Genri2000

Измерение температуры с помощью термопары

62 сообщения в этой теме

Genri2000    3

Всем привет. Возникла необходимость самостоятельного изготовления терморегулятора на термопаре. Имеется термопара S типа в виде отдельного керамического "карандаша" , к которому на винтах прикручивается внешний кабель. Усилитель термопары собрал на ОУ OP07 по схеме, напряжение с которой потом пойдет на АЦП контроллера. ( В ОУ не оч силен) . Пока к выходу ОУ подключен вольтметр agilent34401, который подключен к ПК. Резисторов с допуском 1 % нет, так что пользуюсь ширпотребом. Начитавшись всяческой теории теперь пытаюсь разобраться в сути теории, чтобы заложить математику обработки сигнала. Как я понимаю, на выходе ОУ формируется напряжение Uвыхоу согласно след формуле:
Uвыхоу=Кус оу*( (Uгор оу-Uхол оу)+Uсм), (1)
где:
Uгор оу— ЭДС горячего конца термопары;
Uхол оу— ЭДС холодного конца термопары;
Uсм - напр смещения на входе ( +0,7мВ);
Кус оу — коэффициент усиления ОУ.
Как я понимаю, когда термопара и все остальное
( горячий и холодный концы) находятся при одинаковой температуре (например +25грС), то Uгор=Uхол. Соответственно Uвыхоу =0+Uсм*Кус оу.
Согласно схеме Кус оу равен около 200. Соответсвенно в норм условиях Uвых оу равно около 150мВ.

Задача состоит, как я понимаю, найти значение Uгор оу, по значению которого для данного типа термопары по ГОСТ (по циферкам или полиномам) найдем температуру горячего конца, а значит и измеряемую температуру.
Uвыхоу мы знаем (измерили), Кус оу тоже знаем (можно рассчитать). После этого измеряем температуру холодного конца внешним датчиком и по значению этой температуры с использованием обратных полиномов для данного типа термопары рассчитываем ЭДС холодного конца Uвндхол. У меня используется DS1820. Как я понимаю Uвндхол= Uхол оу. Поэтому при обработке в контроллере, как я думаю, нужно сделать так:
Uгор оу = Uвыхоу/Кус оу +Uвндхол - Uсм. Описал такую математику расчета в labview, но что то не сходится. При макетировании значения температуры получаются какие то не те. Что не так делаю?

15452160818011364476901.jpg

1545216106964811653617.jpg

1545216140911632039238.jpg

15452161723231530797697.jpg

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
Genri2000    3

Там по схеме термодатчик ( диод) компенсирует величину опорного напряжения для термопары, поэтому с выхода операционного усилителя сразу идет напряжение  термопары*  Кус оу. У меня же датчик внешней температуры не учавствует в компенсации напряжения. Он отдельный. А всю компенсацию планирую сделать програмно

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
Hambaker    3 668

Чёрта с два ты её программно сделаешь.Не учитывая температуру холодного спая твоя схема будет выдавать погоду на Марсе,а не реальную температуру.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
Genri2000    3

Так я и не говорю, что не планирую учитывать температуру холодного спая. Только для этих целей планирую использовать отдельный датчик  ( DS1820 ,иль TMP 36 например) , который будет также размещен рядом с контактами на плате. Только он не будет связан с ОУ. С него отдельно снимают сигнал и подают в котроллер. А там програмно делают  рассчет для компенсации холодного спая. Так делают и я так хочу сделать. Тем более, что я написал в начале об этом в своих формулах.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
Yurkin2015    335
1 час назад, Genri2000 сказал:

планирую использовать отдельный датчик  

Ну, все правильно. Термопара выдает напряжение, пропорциональное разности температур горячего и холодного спая, типа 40мкВ на градус разницы. Например, получили напряжение 400мкВ, значит горячий конец на 10 градусов выше, чем холодный. Как-нибудь измерили температуру холодного спая, добавили программно эти 10 градусов и получили измеряемую температуру горячего спая. 

Только, вот, зачем Вы добавляете смещение 0.7мВ на входе? Не надо никакого смещения. Хороший ОР07 имеет собственное внутреннее смещение 35мкВ, оно - вредное, от этого смещения никак не избавиться, то есть при измерении напряжения термопары эти паразитные 35мкВ добавятся к измеряемому напряжению и дадут ошибку, типа в 1 градус.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
Genri2000    3
2 часа назад, Yurkin2015 сказал:

зачем Вы добавляете смещение 0.7мВ на входе?

Добавил эти 0,7мВ, чтобы иметь возможность измерять отрицательные температуры. И чем эти 0,7 мВ вредны? Ведь в схеме ниже за счет резисторов R1, R2, R3 на термопару также подается напряжение смещения. Только значение этого напряжения не фиксированное, а изменяется за счет изменения падения напряжения на диоде VD1 в зависимости от  окружающей температуры. Как я понимаю, тем самым осуществляется автоматическая компенсация холодного конца и с выхода ОУ имеем уже скомпенсированное напряжение,  соответствующее температуре горячего конца. По величине этого напряжения по ГОСТовским полиномам для данного вида термопары можно рассчитать температуру

image003.jpg

3 часа назад, Hambaker сказал:

Тады вопрос: Как работает термопара?

