Spannungs- bzw. Stromsteuerung eines Peltier-Elements

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Autor
Spannungs- bzw. Stromsteuerung eines Peltier-Elements
Suche nach: peltier (198)

    







BID = 534874

matchbox

Gerade angekommen


Beiträge: 3
Wohnort: Graz
 

  


Hallo,

ich bin auf der Suche nach einem Bauteil, mit dessen Hilfe ich unterschiedliche Oberflächentemperaturen realisieren kann. Da diese einzustellenden Temperaturen auch geringere Werte aufweisen sollen als die umgebende Luft (Kühlfall), liegt die Verwendung eines Peltier-Elements nahe.

Dazu folgendes Gedankenexperiment: Angenommen sei eine Umgebungstemperatur von 40°C (ruhende Luft). Nun nehme ich ein Peltier-Element und befestige an der "kalten Seite" einen geeigneten Thermofühler zur Messung der Oberflächentemperatur.

Fragen:
- Ist es nun möglich, mit Hilfe einer Ansteuerung der Versorgungsspannung (oder Strom) am Peltier-Element auf der kalten Seite exakte Temperaturen einzustellen? Oder "arbeitet" ein solcher Bauteil nur in einem bestimmten Betriebspunkt?

- Sollte diese Leistungssteuerung möglich sein, wie hoch ist schätzungsweise die Genauigkeit der einzustellenden Temperatur?

- Ist dieselbe Vorgehensweise auch im umgekehrten Fall denkbar, d.h. bei Realisierung unterschiedlicher Temperaturen an der "warmen Seite" des Elements (Heizfall)?

Zusatzinformation:
Die Wärmeabfuhr an der "warmen Seite" erfolgt über einen Kühlkreislauf. Die einzustellenden Temperaturen bewegen sich (für den Kühlfall) in einem Bereich von 33 bis 37°C bei Umgebungstemperaturen von bis zu 50°C.

Ich bin überaus dankbar für helfende Antworten!

Besten Gruß,
m.

BID = 534875

Otiffany

Urgestein



Beiträge: 13751
Wohnort: 37081 Göttingen

 

  

Sicher ist es möglich, durch Steuerung des Stromes an einem Peltier-Element dessen Kühlleistung zu beeinflussen, aber es ist zu bedenken, daß immer nur eine Temperaturdifferenz zwischen der einen und der anderen Seite gemessen werden kann. Die absolut erreichbare Temperatur hängt von der Umgebungstemperatur ab. Wenn Du sicherstellen kannst, daß die Umgebungstemperatur absolut stabil ist, kannst Du auch eine recht stabile Temperatur am Element erreichen. Eine genaue Stromregelung sollte dann aber ein Muß sein. Mit einem entsprechenden Temperaturregler und etwas Elektronik läßt sich eine von der Temperatur abhängige Stromregelung verwirklichen.
Gruß
Peter

BID = 534879

photonic

Schreibmaschine



Beiträge: 1301
Wohnort: Zürich, Schweiz

Die Beschreibung tönt nach einer Laboranwendung die präzise, flexibel und einfach einzusetzen ist...

Darf es ein bisschen Geld kosten? Solange keine zu grossen Leistunngen nötig sind würde ich z.B einen Temperature controller von Newport kaufen. Der kann mit einem Peltier und Temperatursensor auf beliebige Temperaturen heizen und kühlen. Da ist ein analoger PID-Regler drin der die Temperatur auf Millikelvin-Präzision stabil hält, einfach an einem Drehknopf einzustellen. Ob du nun heizen oder kühlen willst kommt nicht darauf an, der Controller kann beides ohne irgendwelche Konfigurationsänderungen.

z.B dieser hier:
http://www.newport.com/300B-Series-......aspx

oder wenn es etwas mehr Leistung sein darf:
http://www.newport.com/Model-3150-A......aspx

Was du aber nun wirklich brauchst hängt von der gewünschten Präzision und der nötigen Leistung des Peltier ab, und was das ganze kosten darf, an Aufbauzeit und Geld.

[ Diese Nachricht wurde geändert von: photonic am 16 Jul 2008 16:15 ]

BID = 535047

matchbox

Gerade angekommen


Beiträge: 3
Wohnort: Graz

Danke vielmals für die Antworten!

@photonic:
Eine Gerätschaft wie der Temperature controller von Newport besitzt in der Tat all jene Eigenschaften, die für die Realisierung meiner Vorhaben notwendig wären, ist allerdings ein wenig Oversized. Nachdem der Entwurf der Regelung selbst - im Sinne der verwendeter Hardware - nicht Teil meiner "theoretischen" Arbeit ist, sondern schlussendlich von jemand zweitem durchgeführt wird, halte ich die Newport-Seie in Evidenz und gebe die Information dankend weiter.

