Сопротивление нагревателя вместо терморезистора и 300 V Опции

[simq]

Есть печка с нихромовым нагревателем намотанным на керамическую трубку сопротивлением 1 кОм. Необходимо выдерживать некий график нагрева в диапазоне от (комнатной) +20С до +350С со скоростью изменения неск десятков градусов в минуту (нагрев полной мощностью) и стабилизация на уровне +-1..3 градуса. В общем требования тривиальные если бы не одно но! Измерения температуры нужно производить непосредственным измерением электрического сопротивления проволоки нагревателя без использования реле. Измерил, в диапазоне 300 градусов получилось изменение в 1%, что при нужных 9 битах индикации температуры и V ref ~ 3V подсказывает необходимость использовать внешнего инструментального усилителя на вскидку с Ку=100..300. Хотел сделать простейшую схему с мостом, но так как на резистор прилетает +310В из розетки, то что то запутался в делителях. Четкого понимания и пожеланий на счет схемы у меня нет, известно лишь, что на время измерения которое в силу инерционности системы может быть долгим (1сек - не проблема) можно не включать тиристор и для лучшей помехоустойчивости сами измерения производить в моменты zero cross дабы не ловить что то через ёмкость и утечку тиристора из сети.

Приклею хотя бы примерную схему как мне видится, что бы было понятно в чем у меня сомнения. Детали там указаны от фонаря, что бы чисто прорисовать картинку, учтены лишь только номиналы некоторых резисторов. И не стоят конденсаторы фильтров.



Диоды по входу ОУ - защитные. D17-18 - подобраны по одинаковому прямому напряжению и имеют между собой тепловой контакт. По идее для симметрии надо бы поставить второй тиристор но не открывать Далее идет на STM32F100 12 bit ADC

Можно ли из ОУ использовать уже имеющиеся: NJM2119 (4..36V, offset 90 mkV, input bias 18 nA, offset drift 4mkV/C)? LM324 тоже есть, но мне кажется они похуже тут? И нужна ли именно такая схема соеденений ОУ? (Только что нашел, так бы поставил 1 ОУ, но уже больно резисторы огромны для Ку=100-500)

ps соседнюю тему: Защита входа АЦП от постоянного высокого и отрицательного прочитал так и еще что то похожее чуть глубже...

Эскизы прикрепленных изображений

 

[Tanya]

Бросьте Вы эту затею. Даже специально сделанной для того, чтобы чувствовать температуру, термопарой даже измерить ее с такой точностью трудно. А Вы собираетесь это сделать с помощью датчика,который специально сделан так, чтобы не чувствовать температуру.

[НЕХ]

Бросьте Вы эту затею.

Приходил в ремонт термоконтроллер (перепутали входы напряжения/тока) - http://www.ropex.de/RES.php
Аккуратно, по-немецки, стёрты имена ИМС...
Но сплавы в нагревателе, конечно, используют с большим ТКС !

[Tanya]

Приходил в ремонт термоконтроллер (перепутали входы напряжения/тока) - http://www.ropex.de/RES.php
Аккуратно, по-немецки, стёрты имена ИМС...
Но сплавы в нагревателе, конечно, используют с большим ТКС !

Да тут ведь температура нагревателя всегда почти не та температура, которая нужна. Она немного в другом месте и всегда меньше по известной теореме.

[simq]

Да тут ведь температура нагревателя всегда почти не та температура, которая нужна. Она немного в другом месте и всегда меньше по известной теореме.

У меня масса самой керамической трубки на два порядка больше и нихром оплавлен стеклом, так что термоконтакт хороший, ну и в общем, что внутри - не важно задача, что бы на нагревателе, было все "чисто". Термопроводимостью можно принебречь.

Я думаю, что не стоит пугаться. Через нагреватель у Вас идет 310мА всего. Этот ток можно спокойно замерить.

