Termocuplurile sunt o alegere populara in randul inginerilor pentru masurarea temperaturii datorita accesibilitatii, usurintei de utilizare si a gamei largi de masurare.
Acest articol detaliază complexitatea măsurătorilor precise ale termocuplului și evidențiază modul în care MCC 134 DAQ HAT (nr. stoc RS 230-6181) abordează aceste provocări și oferă sfaturi pentru a minimiza erorile de măsurare pentru utilizatorii MCC 134. |
||
|
Raspberry Pi HAT Raspberry Pi HAT-urile (HAT este un joc de cuvinte. El înseamnă în engleză pălărie, dar provine de la Hardware Attached on Top – hardware atașat deasupra) sunt alte plăci și module care extind funcționalitatea principală a Raspberry Pi. Aceste plăci de expansiune vă pot ajuta să faceți mai multe cu Pi-ul dvs., fie că este un Pi 2, Pi 3 sau cele mai recente plăci Pi 4. Plăcile Raspberry Pi acceptă atât HAT-uri oficiale, cât și terțe, pentru a vă spori și mai mult experiența și pentru a oferi mai multă disponibilitate cu ceea ce poate face dispozitivul dvs. Alături de extensiile de funcționalitate, există și dispozitive suplimentare pentru Raspberry Pi, precum radiatoare suplimentare pentru a vă răci dispozitivul la o temperatură optimă pentru o performanță mai bună. HATR-urile Raspberry Pi sunt în mare parte plug and play pentru o instalare fără efort.. Care sunt cele mai cunoscute HAT-uri pentru Raspberry Pi? Plăci PoE: PoE (Power over Ethernet- alimentare prin conexiune internet) vă permite să renunțați la adaptorul de rețea și să vă alimentați plăcile Raspberry Pi cu un cablu ethernet. Pe lângă alimentarea plăcii, acestea vă permit, de asemenea, să aveți o conexiune la internet, rezultând mai puține fire și un design care economisește spațiu HAT detecție: HAT pentru detecție este un dispozitiv interactiv care poate identifica date de la mai multe sisteme de detecție de orientare, temperatură, presiunea aerului, umiditate și multe altele. Include chiar și LED-uri RGB într-o matrice.
|
 |
|
|
Digilent MCC 134 – HAT pentru achiziție date de la termocupluri, pentru Raspberry Pi Prezentare generală: MCC 134 este un HAT pentru termocupluri, conceput pentru a fi utilizat cu Raspberry Pi, cel mai popular computer cu o singură placă de pe piață astăzi. Acest HAT este o placă suplimentară cu un conector GPIO (intrare/ieșire de uz general) de 40 W care este conformă cu specificația Raspberry Pi HAT. MCC 134 HAT oferă patru intrări izolate pentru termocuplu. Pot fi suprapuse până la opt HAT-uri MCC DAQ pe un singur Raspberry Pi Interfață Raspberry Pi: MCC 134 se conectează la conectorul I/O de uz general (GPIO) cu 40 de pini de pe un Raspberry Pi. MCC 134 a fost testat pentru utilizare cu toate modelele Raspberry Pi cu conector GPIO cu 40 de pini. Configurare HAT: Parametrii de configurare HAT sunt stocați într-o memorie EEPROM integrată care permite Raspberry Pi să configureze automat pinii GPIO atunci când HAT este conectat. După cum s-a mai menționat, pot fi prinse în stivă până la opt plăci MCC DAQ HAT pe un singur Raspberry Pi. Intrare pentru termocuplu: Utilizatorii pot conecta până la patru termocupluri diferențiale (TC) la canalele de intrare MCC 134. Tipurile TC sunt selectabile prin software pe canal. Valorile TC pot fi actualizate la fiecare 1 secundă, minim. Intrările pentru termocuplu sunt izolate electric de Raspberry Pi pentru a minimiza zgomotul și pentru a oferi protecție împotriva mediilor electrice dure. Alimentare: MCC 134 este alimentat cu 3,3 V și 5 V, tensiuni furnizate de Raspberry Pi prin conectorul GPIO. Biblioteca MCC DAQ HAT este de tip open-source asigurând comenzi în C/C++ și Python, permițând utilizatorilor să dezvolte aplicații pe Raspberry Pi folosind Linux. Biblioteca este disponibilă pentru descărcare de pe GitHub. Este disponibilă documentație completă API și hardware. Biblioteca MCC DAQ HAT acceptă operarea cu mai multe MCC DAQ HAT care rulează simultan. Sunt disponibile exemple de programe bazate pe consolă și interfață utilizator (UI).