@Otiffany:
Es geht bei der Einstellung einer bestimmten Oberflächentemperatur nicht primär darum diese über einen längeren Zeitraum konstant zu halten. Es sollen vielmehr zu definierten Zeiten (z.B. jede Minute) Temperaturen eingestellt werden, um daraus einen Rückschluss ziehen zu können, wieviel Wärme einzubringen ist, um eben diese Temperatur an der Oberfläche (in Abhängigkeit von den Umgebungsbedingungen) zu erreichen.

Da fällt mir noch was ein: Ich habe eine Kurve vor mit liegen die den Zusammenhang "Leistungsänderung zu Temperaturdifferenz" eines Peltier-Elements darstellt. Bei der Kurve handelt es sich um eine Gerade und nun frage ich mich, welche Temperaturdifferenz wohl gemeint sei? Die Differenz zwischen warmer und kalter Seite, oder die Temperaturänderung auf einer Seite bei Änderung der zugeführten Leistung am Element?

Danke nochmals für die Unterstützung!

Gruß,
m.

BID = 535093

photonic

Schreibmaschine



Beiträge: 1301
Wohnort: Zürich, Schweiz

Die Kurve die du gesehen hat beschreibt sehr wahrscheinlich die bei Nennstrom vom Peltier transportierte Wärmeleistung in Funktion der Temperaturdifferenz warm zu kalt. Das heisst also dass die "Wärmepumpleistung" linear mit der Temperaturdifferenz abfällt, bis zu dem Punkt wo an dem nichts mehr geht.

Deine Beschriebung ist irgendwie aber immer noch obskur, welche physikalische Grösse willst du im Endeffekt tatsächlich messen? Soll das so eine Art Kalorimeter werden, also du erwärmst die Probefläche um eine definierte Temperaturdifferenz und die absolute Temperatur an sich ist gar nicht so wichtig? Dabei stellst du fest wieviele Joule Wärme dafür benötigt werden?



[ Diese Nachricht wurde geändert von: photonic am 17 Jul 2008 16:16 ]

BID = 535805

matchbox

Gerade angekommen


Beiträge: 3
Wohnort: Graz

Ja ich gebe zu das war ein wenig verwirrend.

Folgendes Beispiel: Die skizzierte Anordnung (so konzipiert, dass die Wärmeabgabe nur in eine Richtung erfolgt) befinde sich in einem sehr großen, auf 30°C temperierten Raum. Um an der Oberfläche (4) eine Temperatur von 40°C zu gewährleisten muss eine bestimmte Wärmemenge erzeugt werden. Der Temperaturunterschied Oberfläche-Umgebung resultiert in einer Wärmeabgabe, deren Quantität von einer Wärmeflussplatte (1) gemessen wird. Nun ändert sich die Raumtemperatur auf 25°C. Was ich wissen möchte ist, wie hoch ist die Änderung der Wärmeabgabe bei gleichbleibender Oberflächentemperatur. Das heißt nun, die Oberflächentemperatur ist die zu regelnde Größe, die Leistung am Heizelement die Stellgröße und die Wärmeabgabe an die Umgebung die Messgröße die für weitere Zwecke missbraucht wird. (Die Oberflächentemperatur wird nur für eine bestimmte Dauer konst. gehalten und wird in einem nächsten Zeitschritt auf eine andere Größe geregelt wo sich das ganze Spielchen wiederholt)

Dasselbe Prinzip gilt auch für den "Kühlfall", d.h. Temp Oberfläche < Temp Umgebung.

Nun gehe ich sogar einen Schritt weiter: Ich kalibriere die Messanordnung soweit, dass ich mir die Wärmeflussplatte sparen kann und anstatt die Wärmeabgabe direkt zu messen dafür die Leistung am Heiz- oder Peltier-Element heran ziehe.



BID = 535846

photonic

Schreibmaschine



Beiträge: 1301
Wohnort: Zürich, Schweiz

Danke für die Beschreibung, ich denke ich habe es jetzt verstanden.

Was du also am Schluss wissen willst ist der Wärmefluss von der Plattenfläche in den Raum in Abhängigkeit der Raumtemperatur. Anhand der Kennlinie des Peltiers kannst du nun wenn du die Differenztemperatur warm-kalt kennst mit Hilfe des fliessenden Stroms den Wärmefluss bestimmen. Es ist allerdings ein gewisser Kalibrier, Mess- und Rechenaufwand nötig um tatsächlich das richtige Resultat zu bekommen.

Wie wäre es wenn du den Aufbau so behältst wie skizziert, aber die Wärmequelle/Senke als elektrisch beheizten Kupferklotz baust und dahinter nochmals eine "Wärmeflussplatte" zur Wasserkühlung die eine niedrigere Temperatur hat als deine minimal zu messende Temperatur? Den Klotz temperierst du nun mit einem gewöhnlichen Industrie PID Regler angeschlossen am Oberflächentemperatursensor. Den Wärmefluss erhältst du dann aus der Differenztemperatur Klotz-Oberfläche.

Das wäre messtechnisch einfacher und robuster als die Peltierlösung und lässt sich mit kostengünstigeren Bauelementen realisieren, vor allem weil du nur heizen musst.



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