¿Cómo obtener lecturas consistentes y precisas de termopares?

Actualicé a una extrusora doble Mk9, y venía con termopares instalados en lugar de los termistores que tenía antes.

No importa lo que hice con los termopares, la temperatura indicada aumentó hasta 30 ° C o más. En resumen, después de varias semanas de tocar el violín, nunca conseguí que los termopares funcionen bien y los reemplacé con termistores, que han estado bien.

Entonces mi pregunta es: ¿qué se requiere para obtener termopares para dar lecturas confiables, consistentes y precisas? ¿Son simplemente increíblemente delicados?

Algunas cosas que probé incluyen:

• Por supuesto, uno debe agregar circuitería (típicamente una placa amplificadora de termopar como http://wiki.ultimaker.com/Thermocouple_Sensor_Board_v1 ), para convertir las pequeñas diferencias de voltaje en diferencias más grandes utilizables con Arduino o entradas analógicas similares.

• Coloque esas tablas cerca de los termopares, pero lo suficientemente lejos como para que estén a una temperatura bastante estable.

• No tener absolutamente extensiones de cables de empalmes, cambios de tipos de cables (material), etc.

• Evite realizar mediciones repetidas demasiado rápido.

• Reemplacé una placa de termopar con 5V a través de un potenciómetro al pin de entrada analógica, para descartar problemas en el Arduino, configuraciones de pin o software, y obtuve lecturas estables.

• Verifiqué si había cortocircuitos a tierra desde el bloque del calentador, a ambos lados de los termopares, el calentador en sí, etc. No se encontró ninguno.

• Los cables del termopar están rodeados por un blindaje trenzado (no común o en cortocircuito a ninguno de los cables del termopar); Intenté conectarlo a tierra en ambos extremos, en el bloque de calor, el marco de la impresora, la tierra de la fuente de alimentación y la tierra de la placa RAMPS. Estos tuvieron varios efectos (a veces grandes), pero no pude encontrar ninguna configuración que estableciera las lecturas (¡mucho menos precisa!).

¿Algo que me falta?

¡Gracias!

Steve

Los termopares funcionan generando pasivamente voltajes MUY pequeños a través del efecto Seebeck, generalmente unas pocas decenas de milivoltios. Literalmente son solo un par de cables hechos de dos aleaciones especiales diferentes, conectadas eléctricamente entre sí en el extremo "caliente". Esa unión de cables se puede montar dentro de cualquier tipo de punta de conexión o terminal que se desee.

El hecho de que sean dispositivos muy simples y pasivos los hace extremadamente precisos y consistentes entre los TC del mismo tipo, MUCHO más que los termistores. Cualquier termopar tipo K en el mundo le dará la misma salida precisa +/- 1-2C más o menos. ¡Incluso puede cortar un termopar por la mitad, volver a torcer los extremos de los cables y seguirá funcionando!

Sin embargo, la señal muy pequeña (milivoltios) que generan es bastante susceptible al ruido eléctrico y al diseño del circuito. El voltaje de la señal debe amplificarse mucho para que sea útil. Por lo tanto, no se necesita mucha EMR de su calentador o cables paso a paso para interferir con la lectura de TC. Un problema frecuente con los circuitos TC en las impresoras 3D es el temido GROUND LOOP: si la punta "caliente" está conectada eléctricamente al bloque caliente, el voltaje y la corriente en los cables del calentador y del motor pueden inducir pequeñas corrientes a través de los cables TC que se atornillan por completo hasta la señal de milivoltios. El amplificador recoge estos voltajes parásitos y arroja la lectura de temperatura. Por lo tanto, hay algunas pautas importantes para mantener el ruido fuera de los cables TC:

• Los cables TC deben estar aislados eléctricamente del hardware de montaje (orejeta, termopozo, lo que sea que tenga su extrusora). Puede verificar esto con un multímetro: desea resistencia infinita / fuera del rango de los cables TC a la punta de montaje y al bloque caliente. Mientras lo hace, asegúrese de que los cables de los cartuchos del calentador no estén en cortocircuito con el bloque caliente; eso no es seguro y también puede causar problemas con los TC.
• Mantenga los dos cables TC juntos y no inmediatamente paralelos a las fuentes de ruido, como los calentadores controlados por PWM o el cableado paso a paso. Si debe ejecutar el TC en un paquete con los otros cables, GIRE los pares de cableado del calentador / paso a paso. (Para los steppers, gire cada par de bobinas a un tono diferente si es posible. No necesita torcer los pares de bobinas separadas entre sí).

Otro problema común con los circuitos TC es la COMPENSACIÓN DE LA UNIÓN FRÍA. Un termopar no mide la temperatura de la punta, mide la DIFERENCIA de temperatura entre la punta caliente y la unión fría donde el TC está conectado al amplificador o al cableado de cobre. El amplificador TC tiene un termistor incorporado que utiliza para agregar la temperatura en la unión fría a la señal medida desde el termopar. Hay algunas cosas que debe hacer para asegurarse de que la compensación de la unión fría funcione correctamente:

• Debe pasar el cable TC desde la punta "caliente" hasta el amplificador TC. PUEDE empalmarlo e instalar enchufes, pero solo con más cable TC tipo K y enchufes de termopar tipo K adecuados. Estos usan el mismo metal que el cable TC para que no generen voltajes de unión no deseados que interfieran con la señal TC. Si empalma el cable de cobre entre el TC y el amplificador, ¡no se medirán las diferencias de temperatura a lo largo del cobre! Este es un problema particularmente grande si empalma al cobre dentro de un gabinete cálido y luego ejecuta el cobre a un amplificador fuera del gabinete.
• El amplificador no debe estar muy caliente. El termistor a bordo está diseñado para medir con precisión temperaturas razonablemente cercanas a la temperatura ambiente, no temperaturas de bloqueo en caliente.
• No debe haber grandes gradientes de temperatura cerca del amplificador o entre la terminación del cable TC y el chip del amplificador real. Coloque el amplificador lo suficientemente alejado del extremo caliente y otras fuentes de calor (como motores paso a paso) para que no experimente perfiles de temperatura extraños.

Si hace lo anterior, el TC emitirá una buena señal y el amplificador lo leerá correctamente. Pero hay un problema más. La placa base tiene que saber cómo entender la salida del amplificador. Las placas de control de impresora 3D que están diseñadas exclusivamente para TC, como Mightyboards, generalmente usan comunicación digital entre el amplificador y el chip de control principal (MCU). Esto es de alta confiabilidad y no requiere ninguna configuración especial de firmware: el soporte está integrado. Pero si está colocando un amplificador TC externo en una placa que espera termistores, tendrá que decirle al firmware cómo leer la señal del amplificadorLa técnica más común es que el amplificador emita una señal de voltaje lineal a la entrada de termistor normal (ADC) de la MCU. Luego configura el firmware para usar la "tabla de termistor" apropiada (realmente una tabla de búsqueda de voltaje) para ese amplificador en particular. Dependiendo de su placa controladora, es posible que también deba asegurarse de que las resistencias pull-up / pull-down del termistor no estén afectando la salida del amplificador.

Entonces debes asegurarte:

• No tienes problemas de ruido eléctrico
• La compensación de unión fría funciona según lo previsto
• El firmware y la placa del controlador están configurados correctamente para la salida de su chip de amplificador

Si hace todo eso, un TC debe brindar una precisión y confiabilidad superiores sobre un termistor.

Parece que solo tienes un termopar defectuoso. Pero, acabo de hacer una búsqueda en Google de "Por qué los termopares son inexactos" y encontré este artículo sobre la identificación de termopares defectuosos y el mantenimiento preventivo. Nunca pensé en muchos de los consejos del artículo, pero tampoco he tenido errores de temperatura tan drásticos.