Jak uzyskać spójne i dokładne odczyty z termopar?

Uaktualniłem do podwójnej wytłaczarki Mk9 i przyszedł z zainstalowanymi termoparami zamiast termistorów, które miałem wcześniej.

Bez względu na to, co zrobiłem z termoparami, wskazana temperatura skoczyła o około 30 ° C lub więcej. Krótko mówiąc, po kilku tygodniach majstrowania nigdy nie sprawiłem, że termopary działały dobrze, i zastąpiłem je termistorami, które były w porządku.

Moje pytanie brzmi zatem: co jest wymagane, aby termopary dawały wiarygodne, spójne i dokładne odczyty? Czy są po prostu niezwykle drażliwe?

Niektóre rzeczy, które próbowałem, to:

• Oczywiście należy dodać obwód (zwykle płytkę wzmacniacza termopary, taką jak http://wiki.ultimaker.com/Thermocouple_Sensor_Board_v1 ), aby przekonwertować drobne różnice napięć na większe różnice, które można stosować z Arduino lub podobnymi wejściami analogowymi.

• Umieść te tablice blisko termopar, ale wystarczająco daleko, aby same miały dość stabilną temperaturę.

• Nie mają absolutnie żadnych przedłużeń połączeń spawów, zmian rodzajów drutu (materiałów) itp.

• Unikaj zbyt szybkiego powtarzania pomiarów.

• Wymieniłem płytkę termopary na 5 V poprzez potencjometr na analogowy pin wejściowy, aby wykluczyć problemy w Arduino, konfiguracjach pinów lub oprogramowaniu i uzyskałem stabilne odczyty.

• Sprawdziłem, czy nie ma zwarcia do masy z bloku grzejnika, po obu stronach termopar, samego grzejnika itp. Nie znaleziono.

• Przewody termopary są otoczone oplotem ekranowym (niezbyt powszechnym ani zwartym z drutem termopary); Próbowałem uziemić to na obu końcach i na obu końcach, do bloku cieplnego, ramy drukarki, uziemienia zasilacza i uziemienia płyty RAMPS. Miały różne efekty (czasem duże), ale nie mogłem znaleźć żadnej konfiguracji, która sprawi, że odczyty będą stabilne (znacznie mniej dokładne!).

Czegoś mi brakuje?

Dzięki!

Steve

Termopary działają poprzez pasywne wytwarzanie BARDZO małych napięć za pomocą efektu Seebecka - zwykle kilkudziesięciu miliwoltów. To dosłownie tylko para drutów wykonanych z dwóch różnych specjalnych stopów, połączonych elektrycznie ze sobą na „gorącym” końcu. To złącze drutu można zamontować w dowolnym rodzaju końcówki lub występu.

Fakt, że są to bardzo proste i pasywne urządzenia, czyni je niezwykle precyzyjnymi i spójnymi między TC tego samego typu, DUŻO bardziej niż termistory. Każda termopara typu K na świecie daje taką samą dokładną moc wyjściową w zakresie +/- 1-2 ° C. Możesz nawet przeciąć termoparę na pół, ponownie skręcić końce drutów, a ona nadal będzie działać!

Jednak generowany przez nich bardzo mały sygnał (w miliwoltach) jest dość podatny na zakłócenia elektryczne i konstrukcję obwodów. Napięcie sygnału musi być znacznie wzmocnione, aby było przydatne. Więc nie potrzeba dużo EMR z nagrzewnicy lub przewodów krokowych, aby zakłócać odczyt TC. Częstym problemem z obwodami TC w drukarkach 3d jest przerażająca PĘTLA ZIEMI - jeśli „gorąca” końcówka jest elektrycznie podłączona do gorącego bloku, napięcie i prąd na grzejniku i przewodach silnika mogą indukować małe prądy przez przewody TC, które całkowicie wkręcają w górę sygnału miliwolta. Wzmacniacz odbiera te błądzące napięcia i zrzuca odczyt temperatury. Istnieją więc ważne wskazówki dotyczące utrzymywania hałasu z dala od przewodów TC:

• Przewody TC muszą być izolowane elektrycznie od elementów montażowych (ucho, osłona termiczna, cokolwiek ma wytłaczarka). Możesz to sprawdzić za pomocą multimetru - chcesz uzyskać nieskończony / poza zakresem opór przewodów TC do końcówki montażowej i bloku grzejnego. W tym czasie upewnij się, że przewody wkładu grzejnego nie powodują zwarcia do gorącego bloku - jest to niebezpieczne i może również powodować problemy z TC.
• Trzymaj dwa przewody TC blisko siebie, a nie równolegle do źródeł szumów, takich jak grzejniki sterowane PWM lub okablowanie krokowe. Jeśli musisz poprowadzić TC w pakiecie z innymi przewodami, TWIST pary przewodów nagrzewnicy / silnika krokowego. (W przypadku stepperów, skręć każdą parę cewek w inny sposób, jeśli to możliwe. Nie musisz przekręcać oddzielnych par cewek względem siebie.)

