Kontroler wysokiej temperatury na termoparze typu K. PIC16F676 - Termometry - Projekty dla domu i ogrodu. Pomiar temperatury za pomocą termopary i mikrokontrolera AVR. Schemat termometru dla chińskiej termopary

Postanowiłem włożyć do laminatora termometr, termometr na termoparę typu K. Aby było to dla mnie bardziej pouczające, myślę, że radioamator hobbystyczny nie może być zadowolony, gdy na takim urządzeniu świecą tylko dwie diody LED „POWER” i „READY”. Hoduję szalik dla moich szczegółów. Na wszelki wypadek z możliwością przecięcia go na pół (jest to pewna wszechstronność). Od razu miejsce na część zasilającą na tyrystorze, ale dopóki nie wykorzystam tej części, będę miał obwód na lutownicę (jak już wymyślę, jak podłączyć termoparę do żądła)

W laminatorze jest mało miejsca (mechanizmy są bardzo ciasno umiejscowione, rozumiecie Chiny), używam małego wskaźnika siedmiosegmentowego, ale to nie wszystko, cała deska też się nie mieści, tu wyszła uniwersalność deski dla wygody przeciąłem go na pół (jeśli użyjesz złącza, górna część pasuje do wielu rozwinięć przy przetwornikach od ur5kby.)

Ustawiłem, najpierw to robię, jak jest napisane na forum, termopary nie lutuję, ustawiam na 400 (chociaż jeśli ten parametr będzie w pamięci, ta pozycja zniknie)

Taki sterownik teoretycznie pracuje do 999°C, jednak w domu takiej temperatury raczej nie znajdziemy, co najwyżej jest to otwarty ogień, jednak to źródło ciepła charakteryzuje się dużą nieliniowością i wrażliwością na warunki zewnętrzne.

oto przykładowa tabela.

a także dla jasności

Zatem wybór źródła ustawienia odczytów sterownika jest niewielki.

nie ma już zabawy z guzikami, wszystko można zebrać,
Użyłem termopary z chińskiego testera. A post na forum zasugerował mi, że tę termoparę można mnożyć, jej długość to prawie pół metra, ja odciąłem 2 cm.

Robię transformator przez skręcenie węglem, kulka się okazuje, a na dwa końce dokładnie tak, wzdłuż drutu miedzianego, dla dobrego lutowania do moich drutów

PIC16F676 Zastosowanie, stacja lutownicza, kontrola procesu w wysokiej temperaturze itp. z funkcją sterowania elementem grzejnym PID

Postanowiłem włożyć do laminatora termometr, termometr na termoparę typu K. Aby było to dla mnie bardziej pouczające, myślę, że radioamator hobbystyczny nie może być zadowolony, gdy na takim urządzeniu świecą tylko dwie diody LED „POWER” i „READY”. Hoduję szalik dla moich szczegółów. Na wszelki wypadek z możliwością przecięcia go na pół (jest to pewna wszechstronność). Od razu miejsce na część zasilającą na tyrystorze, ale dopóki nie wykorzystam tej części, będę miał obwód na lutownicę (jak już wymyślę, jak podłączyć termoparę do żądła)

W laminatorze jest mało miejsca (mechanizmy są bardzo ciasno umiejscowione, rozumiecie Chiny), używam małego wskaźnika siedmiosegmentowego, ale to nie wszystko, cała deska też się nie mieści, tu wyszła uniwersalność deski dla wygody przeciąłem go na pół (jeśli użyjesz złącza, górna część pasuje do wielu rozwinięć przy przetwornikach od ur5kby.)

Ustawiłem, najpierw to robię, jak jest napisane na forum, termopary nie lutuję, ustawiam na 400 (chociaż jeśli ten parametr będzie w pamięci, ta pozycja zniknie)

Taki sterownik teoretycznie pracuje do 999°C, jednak w domu takiej temperatury raczej nie znajdziemy, co najwyżej jest to otwarty ogień, jednak to źródło ciepła charakteryzuje się dużą nieliniowością i wrażliwością na warunki zewnętrzne.

oto przykładowa tabela.
a także dla jasności

Zatem wybór źródła ustawienia odczytów sterownika jest niewielki.

nie ma już zabawy z guzikami, wszystko można zebrać,
Użyłem termopary z chińskiego testera. A post na forum zasugerował mi, że tę termoparę można mnożyć, jej długość to prawie pół metra, ja odciąłem 2 cm.

Robię transformator, skręcając go węglem, kulka się okazuje, a na dwóch końcach dokładnie tak, wzdłuż drutu miedzianego, aby dobrze przylutować do moich drutów.

