วิธีการอ่านค่าที่แม่นยำและแม่นยำจากเทอร์โมคัปเปิล


21

ฉันอัปเกรดเป็นเครื่องอัดรีดคู่ Mk9 และมันมาพร้อมกับเทอร์โมคับเปิลแทนเทอร์มิสเตอร์ที่ฉันเคยมีมา

ไม่ว่าฉันจะทำอะไรกับเทอร์โมคับเปิลอุณหภูมิที่ระบุเพิ่มขึ้นถึง 30C หรือมากกว่านั้น ในระยะสั้นหลังจากเล่นเป็นเวลาหลายสัปดาห์ฉันไม่เคยทำให้เทอร์โมคับเปิลทำงานได้ดีและแทนที่เทอร์มิสเตอร์ซึ่งทำงานได้ดี

ดังนั้นคำถามของฉันคือ: อะไรคือสิ่งที่จำเป็นในการรับเทอร์โมคับเปิลเพื่อให้การอ่านที่เชื่อถือได้สอดคล้องและแม่นยำ? พวกมันงอนอย่างเหลือเชื่อหรือไม่?

บางสิ่งที่ฉันพยายามรวมถึง:

  • แน่นอนว่าต้องเพิ่มวงจร (โดยทั่วไปจะเป็นแผงแอมป์เทอร์โมคัปเปิลเช่นhttp://wiki.ultimaker.com/Thermocouple_Sensor_Board_v1 ) เพื่อแปลงความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้าเล็ก ๆ ให้เป็นความแตกต่างที่มากขึ้นกับ Arduino หรืออินพุตอะนาล็อกที่คล้ายกัน

  • วางบอร์ดเหล่านั้นไว้ใกล้กับเทอร์โมคับเปิล แต่ไกลพอที่จะอยู่ในอุณหภูมิคงที่

  • ไม่มีตัวต่อลวดของตัวต่อ, การเปลี่ยนประเภทของลวด (วัสดุ), ฯลฯ

  • หลีกเลี่ยงการวัดซ้ำซ้ำเร็วเกินไป

  • ฉันเปลี่ยนเทอร์โมคัปเปิลบอร์ดที่มี 5V ผ่านโพเทนชิออมิเตอร์ไปยังขาอินพุตแบบอะนาล็อกเพื่อตัดปัญหาใน Arduino การกำหนดค่าพินหรือซอฟต์แวร์และการอ่านที่เสถียร

  • ฉันตรวจสอบกางเกงขาสั้นถึงพื้นจากบล็อกฮีทเตอร์ทั้งสองด้านของเทอร์โมคับเปิลฮีตเตอร์และอื่น ๆ ไม่พบ

  • สายเทอร์โมคัปเปิลถูกล้อมรอบด้วยเกราะป้องกัน (ไม่ใช่แบบธรรมดาหรือลัดวงจรไปจนถึงเทอร์โมคัปเปิลทั้งเส้น) ฉันลองต่อสายดินที่ปลายทั้งสองและปลายทั้งสองด้านไปยังแผงระบายความร้อนกรอบเครื่องพิมพ์พื้นแหล่งจ่ายไฟและพื้นบอร์ด RAMPS สิ่งเหล่านี้มีเอฟเฟกต์ต่าง ๆ (บางครั้งใหญ่) แต่ฉันไม่สามารถหาการกำหนดค่าใด ๆ ที่ทำให้การอ่านมีเสถียรภาพ (แม่นยำน้อยกว่ามาก!)

มีอะไรฉันหายไป?

ขอบคุณ!

