Heizplatte (300°C) mit Arduino Mega2560

Hallo Community,

ich hätte ein paar Fragen und wäre sehr über Anregungen dankbar.

Mein Plan ist eine Heizsteuerung mit dem Arduino Mega2560 zu konstruieren die eine ca 60*60mm und ungefähr 10 -15 mm dicke Kupferplatte auf bis zu 300°C beheizt.

Ich habe mir das so gedacht, das ich dafür ein lineares DC Netzteil, 150W, 50V/3A oder 30V/5A benutze das über RS232 von dem Arduino angesteuert wird. Das Netzteil beheizt einer Heizfolie oder 3 Heizpatronen.
Temperaturmessung würde über einen PT100 (oder PT1000) erfolgen und über den analogen Eingang die nötigen Informationen zurückliefern um nachjustieren zu können.

Meine Frage bezieht sich derzeit mehr auf die Bauteile an sich.

Hat jemand Ideen oder Erfahrungen welche Bauteile ich dafür nutzen kann? Bisher habe ich keine Heizelemente gefunden die über das lineare Netzteil gebührend angesteuert werden können.
Bzw wenn ich es zum Beispiel über Heizpatrone 50W, 220AC machen würde wie ich hierfür die Ansteuerung via Arduino machen könnte?

Vielen Dank schon im Vorraus für etwaige Ideen
Ich würde gerne auch den Aufbau und etwaige Programmierung hier teilen, falls es jemand im Laufe des Projektes interessiert.

Vollwellen Steuerung per SSR

Ich habe hier welche gefunden die dann aber mit ein bisschen mehr Leistung evtl nur mit mitten Platzierung. Da Kupfer ein guter Leiter ist sollte es halbwegs gleichmäßig sein.
>Klick< ist dann mit 24V und man hat nix mit gefährlichen Spannung zu tun lässt sich dann über ein Logic Level FET relativ einfach umsetzen.
PID Regler ran mit einem DS18B20 (in Metallhülse) Onewire Temp Sensor dann brauchst du nicht umrechnen da PT100 sind anspruchsvoll wenn man diese dann genau auslesen will.
Gruß
DerDani

Edit: Nicht zu ende Nachgedacht sind nur bis 125°C Danke Theseus. War mir Theoretisch bekannt

Du könntest dich im 3D-Druckerbereich umsehen. 300°C ist noch im Bereich der Hotends, obwohl man eher im Bereich 200-250°C bleibt. Es gibt dort entsprechende Thermofühler und Heizpatronen z.B. 12V 40W. Für die Regelung hast dir so ungefähr den teuerst möglichen Weg ausgesucht. Im Normalfall nimmt man ein kräftiges 12V-Netzteil und macht eine PWM-PID-Steuerung per Mosfet. Hier kannst du dich auch bei den 3D-Druckern orientieren. Es würde ein Netzteil zum 1/10 des Preises deines Laborgerätes reichen.

volvodani:
PID Regler ran mit einem DS18B20 (in Metallhülse) Onewire Temp Sensor dann brauchst du nicht umrechnen da PT100 anspruchsvoll sind wenn man diese dann genau auslesen will.

Du hast schon gesehen, dass 300°C völlig außerhalb des Themperaturbereichs eines DS18B20 ist?

Also das Forum ist schon Hammer mit den schnellen antworten :slight_smile:

Theseus:
Du könntest dich im 3D-Druckerbereich umsehen. 300°C ist noch im Bereich der Hotends, obwohl man eher im Bereich 200-250°C bleibt. Es gibt dort entsprechende Thermofühler und Heizpatronen z.B. 12V 40W. Für die Regelung hast dir so ungefähr den teuerst möglichen Weg ausgesucht. Im Normalfall nimmt man ein kräftiges 12V-Netzteil und macht eine PWM-PID-Steuerung per Mosfet. Hier kannst du dich auch bei den 3D-Druckern orientieren. Es würde ein Netzteil zum 1/10 des Preises deines Laborgerätes reichen.
Du hast schon gesehen, dass 300°C völlig außerhalb des Themperaturbereichs eines DS18B20 ist?

