TEC als Messsensor für Laserleistung

[tracky]

Ich bin hier zu Hause am experimentieren mit verschiedensten TEC's, um deren Temperaturverhalten und die damit erzeugte Spannung zu vergleichen. Ich hatte mir auch im Vorfeld den Selbstbau Thread für das Messgerät durchgelesen.
Was mich interessiert, worauf die Reihenschaltung der 10 Ohm Widerstände und deren Wärmeentwicklung beruht. Und als zweites, wie die Abhängigkeit der "Spannungsumwandlung" vom TEC im Bezug der eigenen Spannungsfestigkeit steht, bzw. ob die Anzahl der Thermokoppler da eine Rolle spielt.
Ich frage deshalb, weil ich etwas verwundert bin.
Test 1 mit 15x15 TEC, 4,9V Umax, ca. 1W 445nm auf geschwärzte Fläche ohne Heizwiderstand: Ergebnis 70mV, TEC reagiert träge
Test 2 mit 10x5 TEC, Umax unbekannt, ca. 1W 445nm auf geschwärzte Fläche ohne Heizwiderstand: Ergebnis 200mV

Mir scheint das kleinere TEC fast perfekt für den Messkopf, da es auch verdammt schnell auf Leistungsschwankungen reagiert. Aber ich denke, dass ein TEC auf diese Art auch zerstört werden kann, wenn die thermische Leistung zu hoch wird, bzw. deren Spannungsfestigkeit überschritten wird.

Über Tips wäre ich sehr dankbar. Mein alter Laser Check hat über die Jahre doch sehr gelitten und bevor ich viel Geld ausgebe, will ich erst mal den Selbstbau versuchen.

[goamarty]

Ich hatte mit einem 12*12mm TEC mit 63 0,5mm Thermopaaren 0,33mV/mW erzielt. Die Anzahl der Thermopaare ist sehr wohl entscheidend für die Spannung, da die einzelnen Paare dann kleiner sind (weniger Wärmestrom bei gleicher Temperatrudifferenz) und mehr davon hintereinandergeschaltet. Leider besitze ich diesen Sensor nicht mehr. Ich hab allerdings bei einer Firma ein sehr vielversprechndes Element mit 6*8mm und 31 TP gefunden, aber Mindestbestellmenge 3 und 27,- pro Stück.

[tracky]

Ja, aber das erklärt nicht, warum das kleine Mini TEC mehr Spannung liefert, als das 15x15 TEC

[nr_lightning]

Hi

Das wird wahrscheinlich daran liegen das der Laserstrahl auf dem kleinem Peltierelement mehr dieser Thermopaare aufheizt als bei dem Großen Peltier element.

Ich habe hier einmal ein 6x6mm Peltier sowie die üblichen 15x15mm , da ist es genauso !
Das 6x6mm Erzeugt mehr Spannung als das Größere, da sind die Thermopaare auch deuitlich kleiner und dichter beieinander als es bei dem 15x15mm Peltier der fall ist !

Gruß Nico

[tracky]

So habe jetzt noch ein 20x20 TEC getestet. Komme hier bei gut 300mW 532nm auf 16mV gegenüber dem kleinen TEC, welches mir gut 60mV liefert. Welches ist den jetzt genauer, bzw besser geeignet für einen Messkopf?

[mR.Os]

Na wenn du eine höhere Spannung hast bei gleicher Laserleistung, dann hat das kleinere Peltier Element doch eine höhere Empfindlichkeit und ist in diesem Leistungsbereich besser geeignet.
Da muss man dann auch nicht mehr so viel Verstärken um eine ordentliche Auswertung zu machen (da kommt dann ja noch Rauschen ...)

-> Ich würde das kleinere nehmen

[tracky]

Ja, dachte ich mir. Bleibt einzig das Problem die Widerstände auf der Fläche zu platzieren. 0603 dürfte da wohl schon ziemlich eng werden. Kann mir noch jemand was zu den Widerständen sagen. Die bieten, nehme ich mal an, eine Art Referenz Temperatur, oder wie soll ich das verstehen!?

[mR.Os]

Die Widerstände sind nur zum kalibrieren da. Also du schickst da einen gewissen Strom durch und kannst dir dann ja ausrechnen was sie für eine Leistung verbraten und damit kannst du dann eine Leistung/Spannung(des Peltiers)-Kennlinie aufnehmen.
Du kannst natürlich auch einen Laser bekannter Leistung nehmen, dann braucht man die Widerstände auch nicht. Die Kennlinie ist (meines Wissens nach) annähernd linear.

