如何从热电偶获得一致且准确的读数?


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我升级到了Mk9双挤出机,它安装了热电偶,而不是以前的热敏电阻。

不管我用热电偶做什么,指示的温度都将升高30°C或更高。简而言之,经过数周的摆弄,我从未使热电偶正常工作,而是用热敏电阻代替了它们,这很好。

所以我的问题是:获得热电偶以提供可靠,一致,准确的读数需要什么?他们只是极度敏感吗?

我尝试过的一些事情包括:

  • 当然,必须添加电路(通常是热电偶放大器板,例如http://wiki.ultimaker.com/Thermocouple_Sensor_Board_v1),才能将微小的电压差转换成可与Arduino或类似模拟输入一起使用的更大的电压差。

  • 将这些板放置在靠近热电偶的位置,但要足够远,以使它们本身处于相当稳定的温度。

  • 绝对没有接头的电线延伸,电线类型(材料)变化等。

  • 避免重复测量太快。

  • 我通过电位计将5V的热电偶板替换为模拟输入引脚,以排除Arduino,引脚配置或软件中的问题,并获得稳定的读数。

  • 我检查了加热器块,热电偶的两侧,加热器本身等是否接地短路。未找到。

  • 热电偶线被编织屏蔽层包围(不常见或与热电偶线短路);我尝试将其两端和两端分别接地,分别连接到加热块,打印机框架,电源接地和RAMPS板接地。这些具有各种效果(有时很大),但是我找不到使读数稳定的任何配置(准确度要低得多!)。

我有什么想念的吗?

谢谢!

史蒂夫


非常好的问题!
汤姆·范德赞丹

热电偶和热敏电阻之间的成本差异是否很大?
马丁·卡尼

10foratypeKthermocouple,plus

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@MartinCarney 相关
马特·克拉克

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除此之外,在切换到全金属E3D并出现热敏电阻故障后,我经历了很多相同的事情。我能够使用热电偶打印一会儿,但问题无休止。温度在每次更新时都会反弹〜20C,并且非常不一致。我尝试了几种不同的板,热电偶,甚至还为板提供了单独的电源。由于某种原因,我最终从一个二极管上卸下了该二极管,可以在这里找到该板-oshpark.com/shared_projects/p8Yv87Ks,但我认为它根本没有帮助。
tjb1

Answers:


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热电偶通过塞贝克效应通过被动产生非常小的电压来工作,通常为几十毫伏。它们实际上只是一对由两种不同的特殊合金制成的电线,在“热”端电连接在一起。该线结可以安装在任何所需的连接尖端或接线片内部。

它们是非常简单且无源的设备,这使得它们在相同类型的TC之间极其精确和一致,比热敏电阻更重要。世界上任何一种K型热电偶都会为您提供相同的精确输出+/- 1-2C左右。您甚至可以将热电偶切成两半,将导线的末端重新绞合在一起,它仍然可以工作!

但是,它们产生的非常小的(毫伏)信号很容易受到电噪声和电路设计的影响。信号电压必须大大放大才能使用。因此,您的加热器或步进电线不需要太多的EMR即可干扰TC读数。3d打印机中TC电路经常出现的问题是可怕的接地环-如果将“热”尖端电连接到热块,则加热器和电机电线上的电压和电流会通过TC电线感应小电流,从而完全拧紧升高毫伏信号。放大器拾取这些杂散电压,并甩开温度读数。因此,有一些重要的准则可将噪声排除在TC导线之外:

  • TC导线必须与安装硬件(吊耳,热套管,无论挤出机具有什么)电气绝缘。您可以使用万用表进行检查-您想要从TC引线到安装尖端和热块的无限大/超出范围的电阻。使用它时,请确保您的加热盒导线没有与热块短路-这是不安全的,并且也可能导致TC问题。
  • 保持两条TC线靠近,并且不要立即与噪声源(如PWM控制的加热器或步进接线)平行。如果必须将TC与其他电线捆绑在一起使用,请对加热器/步进器电线对TWIST。(对于步进器,请尽可能将每个线圈对绞合到不同的螺距。您无需将单独的线圈对互相绞合。)

TC电路的另一个常见问题是冷结补偿。热电偶不测量烙铁头温度,它测量的是热烙铁头和冷端之间的温度差,其中TC连接到放大器或铜线。TC放大器具有一个板载热敏电阻,用于将冷端的温度与来自热电偶的测量信号相加。您需要做一些事情来确保冷端补偿正常工作:

  • 您应该从“热”端到TC放大器一直使用TC导线。您可以将其拼接并安装插头,但只能使用更多的K型TC导线和正确的K型热电偶插头。它们使用与TC导线相同的金属,因此它们不会产生干扰TC信号的不良结电压。如果将铜线接在TC和放大器之间,则不会测量沿铜线的任何温度差!如果您在温暖的外壳内将铜接头接上,然后在外壳外的放大器上接铜,这将是一个特别大的问题。
  • 放大器不应过热。机载热敏电阻设计为可精确测量接近室温(而不是热块温度)的温度。
  • 放大器附近或TC导线终端和实际放大器芯片之间不应有较大的温度梯度。将放大器放置在远离热端和其他热源(例如步进电机)足够远的地方,以使其不会出现奇怪的温度曲线。

如果执行上述操作,TC将输出一个良好的信号,并且放大器将正确读取它。但是还有一个障碍。主板必须知道如何理解放大器的输出。专为TC设计的3D打印机控制板(例如Mightyboards)通常在放大器和主控制芯片(MCU)之间使用数字通信。这具有很高的可靠性,不需要任何特殊的固件配置-支持内置。但是,如果将外部TC放大器绑在需要热敏电阻的板上,则必须告诉固件如何读取信号。从放大器。对于放大器来说,最常见的技术是将线性电压信号输出到MCU的常规热敏电阻输入(ADC)。然后,将固件配置为对该特定放大器使用适当的“热敏电阻表”(实际上是电压查找表)。根据控制板的不同,您可能还需要确保常规的热敏电阻上拉/下拉电阻不会影响放大器的输出。

因此,您需要确保:

  • 您没有电气噪声问题
  • 冷端补偿按预期工作
  • 固件和控制器板已针对您的amp芯片的输出正确配置

如果您做了所有这些,TC应该比热敏电阻具有更高的精度和可靠性。


谢谢!那里有很多很好的信息。我没有尝试将TC线远离电动机/加热器/限制线,也没有将其扭绞。值得一试。我会在尝试时回发,尽管由于我的热敏电阻打印机工作正常,所以我可能有一段时间不会把它弄乱了…….. :)
TextGeek

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听起来您的热电偶有问题。但是,我刚刚在Google上搜索了“为什么热电偶不准确”,并找到了这篇有关识别不良热电偶和预防性维护的文章。我从没想过文章中的许多技巧,但是我也没有出现过如此严重的温度误差。


感谢您的参考,好文章!因为我有双挤出机,所以必须是2个有缺陷的热电偶。我可以加热它们,并通过直接连接到它们的电表读取微小的电压变化,因此它们并没有完全耗尽。
TextGeek
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