Внутри, на пластине, как можно ближе к рабочей поверхности пельтье.
Для эффективной термостабилизации необходимо:
1. Тепловое сопротивление объект (плата) - исполнительное устройство (пельтье), было возможно меньше. Для этого (в том числе) и нужна пластина с хорошей теплопроводностью.
2.Тепловое сопротивление объект (плата) – окружающая среда, было возможно больше. Для этого нужна хорошая теплоизоляция.

P.S. Не сочтите за дерзость, но наружная поверхность пельтье тоже должна иметь теплоотвод. Пельтье, как известно, эффективно работает (как холодильник) до определенной разности температур поверхностей.

Пелетье, естественно, снаружи обдувать...
Уберется лишняя постоянная времени в петле.
Только чтобы поток не проникал к камере...

Использую ратиометрическую схему на ADS1244, даже при отсутствие внутреннего PGA мне действительно удалось увидеть тысячные. Правда я не думаю что это точность скорее разрешение по крайней мере различимы 2 тысячных. И это только при не работающем ПИДе. Присутвуют небольшие колебания амплитудой до 5 тысячных периодом более секунды наверное это шум 1/f. А так в целом за 5-10 сек за пределы 0,01 не уходит. При выводе на экран использую еще элиптический фильтр, в ПИДе его не использую, так как реакция датчика нужна. При работе ПИДа +/-0,01 получается. Вообще есть у меня задумки использовать синхродетектор для работы в узкой полосе и уйти от шума 1/f, возможно получится получить разрешение лучше. Опыт с рукой попробую потом записать и выложить если интересно конечно.



Минвата воздхопроницаема? Не будет там типа конвекции?


Да теплотвод есть, во-первых это сам внешний корпус термокамеры и снизу радиатор с кулером.

В общем новый теплоизотялор склеил щас буду покрывать астртеком и фольгой. испытывать буду на след. неделе.

Мостовая схема получше будет.
Минеральная вата - это хорошо. Нет там конвекции большой. Только есть особенность - адсорция-десорбция воды. При некоторых температурах будет увеличение кажущейся теплоемкости и теплопроводности.
Радиатор с кулером - не очень хорошо. Лучше что-нибудь массивное - типа кастрюльки с водой, чтобы лучше стабилизировать температуру внешней части Пельтье.
Мне так кажется.
Так до сих пор мне непонятно, куда у Вас подключен внутренний конец Пельтье?
Если прямо на внутреннюю камеру, то зачем наружная оболочка? Для красоты?
А почему у Вас ПИД влияет? Он у Вас цифровой, а потом ШИМ?
Если да, то это зря.
Получается, что Ваш регулятор портит?

Насчет мостовой схемы я думал, но мне непонятно как ее сделать. Датчик получается 1 и ещё 3 высокостабильных резистора нужно, дорого да как их размещать? как тянуть провода. Как мостовая схема по шумам может быть лучше? Да и чувствительность моста получается ниже. Ратиометрческая схема - фактически 1 плечо моста, можно тоже на переменке питать.

Фотки камеры я выкладывал ранее, там есть внешний корпус металичекий камеры, внутри него теплоизолятор и металическая ячейка. Один конец пельтье к мет. ячейки другой к внешней камере.

ПИД цифровой, там ток большой качать нужно а габариты платы небольшие должны быть. Понимаю что аналог по-лучше будет, врое фильтрую хорошо, шум выходного сигнала вроде на уровне 20мВ получился. Тяну экранированным проводом. ШИМ изолирован от всех цепей.

Сами сообразите...
Соотношение рассеяной в виде тепла (вредной) к переданной(полезной) в эл-те Пельтье при ШИМе.
А ведь рассеянная там не очень-то помогает...
Теперь про ПИД (забудем, что ШИМ плохой). Вот в стационарном режиме с какой точностью должен ток поддерживаться (пусть рассогласование=0 и теплоотдача страшно стабильна)?
Вот сами и портите себе жизнь, возможно...
Будь такая ситуация на внешней оболочке, было бы легче.
Может, я неправильно Вас понимаю?
А ток Пельтье Вы как контролируете-регулируете?
Разница между Вашей схемой и мостом в том, что разбаланс моста усилить можно.
А мост... Можно даже... типа: магазин сопротивлений хороший. Все равно температура выходит долго. Или Вам нужно все-все компьютеризировать?

Ну да понимаю, что рассеянная мощность все портит. Если подавать большой ток тепло начинает просачиваться и на другую сторону. Щас сделал плавный набор температуры до уставки, если скорость меньше 0,1град в секунду пид отрабатывает более плавно, а при скорости 0,01 град. в сек. ошибка не превышает 0,05 град.


