Дорогие колеги!
Есть задача следить за температурой нихромового нагревателя. Поставить туда датчик температуры проблематично, поэтому думаю что если следить за температурой тена по перещету через закон Ома.
Температура должна быть известна с точностью +/-5 град в идеале, но в худшем случае устроит и +/-20 град. Максимальная температура тена 450 град. Мощность нагревателя ~2,5кВт (220В, 50Гц).
Но вот беда то что ТКС нихрома очень низкий 0,015%/С. При изменении температуры на 5гр сопротивление изменится на 0,075% всего то и соответственно низкое измененние тока, а так как это на переменке, то думаю получить такую точность будет проблематично.
Может кто что-то знает об этом и подскажет. Заранее спасибо.

Если мерять по закону Ома , то всё равно вариантов нет - нужно ставить датчик тока и датчик напряжения , а потом оцифровать их и пересчитывать полученные данные процессором . Тут ничего радикально нового придумать всё равно не удастся ......

Раз нельзя измерять контактным способом, то существуют приборы для бесконтактного измерения температуры - пирометры. Относительная погрешность измерения у них обычно не более единиц процента. Для примера, вот первый из наГугленных.
http://www.atlaspro.ru/shop/izmeriteli/tem...iro/id_470.html

Раз мерять, значит и регулировать? Раз регулировать, значит отключать. При отключении классическая мостовая схема позволит просто и точно померять сопротвление нагревателя. Да и без регулировки отлючить на 20ms для измерения не страшно.

Омическое сопротивление ТЭНа - около 20 Ом. Изменению температуры в 5 град. соответствует, по подсчётам sera_os, 0,015 Ом. Как подключать/отключать остальной кусок моста cо схемой измерения предлагаете?

А доступ к контактам подключения ТЭНа имеется?

Никак не отключать. Отключать только собственно нагреватель.

А как тогда измерять? Как классический мост к ТЭНу приделать? Даже не мост, а простейший измеритель на делителе.
Там же напряжение - 220В.
Разве что на переменном токе более высокой частоты, чем 50 Гц, измерение делать... Тогда кондёр можно поставить разделительный.

Параллельно "выключателю" резистор обеспечивающий сотню миллиампер через ТЭН в выключенном состоянии. Ну соответственно еще два резистора прямо на 220V. Осталось защитьться от разбалансировки моста и синфазного напряжения при полной разбалансировке моста при включенном ТЭН. Получаем полтора милливольта на "деление".

На переменном токе частотой 100кГц, например, делают измерители ESR. Измерять ESR можно, даже не выпаивая электролит из платы.
Только ИМХО зря тут разошлись. Придет хозяин темы и выяснится, что он имел в виду что-нибудь иное. А то вдруг ему и термопара, примотанная к ТЭНу, сгодится? В общем, предлагаю подождать уточняюще-обобщающего сообщения от sera_os.

М-да... Обычно у сплавов (в отличие от чистых металлов) ТКС низкий, а удельное сопротивление большое... Проблема указана крайне верно, и я бы даже не стал копать в эту сторону, испугамшись.

Но вообще-то. сопротивление нагревателя, видимо, около 20, скажем, Ом. Изменение на 5 градусов даст, вроде, 15 миллиОм.

Допустим, сопротивление подсоединительного медного провода 0.5 Ом. Изменение его температуры на 5 градусов (считая 0.4% на градус) даст 10 миллиОм.

Впрочем, этого мы легко избежим, подключив датчик напряжения как можно ближе к контактам нагревателя. Ну тут просто внимательно надо все это делать, видимо...

Останется учесть температурные влияния на схему измерителя... Ну это, наверное, тоже возможно с грехом пополам... Поскольку в измеритель-то датчик температуры встроить можно...

Останется защитить измеритель от внешних помех, которых в наши высокотехнические времена у нас тут до безобразия много летает. Конечно, можно написать на двери помещения "не забудь выключить мобильник" и что-то в этом духе... ;-)

В общем, как видно, я совсем не специалист, так что прошу извинения, что вмешиваюсь, но мне кажется что осуществление этой задачи указанным способом будет по крайней мере несколько дорогим и не вполне надежным. ;-(

с почтеньем,
Родион

Мерять на ВЧ, синхронным детектором. 100 Кгц- многовато, из-за индуктивности спирали. а вот диапазон 5-10 кгц- приемлем. Только подключение будет геморройное- 6-проводное. Два силовых, два возбуждающих и два измерительных. Развязка измерительных и возбуждающих- через пленочные конденсаторы. В силовой- желательно дросселя. Или еще один канал регистрации на вычет токов утечек ВЧ через силовую часть. А, и синхронный детектор нужен квадратурный- для автоматического учета индкуктивности ТЭНа, чтобы мерять только активную составляющую сопротивления. В общем виде с таким алгоритмом ADUC7020 справиться- делали такую штуку для спец-нагревателя.