Meistens wird diese Schaltung so oder so in einem Bereich von 170°C - 250°C gefahren, es wäre nur gut wenn es auch bis 300°C gehen könnte.
Die Idee mit 2 (oder gegenbenfalls 3) Heizpatrone 125W 24V ist meiner Ansicht nach eh nicht so schlecht. Welches Netzteil würdet ihr hierfür empfehlen?

Wie gesagt das Rigol DP711 30V/5A wäre zwar teuer, aber bei diesem weiß ich das ich die Steuerung über die RS232 schnittstelle zum Arduino herstellen kann. Würde es mit diesem überhaupt funktionieren?

beste Grüße :slight_smile:

Ich kenne die Einbausituation nicht aber mit Meanwell ist man eigentlich immer gut bedient.
z.B. >Hier< oder >Hier< mit einem kleinen Buck Wander dir Versorgung an den Arduino >Hier<,

Mal ne kleine Frage. Du willst die Spannung am Netzteil mit dem Arduino “einstellen” und darüber die Temp Regelung machen? Ist ein sehr teurer weg :wink:

Diese Netzteile die ich rausgesucht habe sind Festspannung und nur für eine Patrone für zwei müsstest du dann den Typen mit min. 250W nehmen.

Dann ist es doch besser mit Festspannung zu arbeiten und Via PWM zu arbeiten. Ich denke 2 Patronen á 125 ist ein bisschen heftig wenn du vorher nur 50W auf 60*60mm berechnet hast.

Gruß
DerDani

Schaue mal wie viel Leistung du wirklich brauchst. Drei 125W Patronen bräuchten ein 450W Netzteil. Das wird teuer.

Dein teures Labornetzteil liefert nur 5A, d.h. bei 24V nur max. 120W, die Heizpatrone kann 5% nach oben haben, also 125W+5%=131W max.->ca. 5,5A muss das Netzteil mindestens liefern können. Das Netzteil dimensioniert man am besten großzügig, was der Lebensdauer zu gute kommt. Für eine 125W Patrone, würde ich mindestens ein 150W/6,25A bei 24V Netzteil nehmen.

(deleted)

Nung ja, so wie ich das sehe ist bei einer 606010 mm Kupferplatte rund 470W notwendig um es in 60s auf 300°C zu bringen. So wie ich das sehe wird das aber mit den Abmaßen eher größer werden zumindest in der Dicke, also sind es rund 1kW, wenn ich da keinen Blödsinn berechnet habe

Kann das wirklich sein?

anwofis:
@Wosche:

Also an meinem 3D-Drucker hängt ein 200W 230V Heizbett mittels 20A SSR. Bei 5 Sek. Regelzeit ist die Temperatur stabil mit ca. +-0.2 Grad.

Für so eine kleine Platte (habe erst 60 cm^2 gelesen...) wäre wohl ein gutes Gleichspannungsnetzteil (keine Chinakracher) und eine größere Heizpatrone (oder mehrere z.B. 3D-Drucker Heizpatronen parallel) die über ein passendes MOSFET PID-geregelt wird das einfachste.

Wenn die Regelung mit Arduino geschehen soll, kann man die PID-Library mal anschauen.

Wenn noch mehr dazukommen soll wäre es einfacher gleich eine 3D-Drucker Firmware (z.B. Repetier) + fertigem Shield zu verwenden.

Ansonsten würde ich gleich einen fertigen PID-Regler mit Pt1000 und Relaisausgang kaufen - das ist sicherer.

Die PID library habe ich schon fix eingeplant. Aber wie gesagt ist die Frage wie ich diese am besten verwende um die Heizpatronen zu steuern

Wosche:
Nung ja, so wie ich das sehe ist bei einer 606010 mm Kupferplatte rund 470W notwendig um es in 60s auf 300°C zu bringen. So wie ich das sehe wird das aber mit den Abmaßen eher größer werden zumindest in der Dicke, also sind es rund 1kW, wenn ich da keinen Blödsinn berechnet habe

Was soll das denn werden?

Die frage wäre ob du Material sparen kannst, in dem du aus der Platte die Zwischenräume zwischen den Heizpatronen ausfräst und nur die Kammern mit den Heizpatronen stehen bleiben.

Vielleicht wäre Alu noch eine Alternative. Du bräuchtest weniger Energie zur Erhitzung. Es lässt sich wesentlich einfacher Bearbeiten um Material zu sparen. Dafür ist die Wärmeleitfähigkeit schlechter als bei Kupfer.

