Pumpen-Steuerung für Solaranlage

[Xgrnsxs]

Hallo alle zusammen

Ich hab mich hier vorhin ein wenig umgeschaut und leider nicht wirklich was passendes für mein Problem gefunden.
Aber hier sind ja so einige helle Köpfe. Von daher ist mein Problem wahrscheinlich nur ein Klacks.

Ganz grob gesagt möchte ich 2 Temperaturen messen, diese vergleichen, und bei einer bestimmten einstellbaren Differenz eine Pumpe einschalten. Mein Vater möchte sich nämlich auf sein Dach eine Solar Anlage bauen um Warmes Wasser zu bekommen.

Ich hatte mir überlegt, dazu eine kleine Box zu bauen, mit einem Display und ein paar Tasten um die Temperaturdifferenz einzustellen, und die aktuellen Temperaturen abzulesen.

Ich bin leider kein Profi was Elektronik angeht und deshalb hab ich mich gleich beim ersten Problem etwas festgefahren.

Ich habe mir gedacht ich messe die Temperatur über einen PTC. Dann digitalisiere ich die Spannung die dort abfällt mit einem 8Bit A/D Wandler und benutze diese Werte um vom Microcontroller (würde gerne einen Atmel dazu benutzen) die Werte zu vergleichen und anzeigen zu lassen. Der Controller schaltet dann, mit einem Treiber IC und einem Relais, die Pumpe ein oder wieder aus.

Mein Problem ist jetzt, dass in dem Temperaturbereich von 10-80°C (Wo auch der PTC noch relativ linear arbeitet) nur eine Spannungsänderung von einigen mV auftritt. Der A/D-Wandler ist allerdings für einen Eingang von 0-5V ausgelegt.

Wie bekomme ich jetzt diese paar mV auf 5V linear Verstärkt?

Meine Ideen waren dazu eine Verstärkerschaltung mit OpAmp zu nehmen. Nur leider habe ich nirgendwo etwas genaues (z.B. einen Schaltplan ) gefunden um eine Gleichspannung zu verstärken. Es ging irgendwie immer um Wechselspannungen.

Dann habe ich, in der Berufsschule, (mache gerade eine Ausbildung zum Fachinformatiker) meinen Lehrer in E-Technik gefragt. Von ihm habe ich dann meine Schaltungsideen mal durchsehen lassen. Im Grunde war die Schaltung gar nicht so schlecht (seiner Meinung nach). Als ich mir dann die Bauteile bestellt habe und alles auf so einem Board zusammengesteckt habe, musste ich leider feststellen das die Schaltung nicht so reagiert wie ich das gerne wollte.

Den PTC habe ich mit einem Poti simuliert und die übrigen Widerstände des Spannungsteilers auch, um alles einstellen und ausprobieren zu können. Nur wenn ich jetzt mit dem PTC-Poti verschiedene Widerstände für die unterschiedlichen Temperaturen simuliere, dann springt die Spannung.
Zuerst bekomme ich am Ausgang des OPAmp 0V (beim geringsten Widerstand) weil ich die Spannung beim gerigsten Wiederstand nochmal extra auf 0V ziehe (für den A/D Wandler). Wenn ich dann eine steigende Temperatur simuliere und den Widerstand erhöhe, passiert zunächst gar nichts, bis plötzlich die Spannung am Ausgang sehr steil vom 0 auf ca. 1,42V ansteigt. erhöhe ich den Widerstand dann noch weiter langsam ändert sich wiederum an der Spannung fast gar nichts mehr.

Hat vielleicht einer eine Idee was die Ursache dafür sein könnte? Ich würd diese OpAmps gerne mal verstehen.


Ich danke euch schonmal für jegliche Gedanken die ihr dazu habt

[kalledom]

Hallo Xgrnsxs,
vielleicht paßt Dir: https://www.roboternetz.de/phpBB2/viewtopic.php?t=17263
Weitere Infos zu OpAmps sind unter: http://www.domnick-elektronik.de/elekovg.htm. Besonders am Ende die Schaltungen mit asymmetrischer Spannungsversorgung.

[Xgrnsxs]

Hallo Kalledom

danke für deinen Tip

Ich habe mir mal die beiden Links angeschaut. Der untere war sehr interessant, da er mich auf die Idee gebracht hat weshalb meine Schaltung so "spinnt".

Meine Schaltung entsprach dem nichtinvertierenden Verstärker mit symmetrischer Spannungsversorgung. Um die benutzen zu können müsste ich dann ja nochmal eine invertierer Schaltung bauen um aus meinen +5V meine -5V zu bekommen.

Den Plan für die asymmetrische Versorgung habe ich nämlich komischerweise vorher nirgendwo gefunden.

Ich werde also mal meine Schaltung umbauen, und schauen ob sie jetzt endlich funktionert. Ich bastel nämlich schon seit Monaten daran herum und niemand konnte mir bis jetzt genau sagen woran es liegt.

Edit:
Achja und in dem ersten Link, auf dem Schaltplan, also da kann ich im Grunde eigentlich jeden PTC einsetzen und am Ende erhalte ich dann, wenn ich die Verstärkung richtig habe, aus meinen paar mV Spannungsveränderung, meine 0-5V?

Weil am PTC fällt eine Spannung ab die von 1,426V bis irgendwie 1,435V reicht. Die 1,426V müssten dann ja noch auf 0V gezogen werden, damit der OpAmp am unteren Ende auch ziemlich genau 0V abliefert.

