Verschaltung von Thermoelementen

Technik Elektronik & Elektrotechnik
#1

Hallo,
ich möchte auf einer Metallplate mit einem Durchmesser von 30 cm eine möglichst genaue Temperaturverteilung erhalten. Dazu folgendes: Der Arbeitsraum ist verschlossen und wird auf ca. 700°C geheizt. Das heißt, ev. Empfangsgeräte/Messwertaufnehmer müssen über Kabel nach außen verlegt werden. Ich habe mir nun überlegt, diese Temperaturmessung mit Thermoelementen zu verwirklichen.

Nun habe ich keine Ahnung, wie eine solche Messapparatur aufgebaut werden soll. Um die Fläche (Durchmesser 30 cm) großflächig abzudecken, sollten mehrere Thermoelemente verschaltet werden.
-Was für einen Schaltkreis habe ich aufzubauen, wie und wo wird verlötet usw. ?
-Wie funktioniert die Datenumwandlung und was kostet mich der Spaß ungefähr, wenn man berücksichtigt, dass einzig und allein ein PC zur Datenaufnahme zur Verfügung steht?
Dabei möchte ich die nötigen Artikel alle von Online-Anbietern beziehen. Das Geld für eine Wärmebildkamera, was natürlich für eine großflächige Temperaturmessung optimal wäre, steht mir nicht zur Vefügung. Mit der Bitte um Ideen !!

MfG,
der Mordin

#2

Hy,
als Thermoelement sollte man ein Typ K ( NiCr-Ni ) verwenden.
Es arbeitet von -270°C bis 1370°C und ist sehr häufig.

Aber mit der Anbindung, ist das so eine Sache. Denn jedes weitere Metall, so z.B. durchs Lot oder durch die Kupferleiterbahn, erzeugt ein weiteres ungewolltes Thermoelement und damit einen weitern Thermomesspunkt. Und mit der Verstärkung der Thermospg, ist das auch so eine Sache, denn man muß nicht nur ein paar mV verstärken sondern muß auch noch die ungewollten Thermomesspunkte irgendwie berücksichtigen.

[Bei dieser Antwort wurde das Vollzitat nachträglich automatisiert entfernt]

#3

Hallo Mordin,

was spricht dagegen, die Datenumwandlung selbst vorzunehmen? Vor allem bei knappem Budget? Temperaturänderungen finden meist nicht in Zeiträumen

#4

Hallo,

ich möchte auf einer Metallplate mit einem Durchmesser von 30
cm eine möglichst genaue Temperaturverteilung erhalten.

Thermoelemente haben eine Grundgenauigkeit von max. ca. +/-2gdr.
Man kann sie aber auch noch abgleichen.

Dazu
folgendes: Der Arbeitsraum ist verschlossen und wird auf ca.
700°C geheizt. Das heißt, ev. Empfangsgeräte/Messwertaufnehmer
müssen über Kabel nach außen verlegt werden. Ich habe mir nun
überlegt, diese Temperaturmessung mit Thermoelementen zu
verwirklichen.

Thermoelemente sind für solche Meßaufgaben gut geeignet.
Da bei 700°C normale Isolierstoffe nicht mehr einsetzbar sind,
sollten die Fühler als Mantelthermolemente ausgeführt sein.
Standardelemente sind der Typ K (NiCr-Ni).
Bekommen kannst Du sowas bei verschiedenen Herstellern
und auch als Katalogware.
Ich beziehe meine Thermoelemente von der Fa. Rössel oder
auch von B&B Thermotec.
-> http://www.roesseldresden.de
Dort bekommst Du auch Zubehör, wie Thermoelement-Steckverbinder
oder auch Fühlerkopftransmitter (zur direkten Umsetzung von
Thermoelement auf Strom(4-20mA) oder Spannung (z.B. 0-10V)
Einfache Mantelelemente mit 1,5mm Durchmesser sind am günstigsten
(Preis ab ca. 15€ pro Stück).