Да, наверное было бы правильнее питать пельтье током, но щас питаю напряжением. ШИМ на 256 позиций где-то по 100мв на LSB. Модуль пельтье http://www.chipdip.ru/library/DOC000197737.pdf. Расчитать точность с какой ток должен поддерживаться пока даже немогу сообразить как. Полагаюсь что ПИД должен все сделать сам. Щас начинаю думать что 100мв будет многовато для LSB, наверное нужно уменьшить. В общем контроля по току нет.


Ну если поставить АЦП со входным PGA то сигнал тоже по идее можно усилить. Здесь наткнулся на статейку http://ied.kiev.ua/ansborn/sb206.s53.html используют мостовую схему.
Компьютерезировать особо не нужно. программы управления достаточно будет.

Снял 30 секунд видео формы в установившеся режиме. Правда здесь выложить немогу. Если интересно могу где нибудь выложить в обменнике.

Ой! как все запущено! Слов нет! Вы сами, своими руками все портите, а потом с этим же и боретесь,- тем самым опять все портите.
Сообразите сами, какая у Вас долна быть дискретность - один квант ШИМа (если ШИМ) и стабильность напряжения его питания - а еще бы противоэдс вспомнить неплохо было бы. Только ток пропорционален транспорту мощности...
Вам поручили двигать хрустальную вазу, а Вы ее даже не микроскопом, а кувалдой...Туда-сюда...
P.S. Извините за эмоции... желаю Вам только добра и больших успехов. Но на выбранном Вами пути я вижу только колдобин, которые Вы же и вырыли, стараясь его сгладить.

Ну незнаю, возможно не все по правилам, но задачу удержания в +/-0,01 Град я выполнил, все что мне нужно обеспечить равномерный прогрев ячейки - собственно это основная задача. Хотя возможно внутри ячейки темература не будет иметь градиентов, тоже надо проверить. Может быть в будущем, если вдруг понадобится, для обеспечения стабильности в тысячной градуса учту все замечания, впрочем, спасибо за подсказку в каком направлении двигаться.

А если снаружи температура меняется ? Надо и это проверить.

У вас, похоже, все правильно сделано. Если я вас правильно понял
20мВ - это вы имели ввиду пульсации ШИМовского сигнала после LC-фильтрации? Или что-то другое?

Вот у меня явные недоделки, поэтому шумит сильно. У нас на фирме это направление новое, специалистов этого профиля нет. Начинали делать одни люди - железо и аналоговую часть, по сути, мне дали готовую. Потом все это направление дали мне со словами: вот бери все это, прикрути управление и исследуй, что можно получить...
Так что сейчас у меня 6 каналов Pt1000 и два опорных напряжения через дифусилители. Деление на опору при этом уже программное, что конечно, только добавляет погрешностей из-за неодновременности оцифровки входов Pt1000 и опоры. Так что полученный мною шум в <0.01'C меня даже обнадеживает



Рассеянная мощность будет, только если ШИМ не фильтровать. Если фильтровать, то только одни потери из-за подведенной электрической мощности (да и то, только при охлаждении, при нагреве все в дело пойдет)

Мостовая схема, на мой взгляд, не имеет никаких преимуществ перед классической "ратиометрической". И та, и другая, без проблем позволяют усилить входной сигнал до нужных значений.



Кастрюлька с водой это, конечно, было-бы хорошо, но далеко не всегда это возможно из-за габаритов, массы и сложностей в обслуживании.



Я вот вас, Татьяна, как-то плохо понимаю. Уже раньше я писал, что мы с вами смотрим на эти вещи с несколько различных точек зрения. Сейчас мое мнение только окрепло. Ваш взгляд мне представляется этаким академическим взглядом старой школы: основательное знание физики, всего того громоздкого "железа" больших термостатов, принципов аналогового управления. Но одновременно у вас сквозит плохое знание современных принципов цифрового управления, микроконтроллеров, типовых решений подобных задач в наше время. Или я не прав?
Вот что вы имеете ввиду под "все-все компьютеризировать"? А что, сейчас еще где-нибудь требуется полностью ручное в управлении оборудование? От меня обычно хотят все наоборот: "Пользователь нажимает одну кнопочку, и ждет сигнала о полученном результате". И долго потребитель тоже ждать не будет, купит другой прибор, где быстрее, невзирая на то, что "все равно температура выходит долго".