[tracky]

Konnte jetzt an Hand bekannter Leistungsdaten wunderbar feststellen, dass das kleine TEC optimal zu benutzen ist. 50mV entsprechen hier einer thermischen Leistung von 100mW am Laser. Jetzt benötige ich nur noch ein passendes Display und ein wenig Verstärkung. Bei Reichelt gibt es ein Panel von 0-199mV. Denke mal das sollte für Tests reichen, oder hat jemand bessere Vorschläge? Die empfohlenen Panels von Conrad gibt es ja nicht mehr.

[nr_lightning]

Hi

Das Panel von Reichelt ist OK, das habe ich auch genommen !
Damit kannst du in 2 stufen messen 0-200mW in 0,1mW Auflösung und 0-2W in 1mW Auflösung !

Von der Funktionsweise her könntest du nahezu Jedes Tec nehmen, sie sollten sich alle Nahezu Linear verhalten.
Aber wenn du so ein Kleines Tec da hast, kannst du das auch gleich nehmen. Alleine schon um die Messgeschwindigkeit zu erhöhen !

Mein Messgerät Arbeitet mit einem 15x15mm Peltier welches ich mit Auspufflack dünn geschwärzt habe, es Arbeitet schon sehr Genau für ein Hobby Gerät !

Die Kallibrierwiederstände kannst du Vom Peltier runter lassen, wenn du einen Laser hast dessen Wert du genau kennst und dich drauf Verlassen kannst.

Gruß Nico

[goamarty]

Bei vielen Panelmetern kannst du hinten mit einem kleinen Trimmpoti den Skalenfaktor einstellen. Da kannst du unter Umständen auf den Verstärker verzichten. Einfach so einstellen, daß es bei 50mV zB. 100.0 anzeigt.

[wler]

Genauer ist es, wenn man die Widerstaende benutzt um den TEC ueber einen Regelkreis auf gleicher Temperatur zu halten (dh konstante Ausgangsspannung). Wenn nun Bestrahlung auftritt, aendert sich die Heizleistung der Widerstaende und der Unterschied gibt dann die Laserleistung an. Das nennt man Substitutionsmethode, und hat den Vorteil dass, eventuelle Nichtlinearitaeten eliminiert werden.

Ich hatte mal so etwas gebaut, mit Miniatur-TECs, das ging an sich recht gut, der Knackpunkt ist aber die schwarze Beschichtung, die nie zu 100% absorbiert (und bei hoeheren Leistungen das kokeln anfaengt und daher moeglicherweise keine konstanten Ergebnisse produziert). Das fuehrt zu einer konservativen Anzeige, dh es werden ein paar Prozent der Leistung zu wenig angezeigt. Fuer den Hobbygebrauch reichts allemal. Der Hauptvorteil ist, dass man eine einigermassen genaue absolute Leistungsmessung machen kann, ohne irgendeinen anderen Leistungsmesser zur Kalibrierung brauchen zu muessen. Das kann man zB bei Photodioden vergessen.

[nr_lightning]

Hi

Thema Beschichtung:
Mit der Schwarzen Auspufflack geschichte habe ich bissher sehr gute erfahrungen gemacht, die Messergebnisse waren mehr als zufriedenstellend und Hitzebeständig ist das Zeug bis ~800°C ..

Ein Modifiziertes Messgerät von mir wird im moment im zusammenhang mit einer 6W Gaslaterne genutzt, wobei das dann schon hart an der Grenze ist möchte ich behaupten ....

Gruß Nico

[tracky]

Also mein Mini TEC habe ich mit schwarzer Tusche bemalt. Deckt und kokelt überhaupt nicht. Nachdem ich das Teil nun verklebt habe, bekomme ich einen schönen runden Wert von 250mV bei 1W

[tracky]

