Hobby-Elektronik: Thermoelement-Verstärker mit Opamp

Die beiden 100 kOhm-Widerstände und die beiden Transistoren bilden eine Wheatstone'sche Brücke, deren "Diagonale" an die Eingänge (Pins 2 und 3) des als Differenzverstärker geschalteten Operationsverstärkers gelegt ist.
Mit den Trimmern R1, R2 kann der offset-Abgleich der Brücke und des Opamp vorgenommen werden (Bei 0 Grad Celsius am Thermoelement TE alles auf Null stellen, Spannungsmesser zwischen Ua und GND).
Bitte beachten: Die Schaltung benötigt eine positive und eine negative Betriebsspannung (z.B. + und - 9 oder 12 Volt).
Als Opamp sollte ein höherwertiger Typ, z.B. LF365 oder TL081 verwendet werden. Beide sind pinkompatibel mit Opamp 741. Die hier gezeigte Pinbelegung gilt für das 8 polige DIL-Gehäuse des 741.
(Schaltung nach Thomson-CSE-Unterlagen)


Thermoelement-Verstärker mit Temperaturanzeige mittels Strom- oder Spannungs-Meßinstrument

Der vorstehende Thermoelement-Verstärker kann entweder mit einem Strommeßinstrument A (Vollausschlag 1 mA, ggf. mit Vorwiderstand) oder einem hochohmigen Spannungsmeßinstrument V (z.B. Digitalvoltmeter) als Anzeige ausgerüstet werden. Im letzteren Fall entfallen, das Instrument A, P2 und R7; und der Spannungsmesser-Teil (rechts im Bild) ist an R6, den Ausgang 6 des Opamp und an GND (Ground), wie gezeigt) anzuschließen.
Schaltung mit Strom-Meßinstrument: Die Schaltung besteht aus einem nicht invertierenden Verstärker mit gemischter Spannungs-Strom-Gegenkopplung.
Die Empfindlichkeit (= Ausgangsstrom Ia/Thermoelementspannung Ut) ist etwa gegeben durch
Ia/Ut ~ (1/(P2 + R7)) x (R5+R6)/R5.
Die vorliegende Schaltung ist dimensioniert für ein Nickel-ChromNickel-Thermoelement (Thermospannung 40 uV/Grad) (oder Eisen-Konstantan-Thermoelement) und einen Temperaturmeßbereich bis ca. 50 Grad Celsius.
Abgleich: a) Thermoelement in Eis-Wasser-Gemisch (0 Grad Celsius) tauchen, Anzeige mit Trimmer P1 auf Null stellen. b)Thermoelement auf 50 Grad Celsius bringen (Wasserbad) und Anzeige mit Trimmer P2 auf Vollausschlag stellen. Falls die Anzeige in die falsche Richtung läuft, TE-Schenkel vertauschen.
Hinweis: Die Empfindlichkeit und damit der Meßbereich lassen sich am besten durch Ändern des Wertes von R6 ändern.
Schaltung mit Spannungs-Meßinstrument: Die Empfindlichkeit (= Ausgangsspannung Ua am Meßinstrument/ Thermoelementspannung Ut) ist etwa Ua/Ut ~ ((R5+R6)/R5) x (R8+P3+R9)/(P3+R9).
Die vorliegende Schaltung ist dimensioniert für einen Temperaturbereich bis ca. 100 Grad Celsius und 3 V Vollausschlag.
Abgleich: wie vorstehend mit P1 und P3 (statt P2).
Ein wenig Physik: Schließt man zwei zusammengeschweißte (oder gelötete) Drähte an ein Meßinstrument an, so entsteht eine (Thermo-)Spannung, wenn sich die Schweißstelle (=Meßstelle) auf anderer Temperatur als die Anschlußklemmen am Instrument befinden. Die Größe der Thermospannung hängt von der Temperaturdifferenz zwischen beiden ab. Das bedeutet, daß die angezeigte Temperatur sich auch ändert (!), wenn sich die Temperatur am Meßinstrument (hier die Anschlüsse an die Elektronik) ändern.
Eine von Raumtemperatur-Schwankungen unabhängigeTemperaturmessung erhält man, wenn man statt des einfachen Thermoelemtes TE eines, wie unter der Schaltung gezeigt, verwendet, wobei die 2. Schweißstelle in eine Thermoskanne mit einem Eis-Wasser-Gemisch eintaucht.