Как получить последовательные и точные показания термопар?

Термопары работают, пассивно генерируя ОЧЕНЬ малые напряжения с помощью эффекта Зеебека - обычно несколько десятков милливольт. Это буквально просто пара проводов, изготовленных из двух разных специальных сплавов, электрически соединенных вместе на "горячем" конце. Это соединение проводов может быть смонтировано внутри любого желаемого крепежного наконечника или выступа.

Тот факт, что они являются очень простыми и пассивными устройствами, делает их чрезвычайно точными и согласованными между TCS одного типа, в ГОРАЗДО большей степени, чем термисторы. Любая термопара типа K в мире даст вам такой же точный результат +/-1- 2С или около того. Вы даже можете разрезать термопару пополам, снова скрутить концы проводов вместе, и это все равно будет работать!

Однако очень слабый (милливольты) сигнал, который они генерируют, весьма чувствителен к электрическим помехам и схемам. Напряжение сигнала должно быть значительно усилено, чтобы быть полезным. Таким образом, не требуется большого количества ЭМИ от вашего нагревателя или шаговых проводов, чтобы повлиять на показания TC. Частой проблемой с цепями TC в 3D-принтерах является ужасный КОНТУР ЗАЗЕМЛЕНИЯ - 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 искажают сигнал в милливольтах. Усилитель улавливает эти паразитные напряжения и сбрасывает показания температуры. Итак, есть несколько важных рекомендаций по предотвращению шума от проводов TC:

• Провода TC должны быть электрически изолированы от монтажного оборудования (ушко, защитная гильза, все, что есть в вашем экструдере). Вы можете проверить это с помощью мультиметра - вам нужно бесконечное / запредельное сопротивление от проводов TC к монтажному наконечнику и горячему блоку. Пока вы этим занимаетесь, убедитесь, что провода вашего нагревательного картриджа не замыкаются на горячий блок - это небезопасно и также может вызвать проблемы с TCs.
• 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 подключить TC в связке с другими проводами, СКРУТИТЕ пары проводов нагреватель / шаговый преобразователь. (Для степперов скрутите каждую пару катушек с разным шагом, если это возможно. Вам не нужно скручивать отдельные пары катушек друг с другом.)

Другой распространенной проблемой, связанной с цепями постоянного тока, является КОМПЕНСАЦИЯ ХОЛОДНОГО СПАЯ. Термопара не измеряет температуру наконечника, она измеряет РАЗНИЦУ температур между горячим наконечником и холодным соединением, где TC подключен либо к усилителю, либо к медной проводке. Усилитель TC имеет встроенный термистор, который он использует для добавления температуры на холодном соединении к измеренному сигналу от термопары. Есть несколько вещей, которые вам нужно сделать, чтобы убедиться, что компенсация холодного спая работает должным образом:

• Вы должны проложить провод TC на всем пути от "горячего" наконечника до усилителя TC. Вы МОЖЕТЕ соединить его и установить заглушки, но только с большим количеством провода TC типа K и соответствующими заглушками термопары типаK. В них используется тот же металл, что и в проводе TC, поэтому они не создают нежелательных напряжений соединения, которые мешают сигналу TC. Если вы соедините медный провод между TC и усилителем, любые перепады температур вдоль меди измеряться не будут! Это особенно большая проблема, если вы подключаетесь к меди внутри теплого корпуса, а затем подключаете медь к усилителю снаружи корпуса.
• Усилитель не должен быть очень горячим. Встроенный термистор предназначен для точного измерения температуры, достаточно близкой к комнатной, а не к температуре горячего блока.
• Не должно быть больших перепадов температур вблизи усилителя или между концом провода TC и собственно микросхемой усилителя. Разместите усилитель достаточно далеко от горячего конца и других источников тепла (например, шаговых двигателей), чтобы он не испытывал странных температурных профилей.

Если вы сделаете вышеописанное, TC выдаст хороший сигнал, и усилитель будет считывать его правильно. Но есть еще одна загвоздка. Материнская плата должна знать, как понимать выходной сигнал усилителя. Платы управления 3D-принтером, предназначенные исключительно для TCs, такие как Mightyboards, обычно используют цифровую связь между усилителем и основным управляющим чипом (MCU). Это отличается высокой надежностью и не требует какой-либо специальной настройки встроенного программного обеспечения - поддержка встроена. Но если вы подключаете внешний TC-усилитель к плате, на которой ожидаются термисторы, вам придется указать встроенному ПО, как считывать сигнал с усилителя. Наиболее распространенный метод заключается в том, что усилитель выдает линейный сигнал напряжения на обычный вход термистора MCU (АЦП). Затем вы настраиваете прошивку на использование соответствующей "таблицы термисторов" (на самом деле таблицы поиска напряжения) для этого конкретного усилителя. В зависимости от вашей платы контроллера вам также может потребоваться убедиться, что обычные термисторные подтягивающие / опускающие резисторы не влияют на выход усилителя.

Поэтому вам нужно убедиться, что:

• У вас нет проблем с электрическим шумом
• Компенсация холодного спая работает так, как задумано
• Микропрограммное обеспечение и плата контроллера правильно настроены для вывода вашего усилителя

Если вы сделаете все это, TC должен обеспечивать более высокую точность и надежность по сравнению с термистором.