Es gibt auch billige Handmeßgeräte, an die man natürlich
normal nur ein oder auch 2 Fühler gleichzeitig anstecken kann.
Einige digitale Handmultimeter haben auch einen Meßanschluß
für Thermoelement.

Dann kannst Du bei Bedarf auch einen Umschalter basteln
(z.B. mit Mehrebenen-Stufenschalter).
Wichtig dabei ist nur, daß der Umschalter Nahe dem
Meßgerät/Transmitter plaziert wird, damit keine zusätzlichen
Thermospannungen durch die Temperaturdiff. zwischen den
Klemmstellen und dem Meßgerät erzeugt werden.

Nun habe ich keine Ahnung, wie eine solche Messapparatur
aufgebaut werden soll.

Die Spitzen der Mantelelemente sollten in kleine Löcher der
Platte hineingesteckt werden, damit ein guter Wärmekontakt
möglich ist. Evtl. auch mit Keramikkleber einkleben oder
auch einlöten.

Um die Fläche (Durchmesser 30 cm)
großflächig abzudecken, sollten mehrere Thermoelemente
verschaltet werden.
-Was für einen Schaltkreis habe ich aufzubauen, wie und wo
wird verlötet usw.?

Selber bauen wird wohl nix. Entweder Handmeßgerät oder
Transmitter, der die winzigen Thermolementspannungen (ca. 40uV/K)
in eine auswertbare Spannung umwandelt.

-Wie funktioniert die Datenumwandlung und was kostet mich der
Spaß ungefähr, wenn man berücksichtigt, dass einzig und allein
ein PC zur Datenaufnahme zur Verfügung steht?

Für den PC bräuchtest Du eine Möglichkeit zur Erfassung von
Spannungen. Entweder Meßkarte (gibt’s auch für Thermeelmente)
oder auch externe Modul für Anschluß an USB.
Da Du mehrere Fühler anschließen willst, ein Multiplexer oder
entsprechend viele Meßverstärker(Transmitter) und eine Karte
mit mehreren Meßeingängen.
Da gibt’s viele Möglichkeiten. Kostet aber entweder Mühe und
Zeit oder rel. viel Geld.
Die manuelle erfassung der Temp. ist evtl. vorzuziehen.
Gruß Uwi

Dabei möchte ich die nötigen Artikel alle von Online-Anbietern
beziehen. Das Geld für eine Wärmebildkamera, was natürlich für
eine großflächige Temperaturmessung optimal wäre, steht mir
nicht zur Vefügung. Mit der Bitte um Ideen !!

MfG,
der Mordin

#5

Warum kaufen, mieten ist doch so einfach :wink:

Das Geld für eine Wärmebildkamera, was natürlich für
eine großflächige Temperaturmessung optimal wäre, steht mir
nicht zur Vefügung.

Du musst die Kamera nicht kaufen. Man kann sie auch mieten (vorzugsweise inkl. der Arbeitsleistung eines Thermografen :smile:
Denn eine IR-Kamera ist zwar teuer, aber doof. Und bunte Bilder kann jeder erzeugen, aber aussagefähige Thermogramme nur Fachleute.

Wenn es sich um eine einmalige oder zeitlich begrenzte Aktion handelt, wäre ein Auftrag für thermografiche Untersuchung IMHO Mittel der Wahl.

Mit thermografischem Gruß

C.

P.S. an vielen Hochschulen gehören inzwischen IR-Kameras zur Ausstattung. Stell doch mal einen Amtshilfeantrag :wink:

#6

Anmerkung
Hallo,

Dann kannst Du bei Bedarf auch einen Umschalter basteln
(z.B. mit Mehrebenen-Stufenschalter).
Wichtig dabei ist nur, daß der Umschalter Nahe dem
Meßgerät/Transmitter plaziert wird, damit keine zusätzlichen
Thermospannungen durch die Temperaturdiff. zwischen den
Klemmstellen und dem Meßgerät erzeugt werden.