Отвечая на мой вопрос в другой теме, по поводу необходимой разрядности ШИМа для ПИД-регулятора, вы дали ясный ответ, который отлично подтверждается на практике. А сейчас из ваших ответов выходит прямо противоположное.

Я ставил на своей системе эксперименты: ПИ-регулятор с одними коэффициентами, одна уставка температуры. Одинаковые шумы измерения в 0.01С.
Управление ведется в одном случае 16-и разрядным ШИМ сигналом, в другом случае 10-и разрядным ШИМом. Результат одинаковый: в обеих случаях и время выхода на режим и точность поддержания уставки регулятором в +/-0.01С были одинаковыми.

Еще раз повторю, что большое от маленького отличается только ценой деления по осям.
Чувствую себя Вашей подчиненной и ... что мне грозит увольнение по причине приверженности замшелым теориям и плохого знания того, что прекрасно знаете Вы!
Типовые решения, основанные на принципах новейшей неакадемической школы оставляю Вам. Вот вырастете из тысячной градуса - поделитесь новейшим опытом.
А по поводу плохого понимание Вами меня... Извините, я старалась. А Вы?

Я тоже старался. И результаты своего старания и описал...
Вы уж извините, если был не прав по отношению к Вам, и обидел своими словами
Надеюсь, что это не лишит меня возможности и в дальнейшем пользоваться Вашими советами.

А если по теме, то мне кажется, что когда мне придется "вырасти из тысячной градуса", тогда и нужно будет применять все эти сложности с аналоговым управлением и полным учетом всех интегральных тепловых потоков и теплоемкостей. А пока ТЗ требует обеспечить пару сотых градуса, можно ограничиться более простыми и дешевыми методами...

Вот насчет ШИМа, вы мне говорили, что при определенных условиях достаточно и 1-битного ШИМа, как в сигма-дельта преобразователе. А сейчас выступаете вообще против применения ШИМ.
А ведь если инерционную систему с большой частотой дергать туда-сюда со средним усилием равным нулю, то действительно, состояние системы не изменится. КПД будет нулевой, да и только. Так что и небольшой кувалдой туда-сюда - вполне допустимо.

Или я опять все неправильно понял...

Нет. Вы, действительно. меня неправильно интерпретируете. Именно " при определенных условиях достаточно и 1-битного ШИМа, как в сигма-дельта преобразователе." А против "ШИМа вообще" не выступаю, а только в том виде и в том конкретном месте.

Да, это пульсации ШИМа на выходе.



Снаружи корпуса окружающая среда. Меняется она или нет, сложно сказать. А вообще во время работы камеры (при охлаждении ячейки) внешняя часть корпуса нагревается, вентилятор с радиатором спасают положение.


Я тоже это проверил - все одинаково. Правда с коэфициэнтами пришлось долго мучаться.

В общем собрал я новый вариант теплоизолятора. Разница температур между нижней и верхней точкой на 0,4 Град снизилась, недостаточно но уже лучше. Думаю дальше извращаться не буду. Кстати держать температуру стало немного лучше. В уст. режиме на 50 Град. ошибка регулятора (без фильтра) не более +/-0,005 Град. Элептическая фильтрация ошибки (просто для вывода на экран) дает колебание размахом +/-0,002 град и периодом около 4с.

Я предлагал проверить зависимость температуры внутри от изменений температуры снаружи на разумное количество градусов. Например, обдуть всю конструкцию тепловентилятором, или таз со льдом сверху поставить, и аосмотреть, как стабилизация на это отреагирует.

Ну в принципе можно провести такой эксперимент. Надо будет только датчик ещё один прикрутить снаружи корпуса.

Если коэффициенты регулятора подобраны правильно, то будет реагировать, как настроенный ПИД-регулятор из учебников реагирует на внешнее возмущающее воздействие

Если изменение температуры корпуса (опорной температуры) будет быстрым, резким, то и внутри будет скачок температуры, который затем медленно начнет выбирать регулятор (с колебаниями или без - зависит от коэффициентов).

А если изменение температуры корпуса будет медленнее интегрального звена, то регулятор успеет отработать без выбросов.

В этом-то и есть сермяжная необходимость пресловутых матрешек - стабилизации температуры внешней оболочки (спасибо Татьяне за просвещение)...

Вдумчивые... измеряют внешнюю температуру (самые умные - стабилизируют) и точно дозируют воздействие, остальные изобретают адаптивные алгоритмы и используют универсальную наинечеткую логику.

Не совсем понял ход ваших мыслей, точнее совсем не понял.

