Blackdog "Black Body" :-)

Ha Blackdog,

Netjes gemaakt mechanisch werkstuk!
Dat blijft voor ons "elektronici met beperkte middelen" toch een uitdaging

dat er steeds 3 gaten zijn geboord, dit is om daar wat thermische massa weg te halen.

Waarom minder thermische massa?
OK, meer massa warmt langzamer op, maar daarna is de temperatuur stabieler....

Of gaat het er meer om om redelijk snel een serie temperaturen af te kunnen lopen? Dan is het afkoelen het lastigst, lijkt me. Misschien een idee omdat met water te doen. Met een slangetje door je geboorde gat(en)? Of een peltier element? (voor koelen èn verwarmen)

Zou ik de unit snel willen afkoelen dan kan ik er even een koelplaatje op leggen.

Een koelplaatje er op leggen zal slechts beperkt werken, denk ik.
Voor verwarmen kun je er 80W instoppen. Maar om er 80W uit te trekken hem je een serieuze processor koeler nodig! Mèt fan, warmte geleidende pasta en goed vastgeschroefd....

Daarna het geheel polijsten zodat als ik een onderdeel plaats op de koperen plaat er een goed thermisch contact mogelijk is.

Ik geloof dat ik je toepassing nog niet goed begrijp...
Wil je de te meten onderdelen er gewoon boven op leggen? Dat zal toch een slecht thermisch contact opleveren? (Je plaat kan mooi gepolijst zijn, maar dat onderdeel is dat niet...) En de bovenkant wordt niet verwarmd...

Je schrijft "metingen aan kleine componenten". Ik zou dan eerder denken aan verschillende maten gaten, waar je je te meten component in kan stoppen, en vervolgens afdichten. Zit hij lekker rondom in z'n eigen oventje

groet, Gertjan.

Ha die Gertjan,

Minder thermische massa betekend betere regeleigenschappen, zeg maar wat sneller regelend.
Dit hangt ook samen met welke sensor ik ga gebruiken voro het controleren van de oven, de NTC's of de TMP37.
De NTC zitten net onder de chip van twee transistoren diagonaal t.o.v. elkaar, de TMP37 net onder het koperoppervlak in het midden.
Al die "massa" onder de transistoren (bij de extra gaten) zorgt er voor dat de oven een langere regeltijd krijgt.
Dat is de theorie

OK, de toepassing, natuurlijk is dit niet het hele verhaal wat ik verteld heb,
was al blij dat ik dit stukje uit mijn vingers kreeg gisteren avond.

De onderdelen worden geklemt op het oppervlak, voor de construktie heb ik al wat gedachten,
dat kan zowel met wat elastieken als met wat wat kunstof stripjes die de onderdelen op het koper oppervlak drukken.
Voor de lagere temperaturen kan dit ook een stukje schuim zijn, met als voordeel dat er dan minder warmte weglekt.
Verder heb ik ook al aan een dekseltje gedacht om over het geheel te zetten om de afkoeling aan de bovenzijde wat te beperken.

Dan wat de afkoeling betreft, de oven hoeft niet aan te staan om hem te kunnen afkoelen.
Plaats gewoon een processor koeltoren op het oppervlak

Waarom dit meetapparaat op deze manier en niet een oventje... snelheid!
Het traject is bijna altijd maar één kant op tijdens het meten, omhoog in temperatuur.
En natuurlijk weet ik dat bij het meten aan spanningsreferenties je ook hysteresis hebt,
maar dat moet dan maar in een normaal oventje als ik die metingen wil doen.

De rede dat ik dit nu op deze manier probeer, is de snelheid van de metingen.
Ik heb nu veel vermogen beschikbaar en ondertussen nog meer ideeën voor verzie's met veel vermogen en meer snelheid.
Voortschrijdend inzicht natuurlijk...

Eerst hier mee testen, kijken hoe de P.I.D. software werkt met een Teensy en een 12 a 13 Bit AD converter.
Als het goed gaat, dan zou het op 0,02C instelbaar/stabiel moeten zijn volgens mijn berekeningen.
Ik krijg al koppijn als ik er aan denk dit lineair te gaan regelen, dat worden erg lange regeltijden, grote condensatoren enz.

Mooi, wil nog wel meer vertellen maar ik moet ook werken.

Groet,
Blackdog

Ik heb wat twijfels over dat koperen plaatje.
O.a. kan dat krom trekken.

