Fehler beim Ableiten der Temperatur vom Thermoelementverstärker

Ich verwende ein Thermoelement vom Typ K, um die Temperatur eines 3D-Drucker-Hot-Ends zu lesen. Zur Verstärkung der Thermoelementspannung verwende ich den AD8495-Chip von Analog Devices . Dieser Chip ist auf einer speziell angefertigten Platine montiert, ich habe den Schaltplan und das Layout der Teile unten beigefügt.

Ich habe experimentell festgestellt, dass die von meiner Firmware erzeugten Temperaturmessungen beim Lesen des ADC, an den der AD8495 angeschlossen ist, um einen Faktor zwischen 20 und 30 % von der "tatsächlichen" Temperatur abweichen, die von einem kommerziellen IR-Thermometer gemessen wird, das ich habe.

Ich habe versucht, verschiedene Thermoelemente, verschiedene Thermoelement-Verlängerungskabel auszutauschen (und ich habe überprüft, dass die Polarität des Verlängerungskabels korrekt ist und dass es keine Kurzschlüsse im Verlängerungskabel gibt) und mehrere verschiedene Versionen meiner Platine, um zu überprüfen, ob dies nicht der Fall ist ein Fehler im bestimmten AD8495 auf der ersten Platine.

Bei all diesen Änderungen an der Ausrüstung sehe ich immer noch eine konsistente Diskrepanz zwischen der vom Thermoelement gemessenen Temperatur und der vom IR-Thermometer gemeldeten Temperatur. Darüber hinaus scheint der Fehler proportional zur tatsächlichen Temperatur des Geräts zu sein, sodass bei Temperaturen um 25 °C ein kleiner Fehler von nur wenigen Grad auftritt, aber bei Temperaturen um 150 °C ist der Fehler genauso groß fast 60°!

Meine experimentellen Daten (und einige abgeleitete Fehlerberechnungen) sind hier verfügbar: https://pastebin.com/Qq9Fj7cb

Ich habe validiert, dass die Firmware die Temperatur aus dem ADC-Messwert korrekt berechnet, indem ich Messungen der Ausgangsspannung des AD8495 vorgenommen und die Temperatur von Hand unter Verwendung der bereitgestellten Referenzspannung von 1,24 V und der im AD8495-Datenblatt beschriebenen Übertragungsfunktion berechnet habe.

Nach meiner Lektüre des Datenblatts ähnelt der Messfehler, den ich sehe, am ehesten einem Verstärkungsfehler, der tatsächliche Messfehler ist jedoch fast 100-mal größer als das, was ich angesichts des im Datenblatt angegebenen maximalen Verstärkungsfehlers erwarten würde.

Ich bin an dieser Stelle ratlos, und weitere Schritte zur Fehlerbehebung oder Maßnahmen zur Klärung des Problems wären sehr willkommen.

schematisch

Layout

" ... sind um einen Faktor zwischen 20-30 % von der "tatsächlichen" Temperatur ab ... " macht nur Sinn, wenn Sie sich auf einer absoluten Temperaturskala wie der Kelvin-Skala befinden. 12 ºC sind nicht 20 % heißer als 10 ºC. Es kann hilfreich sein, alle Ihre Messwerte in Kelvin umzurechnen und nach einem Muster zu suchen, z. B. einer falschen Neigung, anstatt nach einem Versatz.

Antworten (2)

Die Schaltung sieht gut aus. Es sei denn, Sie haben den falschen Stecker (muss auf das Thermoelement abgestimmt werden)

Ich habe experimentell festgestellt, dass die von meiner Firmware erzeugten Temperaturmessungen beim Lesen des ADC, an den der AD8495 angeschlossen ist, um einen Faktor zwischen 20 und 30 % von der "tatsächlichen" Temperatur abweichen, die von einem kommerziellen IR-Thermometer gemessen wird, das ich habe.

IR-Thermometer verursachen ihre eigenen Probleme (z. B. welches Material betrachte ich? Was ist das Emissionsvermögen?) Keine gute Möglichkeit, eine Meinung zur Temperatur zu erhalten. Verwenden Sie ein anderes Thermoelement. Stellen Sie sicher, dass beide Thermoelemente auf die gleiche Weise thermisch an die gleiche Temperatur gebunden sind. (Wenn das Thermoelement heiß ist, ist das Kabel kühl und dies kann die Dinge etwas ablenken, wenn das Thermoelement keine gute Verbindung zum Material mit der interessierenden Temperatur hat.

Ich benutze ein 289 Fluke Meter. Selbst dann sind meiner Meinung nach unter 10 ° C zwischen Thermoelementen anständig und unter 5 ° C großartig.

Ich wollte nur fragen, ob das OP eine zusätzliche Verbindung mit unterschiedlichen Metallen hat
Meines Wissens nach kann der Stecker auf der Platine der Metallübergang sein, und solange der Stecker selbst ungefähr die gleiche Temperatur wie die CJC-Temperaturmessung hat, funktionieren die Dinge in Ordnung. Scheint das richtig zu sein?
Wenn sich Ihre V+- und V--Signale durch Ihre Leiterplatte bewegen, benötigen Sie einen NULL-Temperaturgradienten, der einen NULL-Wärmefluss erfordert, der orthogonal zu den +/- Signalen fließt. Haben Sie eine Skizze der Wärmequellen angefertigt (einschließlich Ihres GESICHTS und aller HEISSEN Objekte in der Nähe der Leiterplatte)? Der Wärmewiderstand von Standard-Kupferfolie (1 Unze/Fuß^2) beträgt 70 Grad Celsius pro Watt Wärmestrom für JEDES Quadrat Kupferfolie. Zeichne diese Skizze. Übrigens hat FR-4 etwa 7.000 Grad Celsius pro Watt bei gleicher Dicke (1,4 mil), also hat 1/16 Zoll FR-4 etwa 200 Grad Celsius pro Watt. Zeichne diese Skizze.
@analogsystemsrf haben Sie Ressourcen, in denen ich mehr über das Erstellen einer solchen Zeichnung erfahren kann? Oder sogar Begriffe zum Googlen? Ich bin (fast) Autodidakt in Sachen Elektrotechnik und habe mich bisher noch nicht so mit Hitzeeinwirkungen beschäftigt. Klingt, als müsste ich viel lesen!
@analogsystemsrf Mir ist auch unklar, was Sie hier mit "Gesicht" meinen. Ist das die Oberfläche des Boards?

Es hört sich so an, als ob Sie eine Referenz benötigen, mit der Sie die Thermoelementmessungen vergleichen können. IR ist kein guter Weg - viel zu viele Abweichungen, die durch Emmisivität und andere Probleme verursacht werden.

Mein erster Vorschlag ist, einen Teil des Thermoelementdrahts in Kontakt mit dem zu haben, was Sie messen. Sie möchten, dass die Thermoelementverbindung die tatsächliche Temperatur des Objekts liest, OHNE dass die Verbindung durch den Draht gekühlt wird. Der beste Weg, dies zu tun, besteht darin, die letzten paar Zentimeter des Drahts auf der gleichen Temperatur zu haben wie das, was Sie messen.

Wenn Sie keinen Zugang zu einem genauen Thermometer oder einem anderen Temperaturmessgerät haben, sollten Sie die Verwendung von Indikatorstäbchen in Betracht ziehen, die von Töpferbastlern verwendet werden. Diese werden in der Regel recht genau genannt.

Danke für die Tipps, ich werde einige dieser Ideen ausprobieren und berichten.
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