Problem z identyfikacją termopary i podłączeniem jej do Arduino

[1234]

Cześć wszystkim! Po raz pierwszy pytam się tutaj o coś więc z góry przepraszam jeżeli dałem złą kategorię. Ale przechodząc do mojego problemu ostatnio postanowiłem zrobić sobie stację lutowniczą, kupiłem do niej kolbę wep 907A. Po dłuższych poszukiwaniach znalazłem w internecie że w tej kolbie jest termopara typu K, ale po podpięciu jej pod układ max6675 dostaje bardzo przekłamane wartości. Podejrzewam, że jest tam po prostu inny rodzaj termopary i stąd moje pytanie - jak określić jaki to typ termopary i jak ją podłączyć do arduino? Uszkodzenie układu max6675 raczej wykluczam bo inne termopary dają na nim realne wartości. Tego że nie jest to termopara nie wykluczam, ale ma rezystancje około 1 ohma i generuje napięcie gdy kolba się grzeje więc raczej nic innego to nie może być (chyba, że się mylę)

Z góry wielkie dzięki za jakąkolwiek pomoc

[marek1707]

Bardzo mało prawdopodobne by użyto innej termopary niż K, bo to najtańsza i najbardziej rozpowszechniona wersja. Takie coś samo z siebie ma rezystancję rzędu miliomów więc jeśli mierzysz ok. 1Ω to wskazuje na problemy z samym pomiarem: rezystancja sond miernika, przejścia na złącze, kabla lutownicy itd. Gdyby to był termistor, miałby co najmniej setki omów. Może spróbuj zmierzyć różnicę między zwartymi na krótko sondami a obwodem z wpiętą termoparą? To powinno trochę przybliżyć odczyt do rzeczywistości. No ale to nie zmienia faktu, że słabo działa z front-endem MAXIMa. Po pierwsze wyjaśnij nam co oznacza "bardzo przekłamane wartości". Czy dostajesz stałe zero, wynik wskazujący na niepodłączenie termopary (jest taka flaga w scalaku, o ile pamiętam) jakiś stały offset (przesunięcie), wynik rosnący  z temperaturą, ale z inną prędkością (zła skala przetwarzania) czy zwyczajnie losowy szum? Obwód termopary jest praktycznie zwarciem (o ile jest poprawnie zrobiony) więc zakłócenia się go nie imają. Skoro dostajesz napięcie, zmierz je zwyczajnie multimetrem (zakres 200mV) w temperaturze pokojowej i po nagrzaniu kolby do temperatury kilkudziesięciu stopni (gdy już nie będziesz mógł jej utrzymać w dłoni) i sprawdź dla pewności, czy oba wyniki pasują do typu K. Przecież tabele tych wielkości są ogólnodostępne. Potem to samo z podłączonym scalakiem, mierząc napięcia na jego pinach. Pamiętaj, że termopara nie mierzy temperatury bezwzględnej tylko różnicę między jej "gorącym" a "zimnym" końcem. Ile drutów ma ta lutownica? Może obwód termopary ma któryś wspólny kabelek z grzałką i nie możesz jednocześnie mierzyć i grzać? Może uszkodzona jest wtyczka albo gniazdo i raz styka a raz nie? Czy kiedy zewrzesz zwykłym drutem wejścia MAXa, to dostajesz stabilne okolice 20-25°C (MAX ma na pewno kompensację zimnego końca i zakłada, że jest to jego własna temperatura więc dla Uin=0mV pokaże tyle ile mierzy swoim wewnętrznym termometrem)? Czy dla wejść niepodłączonych dostajesz bit awarii obwodu termopary?

[BlackJack]

Eh..dawno się termoparami nie bawiłem, ale próbowałeś zamienić miejscami przewody od termopary? Z tego co pamiętam, to jak się odwrotnie podłączyło, to właśnie głupoty pokazywało.

[1234]

@marek1707 Masz rację, jednak jest to termopara typu K. Po podgrzaniu do ok 100°C na wyjściu termopary jest w okolicach 4,1mV czyli prawidłowo dla tego typu. Przez przekłamane wartości rozumiem odczyt przekłamany o 50-100°C. MAX po zwarciu pokazuje 25°C. Używając miernika z termoparą, którą trzymałem na grzałce dostawałem wartości około 200°C a MAX zwracał koło 300°C, tak samo dla 50°C MAX zwraca 75°C. Raczej nie podłączyłem termopary odwrotnie, bo gdy tak zrobię MAX cały czas pokazuje 0°C

Edytowano Styczeń 20, 2020 przez 1234

[Polecacz 101]

