Forum: Mechanik, Gehäuse, Werkzeug Temperaturkalibrator bis 850°C


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von Gerhard (Gast)


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Zum schnellen Testen von Thermoelement-Messstrecken brauche ich einen 
Kalibrator, der auf eng begrenztem Raum (für einen zylindrischen Fühler 
mit ca. 3mm Durchmesser) eine halbwegs genaue Temperatur bis 850°C 
erzeugen kann. Mir schweben da so 2-3% vor, falls das möglich ist.

Den Regler würde ich einfach mit einem industriellen PID-Regler mit 
Thermoelement realisieren. Natürlich ist mit klar, dass die Genauigkeit 
des Kalibrators jetzt nicht besser sein kann als das Thermoelement in 
dessen eigener Regelstrecke, aber das eine kann ich ja extern 
kalibrieren lassen.

Mir geht es um den mechanischen Aufbau: Wie realisiere ich das 
Heizelement, in das ich den zu kalibrierenden Sensor einstecke? Einen 
Alu- oder Kupferblock mit Loch, in den ich den zu kalibrierenden Sensor 
einstecke? Wie kann ich den am besten Heizen und zum Gehäuse des Gerätes 
hin isolieren?

Oder kann ich das Innenleben einer Heißluftpistole zweckentfremden und 
eine Art Mini-Umluftofen bauen? Wohl kaum, weil dann das Gebläse zu heiß 
wird? Also eher eine Art Durchluft-Ofen?

Bin auf eure Ideen gespannt!

von Dieter W. (dds5)


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Gerhard schrieb:
> Einen Alu- oder Kupferblock...

Oder.
Alu ist bei 850°C schon ziemlich flüssig.

von Gerhard (Gast)


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Dieter W. schrieb:
> Alu ist bei 850°C schon ziemlich flüssig.

Haha! Guter Punkt :)

von Helge (Gast)


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Stahlhülse Glimmer Wolframdraht und das ganze dick einpacken?

von Wolfgang (Gast)


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Gerhard schrieb:
> Mir schweben da so 2-3% vor, falls das möglich ist.

"2-3%" bezogen auf was?
Du sprichst von Grad Celsius mit seinem ziemlich willkürlich 
festgelegten Nullpunkt. Da sind relative Angaben wenig sinnvoll.

von Gerhard (Gast)


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> Da sind relative Angaben wenig sinnvoll.

Der Messbereich geht von 50°C bis 850°C. Als sinnvoll (bezogen auf die 
Anwendung der zu kalibrierenden Messstrecken) erscheint mir folgende 
Genauigkeit:

- im Bereich 50°C bis 300 °C: +/- 5°C
- im Bereich 300°C bis 500 °C: +/- 10°C
- oberhalb 500°C: +/- 15°C

von Musik og F. (musikog_f)


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“schnelles testen” und 850 degC passen nicht gleichzeitig in meine 
Ohren.

So ein Ofen wie du ihn suchst sieht z.B so aus
https://nabertherm.com/de/produkte/labor/trockenschraenke/umluft-kammeroefen-tischversion-elektrisch-beheizt

von Gerhard (Gast)


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Helge schrieb:
> Stahlhülse Glimmer Wolframdraht und das ganze dick einpacken?

Hmm.

Stahl- oder Kupferquader mit Löchern für die Sensoren?
Dann Glimmerplatten an vier Seiten, um das ganze elektrisch, aber nicht 
thermisch zu isolieren?
Umwickeln mit einem Heizdraht aus Wolfram?
Die ganze Anordnung in Glaswolle einpacken?
Und das alles in ein größeres Gehäuse?

Ich glaube, ich würde die Heizelemente lieber IN diesen Block 
einbringen. Die Frage ist nur, wie? Einen Heizdraht auf irgendetwas 
keramisches zu wickeln, ist ja nicht schwer. Er muss halt nur dauerhaft 
zuverlässig elektrisch isoliert werden, ohne die Wärmeübertragung groß 
zu beeinträchtigen.

