Schaltung aufgrund einer Teperaturdifferenz

Hallo zusammen,
folgendes möchte ich realisieren:
Es sollen zwei Temperaturfühler T1, T2 angebracht werden. Dann soll es ein Gerät geben, welches die Werte dieser Fühler ausliest und vergleicht. Dieses Gerät soll dann bei einer variable zu definierenden Differenztemperatur ein Relais schalten, wodurch ein Gerät mit einer Spannung von 220V betrieben werden soll.
Was nimmt man dafür idealerweise? Ich möchte eigentlich eine zuverlässige und robuste Lösung haben. Die Temperaturwerte beider fühlen liegen zwischen 0 und 140 °C. Im Grunde würde auch das Ergebnis der Auswertung E = T1 > T2 reichen...
mfg Erik

Erik Werner wrote:
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Du muesstest uns verraten, was fuer Fuehler das sind. Thermistor oder thermocouple (weiss das deutsche Wort nicht)?
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Das geht mit Comparators a la LM339 oder mit einem Micro Controller. Letzteres wird kleiner, muss aber programmiert werden.
BTW, bitte nicht Newsgroup und Follow-up unterschiedlich machen, das bricht den Thread. In der E-Technik Gruppe wirst Du auch mehr Antworten bekommen. Noch besser waere aber die Newsgroup de.sci.electronics.

Ich würde auch erstmal eine Lösung mit Microcontroller wählen. Da hat man einfach mehr Möglichkeiten.
Ansonsten könnte man auch zwei Thermoelemente in Reihe schalten.
Thermoelemente sind Temperaturfühler aus zwei verschiedenen Metallen. An der Kontaktstelle gibt es eine temperaturabhängige Spannung. Schaltet man zwei Thermoelemente in Reihe erhält man bei richtiger Polung die Differenztemperatur. Man kann dann einen herkömmlichen Industrieregler verwenden, z.B. Jumo o.ä.
Gruß
Stefan DF9BI

Joerg schrieb:
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Thermocouple dürfte Thermoelement sein. Es gibt auch noch NTC, PTC, Pt100, Pt1000 und wohl noch einiges Anderes geben.
Ein Thermoelement misst grundsätzlich nur TemperaturDIFFERENZEN und keine Temperaturen! So gesehen wäre das sowieso für die Anwendung genau das Richtige. Spannung Positiv - T1>T2 und Spannung negativ - T1<T2. Sollte einfach auszuwerten sein.
Aber Vorsicht! Kauft man sich ein Thermoelement, hat man im Grunde genommen nur eine Hälfte. Die andere Hälfte sitzt im Messgerät mit einem zusätzlichen Messfühler, der die Temperatur des zweiten Thermoelements misst, um damit dann doch auf die Temperatur des gekauften Elements schließen zu können. Diesen Aufwand kann sich Erik sparen, weil er ja wirklich nur an der Differenz der Temperaturen interessiert ist.
Thermoelemente hat man immer dann, wenn man unterschiedliche Metalle miteinander verbindet. Gemessen werden die Verbindungsstellen der Metalle. Sie sorgen für die Thermospannung. Wenn man Metall A und B mit dem Lot C verbindet, so spielt C dabei keine nennenswerte Rolle.
Das Problem wäre etwa so zu lösen:
T1 T2 O-----------------O Thermodraht (z.B. Nickel) \ / \ / \ / \ / Kupferdraht, weil Standard auf Platinen \ / | | | | | | o o
+ - T1>T2 0 0 T1=T2 - + T1<T2 (oder umgekehrt, je nach Werkstoff des Thermodrahts)
Will man wissen, welche Spannungen auftreten - dafür gibt's schlaue Tabellen, die ich allerdings grad' nicht zur Hand habe.
Dass man hochohmig messen sollte, versteht sich von selbst.
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Wie ich dich kenne, fällt dir zur Thermoelementschaltung bestimmt noch was Einfacheres ein. ;-)

Christoph Müller wrote:
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[...]
Wenn man weiss was fuer Thermofuehler das sind, koennte man erwaegen, ob nicht doch einige wenige 2N3904 reichen wuerden ...