Innym częstym problemem z obwodami TC jest KOMPENSACJA ZIMNA. Termopara nie mierzy temperatury końcówki, mierzy RÓŻNICĘ temperatury między gorącą końcówką a zimnym złączem, w którym TC jest podłączony do wzmacniacza lub miedzianego okablowania. Wzmacniacz TC ma wbudowany termistor, którego używa do dodawania temperatury w zimnym złączu do zmierzonego sygnału z termopary. Jest kilka rzeczy, które musisz zrobić, aby upewnić się, że kompensacja zimnego skrzyżowania działa poprawnie:

• Powinieneś poprowadzić przewód TC od końcówki „gorącej” do wzmacniacza TC. Możesz połączyć go i zainstalować wtyczki, ale tylko z większą ilością drutu TC typu K i odpowiednimi wtyczkami termoparowymi typu K. Wykorzystują one ten sam metal co drut TC, więc nie generują niepożądanych napięć złącznych, które zakłócają sygnał TC. Jeśli splecisz drut miedziany między TC a wzmacniaczem, wszelkie różnice temperatur wzdłuż miedzi nie zostaną zmierzone! Jest to szczególnie duży problem, jeśli łączysz miedziany w ciepłej obudowie, a następnie doprowadzasz miedź do wzmacniacza na zewnątrz obudowy.
• Wzmacniacz nie powinien być bardzo gorący. Pokładowy termistor został zaprojektowany do dokładnego pomiaru temperatur rozsądnie zbliżonych do temperatury pokojowej, a nie temperatur blokowania na gorąco.
• W pobliżu wzmacniacza lub między zakończeniem przewodu TC a rzeczywistym układem wzmacniacza nie powinny występować duże gradienty temperatury. Umieść wzmacniacz wystarczająco daleko od gorącego końca i innych źródeł ciepła (takich jak silniki krokowe), aby nie występowały w nim dziwne profile temperaturowe.

Jeśli zrobisz powyższe, TC wyśle ​​dobry sygnał, a wzmacniacz poprawnie go odczyta. Ale jest jeszcze jedna przeszkoda. Płyta główna musi wiedzieć, jak zrozumieć wyjście wzmacniacza. Płytki sterujące do drukarek 3D zaprojektowane specjalnie dla TC, takie jak tablice Mightyboard, zwykle wykorzystują cyfrową komunikację między wzmacniaczem a głównym układem sterowania (MCU). Jest to wysoka niezawodność i nie wymaga specjalnej konfiguracji oprogramowania układowego - obsługa jest włączona. Ale jeśli przypinasz zewnętrzny wzmacniacz TC do płyty, która oczekuje termistorów, będziesz musiał powiedzieć oprogramowaniu sprzętowemu, jak odczytać sygnał ze wzmacniaczaNajczęstszą techniką jest to, że wzmacniacz wysyła liniowy sygnał napięcia na normalne wejście termistora MCU (ADC). Następnie konfigurujesz oprogramowanie układowe, aby używało odpowiedniej „tabeli termistorów” (tak naprawdę tabeli wyszukiwania napięcia) dla tego konkretnego wzmacniacza. W zależności od płyty kontrolera może być również konieczne upewnienie się, że zwykłe rezystory podwyższające / obniżające termistor nie wpływają na moc wyjściową wzmacniacza.

Musisz więc upewnić się:

• Nie masz problemów z hałasem elektrycznym
• Kompensacja zimnego skrzyżowania działa zgodnie z przeznaczeniem
• Oprogramowanie układowe i płyta kontrolera są skonfigurowane poprawnie dla wyjścia układu wzmacniacza

Jeśli to wszystko zrobisz, TC powinien zapewnić wyższą dokładność i niezawodność niż termistor.

Wygląda na to, że masz wadliwy termoparę. Ale właśnie szukałem w Google hasła „Dlaczego termopary są niedokładne” i znalazłem ten artykuł na temat identyfikowania złych termopar i konserwacji zapobiegawczej. Nigdy nie myślałem o wielu wskazówkach w tym artykule, ale nie miałem tak drastycznych błędów temperaturowych.