Das Magazin für Funk Elektronik · Computer

flachen, leicht konischen glatten Träger
von rund 25 mm Kantenlänge zu wickeln.
Es ergibt sich bei Zimmertemperatur ein
Widerstand von nicht ganz 10 Ω. Der
genaue Wert spielt für den geplanten Einsatzzweck
auch keine große Rolle. Der
Wickel wurde vom Träger abgezogen und
zu einem kleinen kompakten Drahtblock
verdichtet.
Von diesem Punkt an ist es entscheidend,
wofür man den Sensor verwenden will.
Probleme ergeben sich nämlich, wenn man
diesen Sensor etwa für Kaffee- oder Teewasser
oder gar für die Milch benutzen
möchte. Recherchen bezüglich der „physiologischen
Unbedenklichkeit“ der Drahtisolation
bei 100 °C Einsatztemperatur
hätten den Aufwand für diesen Beitrag
unvertretbar erhöht.
Immerhin – wer hier berechtigte Vorsicht
walten läßt, kann sich z. B. über wärmefesten
Silikonkautschuk als Umhüllung
informieren, den es auch für medizinische
Zwecke gibt. Oder man steckt den Fühler
in ein unten geschlossenes Stahl- oder
Aluminiumröhrchen, das dann oben aus
dem Gefäß herausragt. Mit einem Clip
kann der Sensor an den Topfrand gehängt
werden, oder er taucht freischwebend von
der Abzugshaube in die Flüssigkeit.
Da Luft der schlechteste Wärmeleiter ist,
sollte man das Röhrchen beispielsweise
mit Silikonkautschuk füllen. Notfalls tut
es auch Wasser, das aber nicht in den Topf
gelangen sollte. Die in jedem Fall nicht zu
unterschätzende thermische Zeitkonstante
einer solchen Schutzrohrlösung wird z. B.
mit dem Einstellen einer deutlich unterhalb
10 °C liegenden Ansprechschwelle
kompensiert.
■ Modellversuche
Mit 50 mA Fühlerstrom erhält man im
Beispiel bei Zimmertemperatur nicht ganz
500 mV. Im engen Kontakt mit einem genauen
Quecksilberthermometer zeigte der
Sensor dabei in ruhender Luft eine Übertemperatur
von etwa 2 K. Damit kann man
leben, wenn vorrangig an eine 100 °C-
Signalisierung gedacht ist. Doch auch im
„Lufteinsatz“ sind Anwendungen denkbar:
Die Auswerteschaltung reagierte, ent-
Bild 3:
Leiterbild
zur Schaltung nach Bild 2
00
Bild 4:
Bestückungsplan
der Leiterplatte
R8
R9
R10
MP
(–)
–
C1
VD2
+
ECB
VT01
R1
VD1
R12
E
VT1C
B B
C E
VT2
E
R6
R4
R7
E
B B
C
VT3
C
VT4
R11
R5
B+ B–
R13
R2
R3
C2 Sensor
sprechend eingestellt, schon auf kurzes
Anhauchen.
■ Strombilanzen
Mit Blick auf die angedachte Auswerteschaltung
sollte das Objekt – wie üblich –
aus einem 9-V-Steckernetzteil versorgt
werden. Solche Kleinnetzteile liefern selten
mehr als 100 mA Dauerstrom. Doch
wenn ein Fühler mit weniger als 10 Ω bereits
bei kleinen Temperaturunterschieden
eine gut auswertbare Spannungsänderung
liefern soll, muß er mit einem relativ
großen Strom gespeist werden, beispielsweise
mit 200 oder gar 500 mA. Das läßt
allerdings ein solches Netzteil vordergründig
nicht zu und vor allem: Die Eigenerwärmung
des Fühlers würde die Ergebnisse
spürbar verfälschen. Darum wurde zunächst
an eine Impulssteuerung gedacht.
Bild 1 zeigt eine dafür getestete Schaltung,
deren Hauptlast der Spannungsteiler mit
dem Sensor bildet. Dieser wurde in der
Testphase durch einen Festwiderstand von
10 Ω „vertreten“.
Der Komplementärmultivibrator mit Leistungstransistorausgang
liefert schmale
Impulse mit im Verhältnis zu diesen um
einige Male längeren Pausenzeiten. Dadurch
bleibt die Erwärmung begrenzt, und
das Netzteil hat in den Pausen Zeit, den
Pulsstromkondensator jeweils wieder nachzuladen.