Alternatief voor de 12bit AD is het gebruik van 2 10bit AD's waarvan een, een via een opamp, versterkt signaal krijgt.
Of binnen de hoofd PID lus (via AD)een klein stukje analoog te regelen.

Hi Blackdog,
Kijkend naar je blackblock een paar suggesties:
- misschien ook koper tussen je halgeleiderverwarming en het alu blok voor zo gelijk mogelijke verwarming.
- koper op meer punten vastzetten om zo veel mogelijk contact te houden met alu. Je gebruikt hier neem ik aan al thermische pasta/gel.

Je wilt de massa natuurlijk ook niet te klein maken in verhouding tot de massa van de transistors waarmee je het geheel opwarmt, omdat het dan een tweede-orde proces wordt, aangezien je een thermische opslag hebt in de massa van de transistors met een hogere temperatuur dan het koelblok zelf. Zodra de regelaar het vermogen verlaagd is er dan nog wat thermische energie "onderweg".

Je kunt zoiets wel met alleen een PID loop doen, maar je kunt er ook heel eenvoudig een stuk feed-forward (triviale model predictive control) van maken, aangezien je weet wat de thermische capaciteit van je blok aluminium en koper is.

Hi,

Dank voor alle opmerkingen!

Over het koperen plaatje, dat komt natuurlijk vastgezet met de blauwe thermische lijm.
Ik wou geen schroef in het midden hebben omdat daar ondermeer mijn TMP37 sensor komt te zitten.

De schroeven samen met een lijmtang zorgen er voor dat het koper zo goed mogelijk tegen het alumnium aan komt te zitten tijdens het lijmen.
Wat betreft de expansie verschillen tussen het koper en het aluminium, ik hoop er het beste van
Misschien zal ik de maximale temperatuur ook beperken tot 60C, daar dit voor mij bijna altijd voldoende is.
Dan is de kans dat er scheurtjes in de blauwe lijm gaan optreden kleiner.

markce
En dan het voorstel van markce om onder de transistoren ook koper te monteren.
Het goed verdelen van de warmtebronnen rondom het blok zou dit eventuele probleem moeten oplossen.
Natuurlijk heb ik er aan gedacht P Fets te gebruiken zodat geen isolatie materiaal nodig zou zijn.
Dit betekent dat er een electrische koppeling kan optreden tussen het te testen object en mijn Black Body.
Dit vind ik voor nu ongewenst.

René
De dual loop is een intressante optie, maar hou er rekening mee dat ik wat programmeren betreft
het nog steeds in mijn luier doe,
DE hogere resulutie AD converter van de Teensy en wat middeling geeft mij goede hoop op een hogere resolutie.
De oven die nu nog regelmatig staat te testdraaien blijft binnen ongeveer 0,05C met een 10 bit AD van de Arduino Nano.

SparkyGSX
De rede dat ik met dit model door ga is, dat ik ervaring wil opdoen met het dynamische proces dat er optreed zoals jij het ook omschrijft.
Dank je voor de "triviale model predictive control" opmerking, ik ga er wat over lezen

Eventueel een tweede versie
Maar hier even wat droppen betreffende het inzicht opgedaan door hier mee te stoeien.
Jammer genoeg is mijn koper maar 2mm dik, maar denk dan aan de onderzijde een ruime hoeveelheid transistoren.
Laten we het iets groter nemen, zeg 7 bij 7 cm aan de onderzijde dan gevult met TO220 transistoren.
In het koper tussen de transistoren een micro sensor zoals een PT1000 in SMD uitvoering of een SMD NTC.
Afstand tussen de transistoren rond de 2mm of iets meer als ik alu oxide plaatjes zou gebruiken.
Wat natuurlijk ook kan is, de volledig geisoleerde transitoren/Fets gebruiken...
Deze opset komt eigenlijk overeen met mijn BPR10 oventjes die ik hier op het forum ook heb laten zien.
Dit zijn alu oxide plaatjes van 25,5mm in het vierkant waar aan één zijde een dikke film weerstand op zit.
Ik lijm op deze weerstanden dun dubbelzijdige print te grote van de weerstand aan iedere zijde en bouw daar mijn electronica op.
Voordeel is ondermeer dat ze zeer snel op temperatuur zijn, en de loop is door de strakke koppeling makkelijk in de hand te houden.
Maar goed, dat is allemaal voor later, eerst weer wat leuke ervaring opdoen met waar ik nu mee bezig ben.
Pas bij het bouwen en testen komt het echte inzicht, dan kan ik zien of mijn aannames zinnig zijn.