А мне непонятно, что Вам непонятно.

Люди, а мне вот не понятно. Почему бы не сделать "стакан в стакане". К примеру внешний стакан с температурой -40 (грубое поддержание) + подогреваемый внутренний стакан с температурой к примеру от -30 до +100, уже тонкое поддержание. Греть-то проще, нагреватель по всей поверхности можно разместить итд.

Не поделитесь кое-какими реальными цифрами по фильтрации ШИМа?
Интересует, какая у вас частота ШИМа и какие получились значения L и C (параллельной и последовательной емкостей)
И очень интересно по дросселю на токи для вашего пельтье. Покупали готовые дроссели или сами мотали?
Какие габариты получились?

Частота ШИМа 195Кгц. L покупал готовые http://www.terraelectronica.ru/catalog.php?ID=422&IDm=b
Емкости подбирал, ставил танталы по 10мкф керамика 1мкф и электронлиты, схема полный мост, на выходе намотал провод на кольце (из старого БП от компа). Габариты силовой части 100х150 примерно на плате.
20мВ - действ. значение, есть выбросы около 100мВ, при макс. нагрузке (ток 4А) выбросы вырастают до 1.5В. Думал сначала бороться, потом понял что это мне особо не мешает, так как результаты были получены даже лучше чем расчитывал, а вообще думаю как время появится, ШИМ буду дорабатывать. Хочу попутно усилок в Д режиме собрать. В общем, ШИМ особо не расчитывал и собирал на скорую руку.

Спасибо за информацию!
Я пока экспериментирую вообще без фильтрации. Изначально планировалось ставить на нагрев нихромовые нагреватели, а на охлаждение - пельтье. Поэтому у меня на первой плате только два полевика и было. А так как не знал, какой разрядности нужен ШИМ, сразу начал пробовать на максимуме. А с 16-и разрядным ШИМом частота получилась только 225Гц. Затевать фильтрацию 8-и амперных токов такой частоты даже и не пытался
Зато - провода ШИМа и термодатчиков по полметра вперемешку на столе лежат и почти никакого влияния друг на друга не оказывают, одну сотку градуса шума добавляют. А как попробовал поднять до 15кГц, тут же зашумело на пару десятых...

В следующей итерации все переделаю, т.к. текущие эксперименты сильно прояснили то, куда нужно двигаться, чтобы попытаться получить то, что хочется начальству...

Забыл указать номинал - VTP-02007R

Мало что понял из многочисленных рассуждений, но автора , вроде бы , интересует маленький температурный градиент внутри объема и короткое время релаксации температуры.
Как уже говорилось , это можно обеспечить либо за счет быстрого тепломассопереноса, например, используя вентилятор, перемешивание масла и тд, либо обеспечивать к этому дополнительно не точечное , а объемное регулирование температуры. То есть устанавливайте одинаковую температуру одновременно по всей поверхности вашего объема. Датчик регулятора - вплотную к холодильнику, обеспечивая минимальное тепловое сопротивление, тогда температурный гистерезис в контрольной точке будет меньше. Извините, что говорю на другом языке.

Рекомендации очень хорошие, только не могли бы вы перенести их из теоретической плоскости в практическую

Например, если нет возможности организовать быстрый тепломассоперенос и мы решаем обеспечить объемное регулирование температуры.
Что понимается под "устанавливайте одинаковую температуру одновременно по всей поверхности вашего объема"?
N-элементов пельтье, установленных на каждой стороне термокамеры с независимым регулированием температуры, объединенных общей температурной уставкой? Или что-то понавороченней?

Мне нужно, чтобы внутри ячейки не было температурных колебаний более чем 0,01 Град. Температурный градиент он будет, так как сверху камера остывает и по бокам тоже, главное что бы не было колебаний. Что каксается перемешивания, боюсь в таком малом объеме это сделать будет оч. сложно.


Кстати такое я где то в видел - несколько пельтье сверху, снизу и по бокам.

Почему не 0,0000011 Вт/m*K?

PS

Предложили бы той же Тане, например, поработать на вас консультантом в свободное от основной работы время. Не за бесплатно - и смотрите, не обидьте человека слишком маленьким предложением. Уверен, результат будет гораздо быстрее и качественнее, чем самостоятельно вам заниматься такими вещами без образования в области физики.

Вы меня без спроса сватаете... А я уже...

Ну значит этим людям с Вами ничего не светит, только и всего. Но если они джентельмены - предложить обязаны. Вы и так им уже все подробно разжевали.