สตีฟ


เป็นคำถามที่ดีมาก!
Tom van der Zanden

มีความแตกต่างของค่าใช้จ่ายระหว่างเทอร์โมคัปเปิลกับเทอร์มิสเตอร์หรือไม่?
Martin Carney

10foratypeKthermocouple,plus

1
@MartinCarney ที่เกี่ยวข้อง
Matt Clark

1
เพียงเพิ่มสิ่งนี้ฉันก็ทำเหมือนเดิมหลังจากเปลี่ยนเป็น E3D โลหะทั้งหมดและเทอร์มิสเตอร์ล้มเหลว ฉันสามารถพิมพ์ได้สักพักโดยใช้ thermocouple แล้วก็ไม่มีปัญหา ตีกลับอุณหภูมิ ~ 20C ทุกครั้งที่อัพเดทและไม่สอดคล้องกันมาก ฉันลองบอร์ดหลายตัว, เทอร์โมคัปเปิล, และถึงขนาดเป็นแหล่งจ่ายไฟแยกสำหรับบอร์ด ฉันลงเอยด้วยการถอดไดโอดออกจากที่หนึ่งด้วยเหตุผลบางประการและสามารถพบบอร์ดนั้นได้ที่นี่ - oshpark.com/shared_projects/p8Yv87Ksแต่ฉันไม่เชื่อว่ามันช่วยได้เลย
tjb1

คำตอบ:


5

เทอร์โมคับเปิลทำงานโดยการสร้างแรงดันไฟฟ้าขนาดเล็กมากผ่านเอฟเฟกต์ Seebeck ซึ่งโดยปกติจะมีค่าไม่กี่สิบมิลลิโวลต์ แท้จริงแล้วพวกเขาเป็นเพียงสายไฟที่ทำจากโลหะผสมพิเศษสองชนิดที่แตกต่างกันซึ่งเชื่อมต่อด้วยไฟฟ้าด้วยกันที่ปลาย "ร้อน" จุดเชื่อมต่อสายนั้นสามารถติดตั้งได้ภายในสิ่งที่ต้องการปลายหรือตัวยึดแบบใดก็ได้

ความจริงที่ว่ามันเป็นอุปกรณ์ที่ง่ายและไม่โต้ตอบทำให้พวกเขาแม่นยำและสอดคล้องกันอย่างมากระหว่าง TCs ประเภทเดียวกันมากมากกว่าเทอร์มิสเตอร์ เทอร์โมคัปเปิลชนิดใดในโลกจะให้เอาต์พุตที่แม่นยำเหมือนกัน +/- 1-2C หรือมากกว่านั้น คุณสามารถตัดเทอร์โมคับเปิลออกได้ครึ่งหนึ่งบิดปลายสายอีกครั้งเข้าด้วยกันและมันจะยังใช้งานได้!

อย่างไรก็ตามสัญญาณขนาดเล็กมาก (มิลลิโวลต์) ที่พวกเขาสร้างนั้นค่อนข้างไวต่อสัญญาณรบกวนทางไฟฟ้าและการออกแบบวงจร แรงดันสัญญาณต้องมีการขยายอย่างมากเพื่อให้มีประโยชน์ ดังนั้นจึงไม่ใช้ EMR มากจากฮีตเตอร์หรือสายสเต็ปของคุณเพื่อรบกวนการอ่าน TC ปัญหาที่เกิดขึ้นบ่อยครั้งกับวงจร TC ในเครื่องพิมพ์ 3 มิติคือ GROUND LOOP ที่หวั่น - หากคำแนะนำ "ร้อน" เชื่อมต่อด้วยไฟฟ้ากับบล็อกร้อนแรงดันและกระแสไฟฟ้าบนฮีตเตอร์และสายมอเตอร์สามารถเหนี่ยวนำกระแสเล็ก ๆ ผ่านสาย TC ที่สกรูทั้งหมด ตั้งค่าสัญญาณมิลลิโวลต์ เครื่องขยายเสียงจะรับแรงดันไฟฟ้าจรจัดเหล่านี้และมันจะทำการอ่านอุณหภูมิ ดังนั้นจึงมีแนวทางที่สำคัญสำหรับการป้องกันเสียงรบกวนจากสาย TC:

