12.4.17: Ein Thermoelement
Gerade ist mir ein Stück Thermoelement-Leitung zugelaufen, wie es in der Industrie verwendet wird. Extrem dünn und mit einer hitzefesten Isolierung. So ein Thermoelement besteht aus zwei Drähten mit unterschiedlichen Metallen oder Legierungen. Ich weiß noch nicht, welche Metalle verwendetet wurden. Aber jedenfalls habe sie sich erfolgreich meinem Versuch widersetzt, sie mit einer Gasflamme zusammenzuschmelzen. Da blieb erstmal nur Verdrillen.
Gerade ist mir ein Stück Thermoelement-Leitung zugelaufen, wie es in der Industrie verwendet wird. Extrem dünn und mit einer hitzefesten Isolierung. So ein Thermoelement besteht aus zwei Drähten mit unterschiedlichen Metallen oder Legierungen. Ich weiß noch nicht, welche Metalle verwendetet wurden. Aber jedenfalls habe sie sich erfolgreich meinem Versuch widersetzt, sie mit einer Gasflamme zusammenzuschmelzen. Da blieb erstmal nur Verdrillen.
Das
andere Ende habe ich mit Krokos an mein Multimeter angeschlossen. Wenn
ich nun die verdrillte Seite an meinen Lötkolben halte und ihn auf 400
Grad einstelle, erhalte ich eine Thermospannung von 4,7 mV. Das ist
allerdings noch nichts richtig Genaues, weil das Thermoelement
wahrscheinlich nicht ganz die Endtemperatur erreicht und weil das
andere Ende auf den Gefrierpunkt gekühlt werden sollte.
In einem zweiten Versuch habe ich das Ende in einen Tropfen Lötzinn an der Spitze des 400 Grad heißen Lötkolbens gehalten und 15,3 mV gemessen. Demnach müsste es Thermoelement vom Typ K (Ni-CrNi) sein. Ich habe mir sagen lassen, dass die Originale mehrere Meter lang sind und vorn schon verdrillt (nicht verschweißt), isoliert und zum Ankleben vorbereitet. Dafür kosten sie dann auch richtig viel Geld. Irgendwie war bei der Montage was schief gelaufen, sodass kleine Stücke vom Ende abgeschnitten werden mussten. Ein freundlicher Mensch wusste dann gleich, dass ich sowas brauche. Jedes kurze Stück ist ja wieder ein vollständiges Thermoelement. Ich sollte mal versuchen, es direkt und ohne Vorverstärker an einen Tiny85 zu legen, der ja eine hohe Auflösung und eine interne Temperaturreferenz hat.
Verschweißen mit 5 V von Ekkehard Schulze
Ich schweiße meine Thermoelemente seit Jahren selbst mit 5 Volt Hochstromnetzteilen im Kurzschluss. Mein Draht ist 2 x 0,16 mm im Durchmesser. Man muss ein Drahtpaar am Ende über 3 - 5 mm abisolieren, verdrillen und mit einer guten Hirschmann-Klemme kontaktieren. Dasselbe macht man dann mit einem zweiten Drahtpaar. Dann die Hirschmann-Klemmen mit dicken Kabeln mit dem Netzteil verbinden und unter dem Mikroskop für eine Sekunde einen Kurzschluss der zwei verdrillten Drahtpaare herstellen. Dann entstehen zwei Thermoelemente. Man braucht zwei Drahtpaare, um keine Fremdmetalle in die Schweißstelle zu kontaminieren. Es werden gerne Sigma-Delta ADCs 17 bis 24 Bit genommen, Maxim hat auch eine Serie von spezialisierten Interfaces für Mikrocontroller mit eingebauter 0-Grad-Kompensation. Man braucht einen Kondensator von 10 - 100 nF über den zwei Drähten am Eingang des ADC, sonst erhält man abhängig von der Länge der Leitung HF-Energie auf dem Signal. 3 m Länge verfälschten die angezeigte Temperatur bei mir um ca. 10 Grad, bei kurzen Leitungen (30 cm) war das kein Problem.
Wenn man flüssigen Stickstoff messen möchte, ist diese Tabelle hilfreich: https://srdata.nist.gov/its90/download/type_k.tab
Verschweißen mit einem Lichtbogen Thomas Stegemann
Ich hätte zu Ihrem kurzem Artikel zur Thermoelementleitung (bei uns Typ K) noch einen tollen Tipp, da ich beruflich ab und an mit diesen Leitungen zu tun habe. Wir verkleben diese gerne an elektronischen Bauteilen wie ICs um im Realbetrieb die Gehäusetemperaturen loggen zu können. Beim Lösen der verschweißten Perle aus der Klebestelle bricht diese jedoch häufig ab.
Es hat sich daher sehr bewährt, einen Bleistift mit einem Cutter o.ä. der Länge nach so zu bearbeiten, dass die Mine halbseitig freiliegt. Alternativ geht natürlich auch eine dicke, lose Bleistiftmine, die man aber leider eher selten zur Hand hat. An diese Bleistiftmine legt man eine Spannung von ca. 50 VDC per Labornetzteil, Masse an das nicht zu verschweißende Ende der Thermoelementleitungen (beide Metalle). Das andere, zu verschweißende Ende verdrillt man schon eng und schneidet es vorne ab. Dann braucht man es nur noch über die unter Spannung gesetzte Kohlemine ziehen und kann recht einfach einen Lichtbogen erzeugen, der eine schöne neue Schweißperle zur Folge hat. Das dauert nur etwa eine Sekunde. Mit ein wenig Übung und Geschick gelingt das ganz wunderbar und sieht aus wie aus dem Werk und funktioniert ebenso gut wieder aufs Neue.