Да не понял сначала - зачем мне ток предлагают измерять А я хотел уйти от ИОН "из розетки" и для этого у меня стоят диоды с "нормального ИОН". Инерция системы позволяет пропустить несколько периудов, подождать когда все успокоится и сделать несколько измерений.

Это наверное на весь диапазон? - в смысле на градус будет 1/300 процента? Нехилая чувствительность нужна. А про температуру подводящих проводов Вы подумали? Они медные, а медь имеет заметный ТКС. А контакты?.. нихром как соединен с питающими проводниками- гайками притянут? обжат?
Может быть, только на сварке можно получить постоянство контакта, сравнимое с искомым изменением Rнагр.
Термо-ЭДС будет в контактах тоже, от нее освобождаемся, меряя на переменном токе. Но тогда мост надо будет хорошо компенсировать по реактивным составляющим.

Да, 1% - это на примерно 320 градусов. Про то как закреплен нихром, не могу точно сказать. Похоже на контактную сварку, но может быть и обжим. Про Термо-ЭДС не подумал... беспокоился больше об одинаковости моста и влиянии диодов и защиты, ну это кроме помех конечно.

попробуйте такое: http://www.prochip.ru/products/brands/allegro/367517/

да гальваническая развязка не принципиальна.

Бросьте Вы эту затею. Даже специально сделанной для того, чтобы чувствовать температуру, термопарой даже измерить ее с такой точностью трудно. А Вы собираетесь это сделать с помощью датчика,который специально сделан так, чтобы не чувствовать температуру.

Ну тут выбирать не приходится, из устройства два провода, расстояние около метра, само устройство экранированно, провод тоже можно экранировать. Точность можно немного уменьшить, 2-3 градуса, а на индикатор выводить интерполяцию при изменении.
У меня совершенно нет опыта в термокомпенсации схем, вот диоды вижу, что в мосте стоят - будут вносить дисбаланс. Готов подобрать по напряжению и поставить на общий радиатор. Тиристор еще мешает сбоку))) у него же есть емкость своя... ну вот такие меня беспокоют проблемы. А о ТермоЭДС на контактах как уже написали чуть выше - я что то даже не задумался. Впрочем их же там два одинаковых

[Меджикивис]

Да бросьте вы об разнице температур, это проблема заказчика вообще.
А у автора проблема - измерить килоом на метровых проводах с точностью 0.003%. Это кажется вам реальным? А я бы назвал ловлей блох...

А я хотел уйти от ИОН "из розетки"

Чем не удовлетворяет? Если у Вас мост, то нестабильность снимаемого сигнала будет в процентах та же самая, что и питающего напряжения. И это будет гораздо меньше, чем прочие помехи. В крайнем случае, несложно замерить сетевое и сделать поправку.
Во-вторых, оно уже переменное, и избавляемся от термо-ЭДС. (Контактов два, но строгое равенство температур на них не гарантировано.)
В третих, чем больше напряжение на мосте, тем больший сигнал снимаем, так что для ловли ничтожных изменений выгодно запитывать максимальным напряжением, в данном случае - рабочим.
Сигнал с моста, запитанного от 5 вольт на один градус получится 160мкВ, а от сети 220 - 7мВ.

Переключение от сети на внутренний ИОН по-моему никакие полупроводники как надо не обеспечат из-за их емкостей и температурных дрейфов. Может быть использовать герконы?

Можете еще поискать схемы стабилизации температуры жала паяльника. Там как раз в районе 300 град, по сопротивлению нагревателя.

[simq]

Да бросьте вы об разнице температур, это проблема заказчика вообще.
А у автора проблема - измерить килоом на метровых проводах с точностью 0.003%. Это кажется вам реальным? А я бы назвал ловлей блох...

По любому буду делать, это для меня первая работа с такой точностью. Надо на чем то учиться, пусть даже не взлетит даже с пониженной точностью, буду думать дальше тогда уже. Сейчас жду процессоры, пока есть время плату развести нормально. Вчера читал о электроэнцефалографе и там увидел интересную схему включения инструментального усилителя c доп ОУ на вход (как я понял для компенсации помех).