  • สาย TC ต้องมีฉนวนทางไฟฟ้าจากอุปกรณ์ติดตั้ง (ที่ดึงตา, เทอร์โมเวลล์ไม่ว่าเครื่องอัดรีดของคุณจะมีอะไรก็ตาม) คุณสามารถตรวจสอบสิ่งนี้ด้วยมัลติมิเตอร์ - คุณต้องการความต้านทานไม่ จำกัด / ออกจากช่วงจาก TC นำไปสู่ปลายการติดตั้งและบล็อกร้อน ในขณะที่คุณอยู่ในนั้นตรวจสอบให้แน่ใจว่าสายคาร์ทริดจ์ฮีตเตอร์ของคุณไม่สั้นไปที่บล็อกร้อนซึ่งไม่ปลอดภัยและอาจทำให้เกิดปัญหากับ TC
  • ทำให้สาย TC ทั้งสองอยู่ใกล้กันและไม่ขนานกับแหล่งกำเนิดเสียงเช่นเครื่องทำความร้อนที่ควบคุมด้วย PWM หรือการเดินสาย stepper หากคุณต้องรัน TC ในชุดรวมกับสายไฟอื่น ๆ ให้บิดตัวจับคู่สายเคเบิลตัวทำความร้อน / stepper (สำหรับสเต็ปเปอร์ให้บิดคู่คอยล์แต่ละคู่ไปที่ระยะห่างต่างกันถ้าเป็นไปได้คุณไม่จำเป็นต้องบิดคู่คอยล์แยกกัน)

ปัญหาที่พบโดยทั่วไปอีกอย่างหนึ่งของวงจร TC คือ COLD JUNCTION COMPENSATION เทอร์โมคัปเปิลไม่ได้วัดอุณหภูมิของทิปมันวัดความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างทิปร้อนและเย็นชุมที่ TC เชื่อมต่อกับสายไฟแอมป์หรือทองแดง TC amp มีเทอร์มิสเตอร์ออนบอร์ดที่ใช้เพิ่มอุณหภูมิที่จุดต่อเย็นไปยังสัญญาณที่วัดได้จากเทอร์โมคัปเปิล มีบางสิ่งที่คุณต้องทำเพื่อให้แน่ใจว่าการชดเชยทางแยกทำงานได้อย่างถูกต้อง:

  • คุณควรใช้สาย TC ตลอดทางตั้งแต่ "hot" tip ถึง TC amp คุณสามารถต่อและติดตั้งปลั๊กได้ แต่ด้วยสาย TC-type TC และเทอร์โมคัปเปิลชนิดที่เหมาะสมเท่านั้น สิ่งเหล่านี้ใช้โลหะเดียวกันกับลวด TC เพื่อที่จะไม่สร้างแรงดันไฟฟ้าทางแยกที่ไม่ต้องการซึ่งรบกวนสัญญาณ TC หากคุณต่อลวดทองแดงระหว่าง TC กับแอมป์ความแตกต่างของอุณหภูมิตามแนวทองแดงจะไม่ถูกวัด! นี่เป็นปัญหาใหญ่โดยเฉพาะอย่างยิ่งถ้าคุณต่อกับทองแดงภายในกล่องหุ้มแบบอบอุ่นแล้วเรียกใช้ทองแดงกับแอมป์ด้านนอกตู้
  • แอมป์ไม่ควรร้อนสุด ๆ เทอร์มิสเตอร์ออนบอร์ดถูกออกแบบมาเพื่อวัดอุณหภูมิอย่างถูกต้องเหมาะสมใกล้กับอุณหภูมิห้องไม่ใช่เทอร์โมบล็อกร้อน
  • ไม่ควรมีการไล่ระดับสีอุณหภูมิขนาดใหญ่ใกล้กับแอมป์หรือระหว่างการยกเลิกสาย TC และชิปแอมป์ที่เกิดขึ้นจริง วางแอมป์ให้ห่างจากปลายร้อนและแหล่งความร้อนอื่น ๆ (เช่นสเต็ปเปอร์มอเตอร์) ซึ่งไม่ได้มีโปรไฟล์อุณหภูมิแปลก ๆ