Seria artykułów na temat pomiaru temperatury za pomocą kontrolerów Arduino byłaby niepełna bez opowieści o termoparach. Co więcej, nie ma już nic do pomiaru wysokich temperatur.

Termopary (przetworniki termoelektryczne).

Wszystkie czujniki temperatury z poprzednich lekcji umożliwiały pomiar temperatury w zakresie nie szerszym niż - 55... + 150°C. Do pomiaru wyższych temperatur najpopularniejszymi czujnikami są termopary. Oni:

• posiadają wyjątkowo szeroki zakres pomiaru temperatury -250…+2500°C;
• można skalibrować w celu uzyskania wysokiej dokładności pomiaru, aż do błędu nie większego niż 0,01 ° C;
• zazwyczaj mają niską cenę;
• uważane są za niezawodne czujniki temperatury.

Główną wadą termopar jest potrzeba dość skomplikowanego precyzyjnego miernika, który powinien zapewniać:

• pomiar niskich wartości termo-EMF z górną wartością z zakresu dziesiątek, a czasem nawet jednostek mV;
• kompensacja termo-EMF zimnego złącza;
• linearyzacja charakterystyk termopary.

Zasada działania termopar.

Zasada działania czujników tego typu opiera się na efekcie termoelektrycznym (efekt Seebecka). Dlatego inną nazwą termopary jest konwerter termoelektryczny.

W obwodzie pomiędzy połączonymi różnymi metalami powstaje różnica potencjałów. Jego wartość zależy od temperatury. Dlatego nazywa się to termo-EMF. Różne materiały mają różne wartości termo-EMF.

Jeżeli w obwodzie złącza (połączenia) różnych przewodów są połączone w pierścień i mają tę samą temperaturę, wówczas suma termo-EMF wynosi zero. Jeżeli złącza drutów mają różne temperatury, wówczas całkowita różnica potencjałów między nimi zależy od różnicy temperatur. W rezultacie dochodzimy do konstrukcji termopary.

Dwa różne metale 1 i 2 w jednym punkcie tworzą złącze robocze. Złącze robocze umieszcza się w miejscu, w którym ma być mierzona temperatura.

Zimne złącza to punkty, w których metale termopary łączą się z innym metalem, zwykle miedzią. Mogą to być listwy zaciskowe licznika lub przewody miedziane do komunikacji z termoparą. W każdym przypadku należy zmierzyć temperaturę zimnego złącza i uwzględnić ją w obliczeniach zmierzonej temperatury.

Główne typy termopar.

Najszerzej stosowane termopary to XK (chromel – kopel) i XA (chromel – alumel).

Jak w praktyce mierzyć temperaturę za pomocą termopary. Technika pomiaru.

Nominalną charakterystykę statyczną (NSH) termopary podano w formie tabeli z dwiema kolumnami: temperatura złącza roboczego i termo-EMF. GOST R 8.585-2001 zawiera NSH termopar różnych typów, określonych dla każdego stopnia. Można go pobrać w formacie PDF pod tym linkiem.

Aby zmierzyć temperaturę za pomocą termopary, wykonaj następujące kroki:

• zmierzyć termo-EMF termopary (E ogólnie);
• zmierzyć temperaturę zimnego złącza (T zimnego złącza);
• zgodnie z tabelą NSH termopary określić termo-EMF zimnego złącza na podstawie temperatury zimnego złącza (E zimne złącze);
• określić termo-EMF złącza roboczego, tj. dodaj EMF zimnego złącza do całkowitego termo-EMF (E złącze robocze \u003d E wspólne + E zimne złącze);
• zgodnie z tabelą NSH określić temperaturę złącza roboczego za pomocą termo-EMF złącza roboczego.

Oto przykład, jak zmierzyłem temperaturę grotu lutownicy za pomocą termopary THA.

• Dotknąłem złącza roboczego końcówką lutownicy, zmierzyłem napięcie na przewodach termopary. Okazało się, że 10,6 mV.
• Temperatura otoczenia, tj. temperatura zimnego złącza wynosi około 25°C. Pole elektromagnetyczne złącza zimnego z tabeli GOST R 8.585-2001 dla termopary typu K w temperaturze 25 °C wynosi 1 mV.
• Termoemf złącza roboczego wynosi 10,6 + 1 = 11,6 mV.
• Temperatura z tej samej tabeli dla 11,6 mV wynosi 285 °C. To jest zmierzona wartość.