So, nachdem ich mich heute mal viel mit Vergleichsmessungen und Diagramm erstellen beschäftigt habe, konnte ich eine sehr gute Linearität und hohe Spannungsausbeute bei meinen Mini TEC's feststellen. Zu guter Letzt habe ich das TEC auf eine kleine 40 x 40 x 5 Aluplatte mittig aufgeklebt, von einem uralten geschlachteten Dreamlaser das Alurohr mit Innengewinde gekürzt und als Abschluss dieses Rohr noch mit einer dazu gehörigen Auskoppeoptik dicht gemacht. Der "Brennpunkt" liegt nun genau mittig auf dem wie schon erwähnt, mit Tusche geschwärzten TEC. Von hinten noch einen Mini Kühlkörper rangeklebt. Aber wohl mehr für den Optik, als für die Messgenauigkeit. Was mir bei den Messungen aufviel war der Umstand, das geringste Zugluft das Messergebnis verfälscht. Jetzt, nachdem das TEC schon mollig gekapselt ist, bleiben die Messwerte sehr stabil.
Als nächstes habe ich aus meiner längst verstaubten Kramkiste noch ein uraltes Multimeter vom Typ Turbo-Tech CM2400 rausgekramt. Huch, das funktionierte sogar noch. Aufgeschraubt und reingeschaut. Naja, für damals 9,95DM kann man nicht all zu viel erwarten. Ein wenig die Außenbeschaltung des AD Wandler begutachtet und am Eingang den Spannungsteiler angepasst. Jetzt erst mal als Referenz auf meinen Coherent Lasercheck angeglichen und war über die Genauigkeit doch sehr erfreut. Wellenlängen unabhängige Messungen sind schon was Schönes. Bei Gelegenheit werde ich nun mal das Messgerät auf ein Profi Messgerät kalibireren und dann vergleichen. Für alle, die vielleicht auch vorhaben, sich auf diese Weise ein super billiges Messgerät zu bauen. Ich habe nur den originalen 220 Ohm Trimmer gegen einen 10K Trimmer ersetzt und den am Schleifer befindlichen 680 Ohm Widerstand auf 100 Ohm geändert. Schon kann ich wunderbar den Offset an mein TEC angleichen.Auf Grund der geringen Größe vom TEC, sind die Reaktionszeiten sehr gering.

P1050150.JPG

Das TEC hat die Maße 10 x 6 x 2mm - schön winzig das Teil

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Der Messkopf auf einem Torlabshalter

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Die Optik schirmt das TEC vor ungewollter Zugluft ab.

P1050153.JPG

Die erste finale Messung

P1050154.JPG

Und mein in die Jahre gekommener LaserCheck

An der Stelle noch vielen Dank an die Freaks, die mir mit Rat zur Seite gestanden haben.

[werner_b]

Hy Tracky

Schöne Dokumentation.

Erzähl doch noch mal was zum TEC.
Wo hast du das her ? Scheint ja für den Einsatz optimal zu sein.

[tracky]

Die TEC's hatte ich mal vor Jahren bei Ebay.com erwoben. Ab und an habe ich die da auch mal wieder gesehen.Über die Daten kann ich leider nicht mehr sehr viel sagen. Aber ich denke so 1-2W dürften die im Kühlbetrieb schon haben.
Sollten aber sicherlich auch woanders zu beziehen sein.

EDIT: Hier noch einen Link gefunden

http://www.quick-cool-shop.de/shop/shpS ... 255&p2=292

[goamarty]

Ich halte dieses für vielversprechend:
http://www.quick-cool-peltier.de/artike ... -0.6-1.2MS
Aber bevor ich da bestelle bräuchte ich Abnehmer für die restlichen 2 Elemente, oder man bekommt gleich 10 Interessenten zusammen. Wäre interessant, wieviele Freaks da interessiert sein könnten.
EDIT: Ich sehe, das ist bis auf die Silikonabdichtung das gleiche, nur 2,- billiger.
Ich bin allerdings nicht sicher, ob es sinnvoll ist, die Strahlung zu fokussieren. Im Zweifelsfall wird die hohe Energiedichte die Beschichtugn/ den Lack eher abbrennen. Die Linse dürfte gewisse Reflexionsverluste erzeugen, das kann man natürlich in der Kalibration berücksichtigen, aber es könnte je nach Beschichtung wellenlängenabhängig sein.

[tracky]

Habe ich jetzt etwa ein Stein ins rollen gebracht? . . . . Naja, solange das TEC gut Spannung liefert, in meinem Fall gut 250mV bei 1W, dann geht das auch sehr gut. Die Messgurke sollte ja auch noch zu beschaffen sein.
Bei mir brennt sich nix ein und außerdem kalibrierst Du ja das TEC mit der Optik

[dyak]

