¿Cómo se pueden medir altas temperaturas con Arduino uno y termopar tipo k sin alcanzar un máximo de 500 grados C?

Solución resumida:

• Dos resistencias aumentarán la temperatura máxima medible...

  Un divisor de entrada que consta de dos resistencias aumentará la temperatura superior que puede medir el Arduino ADC de 5 V máx. en proporción a la relación de división.

  Use (por ejemplo) resistencias de 2 x 10k en serie desde la salida AD595 a tierra.
  Suministre Arduino ADC desde el grifo central de la resistencia.
  La sensibilidad para Arduino será entonces de 5 mV/C.
  Esto SOLO alcanza los 1000 C.
  Para temperaturas más altas, use una relación de división mayor (ver más abajo)

... pero ...

• AD595 IC propuesto originalmente por el interrogador es una buena solución.

  AD594/AD595 se menciona aquí en la pregunta original (ahora modificada). Este es uno de varios circuitos integrados adecuados para esta tarea, pero es una buena opción. Tiene una salida fija de 10 mV/C cuando se usa con el material del termopar para el que está diseñado. El AD595 tiene ganancia fija. Algunos otros circuitos integrados pueden permitir escalar la salida por grado C, pero como el divisor resistivo que se analiza a continuación se puede ajustar como se desee, esto no es un problema significativo.

• El voltaje de suministro AD595 requerido aumenta con la temperatura de entrada

  Esto será cierto para CUALQUIER IC que proporcione una salida de 10 mV/C. Obviamente, cada aumento de 100 C requiere un suministro de 100 x 10 mV = 1 voltio para proporcionarlo y puede haber una diferencia entre Vout max y Vsupply.
  En el caso del AD595, Vout max es de 2 voltios por debajo del suministro positivo.

  Valimentación >= 12V a 1000 C.
  Valimentación >= 17V a 1500 C.

  Vsuministro mínimo requerido = (Tmax/100 + 2) Voltios (consulte la hoja de datos y más abajo)
  Entonces, para 500 C, necesita Vsuministro> = 500/100 + 2 = 7 voltios.
  Para 1000 C necesitas 1000/100 + 2 = 12V.

  Utilice como mínimo un poco más de tensión de alimentación que la indicada por esta fórmula, en función de la temperatura máxima que se va a medir.

• Tenga en cuenta los cambios a medida que se transita la temperatura del punto de Curie.

  Un termopar tipo K tiene un cambio de paso a 350C debido a cambios en el punto de Curie. En su
  lugar, se puede usar un termopar tipo J hasta <= 750 C sin cambio de paso.
  Se fabrica un AD594 para producir 10 mV/C con un termopar tipo J.

• Los termopares tipo N (1200 C máx.) o tipo B, R o S basados ​​en platino (1600 C+) se adaptan mejor a su aplicación que el tipo K.

  Un termopar tipo K se puede usar hasta aproximadamente 1350 C, pero tiene una discontinuidad de punto de Curie a aproximadamente 350 C. Si su presupuesto lo permite, se debe considerar el uso de termopares tipo B, R o S. Estos están basados ​​en platino y son caros, pero tienen una clasificación de más de 1000 C y no tienen problemas de puntos Curie.

---

Hoja de datos AD594/AD595 aquí

AD594 = Tipo J.
AD595 = Tipo K.
Utilice el tipo J + AD594 si es posible si Tmax <= 750 C.

Página de termopar de Wikipedia extremadamente útil aquí

La salida de un "amplificador de termopar" de 10 mV/C se puede reducir en una fracción arbitraria mediante el uso de un divisor de voltaje de dos resistencias. Consulte el diagrama y las notas a continuación.

El IC de interfaz de termopar AD595 tiene un amplificador de salida de baja impedancia capaz de suministrar una carga de hasta 5 mA. Esto corresponde a 5V en 1k ohm, por lo que cargarlo con, por ejemplo, un divisor de voltaje de 2: 1 de resistencias de 2 x 10K ohm en serie (salida a tierra, salida desde el punto medio) proporcionaría una señal de salida de 5 mV/C. Esto permitiría que un Arduino con un voltaje de entrada ADC de 5 V máx. mida hasta 1000 grados C = cerca del límite superior de un termopar tipo K.

En el siguiente diagrama, Vi es el voltaje de salida del AD595 y Vout desde la toma central entre las dos resistencias está conectado al Arduino ADC.

La impedancia de 2 x 10k en serie como se ve desde la derivación central entre las dos resistencias es de 10k en paralelo con 10K = 5k ohmios. Esto está muy por debajo del valor máximo de impedancia de entrada segura sugerido para la mayoría de los ADC que encontrará. Verifique las especificaciones de Arduino, pero debería ser muy seguro.

