Como obter leituras consistentes e precisas dos termopares?

Atualizei para uma extrusora dupla Mk9 e ela veio com termopares instalados em vez dos termistores que eu tinha antes.

Não importa o que eu fiz com os termopares, a temperatura indicada saltou em torno de 30 ° C ou mais. Em resumo, depois de várias semanas de mexer, nunca consegui que os termopares funcionassem bem e os substituí por termistores, que estavam bem.

Portanto, minha pergunta é: o que é necessário para obter termopares para fornecer leituras confiáveis, consistentes e precisas? Eles são incrivelmente delicados?

Algumas coisas que tentei incluem:

• Obviamente, é necessário adicionar circuitos (normalmente uma placa amplificadora de termopar como http://wiki.ultimaker.com/Thermocouple_Sensor_Board_v1 ), para converter as pequenas diferenças de tensão em maiores diferenças utilizáveis ​​no Arduino ou em entradas analógicas semelhantes.

• Coloque essas placas perto dos termopares, mas longe o suficiente para que elas estejam à temperatura bastante estável.

• Não tem absolutamente extensões de emendas de fio, alterações de tipos de fio (material) etc.

• Evite fazer medições repetidas com muita rapidez.

• Troquei uma placa de termopar por 5V através de um potenciômetro no pino de entrada analógica, para descartar problemas no Arduino, nas configurações de pinos ou no software e obtive leituras estáveis.

• Eu verifiquei se há curtos-terra no bloco do aquecedor, nos dois lados dos termopares, no próprio aquecedor, etc. Nenhum encontrado.

• Os fios do termopar são cercados por uma blindagem trançada (não comum ou em curto para o fio do termopar); Tentei aterrar isso nas extremidades e nas duas extremidades, no bloco de calor, no quadro da impressora, no aterramento da fonte de alimentação e no aterramento da placa RAMPS. Eles tiveram vários efeitos (às vezes grandes), mas não consegui encontrar nenhuma configuração que tornasse as leituras estáveis ​​(muito menos precisas!).

Falta alguma coisa?

Obrigado!

Steve

Os termopares funcionam gerando passivamente MUITO pequenas tensões através do efeito Seebeck - geralmente algumas dezenas de milivolts. Eles são literalmente apenas um par de fios feitos de duas ligas especiais diferentes, conectadas eletricamente na extremidade "quente". Essa junção de fio pode ser montada dentro de qualquer tipo de ponta ou terminal de fixação desejado.

O fato de serem dispositivos muito simples e passivos os torna extremamente precisos e consistentes entre TCs do mesmo tipo, MUITO mais do que termistores. Qualquer termopar tipo K do mundo fornecerá a mesma saída precisa de +/- 1-2 ° C. Você pode até cortar um termopar ao meio, torcer novamente as pontas dos fios, e ainda funcionará!

No entanto, o sinal muito pequeno (milivolts) que eles geram é bastante suscetível ao ruído elétrico e ao design do circuito. A tensão do sinal deve ser bastante amplificada para ser útil. Portanto, não é necessário muito EMR do seu aquecedor ou dos fios de passo para interferir na leitura do TC. Um problema frequente com os circuitos TC nas impressoras 3D é o temido GROUND LOOP - se a ponta "quente" estiver eletricamente conectada ao bloco quente, a tensão e a corrente nos fios do aquecedor e do motor podem induzir pequenas correntes através dos fios do TC que parafusam totalmente o sinal de milivolts. O amplificador capta essas tensões dispersas e lança a leitura da temperatura. Portanto, existem algumas diretrizes importantes para manter o ruído fora dos fios do TC:

• Os fios do TC devem ser isolados eletricamente do material de montagem (olhal, poço termométrico, qualquer que seja a sua extrusora). Você pode verificar isso com um multímetro - deseja uma resistência infinita / fora da faixa, desde os fios do TC até a ponta de montagem e o bloco quente. Enquanto você estiver nisso, verifique se os fios do cartucho do aquecedor não estão em curto para o bloco quente - isso é inseguro e também pode causar problemas com os TCs.
• Mantenha os dois fios do TC próximos, e não imediatamente paralelos às fontes de ruído, como aquecedores controlados por PWM ou fiação de passo. Se você precisar executar o TC em conjunto com os outros fios, torça os pares de fiação do aquecedor / stepper. (Para steppers, gire cada par de bobinas para um passo diferente, se possível. Você não precisa torcer os pares de bobinas separados um para o outro.)

Outro problema comum nos circuitos de TC é a COMPENSAÇÃO COM JUNÇÃO FRIO. Um termopar não mede a temperatura da ponta, mede a DIFERENÇA de temperatura entre a ponta quente e a junção fria em que o TC está conectado à fiação do amplificador ou do cobre. O amplificador TC possui um termistor interno que ele usa para adicionar a temperatura na junção fria ao sinal medido do termopar. Há algumas coisas que você precisa fazer para garantir que a compensação da junção fria funcione corretamente:

• Você deve passar o fio do TC desde a ponta "quente" até o amplificador do TC. Você PODE emendá-lo e instalar plugues, mas apenas com mais fios TC tipo K e plugues de termopar tipo K adequados. Eles usam o mesmo metal que o fio do TC, para que não gerem tensões de junção indesejadas que interferem no sinal do TC. Se você unir o fio de cobre entre o TC e o amplificador, quaisquer diferenças de temperatura ao longo do cobre não serão medidas! Esse é um problema particularmente grande se você emendar em cobre dentro de um gabinete quente e depois executar o cobre em um amplificador fora do gabinete.
• O amplificador não deve estar super quente. O termistor a bordo foi projetado para medir com precisão as temperaturas razoavelmente próximas à temperatura ambiente, e não a temperatura do bloco quente.
• Não deve haver grandes gradientes de temperatura perto do amplificador ou entre a terminação do fio do TC e o chip do amplificador real. Coloque o amplificador longe o suficiente da extremidade quente e de outras fontes de calor (como motores de passo) para que não ocorra perfis de temperatura estranhos.

Se você fizer o acima, o TC emitirá um bom sinal e o amplificador o lerá corretamente. Mas há mais um problema. A placa principal precisa saber como entender a saída do amplificador. As placas de controle de impressora 3D projetadas exclusivamente para TCs, como Mightyboards, geralmente usam comunicação digital entre o amplificador e o chip de controle principal (MCU). Isso é de alta confiabilidade e não requer nenhuma configuração especial de firmware - o suporte é completo. Mas se você estiver conectando um amplificador TC externo a uma placa que espera termistores, será necessário informar ao firmware como ler o sinal. do amplificador.A técnica mais comum é o amplificador emitir um sinal de tensão linear para a entrada normal do termistor (ADC) do MCU. Em seguida, você configura o firmware para usar a "tabela termistor" apropriada (realmente uma tabela de pesquisa de tensão) para esse amplificador específico. Dependendo da placa controladora, você também pode precisar se certificar de que os resistores normais de pull-up / pull-down do termistor não estão afetando a saída do amplificador.

Então você precisa ter certeza de:

• Você não tem problemas com ruído elétrico
• A compensação da junção a frio está funcionando como pretendido
• O firmware e a placa controladora estão configurados corretamente para a saída do seu chip amp

Se você fizer tudo isso, um TC deve fornecer precisão e confiabilidade superiores a um termistor.

Parece que você tem um termopar com defeito. No entanto, fiz uma pesquisa no google por "Por que os termopares são imprecisos" e encontrei este artigo sobre a identificação de termopares ruins e a manutenção preventiva. Nunca pensei em muitas dicas do artigo, mas também não tive erros drásticos de temperatura.