Moin,
Joerg schrub:
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Hab neulich mal einen Temperaturregler verbaut: Einfaches Gerät, Steckerfertig, programmierbar auf eine Temperatur ab der hinten an den Schaltausgängen 240V ein- oder ausgeschaltet werden. Mit programmierbarer Hysterese.
Das Problem: Der dabei-gewesene Temperaturfühler war so dick in Plastik vergossen, dass er dermaßen träge war, dass es mir nichts nutzte. Die Anleitung sagte zur Art des Temperaturfühlers nur 'Diode'. Also habe ich ahnungslos wie ich bin mal einfach so irgendeine Diode als Fühler drangehängt und siehe da, funktionierte, die angezeigte Temperatur stimmte auch hinreichend.
Könnte man nicht auch zwei Dioden an den beiden Messstellen gegenläufig anschließen? Dann ist die messbare Spannung zwar nicht genau die Temperaturdifferenz, aber es interessiert ja doch eher nur das Vorzeichen der Differenz.
CU Rollo

On Wed, 24 Dec 2008 18:31:59 +0100, Christoph Müller wrote:
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Wie verstärkt man das Signal des Thermoelements eigentlich? Geht da jeder handelsübliche opamp? Oder muss man z.B. an den Kontakten schon irgendwas beachten, weil auch dort ja Übergänge unterschiedlicher Metalle und damit Thermoelemente vorliegen?
Schönen Gruß Martin

Martin Trautmann schrieb:
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Vermutlich. Spezialisten wissen's besser als ich.
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So lange die Verhältnisse symmetrisch sind, ist alles im Lot. Schwierig würd's werden, wenn ein Pin aus Kupfer und der andere aus Gold wäre. Normalerweise hat man - was Werkstoffe betrifft - auf Platinen symmetrische Verhältnisse.

X-No-Archive: Yes
begin quoting, Christoph Müller schrieb:
  Quoted Text Here  
Es sollten schon dedizierte Gleichspannungsverstärker (offset- und driftfrei) sein, z. B. Chopper-Verstärker. Da geht es letztlich um Mikrovolt, das ist immer etwas heikel.
  Quoted Text Here  
Auch nicht: Die beiden Lötstellen müssen nur auf der gleichen Temperatur liegen.
  Quoted Text Here  
Theoretisch ja - praktisch liegt aber immer der Fall vor, daß die Verzinnung mit dem Platinenmaterial eine dünne Legierungsschicht unterschiedlicher Zusammensetzung bildet. Und bei Gleichspannungsverstärkern - auch Ladungsverstärkern - muß man immer darauf achten (und das sorgfältig austesten oder gleich die sauteuren AMD-Geräte kaufen), daß die beiden üblichen Störungsquellen - zum einen Thermoelemente, und zum anderen, viel gravierender: chemische Lokalelemente - nicht vorhanden sind. (Ein bißchen eingetrocknete Irgendwas-Lösung liefert Spannungen in der Größenordnung Volt und schlägt damit garantiert jedes Thermoelement-Signal, das bei Vollaussteuerung lediglich einige Millivolt hat, tot. Daher müssen solche Schaltungen ausgesprochen sorgfältig gereinigt, getrocknet und isolierend beschichtet werden. Man kann auch über gläserne oder keramische Schaltungsträger nachdenken oder gleich Fertig-Lösungen verwenden - warum das Rad neu erfinden.)
Für die meist nicht ganz billigen Thermoelemente gibt es übrigens passende billigere Verlängerungsleitungen, die bei niedrigen Temperaturen dieselben Thermospannungen wie die für höhere Temperaturen vorgesehenen Thermoelemente selbst haben - die sollte man auch verwenden (und nach Herstellervorschrift kontaktieren).
Gruß aus Bremen Ralf

X-No-Archive: Yes
begin quoting, Christoph Müller schrieb:
  Quoted Text Here  
Für den Verstärker ist nur relevant, welche Eingangsspannungen der an seinen Anschlüssen sieht. Wenn man mal annimmt, daß der "Verstärker" letztlich ein IC ist, dann hält der zwei Beinchen an die zu messende Spannung, und der Hersteller hat dann schon dafür gesorgt, daß die aus dem gleichen Material bestehen und folglich auch die gleiche Fermi-Energie aufweisen - zwischen ihnen kann also bei gleicher Temperatur keine Kontaktspannung auftreten. Und egal, welche Leiterketten bis zum Anschluß der Thermoelementkontakte dann noch auftreten (sagen wir: auf der einen Seite Gold und auf der anderen Kupfer) - wenn da keine Temperaturdifferenzen vorhanden sind, dann treten auch keine Thermospannungen auf.
Zum Verständnis muß man sich klar machen, daß jedes Metall eine temperaturabhängige Austrittsarbeit W = e*U(theta) aufweist. Wenn sich zwei Metalle berühren, dann sind die beiden Spannungen zwangsläufig gleich, denn sonst würde ein Strom fließen - das kann aber nur dadurch geschehen, daß sich zwischen den freien Enden eine Potentialdifferenz aufbaut, die den Unterschied ausgleicht, und die kann dann gemessen werden (Seebeck-Effekt).
Zwischen den gleich temperierten Enden eines Leiters liegt aber keine Thermospannung an, deshalb reicht der an einem Ende anliegende Spannungen bzw. Potentiale unverändert an das andere Ende durch, völlig egal, um welches Material es sich dabei handelt.
  Quoted Text Here  
Das hängt davon ab, auf welchem Temperaturniveau sich die beiden Meßpunkte befinden. Sollte das "zivilisiert" sein, braucht er gar keinen Thermocoupledraht, sondern kann gleich die Verlängerungsleitung verwenden...
Gruß aus Bremen Ralf

