Problemas de interfaz de termopar tipo K

Estoy tratando de conectarme a un termopar tipo K con un ATXMEGA128A4U y he tenido algunas dificultades y espero que alguien pueda confirmar el proceso que estoy usando.

Detalles... 1. El TC está conectado a la entrada A/D estándar a través de un AMP de instrumentación AD8223 con una ganancia de 106 y una compensación de la mitad de mi voltaje de referencia A/D de compensación de 1,25 V. Mi voltaje de referencia A/D es 2.5V 2. Estoy usando un NTC estándar de 10K para la referencia de unión fría. Está soldado directamente al zócalo TC y lo he calibrado en una incubadora y estoy seguro de que el procesador está convirtiendo y procesando correctamente mis temperaturas de unión fría.

Básicamente, no obtengo la salida que esperaría en un rango de temperatura bastante estrecho de 0-80C. No estoy 100% seguro de que estoy procesando correctamente. Si ignoramos los cálculos que estoy usando para las conversiones por ahora, ¿estoy en lo cierto al pensar que puedo tomar la salida de TC en mV y usar la tabla de búsqueda NIST para convertir ese mV en una temperatura y luego restar mi temperatura de unión fría (que siempre estará cerca de Ambient 20C) para obtener la temperatura de mi punta o ¿hay algo más?

Para ilustrar mi problema, acabo de colocar el termopar en una taza de agua a 76,4 °C (confirmado con el medidor de termopar Fluke 51II) y obtengo una salida de 5,151 mV con mi NTC leyendo la unión fría a 18,4 °C. Según la tabla NIST, 5,151 mV equivalen a 125,5 C. Cuando resto la unión fría de 18.4C me quedo con 107.1C. Claramente no es correcto. De hecho, estoy usando polinomios racionales para las conversiones en el código, pero pensé que me referiría a la analogía del gráfico de búsqueda para simplificar las cosas por el bien de esta publicación. Espero que alguien pueda confirmar mi lógica antes de profundizar más.

Tal vez estoy pensando en esto de la manera incorrecta. Los comentarios son muy apreciados.

No veo una falla en los principios de operación de su circuito. Sin embargo, con los termopares, el problema suele estar en los detalles. Los sospechosos habituales son: arreglo de riel de suministro, arreglo de referencia de voltaje. ¿Puedes publicar un esquema de tu circuito? Bienvenido a EE.SE, por cierto.

Respuestas (4)

Sospecho que está pasando por alto el voltaje de compensación de entrada del AD8223. La hoja de datos dice que normalmente es de 250 uV. Multiplicar por su ganancia de 106 da una compensación de salida de 26 mV, por lo que eso sería más que suficiente para sus problemas.

Intente acortar las entradas y observe la salida. Reste ese número de sus 5 mV y vea cómo funciona.

Eso suena como eso. ¿La gente usa amplificadores chopper en las entradas de TC? (De lo contrario, no es solo el voltaje de compensación, sino también la deriva en la compensación).

Primero debe compensar el valor del termopar y LUEGO ingresar este valor en la tabla de búsqueda para producir un valor de temperatura. Considere esta imagen: -

ingrese la descripción de la imagen aquí

Claramente, la compensación se realiza primero y luego la traducción a la frecuencia. Esto es lo que dice la máxima: -

Procesando los números: una vez que establezca un método de compensación de unión fría, el voltaje de salida compensado debe traducirse a la temperatura correspondiente. Mira esto .

La conversión de voltaje a temperatura no es lineal, por lo que hacerlo al revés arrojará algunos errores.

Para realizar la compensación del termopar a la perfección, necesita funciones tanto de avance como de retroceso. Debe convertir la temperatura CJC a un voltaje para un termopar Chromel-Alumel, luego sumar eso con el voltaje del termopar. No hace falta decir que ambas conversiones deben usar la misma temperatura de referencia (arbitraria) (generalmente 0 °C o 32 °F). Dada una referencia típica de 0 °C, normalmente agregará un número negativo.

Se puede hacer con un polinomio de una sola dirección con cierta pérdida de precisión en un amplio rango ambiental (para ser más precisos, rango de temperaturas en los terminales de entrada). Elija una temperatura de referencia que sea más realista que 0 °C, digamos 20 °C. El voltaje del termopar de su ADC debe ser 0uV a 20 °C (si las uniones de cobre están a 20 °C). Tome la lectura de voltaje de su ADC y agregue los mV del polinomio para 20 °C (un número fijo). Ahora su salida polinómica será exactamente de 20°C para 0mV y seguirá la curva del termopar. Convierta la resistencia NTC a temperatura y réstele 20°C. Ahora agregue la diferencia a la salida del polinomio.

Para la depuración, verifique cada paso: los errores de compensación o ganancia tendrán grandes efectos; por ejemplo, con terminales de entrada en cortocircuito (con materiales de termopar de derivación de cobre) y CJC deshabilitado, debería ver exactamente 20 ° C de salida. Ponga la compensación CJC y debería ver la temperatura del bloque de terminales.

Obtener lecturas de termopar muy precisas no es trivial y cada paso debe verificarse cuidadosamente. Obtener un buen seguimiento dinámico de los cambios ambientales puede ser un desafío fuera de un entorno de laboratorio.

En primer lugar, gracias a todos por sus respuestas, cada respuesta ha sido muy útil y ahora estoy bastante cerca de obtener lo que quiero. Al final del día, hubo algunos problemas.

  1. Tenía demasiada capacitancia en mi suministro de 1.25V. Mis dispositivos pasan la mayor parte del tiempo en modo de suspensión y se despiertan durante unos 100 mS para probar, lo estaba cortando un poco y el suministro no se estabilizaba.
  2. Estaba usando un regulador de derivación y la resistencia en serie que elegí era un poco pequeña, lo que equivalía a un pequeño error.
  3. Estaba ajustando la compensación con un valor de temperatura al final de mis cálculos en lugar de restar primero mi compensación en los conteos.
  4. Algunos errores lógicos explicados anteriormente.

De nuevo, gracias a todos por sus aportes.

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