Frage:
Wie erhalten Sie konsistente und genaue Messwerte von Thermoelementen?
TextGeek
2016-01-14 00:02:28 UTC
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Ich habe ein Upgrade auf einen Mk9-Doppelextruder durchgeführt, bei dem anstelle der zuvor vorhandenen Thermistoren Thermoelemente installiert waren.

Egal, was ich mit den Thermoelementen gemacht habe, die angegebene Temperatur sprang um bis zu 30 ° C oder mehr. Kurz gesagt, nach einigen Wochen des Fummelns habe ich die Thermoelemente nie zum Laufen gebracht und sie durch Thermistoren ersetzt, die in Ordnung waren.

Meine Frage lautet also: Was ist erforderlich, damit Thermoelemente zuverlässig funktionieren? konsistente, genaue Messwerte? Sind sie einfach unglaublich empfindlich?

Einige Dinge, die ich versucht habe, sind:

  • Natürlich muss man Schaltungen hinzufügen (normalerweise eine Thermoelement-Verstärkerplatine wie ) http://wiki.ultimaker.com/Thermocouple_Sensor_Board_v1), um die winzigen Spannungsunterschiede in größere Unterschiede umzuwandeln, die mit Arduino oder ähnlichen analogen Eingängen verwendet werden können.

  • Platzieren Sie diese Platinen in der Nähe der Thermoelemente, aber weit genug, dass sie selbst eine ziemlich stabile Temperatur haben.

  • Sie haben absolut keine Drahtverlängerungen von Spleißen, Änderungen der Drahttypen (Material) usw.

  • Vermeiden Sie wiederholte Messungen zu schnell.

  • Ich habe eine Thermoelementplatine durch 5 V über ein Potentiometer an den analogen Eingangspin ausgetauscht Um Probleme im Arduino, in den Pin-Konfigurationen oder in der Software auszuschließen und stabile Messwerte zu erhalten.

  • Ich habe auf beiden Seiten des Erdungsblocks nach Kurzschlüssen gegen Masse gesucht die Thermoelemente, die Heizung selbst usw. Keine gefunden.

  • Das Thermoelement w ires sind von einer geflochtenen Abschirmung umgeben (nicht üblich oder kurzgeschlossen mit einem der Thermoelementdrähte); Ich habe versucht, das an beiden Enden und an beiden Enden mit dem Heizblock, dem Druckerrahmen, der Stromversorgungsmasse und der RAMPS-Platinenmasse zu erden. Diese hatten verschiedene Effekte (manchmal groß), aber ich konnte keine Konfiguration finden, die die Messwerte stabil machte (viel weniger genau!).

Fehlt mir etwas?

Danke!

Steve

Sehr schöne Frage!
Gibt es einen großen Kostenunterschied zwischen Thermoelementen und Thermistoren?
Vielleicht 10 US-Dollar für ein Thermoelement vom Typ K plus 10 US-Dollar zusätzlich für die Verstärkerplatine, die Sie dafür benötigen. $ 1 oder weniger für einen Thermistor, gemessen an einer schnellen Websuche.
@MartinCarney [Relevant] (http://electronics.stackexchange.com/q/24975/25159).
Um das noch zu ergänzen, habe ich nach dem Wechsel zu einem Ganzmetall-E3D und dem Ausfall eines Thermistors viel Ähnliches durchgemacht. Ich konnte eine Weile mit dem Thermoelement drucken und hatte dann kein Ende meiner Probleme. Temperatursprung ~ 20C bei jedem Update und sehr inkonsistent. Ich habe verschiedene Boards und Thermoelemente ausprobiert und bin sogar bis zu einer separaten Stromversorgung für das Board gegangen. Ich habe aus irgendeinem Grund die Diode von einer entfernt und diese Karte finden Sie hier - https://oshpark.com/shared_projects/p8Yv87Ks, aber ich glaube nicht, dass es überhaupt geholfen hat.
Zwei antworten:
#1
+7
Ryan Carlyle
2016-01-20 22:40:02 UTC
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Thermoelemente erzeugen passiv SEHR kleine Spannungen über den Seebeck-Effekt - normalerweise einige zehn Millivolt. Sie sind buchstäblich nur ein Paar Drähte aus zwei verschiedenen Speziallegierungen, die am "heißen" Ende elektrisch miteinander verbunden sind. Diese Drahtverbindung kann in jeder gewünschten Art von Befestigungsspitze oder -öse montiert werden.

