Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Please add exception to AdBlock for elektroda.pl.
If you watch the ads, you support portal and users.

Wielokanałowy termometr do użytku w domu i warsztacie - wybór czujników

dominkaster 10 May 2020 21:28 417 7
Relpol
  • #1
    dominkaster
    Level 14  
    Chciałbym stworzyć wielokanałowy termometr, z 8 sondami, który miałby mi służyć w warsztacie, przy pomiarach temperatur pracy np. tranzystorów, radiatorów itp. głównie hobbistycznie - nic profesjonalnego. Dodatkowo, chciałbym go wykorzystać w domu, np. podczas wędzenia, lub innych prac w kuchni, gdzie potrzeba pomiaru z różnych miejsc jednocześnie.
    Urządzenie miałoby być oparte na mikrokontrolerze (prawdopodobnie Esp32 lub Atmega).

    Jeśli chodzi o ogólną budowę fizyczną sondy, to chciałbym, by była możliwie najmniejsza i posiadała możliwie najmniejszą bezwładność cieplną. Dodatkowo, jako atut dodatkowy, możliwość zakupienia sondy w wersji o minimalnej wielkości, oraz sondy ze "szpicem" do wbicia w miękki przedmiot.
    Nie wymagam dużej dokładności, ani bardzo małego błędu, jedynie dobrze byłoby móc osiągnąć rozdzielczość 0,1st.C
    Zakres mierzonych temperatur to ok. -40 - +120st. C - ale te parametry mógłbym na pewno nagiąć.
    Chciałbym również, by sonda była dosyć żywotna w warunkach warsztatowych.
    Ostatnim, ostatecznym kryterium jest cena. Chciałbym, by cena sondy nie przekroczyła 10-20zł.

    Teoretycznie, mam wrażenie że idealnie nadaje się do tego celu termopara. Akceptowalna dokładność, rozdzielczość, mała bezwładność, różne rodzaje budowy sond, ale obawiam się zastosowania ich 8 sztuk z mikrokontrolerem. Dotychczas korzystałem z MAX6675, ale zastosowanie aż 8 wzmacniaczy wydaje mi się przesadą, a przełączanie 8 sond z tak niskimi wartościami napięcia do odczytu dla max6675, wydaje mi się że mogłoby wprowadzić dodatkowe błędy przy pomiarach. Poza tym, dotychczas nie udało mi się osiągnąć szybszego odczytu z termopary z użyciem MAX6675 niż 200ms, co przy 8 sondach daje czas odświeżania już prawie 2 sec.

    Myślałem również o DS18B20, ale w tej sytuacji dyskwalifikuje go wielkość oraz wysoka bezwładność (w obudowie).

    Czy ktoś mógłby polecić jakieś inne alternatywy pod zaprezentowane rozwiązanie i wymagania, które nie sprawią bardzo dużego kłopotu przy odczycie z mikrokontrolera?
  • Relpol
  • #3
    2konrafal1993
    Level 36  
    Niestyty uklad max6675 ma to ograniczenie czasu odczytu jest nawet wpisane w notę katalogową. Niższe czasy mają uklady również max łatwo znaleźć w sieci bo niestety z głowy modelu nie powiem. Termopara to chyba najlepsze rozwiązanie ale z drugiej strony po co aż 8 czujników a w zastosowaniach które wymieniłeś nie widzę problemu z odswiezaniem temperatury. Chcąc zrobić to lepiej trzeba dopłacić oraz bardziej rozbudować uklad zastanów się czy nie lepiej ograniczyć się do 4 czujników.
  • #4
    dominkaster
    Level 14  
    Dzięki, to może mieć sens, ograniczyć się do 4-5 czujników, bo dla tylu widzę obecnie maksymalne zastosowanie - chciałem mieć zapas.
    Znalazłem jeszcze u maxima układ MAX31856, który daje dużo lepszą rozdzielczość i szybsze odświeżanie. Przy takiej rozdzielczości, termopara daje olbrzymie możliwości, dużo lepsze niż DS18B20. Pozostałaby kwestia przełączania termopar do MAX31856. Wyczytałem w innym podobnym wątku, że wystarczy przekaźnik kontaktronowy. Czy dla pomiaru tak niewielkich napięć nie wprowadzi on zakłamań na stykach przełączających (opór samych styków) ?
  • #6
    jarek_lnx
    Level 43  
    Przy pomiarach temperatury elementów elektronicznych rozmiar i budowa czujnika często pogarszają dokładność. Czujnik który nie ma dobrego kontaktu z elementem i/lub ma większą powierzchnię odprowadzani ciepła pokaże dużo niższą temperaturę. Będzie robił za punktowy mikro radiator.
    Jeszcze gorzej, jeśli mierzysz temperaturę plastiku (który bardzo słabo przewodzi w porównaniu z jakimkolwiek metalem)

    Termopara w postaci dwóch zgrzanych drutów ma ten problem że trudno ję dobrze połączyć z mierzonym elementem a grube druty odprowadzają ciepło z miejsca pomiaru, często stosuję pastę elektroprzewodzącą ale to tylko częściowo poprawia sytuację. Lepsza była by termopara z cienkich drutów.
    Jakie mogą być błędy? Przykładając termoparę do garnka z wrzącą wodą zobaczymy coś ok 80°C
    Dużo lepiej mierzy sonda kontaktowa
    Wielokanałowy termometr do użytku w domu i warsztacie - wybór czujników
    Jest to termopara z cienkiej taśmy, taśma ma mały przekrój więc mniej odbiera z punktu pomiaru, i jest osłonięta przed chłodzącym wpływem otaczającego powietrza
    Sondę takiej konstrukcji udało mi się kupić w rozsądnej cenie na Aliexspress, ale jest dosyć duża i nadaje się do dużych elementów jak radiator, albo tranzystor w TO-220