Groet,
Blackdog

Hallo Blackdog .
Als proces maak je nu eigenlijk een warmtewisselaar met een opslagvat of capaciteit , je thermische massa . De vraag is wat de temperatuur verdeling wordt en die wil je uniform hebben .
Bedoel je met lineair regelen dat je een regeling die is afgestemd op opwarmen niet goed regelt als je massa eenmaal op temperatuur is ?
Dat is natuurlijk zo maar je stelt je regelparameters bij op het proces dat je doet en bij de condities die daarbij horen.
In de literatuur van procesindustrie is veel te vinden over dit soort processen en de regeling ervan . Vaten met een roerwerk en samengebouwd met warmtewisselaars op de een of andere manier . Bij berekeningen wordt dan meestal uitgegaan van dat de temperatuurverdeling uniform is anders wordt het lastig en daar moet dat roerwerk voor zorgen . Anders krijg je CFD berekeningen , dat is mij te lastig .
Je hebt nu een massief blok aluminium met een bepaalde massa dus traagheid . Je kun ook werken met aluminium profielen en de isolatieplaatjes niet tussen de fets en het aluminium , maar per fet een stuk hoekprofiel en de isolatie tussen de aluminium stukken . Het is een thermische weerstandsberekening .
Een ander concept zou een hete lucht oventje zijn met geforceerde lucht circulatie .

Hi jan_55,

Behalve mijn oventjes die ik hier heb laten zien met strakke koppeling tussen de warmte bron en de sensor, heb ik geen ervaring met regelprocessen betreffende verwarming, een aangebakken hamburger daar gelaten

Voor de indruk, wat je omshrijft betreffende het hete lucht system,
denk ik al een jaar of twee om mijn 4 6,5 digit meters in een behuizing te bouwen en daar geconditioneerde lucht door te sturen van zeg 23C.
Hiermee zou ik dan de temperatuur effecten die optreden door variatie van de omgevings temperatuur grotendeel opgeheven kunne worden.
Denk hierbij dan aan een aantal weerstanden/Peltier elementen die de lucht verwarmen/koelen op 23C.

Je voorstel betreffende alu hoeklijn begrijp ik denk ik niet goed.
Bedoel je hiermee dat ik een kleine warmte massa heb bij de transistoren?
De koperen plaat dan op de hoeklijn gemonteerd neem ik aan?
Het koper dat ik nu gebruik als deksel, moet voor een mooi verdeelde warmtebron zorgen.

Hoe goed dit werkt, we zullen het zien...

Door de warmte massa moet de regeltijd van de loop bij een analoge loop lang worden,
wat de meetsnelheid niet ten goede komt.
Mijn testen met de P.I.D. regelaar op de Arduino gaven mij hoop dat dit goed gaat werken.

Ik zie er naar uit hoe het zich gedraagt als ik het de eerste keer Boot...

Het gebruik
Ik monteer een spannings referentie op mijn black body, stel de microcontroler in op stapjes van 1C omhoog van zeg 25C naar 50C.
Bij het bereiken de temperatuur (stabiel) dan komt er b.v. een trigger puls die een DVM aanstuurd en een meting doet.
De loopconstante bepaald grotendeels de meetsnelheid.
Mijn teten met de oven P.I.D. geven erg weinig overshoot aan omdat de regelaar weet dat hij bij na op temteratuur is.

Mooi, het is weer klanttijd...

Gegroet,
Blackdog

Een analoge PID regelaar moet, bij dezelfde parameters, dezelfde respons geven als een digitale regelaar.

Alternatieven zijn er wel.

https://nl.wikipedia.org/wiki/PID-regelaar

Heb nog niet alles gelezen m'n hoofd wil niet echt meewerken
Wel een opmerking met betrekking tot koper en aluminium.

Het klopt dat koper sneller warmte opneemt t.o.v. aluminium, echt geeft koper de warmte minder gauw af als aluminium.
Vandaar dat koper niet zoveel toegepast wordt, ook natuurlijk mede doordat koper duurder is.

Groeten,
Marius.