Как я понимаю, на рабочих концах термопары образуется разность потенциалов ( ну или ЭДС) , пропорциональная разности температур между точкой спая и рабочими концами. Если точка спая и рабочие концы находятся при одинаковой температуре, то значение ЭДС=0. Истинное значение ЭДС, которое соответствует температуре окружающей среды будет тогда, когда рабочие концы находятся при температуре 0град. Ведь все температуры у нас измеряются  относительно 0град.  

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
Yurkin2015    335
17 минут назад, Genri2000 сказал:

0,7мВ, чтобы иметь возможность измерять отрицательные температуры

Тогда всё нормально. Только, вот, 0.7мВ никак не получатся при таких номинала делители. Имеем 1.5В и 100к + 68Ом? Правильно я разглядел на схеме? 

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
Hambaker    3 668

Во-о-от!

Термопара работает на разности температур.

И если точно не знать значение температуры холодной части,то и измерения не имеют смысла.Но нужна именно температура холодной части,а не гипотетический DS1820.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
Genri2000    3
13 минуты назад, Yurkin2015 сказал:

Тогда всё нормально. Только, вот, 0.7мВ никак не получатся при таких номинала делители. Имеем 1.5В и 100к + 68Ом? Правильно я разглядел на схеме? 

 

13 минуты назад, Yurkin2015 сказал:

Тогда всё нормально. Только, вот, 0.7мВ никак не получатся при таких номинала делители. Имеем 1.5В и 100к + 68Ом? Правильно я разглядел на схеме? 

Ну да, согласен. Поформуле  Uвых=(Uвх/(R1+R2))*R2 должно выходить 1мВ. Но на практике получилось 0,7мВ : там напряжение не ровно 1,5В, а 1,46В; плюс разброс сопротивл резисторов делителя

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
Genri2000    3
34 минуты назад, Hambaker сказал:

.Но нужна именно температура холодной части,а не гипотетический DS1820

А чем DS1820 плох? Грубовато  конечно он измеряет температуру, но измеряет. И температуру сразу в цифре выдает. Им вполне можно мерить температуру холодных концов. Есть конечно и поточнее ( типа TMP 36, LM335). Они аналоговые правда ( выдает что то 10мВ на град). Я планирую разместить их рядом с колодкой, куда термопара прикрутится. Кстати, делаю на базе вот этой схемы ( срисована с какого то промышленного контроллера). Как видите,  датчик температуры холодных концов (LM335) исползуется отдельно . В этой схеме напряжение с ОУ податся на м/сх преобразователя напряж/ частота. А уже по значению частоты контроллер рассчитывает температуру. Я так не хочу делать. Хочу сразу напряжение с ОУ  и напряжение с датчика температуры холодных концов подавать на АЦП и дальше в конроллер. Там уже производить необходимые рассчеты

1545242564781410694249.jpg

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
Yanshun    412

@Genri2000 Добрый вечер.
Раз Вы знакомы с DS18B20, может краям глаза посмотрите на max31850. 

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
Genri2000    3
Только что, Yanshun сказал:

@Genri2000 Добрый вечер.
Раз Вы знакомы с DS18B20, может краям глаза посмотрите на max31850. 

Успел познакомиться с такой микрухой. Они идут серией MAX31855. Маркировка на конце означает тип термопары, с которой эта микруха будет работать. MAX31855SASA для термпопары S типа. В ней уже и датчик холодных концов внутри корпуса мсх. Только вот не захотела она работать как хотелось. А хотелось очень). У нее в выходном цифровом коде отдельно зашифрована информация о температуре датчика холодных концов и отдельно о  температуре термопары. Так вот код температуры термопары скакал, как ненормальный. Что только не делали: и кондерами обвешивали, и питание меняли, и термопару прикручивали напрямую- скачет, сбивается и все тут. Реешили, что бракованная микруха. Счас заказал еще одну, попробовать. А пока бьюсь с операционником

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
Yurkin2015    335
1 час назад, Genri2000 сказал:

на практике получилось 0,7мВ

Ну, это понятно, Вы же считаете, что усиление К=200, а это не так. 

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
Yanshun    412

@Genri2000 max31850 и max31855 это совершенно разные микросхемы и способы снятия с них показания.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
Genri2000    3
1 минуту назад, Yurkin2015 сказал:

.....считаете, что усиление К=200, а это не так. 

А сколько же.? Ну по рассчетам по формуле где то 179 должно быть. На практике получилось около 200.( измерил напр на входе при отключенной термопра и напр на выходе)

 

 

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
Yurkin2015    335
3 минуты назад, Genri2000 сказал:

где то 179

Там 390 или 330 Ом написано? Неразборчиво. 

 

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
Genri2000    3
4 минуты назад, Yanshun сказал:

@Genri2000 max31850 и max31855 это совершенно разные микросхемы и способы снятия с них показания.