Musimy zaimplementować taką sekwencję działań w programie termometru Arduino.

Termometr Arduino do pomiaru wysokich temperatur za pomocą termopary THA.

Znalazłem termoparę TP-01A. Typowa, szeroko stosowana termopara THA z testera. Wykorzystam go w termometrze.

Parametry na opakowaniu to:

• typ K;
• zakres pomiarowy – 60 … + 400°C;
• dokładność ±2,5% do 400°C.

Zakres pomiarowy podany jest dla kabla światłowodowego. Istnieje podobna termopara TP-02, ale z sondą 10 cm.

TP-02 ma górną granicę pomiaru wynoszącą 700°C. Opracujemy więc termometr:

• dla termopary typu ТХА;
• o zakresie pomiarowym – 60 … + 700°C.

Po zapoznaniu się z programem i schematem urządzenia można stworzyć miernik do termopar dowolnego typu o dowolnym zakresie pomiarowym.

Pozostała funkcjonalność termometru jest taka sama jak urządzeń z trzech poprzednich lekcji, łącznie z funkcją rejestracji zmian temperatury.

Urządzenie (patrz rysunek) może być stosowane do automatycznej kontroli pomiaru temperatury w szklarniach i magazynach warzywnych, suszarniach i piekarnikach elektrycznych, a także do celów biomedycznych. Zapewnia wysoką czułość i odporność na zakłócenia, wygodną kontrolę trybów pracy. Obecność izolacji galwanicznej w obwodach zasilających i sterujących sprawia, że ​​jest on niezawodny i bezpieczny w eksploatacji. System synchronizacji transoptora z częstotliwością sieci pozwala uniknąć zakłóceń przełączania.

Urządzenie składa się z dwóch głównych jednostek funkcjonalnych: termostatu elektronicznego i licznika cyfrowego. Sygnały sterujące w termostacie powstają na podstawie porównania napięcia otrzymanego z termopary (TC) z napięciem odniesienia.

Główne parametry techniczne urządzenia: zakres kontrolowanych temperatur od 0 do 200 lub do 1200°C w zależności od zastosowanego czujnika. Błąd termometru nie przekracza 1,5% górnej granicy pomiaru; maksymalna dokładność utrzymania temperatury do 0,05°С. Należy wziąć pod uwagę, że system wykorzystujący TP jest systemem różnicowym, tj. napięcie na jego wyjściu jest proporcjonalne do różnicy temperatur pomiędzy podłączonym i wolnym końcem termopary, zatem jeśli przy wysokich kontrolowanych temperaturach wpływ wahań temperatury otoczenia na napięcie wyjściowe przekładnika prądowego jest nieznaczny i można go pominąć, wówczas dla kontrolowanych temperatur poniżej 200°C należy zastosować dodatkowe środki kompensujące zmiany temperatury wolnych końców termopary. Maksymalna częstotliwość przełączania obciążenia wynosi 12,5 Hz, prąd obciążenia do 0,1 A, a przy zastosowaniu dodatkowego przełącznika triaka do 80 A przy napięciu ~220 V wymiary gabarytowe wynoszą 120x75x160 mm.

Napięcie przemienne 24 V o częstotliwości sieciowej (f), pobrane z uzwojenia wtórnego transformatora T1, przez rezystor ograniczający R21, jest dostarczane do transoptora tranzystorowego U1, na zacisku 5, którego powstają impulsy zegarowe, przód z czego praktycznie pokrywa się w czasie z momentami przejścia napięcia sieciowego przez zero. Następnie impulsy te podawane są do części cyfrowej urządzenia, która na podstawie sygnałów pochodzących z części analogowej generuje odpowiednie sygnały sterujące.

Część analogowa urządzenia jest zaimplementowana na czterech wzmacniaczach operacyjnych mikroukładu K1401UD2. Napięcie usunięte z TP jest wzmacniane przez wzmacniacz operacyjny DA1.1 i podawane na wejścia wzmacniacza operacyjnego DA1.2 ... DA1.4, które pełnią funkcję komparatorów. Napięcia odniesienia określające ich progi przełączania ustalane są za pomocą rezystorów R8, R9, R11, R12, R14-R16. Ze względu na brak sprzężenia zwrotnego we wzmacniaczu operacyjnym (DA 1.2-DA 1.4) i ich duże wzmocnienie, uzyskano bardzo wysoką czułość urządzenia. Rezystor R12 służy do ustawienia górnego progu temperatury, przy którym obciążenie zostanie wyłączone, a rezystor R9 służy do ustawienia różnicy temperatur (Dt) pomiędzy górnym i dolnym progiem załączenia termostatu. Gdy regulacja Dt nie jest wymagana, zaleca się założenie zworki zamiast rezystora R9, aby zapewnić maksymalną dokładność utrzymania temperatury, natomiast rezystor R8 można wyłączyć z obwodu. Obwody na elementach VD1-VD3, C1-SZ, R10 R13, R17 służą do zapobiegania przedostawaniu się ujemnego napięcia na wejścia mikroukładów cyfrowych i eliminowania zakłóceń. Synchronizacja wyzwalaczy DD1.2, DD2.1, DD2.2 odbywa się poprzez impulsy generowane przez licznik DD3. Tabela wyjaśnia logikę generowania sygnałów sterujących w urządzeniu.