Produkcja i montaż PCB - wybierz sprawdzone PCBWay!
   • Darmowe płytki dla studentów i projektów non-profit
   • Tylko 5$ za 10 prototypów PCB w 24 godziny
   • Usługa projektowania PCB na zlecenie
   • Montaż PCB od 30$ + bezpłatna dostawa i szablony
   • Darmowe narzędzie do podglądu plików Gerber
Zobacz również » Film z fabryki PCBWay

[marek1707]

To wygląda całkiem dobrze. MAX działa, poprawnie kompensuje zimny koniec a i termopara wydaje się OK. Różnica między pomiarem "wzorcowym" a tym z problematycznej termopary wewnętrznej może brać się zwyczajnie z różnicy miejsca pomiaru i odzwierciedlać rzeczywiste różnice. W środku tuż przy grzałce jest zwyczajnie sporo cieplej niż na zewnętrznej powierzchni lutownicy i stąd coraz większy rozdźwięk między wynikami w miarę wzrostu temperatury (bo zewnętrze jest coraz lepiej chłodzone). Na pewno jest też opóźnienie między temperaturą grzałki/grota a płaszczem zewnętrznym. Czy np. po 30 sekundach grzania, wyłączeniu prądu i kolejnych 30 sekundach (na stabilizację warunków) też widzisz takie różnice? Zewnętrzny czujnik nie może zwyczajnie dotykać do lutownicy, bo wtedy mierzy jakby "średnią" między gorącą blachą, otaczającym powietrzem i swoimi drutami. Musi być dobrze związany z lutownicą np. umieszczony pod metalową opaską nałożoną na kolbę lub włożony do środka grzałki, np. w miejsce grota. Pomiar porównawczy musi być dokonywany w warunkach statycznych, gdy możliwie wszystkie przepływy energii się zatrzymały. Możesz np. owinąć kolbę warstwą tektury falistej lub jakimiś szmatami (nawet ciepłą skarpetą), pod to włożyć (i dobrze przymocować drutem) czujnik zewnętrzny i podgrzać do 50 stopni, nie więcej, bo dym się zrobi. Po odczekaniu 15-30 sekund bez prądu zaczynasz mieć stabilny obiekt - i wtedy mierzysz.

[1234]

Z tego, że temperatura grzałki jest mniejsza na zewnątrz zdaje sobie sprawę i stwierdziłem już, że może faktycznie MAX czyta prawidłową temperaturę, ale podpiąłem jeszcze multimetr pod termoparę i nie daje mi to spokoju bo zewnętrzna termopara wskazywała 90°C, na termoparze w grzałce było napięcie 4,1mV (więc około 100°C) a MAX zwracał 140°C i teraz nie wiem czy problemem jest tu spadek napięcia na sondach miernika czy MAX zwraca złe wyniki, czy jeszcze coś innego.

[marek1707]

Jest OK. Już o tym wspominałem: termopara generuje napięcie z różnicy temperatur i to tę różnicę masz podaną w tabeli. Jeżeli woltomierzem zdejmujesz 4.1mV to znaczy, że między zimnym a gorącym końcem jest ok. 100°C a nie że termopara ma w jakimś miejscu 100°C. Natomiast kompensacja wbudowana w MAXa zakłada, że zimny koniec termopary ma temperaturę otoczenia w jakim pracuje sam scalak. On to sobie mierzy wewnętrznie i dodaje do wyniku przeliczonego z napięcia wejściowego. Jeżeli w pokoju masz 20°C to te 4.1mV zobaczysz jako 120°C i to zaczyna się zgadzać z tym co masz. Te brakujące (do 140) 20°C zrzuciłbym na pomiar miliwoltów multimetrem, bo przecież mówimy o napięciu 0.8mV a tyle to możesz dostać podgrzewając w rękach zwarte sondy. Moim zdaniem to działa.

[grg0]

Kolba do 907A prawdopodobnie nagrzewa się podczas działania, co sugeruje dodatkowa guma założona na kolbę, i w związku z tym zimny koniec termopary prawdopodobnie nie ma temperatury pokojowej. Co prowadzi do pytania o sens stosowania układów z kompensacją temperatury w lutownicach. Oczywiście MAX6675 ma zalety, szczególnie w postaci gotowego modułu, nie trzeba samemu robić precyzyjnego układu pomiarowego, jest przystosowany do konkretnej termopary i ma wyjście cyfrowe. Tylko, że w tym przypadku, wydaje mi się, że nie skorzystamy z jego zalety jakim jest kompensacja temperatury. Im silniej nagrzeje się kolba tym większa będzie różnica temperatur. Druga sprawa gotowa stacja lutownicy, temperatura wewnątrz obudowy będzie większa od temperatury otoczenia, ale pewnie różna od temperatury wewnątrz kolby. Co paradoksalnie może zmniejszyć błąd kompensacji temperatury.