Die Tatsache, dass es sich um sehr einfache und passive Geräte handelt, macht sie äußerst präzise und konsistent zwischen TCs des gleichen Typs, VIEL mehr also als Thermistoren. Jedes Typ-K-Thermoelement auf der Welt liefert die gleiche genaue Leistung von +/- 1-2C oder so. Sie können sogar ein Thermoelement in zwei Hälften schneiden, die Enden der Drähte wieder zusammendrehen und es funktioniert immer noch!

Das sehr kleine (Millivolt) Signal, das sie erzeugen, ist jedoch sehr anfällig für elektrisches Rauschen und Schaltungsdesign. Die Signalspannung muss stark verstärkt werden, um nützlich zu sein. Es ist also nicht viel EMR von Ihrem Heiz- oder Schrittkabel erforderlich, um den TC-Messwert zu stören. Ein häufiges Problem bei TC-Schaltkreisen in 3D-Druckern ist die gefürchtete Erdschleife. Wenn die "heiße" Spitze elektrisch mit dem heißen Block verbunden ist, können Spannung und Strom an den Heizungs- und Motorkabeln kleine Ströme durch die TC-Drähte induzieren, die vollständig verschraubt sind das Millivolt-Signal erhöhen. Der Verstärker nimmt diese Streuspannungen auf und wirft die Temperatur ab. Daher gibt es einige wichtige Richtlinien, um Geräusche von den TC-Drähten fernzuhalten:

  • Die TC-Drähte müssen von den Montageteilen (Ösenöse, Schutzrohr, was auch immer Ihr Extruder hat) elektrisch isoliert sein. Sie können dies mit einem Multimeter überprüfen - Sie möchten einen unendlichen Widerstand außerhalb des Bereichs von den TC-Kabeln zur Montagespitze und zum heißen Block. Stellen Sie währenddessen sicher, dass die Kabel Ihrer Heizpatrone nicht mit dem Hot Block kurzgeschlossen sind. Dies ist unsicher und kann auch Probleme mit TCs verursachen.
  • Halten Sie die beiden TC-Kabel dicht beieinander und nicht unmittelbar parallel zu Geräuschquellen wie PWM-gesteuerten Heizgeräten oder Schrittkabeln. Wenn Sie den TC in einem Bündel mit den anderen Drähten betreiben müssen, verdrehen Sie die Heiz- / Schrittverdrahtungspaare. (Drehen Sie bei Steppern jedes Spulenpaar nach Möglichkeit auf eine andere Steigung. Sie müssen die einzelnen Spulenpaare nicht gegeneinander verdrehen.)

Ein weiteres häufiges Problem bei TC-Schaltkreisen ist das COLD JUNCTION COMPENSATION. Ein Thermoelement misst nicht die Spitzentemperatur, sondern den Temperaturunterschied zwischen der heißen Spitze und der kalten Verbindung, an der der TC entweder an den Verstärker oder an die Kupferkabel angeschlossen ist. Der TC-Verstärker verfügt über einen integrierten Thermistor, mit dem die Temperatur an der Vergleichsstelle zum gemessenen Signal vom Thermoelement addiert wird. Es gibt einige Dinge, die Sie tun müssen, um sicherzustellen, dass die Vergleichsstellenkompensation ordnungsgemäß funktioniert:

  • Sie sollten das TC-Kabel von der "heißen" Spitze bis zum TC-Verstärker verlegen. Sie können es spleißen und Stecker installieren, jedoch nur mit mehr TC-Kabeln vom Typ K und geeigneten Thermoelementsteckern vom Typ K. Diese verwenden das gleiche Metall wie das TC-Kabel, sodass sie keine unerwünschten Sperrschichtspannungen erzeugen, die das TC-Signal stören. Wenn Sie Kupferdraht zwischen dem TC und dem Verstärker spleißen, werden Temperaturunterschiede entlang des Kupfers nicht gemessen! Dies ist ein besonders großes Problem, wenn Sie in einem warmen Gehäuse mit Kupfer verbinden und dann Kupfer zu einem Verstärker außerhalb des Gehäuses laufen lassen.
  • Der Verstärker sollte nicht sehr heiß sein. Der Onboard-Thermistor ist so ausgelegt, dass er Temperaturen genau misst, die der Raumtemperatur angemessen nahe kommen, nicht den Hot-Block-Temperaturen.
  • In der Nähe des Verstärkers oder zwischen dem TC-Kabelabschluss und dem eigentlichen Verstärkerchip sollten keine großen Temperaturgradienten auftreten. Stellen Sie den Verstärker so weit vom heißen Ende und anderen Wärmequellen (wie Schrittmotoren) entfernt auf, dass keine seltsamen Temperaturprofile auftreten.

Wenn Sie das oben genannte tun, gibt der TC ein gutes Signal aus und der Verstärker liest es richtig. Aber es gibt noch ein Problem. Das Mainboard muss wissen, wie man den Ausgang des Verstärkers versteht. 3D-Druckersteuerkarten, die ausschließlich für TCs wie Mightyboards entwickelt wurden, verwenden normalerweise die digitale Kommunikation zwischen dem Verstärker und dem Hauptsteuerchip (MCU). Dies ist sehr zuverlässig und erfordert keine spezielle Firmware-Konfiguration - die Unterstützung ist integriert. Wenn Sie jedoch einen externen TC-Verstärker auf eine Platine legen, die Thermistoren erwartet, müssen Sie der Firmware mitteilen, wie Lesen Sie das Signal vom Verstärker. Am häufigsten gibt der Verstärker ein lineares Spannungssignal an den normalen Thermistoreingang (ADC) der MCU aus. Dann konfigurieren Sie die Firmware so, dass die entsprechende "Thermistortabelle" (wirklich eine Spannungsnachschlagetabelle) für diesen bestimmten Verstärker verwendet wird. Abhängig von Ihrer Controller-Karte müssen Sie möglicherweise auch sicherstellen, dass die normalen Pull-Up / Pull-Down-Widerstände des Thermistors den Ausgang des Verstärkers nicht beeinflussen.

Sie müssen also Folgendes sicherstellen:

  • Sie haben keine Probleme mit elektrischem Rauschen.
  • Die Vergleichsstellenkompensation funktioniert wie vorgesehen.
  • Die Firmware und die Controller-Karte sind für den Ausgang Ihres Verstärkerchips richtig konfiguriert

Wenn Sie all das tun, sollte ein TC gegenüber einem Thermistor eine überlegene Genauigkeit und Zuverlässigkeit bieten.

Vielen Dank! Viele gute Infos da. Ich habe nicht versucht, die TC-Drähte weit weg von den Motor- / Heizungs- / Grenzdrähten zu bewegen oder diese zu verdrehen. Das ist einen Versuch wert. Ich werde zurückschicken, wenn ich es versuche, aber da ich einen funktionierenden Drucker mit den Thermistoren habe, kann ich mich eine Weile nicht damit anlegen ... :)
#2
+2
tbm0115
2016-01-20 05:54:03 UTC
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Es hört sich so an, als hätten Sie nur ein defektes Thermoelement. Aber ich habe gerade eine Google-Suche nach "Warum sind Thermoelemente ungenau" durchgeführt und diesen Artikel zum Erkennen fehlerhafter Thermoelemente und zur vorbeugenden Wartung gefunden. Ich habe nie an viele Tipps in diesem Artikel gedacht, aber ich hatte auch keine so drastischen Temperaturfehler.

Danke für den Hinweis, guter Artikel! Es müssten * 2 * defekte Thermoelemente sein, da ich Doppelextruder habe. Und ich kann sie erwärmen und eine winzige Spannungsänderung mit einem direkt an sie angeschlossenen Messgerät ablesen, damit sie nicht vollständig tot sind.


Diese Fragen und Antworten wurden automatisch aus der englischen Sprache übersetzt.Der ursprüngliche Inhalt ist auf stackexchange verfügbar. Wir danken ihm für die cc by-sa 3.0-Lizenz, unter der er vertrieben wird.
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