Hi Marius,

Tja, ik heb deze unit gisteren gemaakt als afleiding van de koppijn/migraine die ik de laatste twee dagen had...
Het eerste wat ik deed was ruim een uur lopen, dat helpt meestal, maar dat maakte deze keer mijn brein niet stil net als verschillende medicijnen...
Bij het aftekenen, uitdenken, boren enz. van deze unit, lukte dat gisteren wel.
Electronica! goed voor uw brein *grin*

Het koper is bedoeld als "lage impedantie" dus om over het hele plaatje de zelfde temperatuur te krijgen.
We zullen zien of dit gaat lukken.

René
Ik ken wat schema's van Bob Pease wat betreft analoge P.I.D. regelaars.
Ik blijf even verder gaan met de Microcontrolers, want ik wil dit goed onder de knie gaan krijgen
om leuke meetinstrumentjes te maken.
Het zal zondermeer uitmonden in gebruik van analoge techniek samen met de digitale techniek.

Groet,
Blackdog

Ha balckdog,

It's a kind of black(dog) magic leuk project Bram ik lees het vanavond door.
Maar ik heb toch gelijk een vraag aan de hand van de foto's je bevestigd koper op aluminium gebruik je hier nog iets van een film tussen.
Ik vraag dit i.v.m. de galvanische werking van de twee materialen normaal gesproken heb je na twee maanden corrosie tussen de twee raakvlakken.

Groet Henk.

Hi Henk,

Er komt lijm tussen, de WLK van Fischer Elektronik.
Dus ik verwacht hier geen problemen daar er dan ook geen vocht tussen kan komen.
Staat het na twee maanden toch krom, dan gaan we er om lachen goed?

"balckdog" groet je hahahaha. (ik balk wat af op dit forum)
Zo heb ik hem zelf nog niet getyped, en ik maak veel fouten bij het typen van mijn CO naam.

Bram

Ik denk dat de aanwezige aluminiumoxide verdere corrosie verhinderd.
Scheurtjes in de lijm kunnen er wel komen.

Ha blackdog,

Neem me niet kwalijk Bram dat heb je als je in de auto zit welles waar niet achter het stuur maar toch.
Is begrepen van de lijm jou kenende gaat dit goed komen als galvanische isolator denk ik prima.

Groet Henk.

Hi,

Een paar foto's betreffende het lijmen van de koperplaat op het alu blok.
Ik heb beide oppervlakten nog een beetje vlakker gemaakt en daarna met alcohol gereinigt.
Ook nog het getapte 4mm draad van de verzonken schroeven met een wattetip en alcohol schoongemaakt.
Hierna gingen de schroefjes mooi soepel in het draad.

Eerst het plaatje en het alu blok gemerkt zodat het goed vast zet.
Er zijn kleine afwijkingen en als het gedraait zou worden zou het niet helemaal recht zitten.
Een mooi dik laagje WLK lijm op het alu blokje zodat alle oneffenheden worden opgevult.

De koperen plaat is nu weer met de schroefjes vastgezet, alles wat er tussenuit geperst werd netjes met een tissues en alcohol verwijderd.
Daarna de lijmklem er opgezet en toen kwam er nog meer lijm vrij, deze ook netjes verwijderd.
Daarna een van de sensoren gemonteerden het gaatje opgevult met lijm.

Hier ligt de lijm te drogen op een radiator, met de temperatuur van de radioator is de lijm in een uur of twee hard.

Dit is de lijm die er tussenuit loopt na ongeveer een half uur, en deze lijm natuurlijk verwijderd.
Als het nog zacht is is dit makkelijk, daarna wordt het echt vijlen.

Morgen de andere sensoren in het alu blok lijmen en het stukje print aan de onderzijde monteren.

Groet,
Blackdog

Ha Blackdog ,
Je laat je processor "machinisten" en automatisch langzaam het setpunt verhogen , heel mooi . Machinisten is dat je het met de hand doet , de regeling helpen.

Met de hoeklijn bedoel ik inderdaad dat je minder massa gebruikt . Uit de foto's begrijp ik dat er isolatie (?) plaatjes zitten tussen de fets en het aluminium .
Voor de fets is het niet nodig toch ? Maar zonder isolatie staat het hele huis wel onder spanning .
Edit , of het voor jouw toepassing uitmaakt wel/geen isolatie is de vraag . Je zoekt een lineair verband tussen de fetsturing en de temperatuur. De thermische weerstand kan dat verbeteren of verslechteren .