  Quoted Text Here  
Sehr sinnvoll, um den grandiosen Duennschiss:
  Quoted Text Here  
zu entsorgen. Viele Worte hast du verwendet, bist tief in Theorie eingetaucht, nur um darzustellen, dass du das Problem nicht verstanden hast. Es hat schon seinen Grund, warum es 'Themocouple'draht gibt.

Ralf Kusmierz wrote:
  Quoted Text Here  
Ich bin nicht sicher, ob ich das richtig verstanden habe. Wenn ja, dann ist es aber ziemlich falsch.
Sämtliche Kontaktstellen innerhalb einer Anschlussleitung bis hin zum Messgerät bilden eine Kette von Thermoelementen. Sie alle erzeugen eine für diese Material-Paarungen typische Thermospannung für die jeweils dort herrschende Temperatur. Die Summe all dieser Thermospannungen verfälscht die von der Mess-Stelle gelieferte Thermospannung. Der Fehler kann gering sein, wenn die Mess-Temperatur hoch ist; ist diese allerdings gering, dann kann der Fehler das Messergebnis bis hin zu völliger Unbrauchbarkeit verfälschen.

X-No-Archive: Yes
begin quoting, "R.R.Kopp" schrieb:
  Quoted Text Here  
Ist es nicht. Hier steht das alles deutlich detaillierter: <http://www.uni-konstanz.de/FuF/Physik/Jaeckle/papers/thermospannung/node4.html .
  Quoted Text Here  
Mal abgesehen davon, daß ich nichts anderes geschrieben habe: Die Ursache der Thermospannungen ist die Differenz der Austrittsarbeiten der beiden Materialien. Wirklich.
  Quoted Text Here  
Was braucht man für Thermospannungen? Richtig: Temperaturdifferenzen. Und wenn die beiden Kontakte des Anschlusses am Verstärker keine Temperaturdifferenz aufweisen, gibt's keine Thermospannung und deswegen keinen Meßfehler dadurch. Und nichts anderes habe ich geschrieben.
Gruß aus Bremen Ralf

Ralf Kusmierz wrote:
  Quoted Text Here  
Es reicht nicht, die Quelle zu nennen. Notwendig ist weiter auch, diese zu verstehen und sodann die richtigen Schlussfolgerungen zu ziehen.
  Quoted Text Here  
Schön, dass du es selbst noch einmal dokumentierst: Du hast die Wirkungsweise eines Thermoelementes nicht verstanden.
  Quoted Text Here  
Richtig, das tust du; nur ist es falsch, was du schreibst.
Tip zum Nachdenken: Ein Thermoelement bildet zusammen mit den zwei Anschlussklemmen des Anzeigegerätes eine Kette von mindesten **drei in Reihe** geschalteten Thermoelermenten.

X-No-Archive: Yes
begin quoting, "R.R.Kopp" schrieb:
  Quoted Text Here  
Wer hindert Dich daran?
  Quoted Text Here  
Ich schon. Du auch?
  Quoted Text Here  
Nein.
Tip von mir: Vor dem Posten einfach mal Gehirn einschalten.
Gruß aus Bremen Ralf

Ralf Kusmierz wrote:
  Quoted Text Here  
Du hinderst mich, zu verstehen, was du sagen willst. Durch Wiederholung wird das nicht besser.
Schau dir die Versuchsanordnung im Link mal genauer an; vielleicht fällt dir dann auf, dass die Anordnung des Anzeigeinstruments innerhalb der Leitungsführung - mmmhh - ungewöhnlich ist. In der Praxis werden beide Thermoleitungen bis zur Anzeigeeinheit geführt. Mit den beiden Klemmen bildet jeder der beiden Leiter eine zusätzliche Kontaktstelle. Die gesamte Anordnung besteht also aus drei Thermoelementen, jedes aus unterschiedlicher Materialpaarung.
Rest der starken Worte entsorgt.