Если спираль открытая - хорошо бы не забыть про еще про её старение/обгорание.
Если герметично упакованная - то наверное все должно быть немного лучше. Может кто Вам подскажет насколько стабилен подобный ТЭН.

Совершенно верно, регулировать нужно, но это просто, а вот как раз обратная связь должна быть по температуре нити.


Доступ имеется к холодному концу переходного участка (медной шины) подачи питания тенам.


Спираль bartec, марку точно сказать сейчас немогу похоже из серии EMK, но она защищенная в металической трубке. И по поводу измерения, о такой подход измерения температуры посоветовала вышесказаная фирма нашим заказчикам.
ЗЫ О тене можно кое что почерпнутьиз файла
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Термопару и пирометр поставить конструктивно проблематично, нужно только по измененнию сопротивления (заказчик желает).
А как с измерением на переменном токе? На переменке ведь точнее чем на постоянке померять не получится, или я не прав? А на постоянке думал реализовать как обычно, источник тока и измерять падение напряжения.

Отключили на 20ms. Померяли. Решили через какое время и на какое время включить. Инерционность нагревателя заметная часто отключать/измерять не придется.

Нагретый резистор шумит пропорционально корню абсолютной температуры.
Слабо померить тепловой шум !

Еще можно компенсировать индуктивность ТЭНа...
Можно, кажется, еще проще. Последовательно с ТЭНом ставится шунт, шунтируемый, в свою очередь, двумя диодами (или 4мя, если не жалко). Высокоомная часть моста должна выдерживать 220...
Измеряем пока напряжение на ТЭНе вольт до 5 или около того.... 5 градусов должно получиться.
Однако, следует учитывать, что при приближении к смерти, вызываемой утоньшением в одном месте (спирали ТЭНа), все это будет скверно работать...
А зачем все это придумывать? Вопрос к автору...

не правы,частота низкая,никаких проблем с индуктивным сопротивлением.Если вам нравиться источник тока,то сделайте его ,но у вас 2квт источник будет весьма горячий.По моему стоит прислушаться к совету по поводу повышенной частоты-должно получиться.Мне не понятно зачем автор предлагает 6 проводную схену.4 проводов достаточно.

А я бы сделал так . Подключил бы к нихрому два датчика - для тока и напряжения , лучше применять трансформаторы . ПОлучится два сигнала , гальванически отвязаннях от сети . Затем нужно взять два балансных перемножителя , на одном умножить сигнал напряжения на сигнал тока , а на другом сигнал напряжения на самого себя , то есть возвести в квадрат , потом оба сигнала усреднить на RC фильтрах ( выделить постоянку ) и подать на АЦП , а после АЦП - на микропроцессор . Процессор поделит второй сигнал на первый и получит численное значение сопротивления , а потом по этому сопротивлению посчитает и температуру . ИМХО , вполне пригодный метод .....

Точность требуемая не получится... Вот только... если... две обмотки... встречно... получится нечто вроде моста... Тут недавно была тема про трансформаторы... Вы, наверное, пропустили... Почитайте - очень интересно...

Очень уместное замечание к этой дискусии. Прежде чем "ловить" 10-3 хорошо бы убедится, что сопротивление ТЭНа не плывет со временем.

Точность , как и всегда , будет зависеть от точности всех применяемых компонентов . И при мостовом методе будет ровно то же самое . Вы могли бы описать подробнее Ваш мостовой метод ? Может быть , я что-то пропустил , в самом деле ?

Кстати, при старении ТЭНа его сопротивление увеличится, что будет похоже на увеличение температуры, однако при этом температура понизится. То есть отклонение показаний будет двойное.

Наверное, как уже тут предлагали, правильнее будет измерять шум ТЭНа. Хотя какой точности при этом можно достичь даже не представляю.

Да, Вы там в пылу борьбы за Истинную Теорию Трансформаторов, пропустили, может быть, упоминание о Способе Компенсации... А на этом принципе был в свое время выпущен компаратор - (Р3003) 7 или 8 знаков - точно не помню...
А разница в том, что не два, а один трансформатор....