หากคุณทำตามข้างต้น TC จะส่งสัญญาณที่ดีและแอมป์จะอ่านอย่างถูกต้อง แต่มีอีกหนึ่งผูกปม เมนบอร์ดต้องรู้วิธีทำความเข้าใจเอาต์พุตของแอมป์ แผงควบคุมเครื่องพิมพ์ 3 มิติที่ออกแบบมาเฉพาะสำหรับ TC เช่น Mightyboards มักใช้การสื่อสารแบบดิจิตอลระหว่างแอมป์และชิปควบคุมหลัก (MCU) นี่คือความน่าเชื่อถือสูงและไม่จำเป็นต้องมีการกำหนดค่าเฟิร์มแวร์พิเศษ - รองรับการอบ แต่ถ้าคุณกำลังรัดแอมป์ TC ภายนอกไว้บนบอร์ดที่คาดว่าเทอร์มิสเตอร์คุณจะต้องบอกเฟิร์มแวร์ว่าอ่านสัญญาณอย่างไร จากแอมป์เทคนิคที่พบมากที่สุดคือแอมป์เพื่อส่งสัญญาณแรงดันไฟฟ้าเชิงเส้นไปยังอินพุตเทอร์มิสเตอร์ปกติของ MCU (ADC) จากนั้นคุณกำหนดค่าเฟิร์มแวร์ให้ใช้ "ตารางเทอร์มิสเตอร์" (ตารางการค้นหาแรงดันไฟฟ้า) ที่เหมาะสมสำหรับแอมป์นั้น คุณอาจต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่าตัวต้านทานแบบดึงขึ้น - ลง / ตัวต้านทานแบบเทอร์มิสเตอร์ปกติไม่ส่งผลต่อเอาต์พุตของแอมป์

ดังนั้นคุณต้องแน่ใจว่า:

  • คุณไม่มีปัญหาเรื่องเสียงรบกวนทางไฟฟ้า
  • การชดเชยความเย็นชุมทางทำงานตามที่ตั้งใจไว้
  • มีการกำหนดค่าเฟิร์มแวร์และบอร์ดควบคุมอย่างถูกต้องสำหรับเอาต์พุตของชิปแอมป์ของคุณ

หากคุณทำทั้งหมดนั้น TC ควรให้ความแม่นยำและความน่าเชื่อถือที่เหนือกว่าเทอร์มิสเตอร์


ขอบคุณ! มีข้อมูลที่ดีมากมาย ฉันไม่ได้ลองเคลื่อนย้ายสาย TC ห่างจากสายยนต์ / ตัวทำความร้อน / ขีด จำกัด หรือบิดตัวหลัง มันคุ้มค่ากับการยิง ฉันจะโพสต์กลับมาเมื่อฉันลองแม้ว่าจะมีเครื่องพิมพ์ที่ทำงานกับเทอร์มิสเตอร์ฉันอาจไม่ยุ่งกับมันในขณะที่ .... :)
TextGeek

2

ดูเหมือนคุณจะมีเทอร์โมคับเปิลที่ชำรุด แต่ฉันเพิ่งค้นหาโดย google สำหรับ "ทำไมเทอร์โมคับเปิลไม่ถูกต้อง" และพบบทความนี้เกี่ยวกับการระบุเทอร์โมคับเปิลที่ไม่ดีและการบำรุงรักษาเชิงป้องกัน ฉันไม่เคยคิดถึงเคล็ดลับมากมายในบทความ แต่ฉันไม่ได้มีข้อผิดพลาดเกี่ยวกับอุณหภูมิอย่างรุนแรงเช่นกัน


ขอบคุณสำหรับการอ้างอิงบทความที่ดี! มันจะต้องเป็นเทอร์โมคับเปิลที่มีข้อบกพร่อง2 ตัวเนื่องจากฉันมีเครื่องอัดรีดคู่ และฉันสามารถทำให้ความร้อนและอ่านการเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าขนาดเล็กที่มีมิเตอร์เชื่อมต่อโดยตรงกับพวกเขาดังนั้นพวกเขาจะไม่ตายอย่างสมบูรณ์
TextGeek
โดยการใช้ไซต์ของเรา หมายความว่าคุณได้อ่านและทำความเข้าใจนโยบายคุกกี้และนโยบายความเป็นส่วนตัวของเราแล้ว
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.