Mogelijk kun je eens kijken naar een cascade regeling . Dan heb je een regeling voor de temp van de koperen plaat en een regeling van de temperatuur van de fets . De temp regeling van de fest kan heel snel zijn , die van de koperen plaat is trager door de massa . De regeling van de koperen plaat versteld het setpunt van de temp regeling van de fets , twee regelingen in serie vandaar cascade.
Een alternatief is dat je de stroom van de fets meet ipv de temp van de fets en dat de temp regeling van de koperen plaat het setpunt van de stroom regeling versteld.
Zo'n cascade regeling pas je ook wel toe bij luchtsystemen , dan heb je een temp regeling/meting op de plaats waar je een bepaalde temp wilt hebben en je hebt een temp regeling vlak achter de plaats waar je verwarmd of koelt .
Deze link beschrijft het e.e.a gericht op oventjes , en ik snap er iets van . http://benthamopen.com/contents/pdf/TOAUTOCJ/TOAUTOCJ-7-1690.pdf

De isolatie zou ik vervangen door dun mica, ect., met pasta aan beide zijden, dik keramiek is bedoeld voor situaties met hoge doorslagspanning (230V AC triac op een heatsink bijvoorbeeld).

Ik zie eigenlijk niet waarom die isolatie nodig is; ik neem aan dat alle MOSFETs en eigen source weerstand hebben, maar de drains zitten toch aan elkaar, en aangezien de voeding van deze regeling gescheiden is van de DUT maakt het toch niet uit dat het koelblok aan de drains zit? Met zo'n laptop voeding moet je alleen oppassen dat je geen last krijgt van het netfilter en de koppelcondensator over de transformator, als de secundaire zijde niet aan de randaarde zit.

Hi,

RAAF12
Ik heb zeer goede ervarig met deze plaatjes die ik als isolatie gebruik.
Deze zijn er in meerdere typen en voor deze unit zijn het de dunne uitvoering.
De plaatjes worden aan beide zijde voorzien van goede pasta.

SparkyGSX
Wat betreft de koppeling vanuit het 230 net, daar heb ik ook al aan gedacht.
ik ga wat testen doen om het blok aan massa van de te testen schakeling te hangen.
Levert dit uiteindelijk toch nog te veel stoorsignaal op, dan komt er een lineaire voeding.

jan_55
Ik heb het document gedownload en denk na over je opmerkingen.

Groet,
Blackdog

Ha blackdog,

Ziet er goed uit zoals verwacht ik denk dat de galvanische koppeling op deze wijze niet aanwezig is en Heer seebeck niet op de koffie kom
Nog even over de opmerking vaan @jan_55 dit is voor wat mijn ervaring betreft de enige goede snelle en stabiele manier om te doen.
Maar vergt een complexe regeling.
Ik gebruik zowel hot als cold de verwarming met een weerstand en de koeling met een TEC.
Voor mijn rubidium klokje werkt het op de zelfde manier en is eerder stabiel als een 486 laptop opstart

Groet Henk.

Ha electron920,

Ik gebruik zowel hot als cold de verwarming met een weerstand en de koeling met een TEC

TEC = temperature electronic control = Peltier?
(Google zegt: TEC = voetbalvereniging )

groet, Gertjan.

Ha heer miedema,

Laten we de eerste maar doen de TEC wordt als demper of als rem ingezet hierdoor heb je meer controle op het proces denk aan een auto zonder rem je kunt hem laten uitrijden maar mogelijk schiet je het doel voorbij

Groet Henk.

Morge Heren

Toen ik dit soort projectjes starte, heb ik natuurlijk ook aan de voetbal verreniging gedacht *grin*
Het jammere is dat het echt moeilijk is de temperatuur sensor op de goede plek te plaatsen.
Ook het afvoeren van de warmte aan de andere zijde met de thermische isolatie van de voor en achterzijde is vrij lastig.
Ik heb hier een TEC unit liggen, die ik op ebay heb gekocht maar heb er nog niet echt mee gespeeld,
deze is compleet met ventilator en koelplaatjes.
Er zijn TEC modules met een gat in het midden, dat zou een oplossing kunnen zijn voor het plaatsen van een sensor aan de onderzijde van het koperen plaatje dat ik er dan op zou leggen.

Terug naar mijn unit, mijn lijm is denk ik nu te oud aan het worden, het uitharden duurt lang, ik laat hem nog een dag op de radiator liggen
Het is met die lijm net zo als met goede solder flux, als je het nodig hebt is het al over tijd en nogal duur in aanschaf!

Groet,
Blackdog