Comment obtenir des lectures cohérentes et précises à partir de thermocouples?

Je suis passé à une extrudeuse double Mk9, et il est venu avec des thermocouples installés à la place des thermistances que j'avais auparavant.

Peu importe ce que j'ai fait avec les thermocouples, la température indiquée a bondi de 30 ° C ou plus. En bref, après plusieurs semaines de tripotage, je n'ai jamais réussi à bien faire fonctionner les thermocouples, et je les ai remplacés par des thermistances, qui étaient très bien.

Ma question est donc la suivante: que faut-il pour que les thermocouples donnent des lectures fiables, cohérentes et précises? Sont-ils juste incroyablement délicats?

Certaines choses que j'ai essayées incluent:

• Bien sûr, il faut ajouter des circuits (généralement une carte d'amplification de thermocouple telle que http://wiki.ultimaker.com/Thermocouple_Sensor_Board_v1 ), pour convertir les différences de tension minuscules en différences plus grandes utilisables avec Arduino ou des entrées analogiques similaires.

• Placez ces planches à proximité des thermocouples, mais suffisamment loin pour qu'elles soient elles-mêmes à une température assez stable.

• N'ont absolument aucune rallonge de fil d'épissure, changement de type de fil (matériau), etc.

• Évitez de faire des mesures répétées trop rapidement.

• J'ai remplacé une carte de thermocouple avec 5V via un potentiomètre vers la broche d'entrée analogique, pour exclure les problèmes dans l'Arduino, les configurations de broches ou le logiciel, et j'ai obtenu des lectures stables.

• J'ai vérifié les courts-circuits au sol du bloc de chauffage, des deux côtés des thermocouples, du chauffage lui-même, etc. Aucun trouvé.

• Les fils du thermocouple sont entourés d'un blindage tressé (non commun ou court-circuité à l'un des fils du thermocouple); J'ai essayé de mettre à la terre à chaque extrémité et aux deux extrémités, au bloc de chaleur, au châssis de l'imprimante, à la masse de l'alimentation et à la masse de la carte RAMPS. Ceux-ci ont eu divers effets (parfois importants), mais je n'ai trouvé aucune configuration qui rendait les lectures stables (beaucoup moins précises!).

Tout ce qui me manque?

Merci!

Steve

Les thermocouples fonctionnent en générant passivement de TRÈS petites tensions via l'effet Seebeck - généralement quelques dizaines de millivolts. Ils ne sont littéralement qu'une paire de fils fabriqués à partir de deux alliages spéciaux différents, connectés électriquement ensemble à l'extrémité "chaude". Cette jonction de fil peut être montée à l'intérieur du type de pointe de fixation ou de cosse souhaité.

Le fait qu'ils soient des appareils très simples et passifs les rend extrêmement précis et cohérents entre les TC du même type, BEAUCOUP plus que les thermistances. N'importe quel thermocouple de type K dans le monde vous donnera la même sortie précise +/- 1-2C environ. Vous pouvez même couper un thermocouple en deux, tordre à nouveau les extrémités des fils, et cela fonctionnera toujours!

Cependant, le très petit signal (millivolts) qu'ils génèrent est assez sensible au bruit électrique et à la conception des circuits. La tension du signal doit être fortement amplifiée pour être utile. Il ne faut donc pas beaucoup de DME de votre chauffage ou de vos fils pas à pas pour interférer avec la lecture TC. Un redoutable problème avec les circuits TC dans les imprimantes 3D est la boucle de masse redoutée - si la pointe "chaude" est connectée électriquement au bloc chaud, la tension et le courant sur les fils de chauffage et de moteur peuvent induire de petits courants à travers les fils TC qui se vissent totalement le signal millivolt. L'amplificateur capte ces tensions parasites et rejette la lecture de température. Donc, il y a quelques directives importantes pour garder le bruit hors des fils TC:

• Les fils TC doivent être isolés électriquement du matériel de montage (cosse à œil, doigt de gant, quel que soit votre extrudeuse). Vous pouvez vérifier cela avec un multimètre - vous voulez une résistance infinie / hors plage des câbles TC à la pointe de montage et au bloc chaud. Pendant que vous y êtes, assurez-vous que les fils de votre cartouche chauffante ne sont pas en court-circuit avec le bloc chaud - ce n'est pas sûr et peut également causer des problèmes avec les TC.
• Gardez les deux fils TC proches l'un de l'autre et pas immédiatement parallèles à des sources de bruit comme des radiateurs contrôlés par PWM ou un câblage pas à pas. Si vous devez exécuter le TC en faisceau avec les autres fils, TOURNEZ les paires de câbles chauffage / moteur pas à pas. (Pour les steppers, tordez chaque paire de bobines à un pas différent si possible. Vous n'avez pas besoin de tordre les paires de bobines séparées les unes aux autres.)