Man kann auch eine Ausgleichsleitung zur Verlängerung verwenden.
Da Thermoelemente immer eine Temperaturdifferenz messen, ist es wichtig, am ‚Ende‘ des Thermoelementes bzw. am Ende der Ausgleichsleitung eine bekannte Temperatur zu haben. Beispielsweise, indem man bei Einsatz eines Umschalters die Temperatur am Umschalter misst und zur gemessenen Temperatur des Thermoelementes addiert.

Noch eine Anmerkung zur Anzahl der Messstellen: wenn man eine symmetrische Temperaturverteilung hat, kann man sich einiges an Messfühlern sparen…

Gruß
loderunner

#7

Hallo Mordin,

suche mal unter dem Stichwort „thermochrom“, bei fireball habe ich etliche Treffer gefunden.
Das sind Farbstoffe, die sich abhängig von der Temperatur verfärben.
Bekannt sind die Flüssigkristall-Thermometer, z.B. fürs Aquarium (diese Streifen), ob es diese auch für so hohe Temp. weiss ich nicht.
Aber es gibt andere Farben, die zumindes die höchst erreicht Temp. anzeigen.
Ich weiss nicht welche Temp. in Turbinenschaufeln auftreten, aber dort werden diese LCD-Farben eingesetzt. Schau mal bei DLR oder Frauenhofer Instituten ´rein.
Ich habe solche Folien aber für den Bereich Körpertemp., das funktioniert prächtig, du sieht die Hand mit versch. Temp-zonen abgebildet, wie man es von Thermokameras kennt.
Vielleicht ist das eine Alternative.
Die Folien haben als Satz mit verschiedenen Variaten vor knapp 10 Jahren ca. 150 DM gekostet.
Bezogen hatte ich sie über Pörschke, der eigentliche Lieferant war edmund´s scientific in USA. Beide haben HPs.
In UK gibt´s eine Fa. Hall Crest(?).
In D gibt´s eine Fa. die Schilder mit solchen Farbstoffen herstellt, leider fällt mir der Name im Moment nicht ein. Wer-liefert-was könnte helfen.
Ich werde noch mal schauen, wenn ich etwas finde und du grundsätzlich an diesem Weg Interesse hast, lasse ich dir gerne Infos zukommen.
Gruß Volker

#8

Ergänzung
habe gerade mal selber kurz geguckt.

Edmund scientific und damit Pörschke scheinen die Angebote nicht mehr zu haben.
Unter fireball mit dem Stichwort „thermochrom*“ liefert als ersten Treffer die Fa. brillux, die haben einen Lack der bis ca. 650 C anzeigt.
Ich hab´s jetzt nicht intensiv weiterverfolgt, schau´s dir mal an und frag da mal, wenn die Temp. so dicht an deinen Bereich kommt müsste es einen Weg geben.

Gruß Volker

#9

sorry, wenn die Infos tröpfenweise kommen.
Ich habe gerade den Namen einer Fa. wiedergefunden, mit der ich vor ca. 8 Jahren mal zusammengearbeitet habe, die waren sehr hilfbereit.
B & H Liquid Crystal Devices Ltd., im Internet liquid-crystal.com,
Hall Crest im Internet hallcrest.com.
Ich habe die Temp.-bereiche dort nicht gefunden, aber ich würde unbedingt nachfragen, ich habe von beiden Fa. damals gute Informationen bekommmen!
Viel Erfolg und Gruß Volker

#10

Hallo,

Man kann auch eine Ausgleichsleitung zur Verlängerung
verwenden.

Ja, das ist aber sowieso standardmäßig der Fall (was Laien aber
manchmal nicht wissen).
Wenn man aber Thermoelemente kauft, dann am besten gleich mit
einer Leitung, die mindesetens so lang ist wie notwendig.

Da Thermoelemente immer eine Temperaturdifferenz messen, ist
es wichtig, am ‚Ende‘ des Thermoelementes bzw. am Ende der
Ausgleichsleitung eine bekannte Temperatur zu haben.

Das stimmt zwar prinzipiell, verwirrt aber auch etwas.
Die sogenannte Kaltstelle ist üblicherweise im Meßgerät bzw.
im Thermoelement-Meßverstärker (Transmitter) mit eingebaut.
Dort wird die sogenannte Kaltstellenkompensation schon
elektronisch vorgenommen, so daß der Anwender sich darum nicht
mehr kümmern muß.

