C++Guns – RoboBlog blogging the bot

Ich habe schon seit Jahrzehnten ein digitales Thermometer als Bausatz vom Conrad hier rumliegen. Jetzt hat es endlich ein Gehäuse bekommen. Und nicht nur das. Sogar zwei umschaltbare Eingänge mit LED Anzeige. Platz gefunden hat auch noch eine alte C-Control 1. Auch von Conrad. Das Gehäuse war übrigens mal ein 24V DC Netzteil für eine Brandschutztür in der Frankenstein Kaserne in Eberstadt, welches zufällig um 2003 den Weg zu mir nach Hause gefunden hat ;)

Nun kann ich wieder sehen, wie kalt es morgens ist. Es geht ja so langsam auf den Winter zu.

Hab die Tage den Peltier Vermessungs Aufbau mal ordentlich gemacht. Das zu testende Peltier Element wird zwischen zwei Alu Platten gelegt die beide mit einem Temperatursensor ausgestattet sind um die Differenztemperatur zu bestimmen.

Als Heizung dient ein altes Peltier Element. Leider komm ich damit nur auf 70°C was eine Differenztemperatur von 43K entspricht. Wenn man die elektrische Leistung der Heizung gegen die erzeugte Leistung vom Peltier Element aufträgt, kommt ein Wirkungsgrad raus, der zwar mit 1% sehr gering ist, aber mit steigender Temperatur steigt

peltier_experiment_perfekt

Hab von einem Freund ein unbekanntes Peltierelement bekommen. Er wollte wissen wieviel Watt es hat. Also wieviel Strom bei wieviel Ampere fließen. Aus meinem vorherigen Experimenten wusste ich, dass Strom und Spannung beim Peltier linear ansteigen. Also habe ich eine Messreihe gestartet und bei geringen Strömen die Spannnung gemessen und dann mit Libreoffice eine Regressions Gleichung erstellt.

Strom: f(x) = 0.10x + 0.09
Spannung: f(x) = 0.08x + 0.01

Man sieht, dass Strom und Spannung bei Messwert 0 nicht bei 0V / 0A starten. Das wird wohl in den Messunsicherheiten liegen. Man erkennt auch, dass der Strom schneller steigt als die Spannung. Das bedeutet: bei einer Spannung von z.B. 15V fließt ein Strom, der deutlich größer als 15A ist.

Wenn man die beiden Gleichungen nach x auflöst und gleich setzt, bekommt man eine Gleichung, die den Strom beschreibt wenn man eine Spannung vorgibt. Man muss noch f(x) durch Strom(x) bzw. Spannung(x) ersetzten. Der Y-Achsenabschnitt ist vernachlässigbar klein.

Schritt 1:
Strom(x) = 0.10x
Spannung (x) = 0.08x

Schritt 2, x isolieren:
10*Strom(x) = x
12.5*Spannung(x) = x

Schritt 3, gleichsetzten:
10*Strom = 12.5*Spannung

Schritt 4, nach Strom auflösen:
Strom = 1,25 * Spannung

Probe: Bei 2V wurde ein Strom von 2.5A gemessen.
2V* 1.25A/V = 2.5A

Der Faktor 1.25 hat also eine Einheit: A/V

Bei 15V fließt also ein Strom von 18.75A. Das macht eine Leistung von 281.25W.
Also ist das kein 400W Modul :)

Anbei der Graph und die Messwerte
peltier_bos

So. Experiment wiederholt mit Temperatur Messgerät. Bei geschätzen 100°C Temperaturdifferenz stellte sich eine Leistung von knapp 0.8W ein. Bei einer Modulfläche von 40x40mm ! Anbei ein PDF mit den Messergebnissen.

peltier experiment 1

Man nehme ein billig Peltier von EBay, klebe es auf eine Herd Platte. Auf der anderen Seite montiere man einen AMD Opteron CPU Lüfter und schalte ein. Schon bei geschätzten 50Grad Temperatur Unterschied stellt sich eine Leelaufspannung von 1V und ein Kurzschlussstrom von 0.3A ein. WOW! Vergleich das mal mit einer Solarzelle von 40x40mm Abmessung.

Als sich die Temperatur weiter erhöhte kletterte die Spannung bis auf knapp 2V und der Strom auf 0.6A. Als ich dann ein 15Ohm Widerstand anschloss, flossen auch wirklich 100mA. Also 150mW Leistung. Na das lohnt sich doch weiter zu experimentieren :D

Das nächste mal wird die Temperatur Differenz genau gemessen.

Heute habe ich zur Übung einen Verstärker für Ultraschall Kapseln gebaut. Die Kapsel hat die Bezeichung R291 und hat eine Resonanzfrequenze von 40kHz. Da das eine Art Kristallmikrofone ist, und die sehr hochomig sind, braucht man einen Verstärker mit einem hohen Eingangswiderstand. Ein Operationsverstärker mit nicht-invertierender Beschaltung ist genau das Richtige.

Meine vorherigen Experimente mit dem invertierenden Verstärker brachten nur mangelhalfte Ergebnisse. Auch habe ich im Laufe des Tages einen Bandpass für 40kHz berechnet. Allerdings wird man ihn kaum brauchen.

Der Bandpass hat nur eine Verstärkung von 7. Zwar könnte man die Verstärkung vergrößern, dazu müsste man aber die Kondensatoren verkleinern. Und da ich schon bei 1nF bin... Habe die Schaltung auch nur schnell zusammen gesteckt. Und ich denke kleiner als 1nF sollte man da nicht gehen, wenn man keine komischen Probleme bekommen will.

Für den Impedanzwandler habe ich eine Verstärkung von 21 genommen. Damit kommt man auf eine Gesammtverstärkung von etwa 147. Ein 20mV schwaches Signal am Eingang würde also ein ca. 3V starkes Signal am Ausgang bewirken. In der Praxis funktioniert das auch wunderbar :) Als Operationsverstärker habe ich den Tl074 verwendet. Siehe Schaltplan.

Besser wäre es, man könnte statt des Bandpass ein logarithmischen Verstärker nutzen um die Dynamik des Eingangs zu verbessern. Allerdings funktioniert der bei mir nie wirklich.

Sachen die mir heute noch aufgefallen sind:
Ultraschall Kapseln als Sender mögen nur ein Tastverhältnis von 50/50. Weicht man davon nur ein wenig ab, sendet er garnichts mehr.
Bei meinem Versuchen speise ich den Sender mit 5V. Und das ist wohl "ganz schön laut". Als der Verstärker fertig war, gab es immer ein Signal im Empfänger. Egal wie gut ich die Empfängerkapsel abgedeckt habe.