Leider ist auch die Signalausgabe
mit diesem Tastverhältnis moduliert, so daß
das Signal nicht gerade beeindruckt. Immerhin
könnte diese Schaltung einen Ausgangspunkt
für andere, ähnlich gelagerte
Aufgabenstellungen bilden.
Nur in dieser Version wird die volle Steilheit
(die Spannungsantwort je Kelvin) des
Sensors erreicht; bei der folgenden, praktisch
aber völlig ausreichenden Version bedingen
die Strombegrenzungswiderstände
eine Scherung dieser Kennlinie.
■ Spannungen im Vergleich
Der schon aus FA 5/94 bekannte Differenzverstärker,
wie er in Bild 2 für eine
neue Aufgabe genutzt wird, hat u. a. die folgende
günstige Eigenschaft: Die temperaturbedingten
Änderungen der Basis/Emitter-Spannungen
der beiden Transistoren
Praktische Elektronik
wirken sich auf das Verstärkungsergebnis
praktisch nicht aus, sofern beide auf gleicher
Temperatur (also in enger Nachbarschaft)
gehalten werden. Bei Signalspannungsdifferenzen
im Millivoltbereich ist
das auch nötig.
Dem Verstärker wird „links“ die temperaturabhängige
Sensorspannung zugeführt.
„Rechts“ stellt man die Vergleichsspannung
ein. Am Potentiometer wird also bestimmt,
ob bei 20, 40, 70 oder erst bei 95 °C
ein Alarmsignal ausgelöst werden soll. Für
Festanwendungen, wie etwa einen Kochtemperaturwächter,
genügt ein Trimmwiderstand,
für wechselnde Einsatzzwecke empfiehlt
sich ein Potentiometer mit Drehknopf
und einmaliger Kalibrierung „am Objekt“.
Die Betriebsspannung wurde durch eine
einfache Stabilisierungsschaltung so weit
herabgesetzt, wie das für die Funktion des
Verstärkers unter diesen Randbedingungen
noch zumutbar erschien. Dadurch blieb der
Fühlerstrom in akzeptablen Grenzen. Die
gesamte Schaltung nimmt etwa 60 mA auf
und erfüllt damit die o. g. Forderung bezüglich
Steckernetzteileinsatz ohne zusätzlichen
Impulsgenerator.
Die Dimensionierung des rechten Teilers
folgt aus den eigentlich mehr zufällig entstandenen
Sensordaten. Für andere Sensorwiderstände
oder Einsatzzwecke (Kühlschrankwächter
z. B.) muß man neu dimensionieren.
Die Auswerteschaltung reagiert, wenn die
Eingangsspannung der Sensorseite die auf
der anderen Seite eingestellte Spannung
übersteigt. Die Reaktion des Differenzverstärkers
darauf wird zum Öffnen von VT3
benutzt, der seinerseits VT4 ansteuert. Bereits
ein kleiner Anfangsstrom führt durch
die RC-Rückkopplung zu einem periodischen
Kippen der Schaltung, so daß
der aktive Piezosummer ein „klingelndes“
Signal (0,1 µF) bzw. ein langsamer pulsierendes
(bis 0,33 µF) abgibt.
Achtung! Wird die Kapazität zu gering
(z. B. 15 nF), hält sich die Schaltung im
Signalzustand, unabhängig von weiteren
Änderungen am Eingang. Übrigens: Werden
die Anschlußpunkte für Basis und
Emitter von VT3 vertauscht, setzt das Signal
bei Abkühlung ein.
■ Leiterplatte
Die Bilder 3 (Leiterbild) und 4 (Bestükkungsplan)
zur Schaltung nach Bild 2 zeigen,
daß die Auswerteschaltung für sich
allein wenig Platz beansprucht. Erst durch
Erweiterungen im angedeuteten Sinne,
z. B. mit Drehknopf für beliebige Einstellbarkeit,
wächst der Aufwand. Man bringt
die Leiterplatte am besten in der Nähe
des Steckernetzteils unter, also selbstverständlich
nicht gerade am „kochenden“
Objekt.
FA 6/95 • 631