ИОН не от сети

Чем не удовлетворяет? Если у Вас мост, то нестабильность снимаемого сигнала будет в процентах та же самая, что и питающего напряжения. И это будет гораздо меньше, чем прочие помехи. В крайнем случае, несложно замерить сетевое и сделать поправку.

А второе плечо тоже "коптить" 1 кОм от 300V cтавить или достаточно просто соотношение соблюсти? В принципе у меня инструментальный ОУ, там входное R бесконечность по идее..? Вот эти аналоговые ньюансы для меня туманны

Во-вторых, оно уже переменное, и избавляемся от термо-ЭДС. (Контактов два, но строгое равенство температур на них не гарантировано.)
В третих, чем больше напряжение на мосте, тем больший сигнал снимаем, так что для ловли ничтожных изменений выгодно запитывать максимальным напряжением, в данном случае - рабочим.

как то я переменку не думал оставлять, хотя тут о разности пишут, боюсь в динамическом режиме пусть даже 50 Гц я вообще не смогу мост сбалансировать. Потому и хочу отключать "высокое" на время измерения и само измерение производить в момент нуля, хотя при таких больших резисторах и наличии конденсаторов от помех по входу ОУ все равно есть сомнение . Ставить R меньше - тогда ещё что-то греться начнет.

Сигнал с моста, запитанного от 5 вольт на один градус получится 160мкВ, а от сети 220 - 7мВ.

Как то этот очевидный факт я упустил...)

Переключение от сети на внутренний ИОН по-моему никакие полупроводники как надо не обеспечат из-за их емкостей и температурных дрейфов.
Может быть использовать герконы?

У меня на одном плече тиристор висит - смущает. А так переключения не будет, с ИОН по диоду в каждом плече, подобрать надо будет конечно и вместе пастой смазать.
Механикой коммутировать - все против

Можете еще поискать схемы стабилизации температуры жала паяльника. Там как раз в районе 300 град, по сопротивлению нагревателя.

интересно! не думал, что есть, на моём термопары. посмотрю. задача одинаковая выходит совсем

ps что то комменты так и не приходят на почту, не сразу реагирую...

[Меджикивис]

А второе плечо тоже "коптить" 1 кОм от 300V cтавить или достаточно просто соотношение соблюсти?

Соотношение.

В принципе у меня инструментальный ОУ, там входное R бесконечность по идее..? Вот эти аналоговые ньюансы для меня туманны

как то я переменку не думал оставлять, хотя тут о разности пишут, боюсь в динамическом режиме пусть даже 50 Гц я вообще не смогу мост сбалансировать.

Это будет значительный гимор, да. Но всё таки меньший, чем борьба с температурными дрейфами полупроводников на постоянном токе, мне думается. Небесконечность Rвх ОУ - мелочь по сравнению с этим...
А если сделаете в конце фазовое детектирование усиленного сигнала (а не обычное выпрямление), то фазовый детектор отсечет еще кучу помех.
У нас "Унипаны" (нановольтметр) все на этом принципе работают.

У меня на одном плече тиристор висит - смущает. А так переключения не будет, с ИОН по диоду в каждом плече, подобрать надо будет конечно и вместе пастой смазать.

Об этом даже не думайте!.. Тиристор должен питать оба плеча моста, неразрывно связанных, и никаких полупроводников в мосте, а резисторы - высокостабильные (и то вероятно с подбором). Второе плечо - высокоомное, чтоб не грелось 300 вольтами.

PS: Выше сказанное прошу считать лишь моими личными предположениями. Несомненную правду в этой задаче даст только практическое экспериментирование.

[simq]

А если сделаете в конце фазовое детектирование усиленного сигнала (а не обычное выпрямление), то фазовый детектор отсечет еще кучу помех.