Beispielsweise, indem man bei Einsatz eines Umschalters die
Temperatur am Umschalter misst und zur gemessenen Temperatur
des Thermoelementes addiert.

Das wäre eine Lösung für Elektroniker. Sowas würde ich nur anbieten,
wenn ein selbstgebauter Meßverstärker benutzt werden sollte.
Das geht natürlich auch. Ich habe so eine Lösung gerede eben
in ein neues Meßgerät eingebaut. Die Kaltstellenkomp. wird dann
eben rein rechnerisch gemacht. Als Temp.-Fühler dient da z.B.
ein AD592 und als Meßverstärker ein Präsisions-OPV wie z.B. AD857x.
Solche Lösungen sind natürlich sehr preisgünstig.
Gruß Uwi

#11

Hi!

ich möchte auf einer Metallplate mit einem Durchmesser von 30
cm eine möglichst genaue Temperaturverteilung erhalten. Dazu
folgendes: Der Arbeitsraum ist verschlossen und wird auf ca.
700°C geheizt. Das heißt, ev. Empfangsgeräte/Messwertaufnehmer
müssen über Kabel nach außen verlegt werden. Ich habe mir nun
überlegt, diese Temperaturmessung mit Thermoelementen zu
verwirklichen.

Nun habe ich keine Ahnung, wie eine solche Messapparatur
aufgebaut werden soll. Um die Fläche (Durchmesser 30 cm)
großflächig abzudecken, sollten mehrere Thermoelemente
verschaltet werden.
-Was für einen Schaltkreis habe ich aufzubauen, wie und wo
wird verlötet usw. ?
-Wie funktioniert die Datenumwandlung und was kostet mich der
Spaß ungefähr, wenn man berücksichtigt, dass einzig und allein
ein PC zur Datenaufnahme zur Verfügung steht?
Dabei möchte ich die nötigen Artikel alle von Online-Anbietern
beziehen. Das Geld für eine Wärmebildkamera, was natürlich für
eine großflächige Temperaturmessung optimal wäre, steht mir
nicht zur Vefügung. Mit der Bitte um Ideen !!

Wir haben für Versuche solche Messeinrichtungen selber bereits angewendet.

Über die Verwendung der Thermoelemente (NiCrNi) wurde ja bereits geschrieben.
Die Anordnung derer ist natürlich Dir überlassen, sie hängt ja ebenfalls mit dem gewünschten Ergebniss zusammen.
Bspl.: Ist die Metallplatte das Produkt selber oder dient sie nur als Brennhilfsmittel.
Ist sie das Produkt, dann musst Du eine Platte anfertigen in der die Fühler integriert sind. Also z.B. zwei Platten mit mit halber Dicke, die Fühler sitzen dazwischen, der Rand wird verschlossen.
Ist sie das Hilfsmittel, dann bräuchtest Du einen Pruduktdummy, welcher ähnlich wie bereits genannt die Fühler enthält.

Die Anschlüsse der Thermoelemente werden anschliessend einzeln nach aussen geführt und an einen sog. Datenlogger angeschlossen.
Dieser Logger benötigt natürlich soviel Spuren, wie Du Fühler besitzt und muss für den Fühlertyp geeignet sein.
Der Logger kann ein Elektronischer sein, hier ist die Datenauswertung wesentlich komfortabler am PC durchzuführen oder ein Schreiber, welcher die Werte auf eine Papierrolle aufzeichnet.
Welche Version Du verwendest bleibt ledeglich Deinem Budget überlassen.

Die Verwendung von den Folien, Lacken oder ähnlichen wird hier nicht funktionieren, da sie ledeglich wiedergeben können, welche Temperatur erreicht wurde, nur nicht zu welchem Zeitpunkt.

Grüsse
Andre

PS: Die Metallplatte hat nicht zufälligerweise innen Strömungskanäle über den gesamten Querschnitt?