Oder ist die Idee mit Heißluft vielleicht doch besser? Klar, das ist 
mehr Energieverschwendung, aber vielleicht viel einfacher umzusetzen? 
Hätte auch den Vorteil, dass das Abkühlen zum Anfahren mehrerer 
Kalibrierpunkte schneller geht.

von Ein Kommentar (Gast)


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Vielleicht findest du unter dem Begriff "Laborschmelzofen" einige 
Anregungen.

von Gerhard (Gast)


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> “schnelles testen” und 850 degC passen nicht gleichzeitig in meine
> Ohren.

Schneller als ausbauen, zum externen Kalibrierlabor einschicken, 
zurückbekommen und wieder einbauen. So machen wir es momentan.

Dass so ein Ofen nicht in Sekunden einen Kalibrierpunkt anfahren kann, 
ist mir klar. Nach Möglichkeit würde ich deshalb dann auch 5 - 10 
Sensoren parallel im gleichen Block kalibrieren wollen.

von Hans B. (baum)


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Möglicherweise ist das brauchbar:
Keramisches Hochtemperatur-Heizelement? -Mit Temperatursensor?

https://rauschert.com/produktbereiche/zuendsysteme-heizelemente/produkte/hochtemperatur-heizer/

von Gerhard (Gast)


Angehängte Dateien:

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Ein Kommentar schrieb:
> "Laborschmelzofen"

Zu groß. Ich dachte eher an so etwas in der Art, nur halt für höhere 
Temperaturen:

von Gerhard (Gast)


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Hans B. schrieb:
> Möglicherweise ist das brauchbar:
> Keramisches Hochtemperatur-Heizelement? -Mit Temperatursensor?

Das sieht gut aus! Scheint elektrisch isoliert zu sein und lässt sich 
vielleicht in den Kupferblock einschieben.

Mal schauen, ob man das auch in Kleinststückzahlen kaufen kann :)

von Gerald B. (gerald_b)


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Es gibt Drahtwiderstände, wo der Widerstandsdraht auf ein Porzellanrohr 
gewickelt ist. In das Porzellanrohr kann man den Messfühler dann 
reinstecken. Außen das Konstrukt mit Schlackewolle verkleiden.
Oder ein Halogenstab parallel als Heizung. Der Halogenstab sollte sich 
auch ohne Thermofühler über seinen eigenen Innenwiderstand auf seine 
Temperatur überwachen lassen.

von Hans B. (baum)


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Gerhard schrieb:
> Mal schauen, ob man das auch in Kleinststückzahlen kaufen kann :)

Alternative:
https://www.bachrc.de/products/ceramic-heating-elements/?language=de

von olaf (Gast)


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> Der Messbereich geht von 50°C bis 850°C.

Lustigerweise hab ich sowas schon beruflich entwickelt. Das ist alles
machbar, aber so wie ich dich verstehe ist deine Stueckzahl eins.
Das schraenkt deine Moeglichkeiten leider erheblich ein.
In der Industrie verwendet man ueblicherweise Grundkoerper aus Keramik
oder Quarzglas wo man eine Heizspirale einlegt.

Ich wuerde dir empfehlen bei Ebay zu schauen ob einer irgendein 
verranztes
altes Laborgeraet verscherbelt das so einen Ofen enthaelt und den 
ausschlachten.
Alles andere halte ich vom Aufwand her fuer nicht sinnvoll.

> Zum schnellen Testen von Thermoelement-Messstrecken brauche ich einen
> Kalibrator, der auf eng begrenztem Raum

Hier gibt es uebrigens ein kleines Problem. Die Heizdraehte schuetzen 
sich in dem sie eine Oxydschicht auf der Oberflaeche bilden. Im laufe 
der Zeit nutzt die sich schonmal etwas ab und wird dann neu gebildet. 
Damit so ein Draht eine gewisse Haltbarkeit hat kann man den nicht 
beliebig duenn machen. Wenn du dann willst das du dein Geraet direkt mit 
230V ohne fetten Trafo betreiben kannst so wird es leider eine gewisse 
Mindestgroesse haben muessen weil deine Heizspirale nicht zu kurz werden 
darf.

Olaf

von Reinhard S. (rezz)


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Gerhard schrieb:
> Dass so ein Ofen nicht in Sekunden einen Kalibrierpunkt anfahren kann,
> ist mir klar. Nach Möglichkeit würde ich deshalb dann auch 5 - 10
> Sensoren parallel im gleichen Block kalibrieren wollen.