Înțelegerea funcționării unui termocuplu Termocuplurile funcționează pe baza efectului Seebeck, care convertește gradienții termici în diferențe de potențial electric. Ele constau din două fire din metale diferite unite între ele la un capăt, formând o joncțiune. Diferența dintre metale generează potențiale electrice variate pe un gradient de temperatură, rezultând o tensiune măsurabilă în circuit. Diferite tipuri de termocupluri folosesc diferite combinații de metale și sunt potrivite pentru anumite intervale de temperatură. De exemplu, termocuplurile de tip J folosesc fier și constantan și sunt ideale pentru măsurători între -210 °C și 1200 °C, în timp ce termocuplurile de tip T folosesc cupru și constantan pentru măsurători cuprinse între -270 °C și 400 °C. Diferența de temperatură dintre două joncțiuni - joncțiunea fierbinte în care se efectuează măsurarea și joncțiunea rece de la blocul conector al dispozitivului de măsurare - este denumită gradient termic.
Fundamentele măsurării termocuplurilor. Termocuplurile generează o tensiune în raport cu gradientul de temperatură dintre joncțiunile calde și reci. Pentru a determina temperatura absolută a joncțiunii calde, este necesar să se cunoască temperatura absolută a joncțiunii reci. Din punct de vedere istoric, băile de gheață au fost folosite pentru a stabili o referință cunoscută de joncțiune rece. Cu toate acestea, dispozitivele moderne de măsurare a termocuplurilor utilizează senzori pentru a măsura blocul terminal (joncțiune rece) unde termocuplurile se conectează la dispozitivul de măsurare.Identificarea surselor de erori pentru termocupluri Mai mulți factori contribuie la erorile de măsurare a termocuplului, inclusiv zgomotul, liniaritatea și eroarea de compensare, caracteristicile termocuplului în sine și măsurarea temperaturii de referință sau a joncțiunii rece. În dispozitivele moderne de măsurare de 24 de biți de înaltă precizie, sunt utilizate ADC-uri avansate și sunt implementate practici de proiectare pentru a minimiza zgomotul, liniaritatea și erorile de compensare. Deși este imposibil să se evite complet erorile de termocuplu, este fezabil să se minimizeze. Aceste erori provin în principal din imperfecțiunile inerente ale aliajelor utilizate, care pot varia ușor de la lot la lot. Anumite tipuri de termocuplu prezintă mai puține erori; Termocuplurile standard de tip K și J au un domeniu de eroare de până la ±2,2 °C, în timp ce termocuplurile de tip T au un domeniu de eroare de până la ±1 °C. Termocuplurile mai scumpe, cunoscute sub numele de SLE (Special Limits of Error), sunt fabricate folosind fire de calitate superioară și pot reduce aceste erori cu un factor de 2. Măsurarea precisă a joncțiunii rece: măsurarea joncțiunii rece, unde termocuplurile se conectează la dispozitivul de măsurare, reprezintă o provocare. În instrumentele mai scumpe, cum ar fi produsele DT MEASURpoint, o placă metalică izotermă este utilizată pentru a menține o joncțiune rece consistentă și măsurabilă cu precizie. Cu toate acestea, în dispozitivele cu costuri mai mici, încorporarea blocurilor metalice izoterme devine prohibitivă. Ca rezultat, măsurarea cu precizie a temperaturii la punctul exact de contact dintre termocuplu și conectorul de cupru devine o provocare. Această limitare face ca măsurarea temperaturii joncțiunii reci să fie susceptibilă la erori temporare cauzate de schimbarea rapidă a temperaturilor sau a condițiilor de putere din apropierea joncțiunii rece. Provocări de proiectare a MCC 134