Un autre problème courant avec les circuits TC est la compensation de jonction froide. Un thermocouple ne mesure pas la température de la pointe, il mesure la DIFFÉRENCE de température entre la pointe chaude et la jonction froide où le TC est connecté à l'amplificateur ou au câblage en cuivre. L'ampli TC a une thermistance intégrée qu'il utilise pour ajouter la température à la jonction froide au signal mesuré du thermocouple. Il y a quelques choses que vous devez faire pour vous assurer que la compensation de soudure froide fonctionne correctement:

• Vous devez faire passer le fil TC de la pointe "chaude" à l'ampli TC. Vous POUVEZ le raccorder et installer des fiches, mais uniquement avec plus de fil TC de type K et des fiches de thermocouple de type K appropriées. Ceux-ci utilisent le même métal que le fil TC afin de ne pas générer de tensions de jonction indésirables qui interfèrent avec le signal TC. Si vous épissez un fil de cuivre entre le TC et l'ampli, aucune différence de température le long du cuivre ne sera mesurée! C'est un problème particulièrement important si vous raccordez au cuivre à l'intérieur d'une enceinte chaude, puis exécutez le cuivre à un ampli à l'extérieur de l'enceinte.
• L'ampli ne doit pas être super chaud. La thermistance intégrée est conçue pour mesurer avec précision des températures raisonnablement proches de la température ambiante, et non des températures de blocage à chaud.
• Il ne doit pas y avoir de grands gradients de température près de l'ampli ou entre la terminaison du fil TC et la puce de l'ampli réelle. Placez l'ampli suffisamment loin de l'extrémité chaude et d'autres sources de chaleur (comme les moteurs pas à pas) pour qu'il ne subisse pas de profils de température étranges.

Si vous faites ce qui précède, le TC émettra un bon signal et l'ampli le lira correctement. Mais il y a encore un accroc. La carte mère doit savoir comment comprendre la sortie de l'ampli. Les cartes de contrôle d'imprimante 3D conçues exclusivement pour les TC, comme les Mightyboards, utilisent généralement la communication numérique entre l'ampli et la puce de contrôle principale (MCU). Ceci est de haute fiabilité et ne nécessite aucune configuration de micrologiciel spéciale - la prise en charge est intégrée. Mais si vous attachez un ampli TC externe à une carte qui attend des thermistances, vous devrez dire au micrologiciel comment lire le signal de l'ampli.La technique la plus courante consiste à ce que l'ampli émette un signal de tension linéaire vers l'entrée de thermistance normale (ADC) du MCU. Ensuite, vous configurez le firmware pour utiliser la "table de thermistance" appropriée (en fait une table de recherche de tension) pour cet ampli particulier. Selon votre carte contrôleur, vous devrez peut-être également vous assurer que les résistances de montée / descente de thermistance normales n'affectent pas la sortie de l'ampli.

Vous devez donc vous assurer:

• Vous n'avez pas de problèmes de bruit électrique
• La compensation de soudure froide fonctionne comme prévu
• Le micrologiciel et la carte contrôleur sont correctement configurés pour la sortie de votre puce d'ampli

Si vous faites tout cela, un TC devrait donner une précision et une fiabilité supérieures à une thermistance.

Il semble que vous ayez un thermocouple défectueux. Mais, je viens de faire une recherche sur Google pour "Pourquoi les thermocouples sont-ils inexacts" et j'ai trouvé cet article sur l'identification des mauvais thermocouples et la maintenance préventive. Je n'ai jamais pensé à beaucoup de conseils dans l'article, mais je n'ai pas non plus eu d'erreurs de température aussi drastiques.