Nacheinander statt parallel klingt plausibler. 
Kalibrieröfen/Kalibrierquellen sind keine Massenware, aber käuflich 
erwerblich. Du wirst allerdings auf mehrere Öfen ausweichen müssen, 
50-850°C in einem Gerät hab ich bis jetzt nicht gesehen.

von Rüdiger B. (rbruns)


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ups, so ein Kalibrierofen kostet ja 10-20K EUR.

von Reinhard S. (rezz)


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Rüdiger B. schrieb:
> ups, so ein Kalibrierofen kostet ja 10-20K EUR.

Soll ja auch was können und halten.

von Volker S. (sjv)


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Wenn Du nur die Meßstrecke testen willst, geht das am einfachsten mit 
einem mV-Geber, an dem Du eine Spannung entsprechend einer bestimmten 
Temperatur einstellst. Ich weiß ja nicht, in was für einer Anlage deine 
Meßstrecken sind, aber da mit einem Ofen zu hantieren, halte ich für 
overkill!

https://www.conrad.de/de/p/gossen-metrawatt-metrahit-multical-kalibrator-kalibriert-dakks-akkreditiertes-labor-spannung-strom-temperatur-2x-mig-123093.html

von Gerhard (Gast)


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Volker S. schrieb:
> Wenn Du nur die Meßstrecke testen willst, geht das am einfachsten mit
> einem mV-Geber, an dem Du eine Spannung entsprechend einer bestimmten
> Temperatur einstellst.

So etwas habe ich schon gebaut - weil wir bisher nur die Sensoren extern 
kalibrieren lassen und ich den Rest der Messstrecke dann mit meinem 
Thermoelement-Simulator selbst prüfe.

Und weil die Sensoren doch regelmäßig kaputt gehen und ich ihnen nicht 
ohne weiteres vertrauen kann, und das externe Kalibrieren immer eine 
Woche Wartezeit bedeutet, möchte ich jetzt diesen Kalibrierofen basteln.

Dann können wir die nötigen Nachweise selbst erbringen und müssen nur 
noch die beiden "Master"-Thermometer extern kalibrieren lassen.

von MiWi (Gast)


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Gerhard schrieb:

> Mir geht es um den mechanischen Aufbau: Wie realisiere ich das
> Heizelement, in das ich den zu kalibrierenden Sensor einstecke? Einen
> Alu- oder Kupferblock mit Loch, in den ich den zu kalibrierenden Sensor
> einstecke? Wie kann ich den am besten Heizen und zum Gehäuse des Gerätes
> hin isolieren?


Wir haben sowas für uns gebaut...

Mehr oder weniger ein Metallblock mit etlichen 6mm-Lüftungskanälen die 
den Block durchziehen. Die Heizung ist,  damit Gradienten im dem 
Metallblock gering bleiben, von 2 Seiten drangeklemmt und das ganze fast 
überall thermisch sehr gut isoliert. Niemand will einen 650°C heißen 
Block ungeschützt herumliegen haben.  Natürlich gibt es einen einfachen 
Zugang für die zu testenden Sensoren.

Ziemlich in der Mitte von dem Metallblock steckt ein PT100, ein 
käuflicher PID-Regler kümmert sich um die Heizung bzw. Kühlung.

Alles nicht sonderlich spannend - außer das wir nur bis 650°C gehen - 
aber auch -50°C brauchen.

Wir expandieren daher entweder (nicht mehr) flüssigen, aber immer noch 
sehr kalten Stickstoff durch die Lüftungskanäle wenn wir es kalt 
brauchen und regeln dann über den N-Druchfluß und die (dann in der 
Leistung reduzierten) Heizung die Temperatur.

Wenn das ganze heiß betrieben wird kühlen wir mit normale Pressluft wenn 
wir zB. von 650° "rasch" herunterkühlen wollen.

War eine nette Spielerei das zu planen und zu bauen und funktioniert für 
unsere Zwecke wie gewünscht da wir vor allem eine Temperaturkonstanz und 
keine absolut genaue Temperatur brauchten, iaW: es ist vollkommen egal 
ob der Metalblock 650° oder 640°C hat - solange diese Temperatur sehr 
konstant gehalten werden kann.
Die absolute Temperatur wird mit einem kalibrierten Gerät mitgemessen 
und so können die Prozessfühler gut und nachweisbar vermessen werden.

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