Хоть Запредельной... Но, все равно, если проволока подгорела, как это можно исправить?

Калибровкой, вестимо. Если рабочий цикл установки не 10 лет непрерывной работы, то, например, при включении в понедельник контроллер зная о 56 часовом перерыве спокойно откалибруется по температуре окружающей среды. Заодно и о старении ТЭН расскажет.

В свое время у нас была такая "внеклассная работа"- сделать РТП, регулятор температуры паяльника попроще с допуском на стабильность +-2 гр. Пробовали измерять сопротивление нагревателя...Ничего лучше паяльника с термопарой не получилось.

Красиво жить не запретишь , но иногда не получается "правильно"

То есть , Вы предлагаете в трансформаторе тока сделать ещё одну обмотку , и подавать туда сигнал , пропорциональный напряжению на нагревателе , и меняя этот сигнал , добиваться компенсации ? А что , тоже вариант ....... нужен умножающий ЦАП , чувствительный усилитель и цифровая схема компенсации , её как раз можно сделать на процессоре ...... должно работать . В этом случае АЦП вообще не нужен , а всё будет зависеть от точности ЦАП . Интересный способ !

Так надо было нагреватель из никелевой проволки сделать, у никеля ТКС достаточно большой. По такой схеме сделан промышленный низковольтный (~42V) паяльник Колибри, у которого нагреватель включен в мост.

Что то я вложения не вижу. Впрочем, из описания ясно, что это не ТЭН а греющий кабель. Он как раз выпускается с указанной заделкой концов. Посмотрите как он будет использоваться, а то может статься, что перепады температуры по кабелю будут гораздо больше 5 градусов. Измерять будете какую то среднюю величину, а защищать, возможно, требуется от перегрева. Кстати, у него, по моему, не спирать а просто проводник.
И еще. Посмотрите, так же материал нагревателя. Почему Вы решили, что это нихром?

Нет, так не получится. Проблема в том, что ТЭН пространственно неоднородно сгорает - один короткий кусочек становится тонким - его температура становится выше - еще быстрее начинает утоньшаться. Сопротивление его при этом меняется весьма незначительно...
Примерно, как плавкий предохранитель... Если медленно повышать ток через него, сгорает не весь, а в одном месте...


Да, примерно так. Только ЦАП небольшую подстройку делает, а не весь сигнал аттенюирует....
Можно еще проще - подстраивается витками почти до баланса... А потом... Ну, тривиально...
Как будет называться такой трансформатор? Я думаю, что это не имеет значения...

По-моему, Tanya тут только воду мутит. Всё ей не нравится. Всё должно быть идеальным, ни больше ни меньше. Вопрос один конкретный: какими методами можно измерить температуру ТЭНа и с какой точностью. А не отвергать всё подряд из-за любой мелочи. zltigo вообще-то умную мысль толкнул. А на суммарный уровень шумов может даже не влиять утоньшение нити на коротком участке.

Да , нормальный способ ! Можно сделать несколько отводов от обмотки , с числом витков по двоичному закону , и переключать отводы старшими разрядами цифрового слова , а младшие разряды пустить на ЦАП ...... в общем , идея вполне живая .

Не надо ничего даже переключать и компенсировать. Один раз баланс подобрать на нужную температуру обмотками (лучше даже не отводы, а отдельные обмоточки - их можно и встречно...), а разбаланс только и смотреть (в предположении, что напряжение питания 220 вольт, а управление не фазовое... - это ведь не модно...)


А по-моему не стоит Вам переходить на личности здесь. Вы можете продолжать отстаивать свои идеи по измерению сопротивления, которое подключено к силовой сети, с точностью 10^-5 по его тепловым шумам с цифрами в руках... А еще лучше... соберите макет...

Я думаю, не случайно все паяльные станции, которые я видел (и не видел ) с керамическими нагревателями включают в конструкцию последнего также термопару (терморезистор), несмотря на очевидное удорожание конструкции самого нагревателя и необходимости 4-проводного подключения... Видимо, ухищрения, подобные обсуждаемым, будут стоить несравнимо дороже.

А что делать при смене нагревателя ? Или при уходе его параметров ? Там же не 0,1% допуск ...... всё же , ИМХО , запас на компенсацию должен быть . А то придётся каждый раз вручную кропотливо компенсировать ..... неудобняк .