Как я понимаю, разница у них только в способе снятия выходых показаний. По входным цепям одинаковые: ОУ на входе и датчик темп холодных концов,  которые поочередно подключаются к АЦП

1 минуту назад, Yurkin2015 сказал:

Там 390 или 330 Ом написано? Неразборчиво. 

 

390 Ом. Корявенько я там написал

3 минуты назад, Yanshun сказал:

А микросхема Max 6675 Вас не устраивает?

Она вроде как для К типа термопар. У меня S типа. Да и пробовал я уже на max31855.

  • Одобряю 1

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
Yurkin2015    335
1 минуту назад, Genri2000 сказал:

390 Ом

Ну, тогда и К=179 неоткуда взяться. 

У Вас усиление 152 и смещение 1мВ. В общем, берите снова карандаш и бумагу и спокойно все пересчитайте с начала. Можно даже ГОСТовские обратные полиномы запользовать, если очень хочется. 

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
Genri2000    3
2 минуты назад, Yurkin2015 сказал:

Ну, тогда и К=179 неоткуда взяться. 

У Вас усиление 152 и смещение 1мВ. В общем, берите снова карандаш и бумагу и спокойно все пересчитайте с начала. Можно даже ГОСТовские обратные полиномы запользовать, если очень хочется. 

Да бог с ними с этими значениями Кус и напр смещения. Пусть будут 152 и 1 мВ. Мне важно понять, правильны ли мои формулы, которые в самом начале? Потому что эту математику обработки будем зашивать потом в мозги контроллера

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
Yurkin2015    335
2 часа назад, Genri2000 сказал:

правильны ли мои формулы

Формула правильная. В ЛабВью не сходится из-за неправильных значений для К и смещения, которые Вы использовали.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
Genri2000    3
6 часов назад, Yurkin2015 сказал:

Формула правильная. В ЛабВью не сходится из-за неправильных значений для К и смещения, которые Вы использовали.

Да я пробовал менять в лабвью эти значения. И  К и смещение. Просто при реальных измерениях имеется разность в показаниях, и она увеличивается: при температуре нагрева +50°С - получается +39°С ( разница 11°); при температуре нагрева +80° получается +54° (разница уже 26°); при температуре нагрева +100° получается +64° (разница уже 36° ). Дальше не грел. Грею на столике со своим встроенным контроллером. Такое ощущение, что это термопара не S типа, а другая какая то. Или у меня в методиках рассчета чего то не то. А вот чего, никак не пойму. На операционниках собирал схемы. Вроде все нормально получалось. Но там правда и сигналы побольше были.( усилки там, компараторы). А тут сигналы микроскопические, да еще и компенсация эта. Всю голову изломал, что не так делаю.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Создайте аккаунт или войдите в него для комментирования

Вы должны быть пользователем, чтобы оставить комментарий

Создать аккаунт

Зарегистрируйтесь для получения аккаунта. Это просто!

Зарегистрировать аккаунт

Войти

Уже зарегистрированы? Войдите здесь.

Войти сейчас


  • Сообщения

    • Определить получится если срисовать схему вручную.
    • Банальщина. Подобное мы писали на заборах лет 35 назад, будучи школьниками. И тоже с глупыми ошибками.
    • Здесь речь не о стабилизации напряжения БП, а о компенсации падения на проводах под нагрузкой. На измерительных проводах ток на порядки меньше, соответственно и падение мизерное, этим можно пренебречь.
      Но, боюсь,, для @Yurec66 всё это будет слишком сложно реализовать. Без обид. Чтобы этот вопрос более не мусолить, предлагаю замерить напряжение имеющегося БП непосредственно на нём и на контактах шуруповёрта, чтобы выяснить, так ли уж много падает на этих конкретных проводах . Под максимальной нагрузкой разумеется.
       
    •   U5 это сам мозг, максимум что он может - индикацию выводить. Инфу о напряжении должен брать с входа U6. Какое напряжение на 4 ноге U5? По идеи, когда на 4 ноге напряжение уменьшится ниже 2.3В, должна загореться индикация низкого напряжения. (удобно мерить на конденсаторе С32, делителем R32-R33 задаётся напряжение срабатывания). Однако, данная функция могла быть отключена в прошивке.  Если на 4 ноге напряжение в заряженном 3В, в разряженном около 2.3В и индикация не работает, то эта функция отключена (или красные светодиоды не работают).
    • @Dinisko Конденсаторы не причём! Чем больше ёмкость, тем низкие частоты лучше. А попробуйте добавить простейший усилительный каскад на одном транзисторе. R1 подберёте, чтобы на коллекторе было половина напряжения питания этого каскада. Транзистор любой  n-p-n типа КТ-315, КТ-3102. 
    • Ну дуга на контактах,абсорбция обкладок,ток утечки и фиг с ними Эпс  предположим одинаковый у двух конденсаторов, ну и получается сопротивление источника питания и потребителя одинаково и эдс делится пополам А потерянная эл энергия ушла на нагрев конденсаторов из за эпс Надо для эксперимента взять конденсаторы с сильно разным эпс,например полимерный и электролит общего применения (CD110 )