[1234]

Dzięki za wszystkie odpowiedzi, to co mówicie ma sens i tłumaczy to co mi się nie zgadzało, więc jednak otrzymuje poprawną temperaturę. 

[etanol]

Cześć,

szukając rozwiązania swojego problemu trafiłem na ten wątek i wydaje mi się najbardziej zbliżony do sytuacji w jakiej się znalazłem.

Dostałem stalowy element większej maszyny (walec z jakiejś dobrej gatunkowo stali) z wyprowadzonymi dwoma przewodami. Ów walec podgrzewany jest przez cewkę indukcyjną o mocy 2-2,5kW. Wydaje mi się, że wewnątrz zabudowana jest termopara typu K (pomiary miernikami na rezystancji, wskazały 0,3 Ω), a podłączenie przewodów pod moduł MAX6675 zaczęło wskazywać właściwą temperaturę (pomiar kontrolny zewnętrznymi termometrami potwierdzał odczyty MAX6675 z tolerancją +/-1-2 °C. Na termoparze typu K od modułu wszystko działa jak należy. Testowałem dla pewności na dwóch różnych termoparach typu K oraz dwóch różnych modułach MAX6675.

CEL:

Klient, który dostarczył mi ww. element potrzebuje prosty termostat bazujący na mikrokontrolerze (np.: ARDUINO) umożliwiający monitorowanie temperatury i obsługę grzania w czasie rzeczywistym.

PROBLEM:

Problem polega na tym, że w momencie uruchomienia grzania - praca cewki indukcyjnej - odczyt z MAX6675 wynosi 0°C. Gdy wyłączę grzanie, natychmiast odczyty pojawiają się ponownie i widzę, że temperatura wzrosła (i wzrasta jeszcze przez jakiś czas przez bezwładność układu). Co ciekawe wykluczyłem wpływ  pola elektromagnetycznego cewki na pomiar (zamiast włączania cewki przykładałem do walca rozgrzaną lutownicę) - efekt był ten sam, po przyłożeniu lutownicy do walca wynik pomiaru 0°C.

Niestety na ten moment, mogę jedynie przełączać pracę programu pomiędzy grzaniem a odczytem temperatury, co nie jest ani zadowalające, ani nie wpłynie pozytywnie na żywotność układu sterowania cewką. Konieczne jest wypracowanie rozwiązania umożliwiającego ciągły monitoring temperatury i sterowanie grzałką w zależności od odczytanej wartości.

Wnioski:

Odczyt termopary za pomocą modułu MAX6675 działa, gdy termopara nie jest podgrzewana. Podejrzewam, że układ nie widzi różnicy temperatur, więc pewnie stąd pokazuje 0°C przy grzaniu. Problem w tym, że nie mam jak dostać się do wnętrza walca by sprawdzić typ i podłączenie termopary.  Podejrzewam, że może okazać się, iż wewnątrz zabudowana jest termopara typu J lub inna (rozgrzanie walca do temp.: ok. 100*C dało wynik na zaciskach ok 3,15 mV - ciężko jednoznacznie stwierdzić z wykresu jaki to może być rodzaj termopary).

Wydaje mi się, że w należałoby zastosować inny przetwornik pomiarowy z zewnętrznym zimnym końcem termopary (np: AD8495 lub podobny). Jednak temat jest bardzo pilny a budżet ograniczony 🤔. Znalazłem jeszcze w internetach różne porady dot. podłączania niezidentyfikowanej termopary (np.: podłączenie "-" termopary z masą mikrokontrolera przez rezystor 1MΩ. Próbowałem wpinać z tą termoparą inne rezystory, ale raz uzyskiwałem tylko przesunięcie wartości odczytanych (nadal w momencie grzania pokazywało się 0°C, albo nie wywoływało to żadnego efektu.

Zabawa w konstruowanie własnego miliwoltomierza do współpracy z ADC odpada ze względu na brak czasu na kalibrację takiego wynalazku.

Kończy mi się już czas i pomysły jak mógłbym rozwiązać ten problem, więc jeśli ktoś był w podobnej sytuacji i udało mu się ją rozwiązać to byłbym wdzięczny za podpowiedź co jeszcze mogę zrobić/sprawdzić/dokupić niedużym kosztem, aby uzyskać pożądany efekt.