Как получить последовательные и точные показания от термопар?

Я перешел на двойной экструдер Mk9, и вместо терморезисторов у меня были установлены термопары.

Независимо от того, что я сделал с термопарами, указанная температура подскочила на целых 30 градусов и более. Короче говоря, после нескольких недель возни, я так и не получил работу термопар и заменил их термисторами, что было хорошо.

Поэтому мой вопрос: что требуется, чтобы термопары давали надежные, последовательные и точные показания? Они просто невероятно обидчивы?

Вот некоторые вещи, которые я пробовал:

• Конечно, необходимо добавить схему (обычно плату усилителя термопары, такую ​​как http://wiki.ultimaker.com/Thermocouple_Sensor_Board_v1 ), чтобы преобразовать крошечные разности напряжений в большие разности, используемые с Arduino или аналогичными аналоговыми входами.

• Разместите эти платы рядом с термопарами, но достаточно далеко, чтобы они сами были при довольно стабильной температуре.

• Абсолютно не имеют проволочных удлинителей сращивания, смены типов проволоки (материала) и т. Д.

• Избегайте повторных измерений слишком быстро.

• Я заменил плату термопары на 5 В через потенциометр на вывод аналогового входа, чтобы исключить проблемы в Arduino, конфигурации выводов или программном обеспечении, и получил стабильные показания.

• Я проверил наличие короткого замыкания на массу от блока нагревателя, обеих сторон термопар, самого нагревателя и т. Д. Ничего не найдено.

• Провода термопары окружены плетеным экраном (не распространены или не закорочены ни на один из проводов термопары); Я попытался заземлить это с обоих концов и с обоих концов, к блоку нагрева, корпусу принтера, заземлению блока питания и заземлению платы RAMPS. Они имели различные эффекты (иногда большие), но я не смог найти конфигурацию, которая сделала бы показания стабильными (гораздо менее точными!).

Что-то я пропускаю?

Благодарность!

Стив

Термопары работают путем пассивного генерирования ОЧЕНЬ малых напряжений через эффект Зеебека - обычно несколько десятков милливольт. Они буквально представляют собой пару проводов, изготовленных из двух разных специальных сплавов, электрически соединенных вместе на «горячем» конце. Это соединение проводов может быть установлено внутри любого типа крепежного наконечника или наконечника.

Тот факт, что они являются очень простыми и пассивными устройствами, делает их чрезвычайно точными и согласованными между TC одного и того же типа, НАМНОГО больше, чем термисторы. Любая термопара типа K в мире даст вам такой же точный выход +/- 1-2C или около того. Вы даже можете разрезать термопару пополам, скручивать концы проводов вместе, и это все равно будет работать!

Однако очень слабый (милливольтный) сигнал, который они генерируют, довольно чувствителен к электрическим помехам и конструкции схемы. Напряжение сигнала должно быть значительно усилено, чтобы быть полезным. Таким образом, не требуется много EMR от вашего нагревателя или шаговых проводов, чтобы помешать чтению TC. Частой проблемой со схемами TC в 3d-принтерах является страшная ЗАЗЕМЛИТЕЛЬНОСТЬ - если «горячий» наконечник электрически подключен к горячему блоку, напряжение и ток на проводах нагревателя и двигателя могут вызывать небольшие токи через провода TC, которые полностью привинчивают до милливольтного сигнала. Усилитель улавливает эти паразитные напряжения и сбрасывает показания температуры. Итак, есть несколько важных рекомендаций по защите от проводов TC:

• Провода ТС должны быть электрически изолированы от монтажного оборудования (ушко, термокарман, все, что имеет ваш экструдер). Вы можете проверить это с помощью мультиметра - вам нужно бесконечное / вне диапазона сопротивление от проводов TC к монтажному наконечнику и горячему блоку. Пока вы работаете над этим, убедитесь, что провода картриджа нагревателя не закорачиваются на горячий блок - это небезопасно и может также вызвать проблемы с TC.
• Держите два провода TC близко друг к другу, а не параллельно источникам шума, таким как нагреватели с ШИМ-управлением или шаговая проводка. Если вы должны запустить TC в связке с другими проводами, ПРОВОДИТЕ пары проводки нагреватель / шаговый. (Для степперов, по возможности, крутите каждую пару катушек на разную высоту. Вам не нужно скручивать отдельные пары катушек друг к другу.)

Другая распространенная проблема со схемами TC - это COLD JUNCTION COMPENSATION. Термопара не измеряет температуру наконечника, она измеряет разницу в температуре между горячим наконечником и холодным спайком, где TC подключен либо к усилителю, либо к медной проводке. Усилитель TC имеет встроенный термистор, который используется для добавления температуры в холодном спая к измеренному сигналу от термопары. Чтобы убедиться, что компенсация холодного спая работает должным образом, необходимо сделать несколько вещей:

• Вы должны проложить провод TC от «горячего» наконечника до усилителя TC. Вы МОЖЕТЕ срастить его и установить штекеры, но только с большим количеством проводов типа K и соответствующими термопарами типа K. В них используется тот же металл, что и в проводе TC, поэтому они не генерируют нежелательных напряжений соединения, которые мешают сигналу TC. Если вы соедините медный провод между TC и усилителем, любые временные различия вдоль медного провода не будут измеряться! Это особенно большая проблема, если вы соедините медь внутри теплого корпуса, а затем подключите медь к усилителю за пределами корпуса.
• Усилитель не должен быть очень горячим. Встроенный терморезистор предназначен для точного измерения температуры, достаточно близкой к комнатной температуре, а не к температуре горячего блока.
• Не должно быть больших температурных градиентов вблизи усилителя или между клеммой провода TC и фактическим чипом усилителя. Разместите усилитель достаточно далеко от горячего конца и других источников тепла (например, шаговых двигателей), чтобы он не испытывал странные временные профили.

Если вы сделаете вышеупомянутое, TC будет выводить хороший сигнал, и усилитель будет читать его правильно. Но есть еще одна загвоздка. Материнская плата должна знать, как понимать выход усилителя. На платах управления 3D-принтером, которые предназначены исключительно для TC, таких как Mightyboards, обычно используется цифровая связь между усилителем и главным чипом управления (MCU). Это высокая надежность и не требует специальной конфигурации прошивки - поддержка встроена. Но если вы привязываете внешний усилитель TC к плате, которая ожидает термисторы, вам придется сообщить прошивке, как считывать сигнал от усилителя.Наиболее распространенный метод заключается в том, что усилитель выводит линейный сигнал напряжения на нормальный термисторный вход MCU (АЦП). Затем вы конфигурируете микропрограмму для использования соответствующей «таблицы термисторов» (на самом деле таблицы поиска напряжения) для этого конкретного усилителя. В зависимости от вашей платы контроллера, вам также может понадобиться убедиться, что обычные резисторы подтягивания / понижения термистора не влияют на выход усилителя.

Так что вам нужно убедиться:

• У вас нет проблем с электрическим шумом
• Компенсация холодного спая работает по назначению
• Плата микропрограммного обеспечения и контроллера настроена правильно для выхода микросхемы усилителя

Если вы сделаете все это, TC должен обеспечить превосходную точность и надежность по сравнению с термистором.

Похоже, у вас просто неисправная термопара. Но я только что выполнил поиск в Google по запросу «Почему термопары неточны» и нашел эту статью о выявлении неисправных термопар и профилактическом обслуживании. Я никогда не думал о многих советах в статье, но у меня также не было таких резких ошибок температуры.