Thermoelement am Tiny85 von Steven
Der Attiny85 hat ja einen 20-fachen Vorverstärker für den ADC eingebaut. Wenn man da noch die Referenzspannung auf 2,56 V oder 1,1 V setzt sollte die Genauigkeit annehmbar sein. Ich bin sehr gespannt ob das gut funktioniert.
In einem zweiten Versuch habe ich das Ende in einen Tropfen Lötzinn an der Spitze des 400 Grad heißen Lötkolbens gehalten und 15,3 mV gemessen. Demnach müsste es Thermoelement vom Typ K (Ni-CrNi) sein. Ich habe mir sagen lassen, dass die Originale mehrere Meter lang sind und vorn schon verdrillt (nicht verschweißt), isoliert und zum Ankleben vorbereitet. Dafür kosten sie dann auch richtig viel Geld. Irgendwie war bei der Montage was schief gelaufen, sodass kleine Stücke vom Ende abgeschnitten werden mussten. Ein freundlicher Mensch wusste dann gleich, dass ich sowas brauche. Jedes kurze Stück ist ja wieder ein vollständiges Thermoelement. Ich sollte mal versuchen, es direkt und ohne Vorverstärker an einen Tiny85 zu legen, der ja eine hohe Auflösung und eine interne Temperaturreferenz hat.
Verschweißen mit 5 V von Ekkehard Schulze
Ich schweiße meine Thermoelemente seit Jahren selbst mit 5 Volt Hochstromnetzteilen im Kurzschluss. Mein Draht ist 2 x 0,16 mm im Durchmesser. Man muss ein Drahtpaar am Ende über 3 - 5 mm abisolieren, verdrillen und mit einer guten Hirschmann-Klemme kontaktieren. Dasselbe macht man dann mit einem zweiten Drahtpaar. Dann die Hirschmann-Klemmen mit dicken Kabeln mit dem Netzteil verbinden und unter dem Mikroskop für eine Sekunde einen Kurzschluss der zwei verdrillten Drahtpaare herstellen. Dann entstehen zwei Thermoelemente. Man braucht zwei Drahtpaare, um keine Fremdmetalle in die Schweißstelle zu kontaminieren. Es werden gerne Sigma-Delta ADCs 17 bis 24 Bit genommen, Maxim hat auch eine Serie von spezialisierten Interfaces für Mikrocontroller mit eingebauter 0-Grad-Kompensation. Man braucht einen Kondensator von 10 - 100 nF über den zwei Drähten am Eingang des ADC, sonst erhält man abhängig von der Länge der Leitung HF-Energie auf dem Signal. 3 m Länge verfälschten die angezeigte Temperatur bei mir um ca. 10 Grad, bei kurzen Leitungen (30 cm) war das kein Problem.
Wenn man flüssigen Stickstoff messen möchte, ist diese Tabelle hilfreich: https://srdata.nist.gov/its90/download/type_k.tab
Verschweißen mit einem Lichtbogen Thomas Stegemann
Ich hätte zu Ihrem kurzem Artikel zur Thermoelementleitung (bei uns Typ K) noch einen tollen Tipp, da ich beruflich ab und an mit diesen Leitungen zu tun habe. Wir verkleben diese gerne an elektronischen Bauteilen wie ICs um im Realbetrieb die Gehäusetemperaturen loggen zu können. Beim Lösen der verschweißten Perle aus der Klebestelle bricht diese jedoch häufig ab.
Es hat sich daher sehr bewährt, einen Bleistift mit einem Cutter o.ä. der Länge nach so zu bearbeiten, dass die Mine halbseitig freiliegt. Alternativ geht natürlich auch eine dicke, lose Bleistiftmine, die man aber leider eher selten zur Hand hat. An diese Bleistiftmine legt man eine Spannung von ca. 50 VDC per Labornetzteil, Masse an das nicht zu verschweißende Ende der Thermoelementleitungen (beide Metalle). Das andere, zu verschweißende Ende verdrillt man schon eng und schneidet es vorne ab. Dann braucht man es nur noch über die unter Spannung gesetzte Kohlemine ziehen und kann recht einfach einen Lichtbogen erzeugen, der eine schöne neue Schweißperle zur Folge hat. Das dauert nur etwa eine Sekunde. Mit ein wenig Übung und Geschick gelingt das ganz wunderbar und sieht aus wie aus dem Werk und funktioniert ebenso gut wieder aufs Neue.
Thermoelement am Tiny85 von Steven
Der Attiny85 hat ja einen 20-fachen Vorverstärker für den ADC eingebaut. Wenn man da noch die Referenzspannung auf 2,56 V oder 1,1 V setzt sollte die Genauigkeit annehmbar sein. Ich bin sehr gespannt ob das gut funktioniert.