Aquí, si R1 = R2 = 10k y RL es muy alto, entonces Vout ~= Vin/2.
La impedancia de entrada de un ADC suele ser de 100 k ohmios a megaohmios y puede ignorarse siempre que alguien no haya hecho algo tonto en el diseño. Verifique el ADC Rin en las especificaciones de Arduino y vea lo que dice. Si es necesario, use la calculadora en el
tutorial del divisor de voltaje y la página de la calculadora de donde proviene el siguiente diagrama

Utilice resistencias de bajo coeficiente de temperatura.
La precisión de la resistencia afecta la precisión de la escala del resultado: seleccione en la prueba o use, digamos, tolerancias del 0,1 %. Se recomienda la calibración de todo el sistema debido al efecto de la precisión del divisor resistivo.
Los demasiado entusiastas calibrarían el sistema incluso sin un divisor resistivo para asegurarse de que Murphy no haya jugado ningún truco importante.

A falta de una mejor referencia, medir la temperatura del agua destilada hirviendo al nivel del mar es un buen comienzo.

---

Advertencia:

Si bien la salida del AD595 es de 10 mV/C, lo que daría 5,0 V a 500C,
el IC, de hecho, solo es capaz de funcionar hasta 300C con un suministro de 5V.
Usando un solo suministro, la salida tiene un voltaje máximo de Vs-2V o 3V con un suministro de 5V. Entonces, una entrada de 500C necesita al menos un suministro de 7V. Un suministro de 10V permitirá una operación de 800C. Se recomienda el voltaje de suministro más bajo razonablemente posible para minimizar el autocalentamiento interno del IC. (por ejemplo, 10 V o 12 V está bien aquí, pero trate de evitar usar, digamos, +24 V si no es necesario).

Hoja de datos página 3 dice:

• El AD594/AD595 es un acondicionador de termopar completamente autónomo. Usando un solo suministro de +5 V, las interconexiones que se muestran en la Figura 1 proporcionarán una salida directa desde un termopar tipo J (AD594) o un termopar tipo K (AD595) que mide de 0 °C a +300 °C

Como el IC puede funcionar con suministros de hasta +30 V, el voltaje de suministro se puede ajustar para adaptarse.

Advertencia: Tenga en cuenta que hay un error en la hoja de datos de la tabla de la página 2 que muestra el rango de voltaje de salida. Vout <= Vsuministro -2 y NO Vsuministro+2 como se muestra en el caso que se aplica aquí. ¡Esto es muy claro a partir de las entradas circundantes! ¡Incluso los escritores de hojas de datos tienen errores tipográficos! :-(.

---

ADVERTENCIA: Cambio de escalón de temperatura del punto de Curie en la característica del termopar.

Los termopares que usan un material magnético como una mitad (o ambas mitades) del par experimentan un cambio de paso en la característica en el punto de Curie del material magnético. El punto de Curie es la temperatura por encima de la cual el material se vuelve "no magnético". En algunos casos, el cambio puede ser significativo pero puede ser manejable. En otros, está cerca de ser catastrófico.

Un termopar tipo K Curie está a 350 C. Si mide tanto por encima como por debajo de esta temperatura, es posible que desee considerar otro material.

El tipo N se puede utilizar a más de 1200 C sin punto Curie. La salida es algo más alta que el tipo K. Salida ligeramente diferente. Ajuste el divisor resistivo y/o el factor de escala del software para que se adapte.

El tipo J se puede usar hasta 750 C (y es esencialmente inútil por encima de eso debido a un cambio severo en el punto de Curie a 770 C). Tiene una salida ligeramente más baja, PERO el AD594 (a diferencia del AD595) está hecho para trabajar con él para producir una salida de 10 mV/C. Podría decirse que es su mejor opción hasta los 750 C.

Los tipos B,R,S (¡todos basados ​​en platino!) son caros y tienen alrededor del 25 % de la producción del tipo K, pero funcionan a 1600 C+ y no tienen punto Curie.

Puede colocar un divisor de resistencia simple en la salida del amplificador de termopar. Por ejemplo, 10 kΩ en serie con la salida del amplificador seguidos de 10 kΩ a tierra atenuarán la señal en un factor de 2.

Los dos factores a tener en cuenta son la carga del amplificador y cuál debe ser la impedancia de la fuente que impulsa el A/D. Es poco probable que algo por encima de unos pocos kΩ cargue el amplificador (aunque, por supuesto, esto es algo que debe verificar). Los microcontroladores varían en cuanto a la impedancia de la fuente que quieren ver. No estoy familiarizado con el micro Atmel que está utilizando, pero los PIC, por ejemplo, pueden variar desde requerir 10 kΩ o menos hasta 200 Ω o menos. La única forma de saberlo es consultando la hoja de datos. En general, los A/D de menor resolución y menor velocidad pueden tolerar una mayor impedancia de fuente.

Si usa un divisor de voltaje, entonces la carga en el amplificador es la suma de las dos resistencias, mientras que la impedancia de salida del divisor es la combinación en paralelo de las dos resistencias. En el ejemplo de las dos resistencias de 10 kΩ, la carga en el amplificador sería de 20 kΩ y la impedancia de salida del divisor de 5 kΩ.