W stanie ustalonym, gdy temperatura na obiekcie odpowiada zadanej, wskaźnik HL2 musi świecić stale, a wskaźniki HL1, HL3 są wyłączone. Odchylenia temperatury sygnalizowane są przez włączenie wskaźników HL1, HL3. Dla zwiększenia widoczności działają w trybie migającym. Impulsy niezbędne do sterowania tymi wskaźnikami generowane są na wyjściach 5 i 12 licznika dD3. Z pinu 9 wyzwalacza DD1.2 przez wtórnik emitera na tranzystorze VT1 sygnał trafia do obwodów sygnalizacji i sterowania obciążeniem. Wymuszone wyłączenie obciążenia odbywa się za pomocą przełącznika SA1, który otwiera te obwody. Do sterowania obciążeniem stosuje się transoptor dinistorowy U2, który jest zawarty w przekątnej mostka VD2. Maksymalny prąd przełączający w tym wykonaniu wynosi 0,1 A. Instalując dodatkowy siedmiopiętrowy VS1 i odpowiednio zmieniając obwód przełączający obciążenie, prąd ten można zwiększyć do 80 A.

Funkcje pomiaru temperatury, jak również wyświetlanie jej wartości, realizowane są w oparciu o mikroukład K572PV2 (podobny do ILC7107). Wybór tego ADC wynika z możliwości bezpośredniego podłączenia do niego wskaźników LED syntetyzujących znaki. W przypadku korzystania z wyświetlacza LCD można zastosować K572PV5. Po zwolnieniu przycisku SB1 napięcie jest dostarczane do przetwornika ADC z wyjścia wzmacniacza operacyjnego DA1.1, zapewniając tryb pomiaru temperatury. Po naciśnięciu przycisku SB1 mierzone jest napięcie na rezystorze zmiennym R12, odpowiadające temperaturze ustawionego progu sterującego.

Detale. W urządzeniu zastosowano stałe rezystory typu MLT, dostrojone przez SP5-2 (R9, R15), zmienne SPZ-45 (R12), kondensatory K73-17 (C11-C13), KT1 (C10), K53-1 ( C4-C7) typu . Transoptor AOUYU3V można zastąpić AOU115V. Wskaźniki HG1-HG4 typu SA08-11HWA można zastąpić krajowymi KLT402.

Ustawienie polega na ustawieniu prawidłowych wskazań termometru przy temperaturze minimalnej rezystorem R3, a przy temperaturze maksymalnej rezystorem R4. Aby wyeliminować wzajemny wpływ rezystancji rezystorów, regulację tę należy powtórzyć kilka razy. Prawidłowo zmontowane urządzenie nie wymaga dalszej regulacji, wystarczy ustawić wymaganą wartość Dt rezystorem R9, a rezystorem R15 dopuszczalną granicę wzrostu temperatury przed włączeniem alarmu.

Jako czujnik temperatury można zastosować diodę półprzewodnikową. Głównymi zaletami tego ostatniego są niski koszt i znacznie mniejsza bezwładność w porównaniu do czujnika zintegrowanego, dokładność pomiaru sięga 0,2°C w zakresie temperatur od -50 do +125°C. Zasilanie części niskonapięciowej urządzenia odbywa się z bipolarnego stabilizatora o napięciu ± 5 V, zamontowanego na elementach DA2-DA3, C4-C9. Do sterowania transoptorem U1 wykorzystywane jest napięcie +12 V. Zabrania się włączania urządzenia bez uziemienia. Urządzenie charakteryzuje się dużą odpornością na zakłócenia, co pozwala na znaczną długość przewodu łączącego je z czujnikiem. Aby jednak zapewnić niezawodną pracę urządzenia, nie należy go układać w pobliżu przewodów zasilających przewodzących prądy wysokiej częstotliwości i impulsowe.

