stunde) den Strom für ein paar Millisekunden
an und den Widerstand messen (U/I). Dann entscheiden, ob Heizen nötig
ist. Funktioniert auch mit schwankender Betriebsspannung ohne
zusätzliche Schaltungsteile.
MfG Klaus
H.Joachim S. schrieb:> Widerstandsmessung würde ich mit einer Stromquelle machen.
Und im speziellen Falle reicht dazu ein Widerstand von +48 V an den
Heizdraht. Der ADC-Eingang wird mit Serienwiderstand vor Überspannung
geschützt. Gemessen wird bei abgeschaltetem Q1.
Sollten die 48 V zu sehr schwanken, kann man sie per Spannungsteiler
messen und verrechnen. Eine temperturabhängige Diode hat in der
Schaltung nichts verloren!
Wenn man es geschickt anstellt, braucht man keinen µC.
Klaus schrieb:> HildeK schrieb:>> Nebenbei: Smartswitches gibt es auch mit eingebauter Strommessfunktion.>> Die kannst du mit dem AD-Wandler abgreifen>> So kann man sich auch den Shunt sparen.
Ja, das war meine Idee, allerdings tue ich mich schwer, einen
Smartswitch zu finden, der die 48V kann und eine Funktion zur
Strommessung beinhaltet. Daran hatte ich nicht gedacht.
Das wäre kein Problem bei einem 12V-System :-)