Pentru a înțelege provocările de proiectare asociate cu MCC 134, să-l comparăm cu popularul E-TC al MCC, un dispozitiv de măsurare a termocuplurilor conectat prin ethernet de înaltă precizie. Temperatura joncțiunii rece a E-TC este măsurată folosind senzorul de temperatură IC Analog Devices ADT7310. Designul senzorului IC funcționează eficient în mediul controlat și consistent al MCC E-TC. Carcasa exterioară din plastic reglează fluxul de aer, iar componentele electronice și procesoarele funcționează sub o sarcină constantă. În consecință, senzorul IC măsoară cu precizie temperatura joncțiunii reci în acest mediu controlat. Cu toate acestea, în timpul proiectării inițiale a MCC 134, a fost folosit un senzor IC pentru a măsura temperatura joncțiunii reci. Cu toate acestea, a devenit evident în timpul procesului de validare a dispozitivului că acuratețea a fost insuficientă. Datorită incapacității de a poziționa senzorul IC suficient de aproape de blocul conector, gradienții mari și necontrolați de temperatură cauzați de Raspberry Pi și de mediul extern au dus la o repetabilitate slabă a măsurătorilor. MCC a abordat această problemă prin reproiectarea MCC 134 cu o schemă îmbunătățită, care oferă acuratețe și repetabilitate semnificativ îmbunătățite, menținând în același timp un cost scăzut. În loc să utilizeze un senzor IC și un singur bloc terminal, noul design încorporează două blocuri terminale și trei termistori. Acești termistori sunt plasați pe ambele părți și între blocurile terminale. Deși această reproiectare a introdus complexitate, termistorii urmăresc mai precis schimbările de temperatură în joncțiunea rece, chiar și în timpul variațiilor în sarcina procesorului și a temperaturii mediului. Acest design oferă rezultate excelente, care sunt mai puțin sensibile la mediul necontrolat al Raspberry Pi. Cu toate acestea, anumiți factori pot încă influența acuratețea, iar utilizatorii își pot îmbunătăți rezultatele măsurătorilor reducând la minimum schimbările bruște ale gradienților de temperatură în MCC 134. Cele mai bune practici pentru măsurări precise cu MCC 134 MCC 134 este proiectat pentru a obține rezultate în cadrul specificațiilor maxime de precizie a termocuplului atunci când este operat în condițiile de mediu documentate. Funcționarea în condiții cu temperaturi tranzitorii excesive sau fluctuații ale fluxului de aer poate afecta rezultatele. În cele mai multe cazuri, MCC 134 va îndeplini specificațiile tipice. Pentru a obține cele mai precise citiri ale termocuplului, MCC recomandă următoarele practici:
|
||
|
Exemplu de produse: |
||
Modul de cameră Raspberry Pi, Pi NoIR, CSI-2 cu rezoluție 3280 x 2464 pixeli
Raspberry Pi PoE+ HAT este o placă suplimentară pentru computerele Raspberry Pi
 Kit de ventilație pentru răcire 52Pi Ultimate pentru Raspberry Pi 4B/3B+/3B/2B/B+
 |
||
|
Termocuplurile oferă inginerilor un mijloc rentabil și versatil de măsurare a temperaturii. Cu toate acestea, măsurarea cu precizie a termocuplurilor ridică provocări. Prin design inovator și teste extinse, MCC a depășit dificultățile de a măsura cu precizie termocuplurile în mediul aparent necontrolat al Raspberry Pi. MCC 134 DAQ HAT permite utilizarea termocuplurilor standard cu această platformă de calcul rapidă și rentabilă./ |
||
|
Autor: Grămescu Bogdan |
|
|
RO
EN