Я очень даже не против работать с такими умными людьми как Татьяна, тем более в силу специфики работы, с физикой постоянно работаю. К сожалению, все решают деньги. Термокамера - это в принципе часть системы находящейся в лаборатории у физика. И это единичный прибор. Денег выделяется мало. Правда физики есть, вот только помощи у фундаментальных физиков недождешся да и разные уровни мышления, до всего приходится додумывать самому и не всегда получается. А вообще, я даже стесняюсь спросить, во сколько могут оцениваться консультации таких специалистов...

Скажу честно, всю ветку не прочитал, если повторюсь - извиняйте.

За свою жизнь много раз встречался с термостатами:

1) В хроматографах термостат выполнен в виде металлического шкафчика, термоизолированного минеральной ватой
со спиралью обдуваемой достаточно мощным вентилятором. диапазон температур 30-250 С точность 0.01С.

2) Термостат для калибровки термодатчиков - бак с водой, вода гоняется насосом по замкнутому кругу содержащему
нагреватель. точность 0.01С Фишка в том, что теплоемкость воды позволяет пренебречь выделением тепла на самом
термодатчике (он плавает прямо в баке). Термоизоляция достаточно тонкая (1-2 см.) чего внутри не знаю.

3) "Сушильные шкафы" для медико-биологических целей - металлический шкаф без перемешивания (чтобы не раздуть
чумную вакцину) внизу дохленькая грелочка (10-50 Вт) вверху медное термосопротивления, точность хуже градуса ,
температура градусов до 70. Фигня, короче.

4) Термостат для высокотемпературной сверхпроводимости - пенопластовый куб в котором торчит колба от термоса прикрытая
куском пенопласта с дырочкой для выхода паров азота.

Основные мысли моего поста в следующем,

если автору нужна постоянная температура, может лучше поискать хим. процесс
типа тающего льда, кипящей воды и т.п. ( есть соответствующие таблицы в хим справочниках).

Если нужна управляемая температура и точность - обязательно вводить перемешивание, высокую мощность на нагреватель
(запас по регулированию), ну и хороший контур регулирования.

Прекрасное замечание. Ваша система анизотропна, и чтобы вы ни делали градиент температуры все равно будет. теплоизоляторы и методы регулирования грамотно подобранные помогут, но не решат проблемы, если нужна высокая точность. Значит надо либо осуществить хороший тепломассообмен, либо использовать второй шарообразный объем с равномерным распределенным нагревателем , те изотропную систему. А электроника аналоговая , цифровая - это как Вам нравится. На самом деле все равнозначны. Кто как умеет делать. Важнее грамотно подобрать все постоянные времени, чтобы исключить . с одной стороны , генерацию в системе с обратной связью, а с другой стороны уменьшить гистерезис.

Гистерезис и автоколебания....Иногда, от чего заболел - тем и лечись.
Хорошие результаты дают термостаты с конструктивно объединенным нагревателем и датчиком в АВТОКОЛЕБАТЕЛЬНОМ режиме.
Грубо говоря, это мощный УНЧ, нагруженный на мост и сам же мост включен в цепь ПОС. Одно плечо - нихром-нагреватель, другое - медный провод-датчик. Обе проволоки намотаны вокруг нагреваемого объема. Можно с 4 сторон, можно, исхитрившись, и с 6 сторон куба. При балансе моста амплитуда колебаний равна нулю. Ели мост разбалансирован - увеличивается до максимума. Регулировку температуры легко сделать, подавая стороннее смещение в мост.
Достоинство - и нагрев и измерение температуры распределены по площади. Мощность нагрева дозируется очень точно и реакция датчика почти мгновенная по сравнению с другими конструкциями. Теплоизоляция практически не нужна, только для увеличения КПД нагревателя.
Если внутри еще хоть как-то перемешивать воздух, температура будет однородной по объему.

Не уверен, правильно ли понял и то ли это о чем я думаю - Но подобное применял , когда практически получалась схема генератора интегратор- компаратор, где интегратором была масса нагревемая. В компараторе пришлось поставить тогда емкость в ПОС , для четкости переключения просто. Гистерезис, таким образом, был как бы по времени, не по амплитуде.
Результат приятно удивил.

Так тут компаратора нет. Тут генератор самовозбуждается через мост, который есть и нагреватель и датчик одновременно. Ну, скажем, на частоте пару килогерц.
Как только мост сбалансируется по температуре - колебания затухают. Регулировка непрерывная и подвод мощности практически по всему объему и непрерывно, только сама мощность регулируется очень точно.
Найду картинку - выставлю.