Если параметры ушли - надо менять... А потом, да, вручную... Но, современные ТЭНы очень даже неплохи...
Тут другая основная проблема - высокая рабочая температура спирали - порядка 1000 градусов. Калиброваться очень трудно...
Это надо примерно так... ТЭН теплоизолируется - непросто это сделать, на него термопара... Все это медленно греется, а потом на малом токе измеряется сопротивление спирали...
И измерять тоже надо с умом - температура будет прыгать (если ШИМ...)
Поэтому, в задачке данных не хватает - как все это будет греться... Но автор скрытный попался...

Одной точки недостаточно,необходимо минимум 2.Может уходить не только само сопротивление но и изменяться ТКС.Из чего следует,что задача,без периодической калибровки(поверки) нереализуема.
Кстати,если сотворить гальванически развязанный источник тока ,то можно мерять падение на ТЭНе на постоянке.

Вот еще подкину идею автору. В предположении, что тиристорное не фазовое управление... А можно и фазовое...
Последовательно с ТЭНом включается шунт с сопротивление примерно таким (ну, поменьше...), какое у ТЭНа.
Сей шунт почти всегда шунтируется дополнительным тиристором (симистором).
Один раз в N секунд (лучше в конце питательного импульса ШИМа, когда температура будет максимальная, а можно и не в это время) дополнительный тиристор не срабатывает на один полупериод - получается хороший мост - тут-то мы и измеряем. Идея в том, что один или два двухваттных резистора будут работать шунтом без теплоотвода и не успеют сгореть за это время...
Опять же, высокоомный шунт можно без всяких многопроводных выкрутасов включать. Контакты, конечно стабильные должны быть...

Ну-ну. А почему тогда еще не зависимость TKC от температуры и положения кометы Галея?
Поскольку сама проволока по условиям задачи никоем образом не доступна для измерения реальной температуры, то и вопрос о измерениях реальных TKC и соответственно калибровке просто не стоит.

Это точно.

И еще одно. Что автор понимает под "температурой ТЭН"? Температуру проволоки? Температуру поверхности? Все-таки обычно нужно при помощи ТЭН стабиллизировать температуру где-то в другой точке. Там температура может сильно отличаться от температуры спирали.

Стоит или не стоит это не важно,но ТКС в процессе эксплуатации может меняться.
И до кучи в одном измерении мб несколько погрешностей
1 измненение сопротивления из-за обгорания,изменения сечения и тд
2 как бы вам не было противо из за изменения ткс
3 погрешность самой измерительной схемы(дрейф 0 и или конца шкалы)
Из этого можно сделать вывод о попадании при одном измерении ,очень точно ,пальцем в небо.
Если рассматривать ваше предложение об использовании одного измерения для калибровки.

Предложите в поставленных условиях другой вариант, а не очередную умную агитацию за красивую жизнь.
До кучи можете обосновать, не на уровне "может быть все" причины изменения ТКС нихромового сплава во времени.


Факт фиксируется по одной точке.

Не валите все в кучу. Собственно измериловка спокойно калибруется отдельно, или не калибруется ибо при нормальном проектировании (не померить напряжение и разделить на ток) системы требуемая точность вполне скромная.

Ну... Это не совсем так. Можно поместить в термостат - лед, кипящая вода, расплав... И измерить ТКС...
ТКС и у сплавов и у металлов может, к сожалению, меняться...
Вот для сплавов. Известно, что для точных измерений используют специально состаренный манганин...
Причина в том, что может меняться пространственная однородность. В случае нихрома, который нагревается до высоких (близких к предельным) температур может меняться толщина оксидной пленки на поверхности, происходить диффузия кислорода внутрь... Все это зависит еще от среды. в которой находится нагреватель. Те же проблемы с термопарными проводами - хромель и др. В герметичных ТЭНах все это медленнее, но идет...
Но мне непонятно, зачем, все-таки, нужно знать температуру внутри ТЭНа. Единственная мысль - некто сунул ТЭН в воду и не хочет следить за ее уровнем... Вода выкипела (вылилась, выпили ...), а тут нам SMART-ТЭН посредством контроллера русским языком и говорит:
- Что-то у меня температура... И голова болит...
Но для этой цели проще термопару снаружи поставить...