С моими познаниями в аналоговой технике мне и с переменкой то не справится грамотно что бы с моста снять, а ещё FM детектор

Об этом даже не думайте!.. Тиристор должен питать оба плеча моста, неразрывно связанных, и никаких полупроводников в мосте, а резисторы - высокостабильные (и то вероятно с подбором). Второе плечо - высокоомное, чтоб не грелось 300 вольтами.

Смущает, что переменка из розетки по умолчанию несимметрична да ещё и плавает всё это. Ещё несемметричность симмистора (без учёта цепи управления даже). Или я недопонимаю?
Хотя на вскидку - можно наверное цифровать ошибку с моста и обрабатывать всё это на МК. Теперь мне становится понятным комменты Tanya на счёт кол-ва процессоров ))) Это становится интересным

[Меджикивис]

С моими познаниями в аналоговой технике мне и с переменкой то не справится грамотно что бы с моста снять

на 50 Гц не должно быть уж очень больших трудностей: монтажные емкости/индуктивности тут не скажутся, емкость подводящих проводов тоже навряд, звенеть это всё могло бы за сотни кГц только.
Ну индуктивность намотки нагревателя - да, может слегка сыграть. Ее понадобится компенсировать подбором конденсаторов в противоположной ветви моста. Это не столько сложно, сколько рутинно.

а ещё FM детектор

Если Вы собираетесь дальше оцифровывать, то фазовое детектирование можно сделать после, чисто математически.

Хотя на вскидку - можно наверное цифровать ошибку с моста и обрабатывать всё это на МК. Теперь мне становится понятным комменты Tanya на счёт кол-ва процессоров )))

Ну не всерьез же))))) На 50 Гц любой средней руки МК справится.

Смущает, что переменка из розетки по умолчанию несимметрична да ещё и плавает всё это. Ещё несемметричность симмистора (без учёта цепи управления даже).

Я никогда не встречался с таким. Если бы симистор был несимметричен и давал бы хоть малейшую разницу в полупериодах, то возникала бы постоянная составляющая. А ведь симисторами управляют много киловаттными трансформаторами и двигателями, имеющими обмотки толстой медной шиной, и короткого замыкания по постоянке ведь не происходит. Так что симметричность здесь отменная.

(без учёта цепи управления даже). Или я недопонимаю?

Мне казалось очевидным, что на момент измерения симистор должен тогда включаться полностью- на пропуск полных периодов, т.е. на максимальном напряжении меряем, и максимальный сигнал с моста получаем. При этом не имеем вопроса об угле открывания тиристора во время измерения.

А про паразитные термопары мне кажется немного преувеличение, приводятся значения для примера дорожка на плате медь-припой в неск микровольт на градус, тогда как у меня с моста примерно 160 микровольт на градус.

Да, это на плате, где разница в температурах дорожек и клемм действительно градус и менее.
А в месте соединения конца нихромовой обмотки и медного подводящего провода?
Там конечно не так горячо, как в самой обмотке, однако нихромовый проводник сам по себе греется. Так что за сотню градусов наверняка будет. А при условии неодинакового отвода тепла от соединений, разница в десятки градусов более чем ожидаема.

Был у меня курьезный случай. Ребята попытались измерить температурную стабильность пятиваттного резистора. Померили холодным, потом подключили к БП, разогрели током, отключили и померили сильно горячим. ("Сильно" - это градусов под 90, еще не шипел). Мерили тестером. И обнаружили - неравенство сопротивлений в ту или в другую сторону. Резистор детектировал!!!
Позвали меня, показать открытие. Я сначала офигел. Потом понял, что на низкоомном резисторе (0.1 Ом) цифровой тестер развивает очень малое напряжение, сравнимое с термо-ЭДС горячих контактов, которая и давала иллюзию разного сопротивления)))))
Тогда замерили иначе: падение на стабильном токе в несколько ампер - всё встало на место, никакого "детектирования"


Сообщение отредактировал Меджикивис - Feb 27 2015, 21:47