Hi

ich hab noch einen kleinen Verbesserungsvorschlag.
Das Problem bei den Sensoren ist das sobald man hinten die Kühlung (Metallplatte oder ähnliches) des Peltiers erwärmt geht der Messwert den Bach runter.
Das ist immer sehr unpraktisch wenn man den Sensor dort auch anfassen muss. Um das Problem zu beseitigen und auch den Offset zu eliminieren kann man einfach ein zweites Pletier Element vorne anbringen welches nicht bestrahlt wird. Dieses diehnt dann als Referenzwert. Zieht man die beiden Spannungen voneinander ab hat man einen Wunderbar stabilen Messwert.
So weit zur Theorie

mfg Dirk

[tracky]

Deswegen steht bei mir der "Sensor" auf einem Thorlabs Stativ und wird nicht berührt. Allerdings, wenn Du wie vorgeschlagen ein weiteres TEC ins Spiel bringst, erzeugst du auch wieder Abwärme, die unter Umständen sich negativ auswirken kann. Wie ist das denn in profesionellen Messköpfen gelöst, die auf TEC Basis arbeiten?

[goamarty]

Das gilt nur, während sich die Kühlkörpertemperatur verändert, ist nicht von seiner absoluten Temperatur abhängig. Im stationären Zustand ist die Differenztemperatur über das Peltier nur vom Leistungsfluß abhängig. Aber montiere einfach einen Griff an den Sensorkopf, dann mußt du die Kühlrippen nicht anfassen.

[tracky]

Bezugnehmend auf das von mir vorgestellte Messgerät, habe ich jetzt für Dr. Wurstmann ein ähnliches Messgerät für die TEC Messung erfolgreich umgebaut. Dabei handelt es sich um den Typ: " DT-830B", welches es bei Amazon für knapp 10,-€ gibt. Der verbaute Trimmer wird durch einen 20Gang 10K Trimmer ersetzt, sowie der 910 Ohm SMD Widerstand in Reihe zum Trimmer entfernt und durch Lötbrücke ersetzt. Für die Einstellung des Gerätes, ich will nicht unbedingt von Kalibrierung sprechen ( ), benötigt man natürlich noch eine Referenz. Wobei hier natürlich ein kalibriertes Gerät von Vorteil ist. Es erklärt sich natürlich von selbst, dass das Messgerät nach dem Umbau nicht mehr als Spannungs/Strommesser funktioniert. Viel Spaß beim Nachbau!

[Micha]

Hihi

Ich glaub ich brauch Hilfe von Dir tracky. Habe heut das DT830B bekommen und leider im Inneren kein Trimmer

Der verbaute Trimmer wird durch einen 20Gang 10K Trimmer ersetzt, sowie der 910 Ohm SMD Widerstand in Reihe zum Trimmer entfernt und durch Lötbrücke ersetzt

Ich häng mal Bilder an...

IMG_0266.JPG

IMG_0267.JPG

IMG_0269.JPG

Verscheinlich gibt es unterschiedliche, Serien der Baureihe...

Mfg Micha

[tracky]

Hmm scheint wohl bei diesem Release hard gecodet zu sein. Vielleicht kann ja "dr. Wurstmann" mal ein Bild von seinem Gerät machen. Mir fehlen jetzt die Anhaltpunkte. Hier sollte aber auch ein Spannungsteiler am AD Wandler sein, welcher dann angepasst werden muss.

Mache mal bitte Macroaufnahmen von der Leiterplatte. Ich denke hier wird auch ein 10:1 Teiler zu finden sein.

[puenktchen]

Es muss aber kein Multimeter sein. Ein Einbau DVM reicht vollig aus.
Darum will Euch mal meine Version nicht vorenthalten.
Vergleichsmessungen mit einem Coherent-Fieldmaster ergaben Tolleranzen <5%.
Messbereiche 0,2/2W. Bei Interesse hätte ich noch zwei Platinen.

[bytexxx]

Hi alle zusammen.
Ich habe mir auch zum experimentieren ein "DT-830b" bestellt.
Das gute Stück lag hier jetzt ein bischen rum und heute wollte ich mal dabeigehen und es umbauen.
Leider habe ich auch eine der Versionen erwischt auf die tracky´s Beschreibung nicht passt.
Gibt es hier schon neue Erkenntnisse?
Über eine Antwort würde ich mich freuen.

MfG, Andre.

[Micha]

Nein, glaub Tracky hat um Makro Fotos gebeten vom dem Messgerät, die ich aber noch nicht Online gstellt habe. Hab zur Zeit zu viele Projekte begonnen.
Wenn ich die Zeit Finde mach ich sie morgen vor der Arbeit. Enschuldigung das ich da jetzt etwas geschludert hab...

freundliche Grüße, Micha