Факт чего?Всей кучи.Измериловка может калиброваться без датчика,но тогда датчик дб иметь известные и стабильные метрологические х-ки,без онго будет не есть здорово.
Если вы планируете применить свою мысль по поводу У:И к конструкции то вероятно это самое простое решение,если стабилизировать не Т а P.(тогда лучше множить)

Да заказчик вперся рогом, категорически отказывается ставить датчие температуры в камеру, целый день потратили обламывая на датчик температуры . Шутка, но нужно поборотся с таким методом, если положительного результата на днях не будет, будем думать, но как я уже писал такой метод измерения посоветовали "спецы" из канторы где преобретаются нагреватели: *http://bartec.de/


Я не о частоте а о измерении переменного напряжения. Что подать постоянку на какой нить низкочастотный сигма-дельта, а что ставить "высокочастотный АЦП", это мое понимание измерения.

Грется не будет если мост в момент отключения питающего подавать образцовое напряжение порядка несколько вольт.
А почему 6? Два провода питания и два измерения.
Источнику тока ведь не требуется 4х проводного подключения.


Достаточно даже без гальванической развязки.

Тоже что такое думал, а какая тоность при этом может получится?


Простите, а где разбаланс смотреть?


Упс... у меня инет неочень, файл тут Видел в качестве жилы используют и другие матереалы, но задача стоит под нихром.

Да на роботе завал (текучки), еще и семейные проблемы, даже вовремя на форуме не всегда есть возможность ответить.

Под температурой тена в прямом смысле слова подразумевается температура нити тена (проволоки), а какя температура на нагреваемом обекте меня не интересует (в задаче не стоит).

В методе с балансными перемножителями самое слабое место - эти перемножители . Какая точность у самых лучших - надо в даташитах смотреть ..... но надо полагать , что несколько процентов удастся получить . Притом , можно один перемножитель использовать по очереди , подавая на один его вход то ток , то напряжение , и оцифровывать одним АЦП ( процессор всё равно будет данные хранить ) , тогда погрешность его коэффициента передачи и опоры АЦП устранится .

А в методе с балансом - разбаланс нужно смотреть на вторичной обмотке трансформатора . ДЛя устранения помех можно применить синхронный детектор на КМОП ключах , работающий с частотой сети .

А что такое "температура проволоки"? Проволока - она длинная и тонкая. Может быть неоднородной. Условия съема тепла вдоль длины проволоки тоже весьма возможно неоднородны. Потому что сам ТЭН тоже возможно длинный и тонкий с тонкой изоляцией проволоки от корпуса. Кроме того, сопротивление проволоки вдоль длины тоже может быть неоднородным, а это также приведет к неоднородности выделяемой мощности вдоль длины при постоянном токе и соответсвенно к неоднородности температуры.

К чему я веду? К тому, что физический смысл имеет температура в точке среды. Или в области, в пределах которой температура изменяется заведомо мало, в пределах точности измерения. Если же есть вероятность того, что температура изменяется сильнее - законно поставить вопрос, температура в какой именно точке Вас интересует и с какой точностью?

В этом случае следует читать "среднеинтегральная температура"... Интересует их эффективная - на самом деле - фиктивная температура... Но ведь заказчик не платит за свое обучение, а хочет за свои деньги такой вот крутой каприз удовлетворить...


Это все для точности 10-5 не пойдет...

Как говорит мне мой внутренний голос - в данном тяжёлом случае любой метод может не пойти при такой точности , даже и мост ..... тут даже такая прозаическая вещь как контакты тэна с подводящими проводами может сильно нагадить . Мы же не знаем , какие там клеммы - может статься , что 4-х точечное подключение реализовать не получится , а без этого про точность вообще можно забыть Малейшее окисление контактов - и всё ..... прибор начнёт врать . При точности 10Е-5 и напряжении питания 220 вольт ошибка измерения напряжения не может быть хуже 22 мв ..... а там через клеммы идёт ток 10 ампер ..... тоскливый случай , действительно .

Тогда трансформатор будет иметь три обмотки: напряжение ток и выход, я правельно понимаю?


Ребята, стоит задача следить за температурой проволоки! Как там распределится тепло и остальные вопросы решают проэктировщики железа (это все решает заказчик). В среде где греет тен, есть вероятность отсутствия подачи газа который отбирает тепло, из-за чего тен может перегрется. Короче по ТЗ стоит задача плавно нагреть нить тена до заданой температуры и удерживать ее с допустимой погрешностью. Сам согласен с тем что это гемморой и может оказатся что с такого измерения пользы никакой не будет и мы зря давили микробов на клавиатуре


Вот вот, все эти тонкости, пол дня потратили на отговоры заказчика от такого "гиблого" подхода. Сошлись на том что в течении нескольких дней сообщаем о работоспособности последнего, вот и я взялся за утюг поизвращатся