X-No-Archive: Yes
begin quoting, "R.R.Kopp" schrieb:
  Quoted Text Here  
Habe ich Glück, daß ich für meine pädagogischen Fähigkeiten nicht bezahlt werde...
  Quoted Text Here  
Du könntest Dir das Leben einfacher machen, wenn Du verstehen würdest, daß "Thermolelement" ein technischer, aber kein physikalischer Begriff ist. Der zugrundeliegende Effekt ist der Seebeck-Effekt - nach seinem Entdecker die Spannung, die längs eines (*eines*!) Leiters auftritt, wenn in diesem ein Temperaturgefälle auftritt. Dafür braucht es keine Materialpaarungen.
Wenn man z. B. längs eines Kupferdrahtes einen Temperaturunterschied hat (ein Ende 0 °C, das andere 100 °C), dann liegt zwischen den Enden eine Thermospannung vor. Dummerweise wird man die aber nicht messen, wenn man ein Voltmeter mit zwei Kupferdrähten an den Enden anschließt.
Warum? Weil natürlich in den Meßgerätezuleitungen der gleiche Seebeck-Effekt auftritt und dann am Meßgerät einfach keine resultierende Spannung mehr übrig bleibt, denn die Kontaktstellen haben notwendigerweise jeweils eine einheitliche Temperatur. Daher braucht man praktisch, aber eben "nur aus meßtechnischen Gründen", immer Thermo*paare*.
Die physikalische Ursache des Seebeck-Effekts ist die Temperaturabhängigkeit der Kontaktspannungen zwischen Leitern (und auch Nichtleitern, aber da sind sie nur sehr schwierig zu messen), die aus unterschiedlichen chemischen Potentialen (vulgo Austrittsarbeiten) infolge unterschiedlicher Niveaus der Fermienergien resultiert. (Das wird eigentlich doch immer länglich im Zusammenhang mit der Ausbildung der Sperrschicht bei pn-Übergängen diskutiert - "verbogene Bänder", Du erinnerst Dich.)
Messen kann man aber immmer nur Potential*differenzen*; wenn sich zwei unterschiedliche Materialien berühren, verschwindet auch bei unterschiedlichen Kontaktspannungen an der Berührungsstelle die Spannung (weil natürlich so lange Elektronen von dem einen Material in das andere übertreten, bis die Potentialdifferenz ausgeglichen ist), aber dafür tritt die Differenz dann "am anderen Ende" meßbar auf.
Für die hier vorliegende Frage ist nun allein die Tatsache entscheidend, daß es zwischen den Leiterenden desselben Leiters keine Potentialdifferenz gibt, wenn dessen Enden auf der gleichen Temperatur liegen - er reicht vorhandene Thermospannungen sozusagen unverändert durch. Deshalb kommt es überhaupt nicht darauf an, wie viele Materialpaarungen noch zwischen den Klemmstellen des Thermoelementes und dem Verstärkereingang liegen - wenn das ganze Gelumpe dazwischen eine einheitliche Temperatur hat (was dann natürlich auch heißt, daß die beiden Klemmstellen die gleiche Temperatur haben), dann können beliebige Materialien keinen Meßfehler mehr verursachen. Es ist daher unnötig und irreführend, sich Gedanken über Materialpaarungen zu machen.
Und wenn Du anderer Meinung bist, dann bring dafür mal sachliche physikalische Argumente, aber keine halbverdauten Technikerregeln. Die Leitfrage wäre, woher ein Werkstoff denn "weiß", daß er mit einem anderen ein Thermopaar bildet.
Gruß aus Bremen Ralf

  Quoted Text Here  
...und das alles zu e i n e m Preis! SCNR Harald

Harald Wilhelms schrieb:
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Und der Preis ist heiss!
(naja, auch schon ein Jahrzehnt her, jetzt eher nur noch lauwarm :-))

  Quoted Text Here  
de.sci.electronics FAQ: http://dse-faq.elektronik-kompendium.de / F.32. Temperaturmessung
  Quoted Text Here  
Genau sollte er halt sein. Chopperverstaerker waere aber Unfug, die gibt's ja fast nicht mehr seit dem es billigere zero drift OpAmps gibt. Auch ein OP90 tuts aber.
  Quoted Text Here  
Wenn die Messschaltung bei 20 GradC und das Thermoelement bei 1000 GradC liegt: Nichts beachten, einstellen und gut is. Wenn die Messchaltung bei 10 bis 30 und du Temperaturen von 0 bis 100 messen willst, solltest du eine Temperaturkompensation machen und die Temperatur der Messchaltung per NTC messen und abziehen, denn dort gibt es zwangsweise an den anderen Anschluessen des Thermoelements ebenfalls Thermospannungen.