    Znając zasady - co pogarsza dokładność, do pomiaru powierzchniowego należy szukać czujników płaskich - możliwie duża powierzchnia styku z elementem badanym i swobodna powierzchnia czujnika (rozpraszająca ciepło) niewiele większa od powierzchni styku z elementem badanym

    U chińczyka można dostać w miarę płaskie czujniki PT-100 o dosyć małych wymiarach co może być sensownym kompromisem, można je przykleić na pastę
    Wielokanałowy termometr do użytku w domu i warsztacie - wybór czujników
    Są też termistory NTC
    Wielokanałowy termometr do użytku w domu i warsztacie - wybór czujników
    Moim zdaniem bardzo idealny był by cienkowarstwowy PT-100 na kaptonie, ale mam trudności ze znalezieniem w detalu
    Wielokanałowy termometr do użytku w domu i warsztacie - wybór czujników

    Używałem też termistorów SMD w obudowie 0402 (1mmx0,5mm) przylutowanych na bardzo cienkich drutach, jako czujnika o małej cieplnej stałej czasowej.

    Podsumowując nie idź na ilość, dbaj o jakość, po co ci osiem czujników które kiepsko mierzą, lepiej mieć dwa, trzy które mierzą dobrze. Uniwersalność mogło by podnieść zrobienie wejść dla kilku rodzajów czujników (NTC,PT-100, termopara).
  • #7
    dominkaster
    Level 14  
    Dziękuję za bardzo merytoryczne treści.
    jarek_lnx racja, w praktyce bardzo duże znaczenie ma powierzchnia styku, dlatego wspomniałem o bezwładności cieplnej. Obecnie najwięcej do czynienia miałem z termoparą i DS18B20 w tym zestawieniu termopara w moim odczuciu reaguje o wiele szybciej a przy wykorzystaniu pasty można poprawić czas reakcji w styku z mierzonymi elementami. Do tego łatwiej ją wcisnąć w trudno dostępne miejsca.
    Płaskie czujniki faktycznie mogłyby zdać egzamin, ale często ważny jest kierunek montażu sondy do elementu w stosunku do kabla. W takiej sytuacji, czasem sprawdzi się czujnik z elementem płaskim ułożonym na końcu kabla a czasem wygodniej a nawet niezbędne byłoby ułożenie go pod kątem 90 stopni, co nie każda sonda byłaby w stanie umożliwić bez jej uszkodzenia lub zaginania nieodpornych na zginanie wyprowadzeń czujnika.

    Teoretycznie ilość czujników nie jest tutaj kluczowa, bo jeśli rozwiążę problem z czterema to nie powinienem mieć problemu z ośmioma czujnikami. Nie zamierzam też zakupywać wszystkich sond od razu a raczej stworzyć terminal na docelową ilość sond.
    Pomysł z możliwością podpięcia różnych rodzajów sond jest bardzo dobry, prawdopodobnie tak zrobię.

    Martwi mnie to o czym wspomniał _jta_, jeśli chodzi o temperaturę styków różnych materiałów dla termopary i wydaje mi się że nie do końca to rozumiem. Czy chodzi o styki do których podłączane są przewody termopary?
  • Helpful post
    #8
    jarek_lnx
    Level 43  
    dominkaster wrote:
    w tym zestawieniu termopara w moim odczuciu reaguje o wiele szybciej a przy wykorzystaniu pasty można poprawić czas reakcji w styku z mierzonymi elementami
    Dla mnie czas reakcji czujnika nie jest aż tak istotny, byle wskazywał poprawnie, kiedy termopara mierzy o 20°C mniej niż powinna, to już jest problem.

    dominkaster wrote:
    Martwi mnie to o czym wspomniał _jta_, jeśli chodzi o temperaturę styków różnych materiałów dla termopary i wydaje mi się że nie do końca to rozumiem. Czy chodzi o styki do których podłączane są przewody termopary?
    Zasada działania termopary - złącze dwóch różnych metali daje napięcie proporcjonalne do różnicy temperatur złącza i końcówek. Trudności polegaja na tym że każde złącze różnych metali nawet miedź i cyna tworzą termoparę choć o wiele mniej czułą.
    Dlatego przewody i złącza do termopar robi się z tych samych materiałów co termopary, żeby uniknąć wprowadzania nieprzewidzianych złącz po drodze.
    Ponieważ termopara mierzy różnicę względem zimnego końca to ten koniec musi być mierzony, nazywa sie to kompensacją zimnego końca, układy scalone do termopar maje to wbudowane, trzeba zadbać żeby układ kompensacji miał taką samą temperaturę jak zimny koniec. Lepiej żeby nie było w pobliżu grzejących sie elementów, jak stabilizatory napięcia.
    Na niektórych schematach wyraźnie jest zaznaczony blok izotermiczny z czujnikiem:
    Wielokanałowy termometr do użytku w domu i warsztacie - wybór czujników
    W miernikach o lepszej dokładności rzeczywiście przykręca się termoparę do sporego bloku metalowego, w środku którego jest czujnik od kompensacji.