Error al derivar la temperatura del amplificador de termopar

Estoy usando un termopar tipo K para leer la temperatura del hot-end de una impresora 3D. Para amplificar el voltaje del termopar, estoy usando el chip AD8495 de Analog Devices . Este chip está montado en una placa hecha a medida, he incluido el esquema y el diseño de las partes a continuación.

Experimentalmente, descubrí que las mediciones de temperatura producidas por mi firmware a partir de la lectura del ADC al que está conectado el AD8495 están desviadas por un factor de entre el 20 y el 30 % de la temperatura "real" medida por un termómetro IR comercial que tengo.

He intentado intercambiar diferentes termopares, diferentes cables de extensión de termopar (y verifiqué que la polaridad del cable de extensión sea correcta y que no haya cortocircuitos en el cable de extensión) y varias versiones diferentes de mi placa para verificar que no era un error en el AD8495 particular en la primera placa.

A través de todos estos cambios en el equipo, sigo viendo una discrepancia constante en la temperatura medida por el termopar y la temperatura reportada por el termómetro IR. No solo eso, sino que el error parece ser proporcional a la temperatura real del dispositivo, por lo que a temperaturas cercanas a los 25 °C hay un pequeño error de solo unos pocos grados, pero a temperaturas alrededor de los 150 °C el error es tanto como ¡casi 60°!

Mis datos experimentales (y algunos cálculos de errores derivados) están disponibles aquí: https://pastebin.com/Qq9Fj7cb

He validado que el firmware calcula correctamente la temperatura a partir de la lectura del ADC tomando medidas del voltaje de salida del AD8495 y calculando la temperatura a mano usando el voltaje de referencia suministrado de 1,24 V y la función de transferencia descrita en la hoja de datos del AD8495.

Según mi lectura de la hoja de datos, el error de medición que veo se parece más a un error de ganancia, sin embargo, el error de medición real es casi 100 veces mayor de lo que esperaría dado el error de ganancia máximo especificado en la hoja de datos.

Estoy perplejo en este punto, y cualquier otro paso de solución de problemas o medidas para ayudar a aclarar cuál es el problema sería muy apreciado.

esquemático

disposición

" ... están desfasadas por un factor de entre el 20 y el 30 % de la temperatura "real"... " solo tiene sentido si se encuentra en una escala de temperatura absoluta, como la escala Kelvin. 12ºC no es un 20% más caliente que 10ºC. Puede ser útil convertir todas sus lecturas a kelvin y buscar un patrón, como una pendiente incorrecta en lugar de una compensación.

Respuestas (2)

El circuito se ve bien. A menos que tenga el conector incorrecto (debe coincidir con el termopar)

Experimentalmente, descubrí que las mediciones de temperatura producidas por mi firmware a partir de la lectura del ADC al que está conectado el AD8495 están desviadas por un factor de entre el 20 y el 30 % de la temperatura "real" medida por un termómetro IR comercial que tengo.

Los termómetros IR crean sus propios problemas (¿qué material estoy mirando? ¿Cuál es la emisividad?) No es una buena manera de obtener una opinión sobre la temperatura. Utilice otro termopar. Asegúrese de que ambos termopares estén unidos térmicamente a la misma temperatura de la misma manera. (cuando el termopar está caliente, el cable está frío y esto puede arruinar un poco las cosas si el termopar no tiene una buena conexión con el material con la temperatura de interés.

Yo uso un fluke meter 289. Incluso entonces, en mi opinión, por debajo de 10C entre termopares es decente y por debajo de 5C es excelente.

Solo iba a preguntar si el OP tenía alguna unión adicional con metales diferentes
Tengo entendido que el conector en la placa puede ser la transición de metal y, por lo tanto, siempre que el conector en sí esté aproximadamente a la misma temperatura que la medición de temperatura CJC, las cosas funcionarán bien. ¿Eso parece exacto?
a medida que sus señales V+ y V- se mueven a través de su PCB, necesita un gradiente de temperatura CERO, lo que requiere que el flujo térmico CERO fluya ortogonalmente a las señales +/-. ¿Ha hecho un boceto de las fuentes de calor (incluida su CARA y cualquier objeto CALIENTE cerca de la PCB)? La resistencia térmica de la lámina de cobre estándar (1 onza/pie^2) es de 70 grados centígrados por vatio de flujo de calor, por CADA cuadrado de lámina de cobre. Dibuja ese boceto. Por cierto, FR-4 tiene unos 7000 grados centígrados por vatio, para el mismo grosor (1,4 mil), por lo que 1/16 de pulgada de FR-4 tiene unos 200 grados centígrados por vatio. Dibuja ese boceto.
@analogsystemsrf, ¿tiene algún recurso donde pueda aprender más sobre cómo hacer un dibujo de este tipo? ¿O incluso términos para buscar en Google? Soy (casi) completamente autodidacta en mi conocimiento de la ingeniería eléctrica y nunca antes había tratado los efectos del calor de esta manera. ¡Parece que necesito hacer un montón de lectura!
@analogsystemsrf Tampoco tengo claro qué quiere decir con "cara" aquí. ¿Es esa la superficie del tablero?

Parece que necesita una referencia con la que pueda comparar las medidas del termopar. IR no es una buena manera de hacerlo: demasiada variación causada por la emisividad y otros problemas.

Mi primera sugerencia es tener una parte del cable del termopar en contacto con lo que está midiendo. Desea hacer que la unión del termopar lea la temperatura real del objeto SIN que el cable enfríe la unión. La mejor manera de hacerlo es tener las últimas pulgadas del cable a la misma temperatura que lo que está midiendo.

Si no tiene acceso a un termómetro preciso u otro dispositivo para medir la temperatura, considere usar varillas indicadoras que usan los aficionados a la cerámica. Estos se llaman generalmente bastante precisos.

Gracias por los consejos, probaré algunas de esas ideas e informaré.
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