Deze sensors leveren 10mV per graad celsius; deze spanning wordt 30X versterkt door een op-amp dat in de behuizing gemonteerd wordt. Het sterkere signaal kan direct verwerkt worden door de interface (spanning van 0 tot +5V). Deze hogere spanning zorgt er eveneens voor dat storingen weinig invloed hebben. De meetkabels kunnen gewoon in dezelfde kokers lopen als de stroomkabels voor de kleppen.

Aangekomen aan de AD-omzetter (naast de computer) wordt een klein wobbelsignaal op het meetsignaal gesuperponeerd om de nauwkeurigheid van de omzetter te verhogen.

Een thermokoppel levert echter een relatieve spanning: het verschil tussen de temperatuur aan de 'warme las' en de temperatuur aan de aansluiting. Er moet dus een tweede sensor toegepast worden (die absoluut meet), en zijn gemeten temperatuur moet opgeteld worden bij hetgeen de thermokoppel meet. Bij mij gebeurt dit softwarematig.

Een ander minpunt is dat de thermokoppel een uiterst kleine spanning levert: 41µV/°C voor de meest gebruikte type K. Type J levert 55µV/°C maar is moeilijker te vinden. Het type K wordt vaak in de zware industrie gebruikt omdat het relatief hoge temperaturen aankan (het wordt bijvoorbeeld in hoogovens toegepast). Type J wordt in de plastiek-industrie gebruikt (de smelttemperatuur van plastiek ligt heelwat lager dan die van gietijzer).

Dit is de complete signaalversterker die het signaal van 55µV/°C omzet naar een signaal dat gaat van 0.5 tot 4.5V. De 10µF wordt gerealiseerd met blok-condensatoren en niet met elko's. De twee elko's zitten op de voedingslijn.

Een verdere differentiatie wordt digitaal toegepast om een betere impulsgedrag van het regelcircuit te bekomen. Bij het uitschakelen van de brander blijft de keteltemperatuur namelijk nog verder stijgen.

De analoge (op amp) en digitale impulsversterking is goed zichtbaar op de grafieken, waar het temperatuurverloop van de boiler minder effen is.

Living

Kamer

Kelder (koude-las temperatuur van de thermokoppel)

Tuin (invloed van de buitentemperatuur),
grijze temperatuurschaal

Ketel warmwatertemperatuur,
rode schaal.

De differentiatie produceert een meetbare ruis. De ruis zorgt er voor dat de AD omzetting nauwkeuriger verloopt dan met een signaal zonder ruis. De ruis is vergelijkbaar met een klein wobbelsignaal.

Ik heb ook gemerkt dat de traagheid van mijn nieuwe thermokoppel redelijk hoog is (de thermokoppel reageert trager dan de thermometer op de boiler, wat toch belachelijk is). Misschien is de warmteoverdracht tussen behuizing en meetlas niet zo optimaal? Mijn vorige thermokoppel (met zichtbare las) had een snellere respons, helaas, die is defekt gegaan na een paar jaar. Daarbij komt nog dat de behuizing van de thermokoppel blijkbaar contact maakt met de meetdraden, waardoor er een bromspanning ontstaat (massafouten) als de thermokoppel niet geisoleerd opgesteld staat. Wikkelen in isolatietape is natuurlijk niet goed voor de reaktiesnelheid, maar een andere oplossing is er niet: de signalen die versterkt moeten worden zijn zo zwak (minder dan een mV) dat een massafout de meting volledig in de war stuurt.

Iedere sensor en bijhorende versterker krijgt zijn voeding (+12V en -12V) van de computer: geen extra voeding nodig.

“Deze zomer” vervang ik de thermokoppel door een diode (zie afbeelding van een diode die in consumer ovens gebruikt wordt). Ik gebruik de negatieve temperatuurcoëfficient van de diode in geleiding (-2mV/°C). Zoals het Seebeck effekt (waarop een thermokoppel gebaseerd is) is dit een constante waarde, waardoor een betrouwbare sensor gemaakt kan worden. Voor het bepalen van de keteltemperatuur is dan een versterking van 35× voldoende en heb ik geen temperatuurcompensatie (koude las) meer nodig.

Er zijn twee dioden, dus hier heb je ook een systeem met “koude las” en “warme las” zoals bij een thermokoppel. De tweede (koude) diode dient als referentie. Aangezien de referentiespanning van deze diode eveneens verandert met de temperatuur meet het systeem hier ook een relatieve temperatuur. De software houdt hiermee rekening zoals bij een thermokoppel (naast de referentie diode staat een LM3911N die een absolute temperatuurmeting uitvoert). De absolute temperatuur wordt bij de gemeten relatieve keteltemperatuur opgeteld om de effektieve temperatuur te bekomen. Ter verduidelijking: de diodes staan verkeerd op de tekening (de diodes staan in geleiding).