Literatura:

1. Multimetr Anufriev L. w BIS // Radio.- 1986. Nr 4.- C. 34-38.

2. Suetin. V. Termometr cyfrowy do użytku domowego//Radio.- 1991. Nr 10. C.28-31.

3. V. S. Gutnikov, Elektronika zintegrowana w urządzeniach pomiarowych. - wyd. 2 poprawiony i dodatkowe - L.: Energoato-mizdat, 1988.

Ale możesz go złożyć samodzielnie za połowę ceny.
Kogo to obchodzi - witamy pod kotem.

Zacznijmy od porządku.
Termopara... jak termopara. Miernik dokładny, typ K, 0-800C

Można go wciąć w obudowę, posiada gwintowaną część, która swobodnie się obraca. Średnica 5,8 mm, podziałka 0,9 ~ 1,0 mm, podobna do M6 x 1,0 mm. Pod klucz na 10


Wszystko w porządku, co dalej? Aby sygnał mógł zostać odczytany przez arduino, konieczna jest konwersja sygnału (moc termoelektryczna) na sygnał cyfrowy lub analogowy. To nam pomoże. To przetwornik termopary typu K na sygnał cyfrowy, posiadający interfejs, który nam odpowiada.
Nadchodzi nasz bohater - (4,20 USD)


Kosztował 4,10 USD, ale tej partii już nie ma (ten sam sprzedawca).

Podłączymy się do arduino, możesz wziąć proste (5,25 USD, znajdziesz taniej, tutaj widzisz dokładnie ten)


Dane zostaną zapisane na karcie pamięci (i jednocześnie przesłane do portu) kwotą 1,25 USD.


Nawiasem mówiąc, interfejs też jest SPI. Ale nie wszystkie karty to obsługują. Jeśli to nie zadziała, wypróbuj najpierw inny.
Teoretycznie wszystkie linie urządzeń SPI (MOSI lub SI, MISO lub SO, SCLK lub SCK), z wyjątkiem CS (CS lub SS - wybór chipa), można podłączyć do tych samych pinów Arduino, ale wtedy MAX6675 nie działa odpowiednio. Dlatego rozbiłem wszystko na różne piny.
Szkic powstał na przykładzie pracy z kartami pamięci o formacie .
Biblioteka i szkic dla MAX6675. Schemat połączeń MAX6675:

#włączać
#włączać

int jednostki = 1; // Jednostki odczytu temperatury (0 = F, 1 = C)
błąd pływaka = 0,0; // błąd kompensacji temperatury
float temp_out = 0,0; // Zmienna wyjściowa temperatury

MAX6675 temp0(9,8,7,jednostki,błąd);

Unieważnij konfigurację()
{
Serial.begin(9600);
Serial.print("Inicjowanie karty SD...");

PinMode(10, WYJŚCIE);
if (!SD.begin(10)) (
Serial.println("Inicjalizacja nie powiodła się!");
powrót;
}
Serial.println("Inicjalizacja zakończona.");

// Sprawdź, czy plik data.csv istnieje na mapie, jeśli tak, usuń go.
if(SD.istnieje("temp.csv")) (
SD.usuń("temp.csv");
}
// Otwórz plik. pamiętaj, że jednocześnie można otworzyć tylko jeden plik,
// więc musisz zamknąć ten, aby otworzyć inny.
mójPlik = SD.open("temp.csv", FILE_WRITE); //otwarty do pisania

jeśli (mój plik) (
Serial.print("Zapis do temp.csv...");
// zamknij plik:
mójPlik.close();
Serial.println("gotowe");
}
w przeciwnym razie(


}

}
pusta pętla()
{

Temp_out = temp0.read_temp(5); // Przeczytaj temp 5 razy i zwróć średnią wartość do var

Czas = czas + 1; // Zwiększ czas o 1

MójPlik = SD.open("temp.csv", FILE_WRITE);

// jeśli plik otworzył się normalnie, napisz do niego:
jeśli (mój plik) (
// czas zapisu
mójPlik.print(czas);
Druk seryjny (czas);
// dodaj średnik
mójPlik.print(";");
druk seryjny(";");
// zapisz temperaturę i przesunięcie wiersza
mójPlik.println(temp_out);
Szeregowy println(temp_out);
// zamknij plik:
mójPlik.close();
}
w przeciwnym razie(
// a jeśli się nie otworzy, wypisz komunikat o błędzie:
Serial.println("Błąd podczas otwierania temp.csv");
}
opóźnienie (1000); // Poczekaj sekundę
}