[kalledom]

Das viereckige Kästchen in dem Schaltbild ist der 'Sensor'.
P3 kann entfallen, wenn der OpAmp mit 5V versorgt wird.
Mit P2 wird die Verstärkung eingestellt und mit P1 der Offset / Nullpunkt.
Den Spannungsabfall am PTC würde ich mindestens um den Faktor 10 höher wählen (z.B. durch höhere Ströme = kleinere Widerstands-Werte), weil sonst die Verstärkung zu hoch wird; das gibt dann Probleme.

[Xgrnsxs]

Hmm ich glaube mir wird da gerade einiges klar.

Ich glaube ich habe eine sache total vergessen. Der PTC ist ja Teil eines Spannungsteilers...
Allerdings habe ich seinerzeit einfach am PTC bei verschiedenen Temperaturen ( 5-90°C) den Wiederstand gemessen und einfach gerechnet. Dabei hab ich nur die anderen Widerstände des Spannungsteilers vergessen.

Also wird sich die Spannungsänderung wohl in einem anderen Rahmen bewegen (der dann allerdings noch kleiner sein dürfte)

Ich Suche mir gleich nochmal meinen Schaltplan raus, schau mir das an, und poste den hier mal.

welches Format kann ich denn dafür am besten nehmen? Bild? oder Eagle?

[kalledom]

Viel interessanter wären erst einmal die Widerstandswerte des PTC bei verschiedenen Temperaturen, damit ein entsprechender Spannungsteiler berechnet werden kann.
Meine Bilder sind ScreenShoots, die ausgeschnitten und in GIF oder JPG umgewandelt wurden, möglichst klein in Abmessungen und Dateigröße, so daß noch was zu erkennen ist.

[Xgrnsxs]

So, ich habe mal gekramt...

bei so einem Umzug geht doch so einiges irgendwo verschütt

naja ich habs gefunden.
also bei 80°C habe ich einen Widerstand von 704Ohm am PTC
bei 30°C einen Widerstand von 576Ohm

Gemessen habe ich das seinerzeit einfach mit kochendem Wasser, einem Thermometer und nem Multimeter. Einfach das Wasser abkühlen lassen und messen...

Hier mal alle Messwerte:

T  [°C]     R [Ohm]
80           704
75           690
70           678
65           664
60           651
55           639
50           626
45           614
40           601
35           588
30           576

Das Teil ist also relativ linear in einem Bereich von 90°C bis 0°C ungefähr.
Es sind spezielle PTCs die extra in so kapseln Wasserdicht verschlossen sind. Sie passen in so Schraubhülsen damit man die in verschiedene Heizungs Anlagen etc einbauen kann. Deshalb habe ich keine Standard PTC genommen wo beispiele zur berechnung etc. dabei sind.

Meine restlichen Unterlagen habe ich noch irgendwo bei meinen Eltern, da ich vor ner Weile erst in meine eigene Wohnung gezogen bin.

[kalledom]

Mal angenommen, der PTC würde zusammen mit 100 Ohm an 5V liegen:
80°C = 704 Ohm + 100 Ohm = 6,2mA; Uptc = 4,365V
30°C = 576 Ohm + 100 Ohm = 7,4mA; Uptc = 4,260V
Damit wäre zwischen 30...80°C eine Spannungs-Änderung von ca. 0,105V, mit Verstärkungs-Faktor 40 kommen 4,2V 'hinten' raus.
Ich würde Faktor 35 nehmen, wegen Drift, Reserve nach kälter und wärmer, etc.
Jetzt stellt sich die Frage, wenn durch den PTC Strom fließt, wird der leicht warm. Wie negativ geht das in die ganzen Berechnungen mit ein oder anders gefragt, wie 'unlinear' wird das Ganze ? Das kann ich mangels Erfahrung nicht beantworten.

PS: Ich hatte einen Tipp-/Rechenfehler für 30°; ist jetzt korrigiert !

[Xgrnsxs]

Ich kann dir leider nicht sagen wie viel wärmer der PTC bei 7,4mA wird.

Allerdings finde ich 7,4mA ist ein recht kleiner Strom. Der PTC mit Gehäuse etc ist ca. 40mm lang und 2mm rund im Durchmesser. Bei so einer großen Fläche dürfte sich eine evtl. Erwärmung ziemlich schnell an die Umgebung verteilen.

also wenn ich Faktor 35 Verstärke dann kommt am Ende 3,675V raus. Wie kann ich denn dann aber damit einen A/D Wandler steuern der einen Eingangsbereich von 0-5V hat, da nutze ich den ja gar nicht ganz aus.


Edit:

ich hab jetzt den Schaltplan von dem einen Link mal abgezeichnet in Eagle. Ich hoffe ich hab da keinen Fehler eingebaut.

Mir ist allerdings noch nicht so ganz klar wie ich die Widerstände dimensionieren soll, damit das passt.

[kalledom]

Warum willst Du den Bereich denn voll ausnutzen ?
Wenn Du 'nur' die 8 Bit Auflösung des ADC wählst, hättest Du mit 5 Volt 256 Stufen, bei den 3,675 hast Du noch 188 Stufen. Das sollte zum Bestimmen von 2 Schwellen mit 0,267°C Genauigkeit (50°C / 188 Stufen) ganz sicher ausreichen. 100 Stufen = 0,5°C wären ja schon genug.
Die vollen 0...5V kannst Du mit dem im Plan angegebenen OpAmp nicht erzielen, dann benötigst Du einen Rail2Rail-OpAmp, bei dem auch fast 0...5V am Ausgang rauskommen. Dann hast Du für Drift und Temperaturen unter 30 bzw. über 80°C, wo sich der PTC ja auch noch ändert, keine 'Luft' mehr.