2. NiCr-Ni Thermoelement -
Sensorpack, Bereinigung und Auswertung

Das Sensorpaket des Kontrollers besteht aus einem Thermoelement Typ K (NiCr-Ni) (bis etwa 1200°C) nach DIN EN 60584 (DIN IEC 584) und einem Operationsverstärker. Ein Thermoelement besteht aus zwei miteinander verbundenen Metallen (Bi-Metal), die je nach Temperatur eine Spannung im Millivoltbereich produzieren. Dieser Spannungsbereich ist nicht gut geeignet für eine Analog-Digital-Wandlung im Mikrocontroller. Durch einen Operationsverstärker (der LM348 bietet vier Stück in einem IC) mit Split-Power-Supply kann die Spannung des Thermoelementes vervielfacht werden - eine Verstärkung um das 50-Fache liefert einen praktikablen Spannungsbereich zwischen 0V und ~2.5V für 0 bis ~1000 Grad Celsius. Dieser Spannungsbereich kann problemlos Digitalisiert werden.

In der frühsten Version wurden nur 8-Bit gesampled was einem mapping von 0V auf 0 und von 2.5V auf 255 entsprach, da die beiden weiteren verfügbaren Bits zu sehr Schwankten. In der neueren Version werden alle 10-Bits des AD für eine Exponentiale Glättung genutzt - d.h. die Messwerte werden über die Zeit geglättet. Da die Messwerte, die Verstärkung und die Analog-Digital-Wandlung Störungen und Ungenauigkeiten unterliegen, können durch die Glättung diese scheinbar zufälligen Einflüsse herausgefiltert werden. Man gelangt zu einem Mittelwert, der näher an der idelisierten realität liegt.

Die digitalisierten Werte können anschließend mittels Normtabelle (und eventuellem Korrekturterm zur Kalibrierung) in Grad Celsius umgewandelt werden. Aus der Tabelle kann aber auch eine Approximationsfunktion hergeleitet werden, die die Funktion bis auf einen kleinen Fehlerprozentwert nachbildet, dadurch kann Speicherplatz gespart werden.