CCD-kameran reguloitu jäähdytys kovassa pakkasessa?

[Timpe]

Pakkasia riittää eteläistä Suomea myöten, joten aiheesta sangen käytännönläheinen (eikä kovin vakavamielinen) kysymys
Jäähdytän normaalisti QSI 583ws CCD-kamarani kennon -21°C lämpötilaan ja tuolle lukemalle minulta löytyvät BIAS ja DARK kirjastot (enkä toistaiseksi aio kuvata näitä lisää esim. -26°C asetuspisteelle). Nyt kamera on kuvaamassa ulkona -26°C pakkasessa (ja pakkanen kiristyy yhä), joten arvataanpa kuinka kennon jäähdytyksen reguloinnin kanssa käy. Tätä kirjoittaessa jäähdytinelementtiä käytetään 13..15% teholla normaalin Peltier-periaatteen mukaisesti (ks. liitekuvaa ja alla olevaa lainausta QSI:n ohjekirjasta):

"QSI 500/600 Series cameras use a very efficient thermo-electric cooler (TEC) which relies on the 'Peltier Effect' to cool the CCD. When power is applied to a TEC, one side of the device gets cold and other side gets hot, essentially pumping heat from the cold side to the hot side."
---clip---
"Keep in mind that the lowest temperature that the CCD can be cooled is limited by the ambient air temperature and the speed of the cooling fans. Achieving very low temperatures is easy when imaging outdoors during cooler weather. If it is particularly cold you may not even need to turn the fans on. If the weather is warm and humid you may not be able to cool the CCD to the desired temperature."

Ja kuten tuolla sanotaan, jäähdytyspuhaltimia ei edes tarvita jos vallitseva lämpötila on hyvin alhainen (=ne on siis käännetty pois päältä ohjelmallisesti).
Kameran alumiinirungossa on sisältä tuotuna vielä jäämälämpöä, joten jäähdytystehoa on tarvittu tuollaiset 12...15% kennon pitämiseen -21°C:ssa. Olikohan paikalla termodynamiikan hallitsijoita, jotka osaisivat arvata kuinka pitkään pystytään kuvaamaan kameran nykysäädöillä (=kennon asetuslämpötilana -21°C), kunnes kennon jäähdytyksen regulointi ei enää toimikaan säätöalueellaan? Kameran elektroniikka tuottaa myös hukkalämpöä, mikä sotkee valistuneita arvausmahdollisuuksia entisestään...

QSI:n ohjekirja kertoo luonnollisesti myös näin:
"Note: The cooler is not designed to raise the temperature of the CCD above the temperature of the camera body, i.e. it cannot heat the CCD. If the ambient temperature is -10ºC, the cooler cannot bring the CCD temperature up to 0ºC."
Tuon mukaan vastaan tulee tilanne, jossa jäähdytystehoa ei enää tarvita (ottoteho 0%) ja kameran kotelo on jäähtynyt lähelle vallitsevaa ulkolämpötilaa. Tämän jälkeen kennon jäähdytys painuu vähitellen alemmaksi kohti vallitsevaa pakkaslukemaa (eli poikkeaa asetuspisteen -21°C lukemasta, jolloin lopetan viimeistään kuvaamiseni). Kamera on nyt kuvannut 2:06 h ajan ja jäähdytyksen ottoteholukema vilkuttelee vielä 11...15% lukemia.  Pitänee jättää hiukan pelivaraa tuonne FLAT-kuvien kuvaamista varten, jotta saan kuvattua ne oikeassa lämpötilassa.

[Timpe]

Reilut 90 lukukertaa eikä arvauksia, joten pitänee kertoa vastaus...
Eilisiltaisen kokemukseni perusteella QSI:n kameran voi jättää kuvaamaan -27°C pakkasessa ainakin viitisen tuntia, ennen kuin sen alumiinikotelo jää(h)tyy liikaa ja tiputtaa samalla kennon lämpötilan liian kylmäksi suhteessa -21°C asetuslämpötilaan.   Tällä kamerarungolla ei siis ole tarvetta kuvata uusia dark-kirjastoja esim. -26°C asetusarvolle tuon seikan takia.

[mikko.s]

Suuri osa kameroista on suunniteltu olosuhteissa, joissa kennoa halutaan vain jäähdyttää verrattuna ulkoilmaan joten niissä on yksisuuntainen peltierin ohjaus. Peltier sinänsä toimii molempiin suuntiin ja pulssittavalla ajolla pystyy sopivissa olosuhteissa lämmittämään jopa yksisuuntaisella ohjauksella.

Mutta asiaan. Kameralle villapaita päälle, niin lämpö katoaa hitaammin. Lisäksi peltier tuottaa sinne villapaidan sisään ilsää lämpöä jäähdyttäessään kennoa, joten sopivalla eristyksellä päästään tasapainotilaan ja kuvaaminen voi jatkua aamuun asti. Ylikuumeneminenkin toki on mahdollista, mutta yleensä kai kamera osaa tästä kertoa.

[VP]

Minä olen ratkaissut ongelman kahdella eri lämpötilalla. Syksyllä käytän -15C:tä ja talvella kovilla pakkasilla -25C. Darkkeja joutaa napsutella vaikka koko kesän pakastimessa.

-V