(deleted)

  1. 10 mm Höhe um Heizpratronen von 8mm Durchmesser einzubauen ist zu wenig.
  2. Eine Sache ist das Aufheizen der Platte ohne Verluste, etwas anderes ist wenn die Platte etwas erwärmen soll.
    Was willst Du mit der Platte machen?

Grüße Uwe

uwefed:

  1. 10 mm Höhe um Heizpratronen von 8mm Durchmesser einzubauen ist zu wenig.
  2. Eine Sache ist das Aufheizen der Platte ohne Verluste, etwas anderes ist wenn die Platte etwas erwärmen soll.
    Was willst Du mit der Platte machen?

Grüße Uwe

Die Platte wird vorraussichtlich an die 20mm dick werden, die 10mm waren für den Fall, dass ich eine Heizfolie benutzen kann die flächig aufgebracht werden kann.
Natürlich versuch ich die Masse des Metallblocks so gering wie möglich zu halten um die Wärmeträgheit zu minimieren.
Dafür wollte ich zuerst einen relativ guten Einblick haben welche Bauteile ich dafür nehmen müsste.

Im Prinzip wird auf die Platte einzeln 1*1cm Messproben gelegt, die erhitzt werden müssen um Diffusion zu fördern.

Es wäre auch kein Problem die Platte aus Alu anzufertigen, da diese einen geringe Leistung benötigen würden zum erhitzen, wenn mich nicht alles täuscht

Hi

Bei Alu 'grabbelt' Dir die Wärme nicht so schnell weg.
Bei Holz wird's noch länger dauern ... da Du aber die Wärme an eine Probe abgeben willst, würde ich schon für Kupfer stimmen.
(auch könnte Holz bei 300° langsam ein Eigenleben entwickeln ... wer die Ironie nicht geschmeckt hat -> kein Holz nehmen)
Einziges Argument für Alu in diesem Fall: Das könnte ich so automatisch bearbeiten.
Bei Kupfer bräuchte ich mehr Handarbeit (also schon noch an Maschinen, aber eben handgeführt) - wäre aber zum Wärme LEITEN dem Alu vorzuziehen.

Wenn die Temperatur nur nach oben weg soll, die Platte in die anderen Richtungen eindämmen dürfte helfen.

Auf eBay gibt Es vom FC saugünstige PID-Regler mit Typ-K Fühler, habe davon Einen in einem kleinen Schmelzofen (Dessen Heizspirale mechanisch defekt ist - geschmolzenes Glas NICHT per Beitel und Hammer entfernen).

MfG

postmaster-ino:
Auf eBay gibt Es vom FC saugünstige PID-Regler mit Typ-K Fühler, habe davon Einen in einem kleinen Schmelzofen (Dessen Heizspirale mechanisch defekt ist - geschmolzenes Glas NICHT per Beitel und Hammer entfernen).

Welcher Art von Temperaturfühler könnte für diese Anwendung passend sein? Vorzugsweise ein Hülsenfühler der in die Platte bis zum Mittelpunkt versenkt wird oder?

PT100 oder PT1000 zum Beispiel. Du solltest aber schaun, das die Temperaturleitung nicht direkt im Kupfer liegen. Alternativ gibt es auch solche Sensoren, die einen Edelstahlgeflecht Mantel haben und innen drin mit Silkat oder ähnlichem gefüllt sind. deutlich Robuster.

Ansonsten einfach mal nach Temperaturfühler für Abgassysteme suchen. Dort herschen nach/ am Krümmer Temperatur höher als 300°C. Die können viel ab,.

Wosche:
Im Prinzip wird auf die Platte einzeln 1*1cm Messproben gelegt, die erhitzt werden müssen um Diffusion zu fördern.

Bevor du 1KW in einer vergleichsweise winzige Platte installierst, wäre vielleicht ein Weg, die Probe auf die vorgewärmte heiße Platte zu bringen. Also du heißt die Platte vor und wenn 300°C erreicht sind, gibst du die Probe darauf. Du könntest auch einen z.B. 1-2mm dicken Probenträger wie eine Pfanne nehmen, der auf deine Heizplatte abgesenkt wird und sich so schlagartig erhitzt.