De nos jours, avec le développement rapide de la technologie d'automatisation, les gens l'utilisent dans diverses productions et vies, ce qui non seulement réduit les investissements en coûts de main-d'œuvre, mais améliore également considérablement l'efficacité de la production et apporte une grande commodité à la vie. Les méthodes de contrôle de base des systèmes de contrôle automatique incluent principalement le contrôle en boucle ouverte et le contrôle par rétroaction, mais quelle que soit la méthode de contrôle utilisée, l'entrée frontale est extrêmement importante. Dans les activités de production industrielle, la température est un facteur très important. Par exemple, dans les industries sidérurgiques, chimiques, pétrolières et autres, la température remplit souvent l'ensemble du processus de production. En termes de méthodes de mesure de la température, il existe deux méthodes : avec et sans contact. La principale différence réside principalement dans la précision, la plage de mesure, etc., mais la différence la plus importante est le coût. Lorsque l'équipement doit être utilisé en grande quantité, le coût doit être le plus gros problème. Par conséquent, il est particulièrement important de choisir une méthode de mesure raisonnable et peu coûteuse. 

ésistance thermique PT100 et thermocouple de type K

Les capteurs tels que la résistance thermique et les thermocouples sont l'un des capteurs les plus largement utilisés dans l'industrie. Les capteurs de résistance thermique courants incluent PT100PT1000, etc., et les thermocouples. Inclure T et J. , K, E et d'autres modèles.

Comparaison des paramètres: résistance thermique PT100 et thermocouple de type K

Les avantages et les inconvénients des deux peuvent être compris à partir de la figure ci-dessus. Les avantages de la résistance thermique PT100 sont une application simple et une grande précision, mais la plage de mesure de la température est limitée. Par rapport aux thermocouples de type K, le coût est plus élevé, donc le les exigences de précision des mesures ne sont pas élevées dans les scénarios à ultra-haute température. Lorsque la température est élevée, il est plus avantageux d'utiliser un thermocouple de type K, et les deux ont également des      principes de mesure différents.

Caractéristiques de résistance thermique PT100

La résistance thermique PT100 utilise la relation linéaire entre la température et la valeur de résistance de la résistance en platine. Lorsque la résistance est à 0 degré Celsius, sa résistance est exactement de 100 ohms. La valeur de résistance du conducteur augmente proportionnellement avec l'augmentation de la température. Il est courant d'avoir un système à deux fils, un système à trois fils, etc. Le thermocouple de type K est composé de deux matériaux métalliques : un alliage nickel-chrome et un alliage nickel-aluminium. Le principe de fonctionnement de base est basé sur l'effet thermoélectrique, c'est-à-dire lorsque deux conducteurs métalliques différents sont connectés pour former une boucle, si le deux extrémités de la boucle ont des températures différentes, une certaine différence de potentiel se produira. Cette différence de potentiel a une forte corrélation avec la relation entre le matériau du métal et sa température, la température peut donc être déterminée en mesurant la différence de potentiel. Lorsque les deux extrémités d'un thermocouple de type K sont placées dans des environnements à températures différentes, une minuscule tension provoquée par la différence de potentiel thermoélectrique est générée. En mesurant cette tension, la température peut être dérivée indirectement. Normalement, les thermocouples de type K nécessitent également un étalonnage et une compensation pour garantir la précision et la stabilité de leurs résultats de mesure. Il existe de nombreux choix de solutions de compensation, telles que l'utilisation de capteurs de température numériques universels, de résistances thermiques, etc. Différents types d'appareils présentent des avantages différents. et leurs inconvénients      et doivent être sélectionnés en fonction de l'application spécifique.

Caractéristiques des thermocouples de type K

Le processus d'utilisation du thermocouple de type K peut être résumé lorsque le dispositif de contrôleur ADC collecte la tension de sortie du capteur et utilise la valeur obtenue par calcul ou recherche dans un tableau pour obtenir la température du capteur. Par exemple, la méthode de calcul utilise des coefficients polynomiaux pour une approximation linéaire, mais les coefficients polynomiaux doivent être déterminés à l'avance et n'ont pas besoin d'être stockés, il s'agit donc d'une solution plus générale. L'inconvénient est que la résolution de polynômes multi-ordres prend beaucoup de temps. Plus l'ordre du polynôme est élevé, plus le temps de traitement est long. Ce type de calcul n'est généralement pas adapté à une utilisation avec des traitements embarqués ou des microcontrôleurs. Dans de nombreux cas, il est beaucoup plus efficace de déterminer la température par interpolation à l'aide d'une table de recherche.

Le thermocouple de type K est un dispositif de sortie de tension, la conception du circuit est donc relativement simple. Cependant, comme la tension de sortie est au niveau du millivolt, la précision du capteur est largement limitée par la résolution de l'ADC. Lorsque la résolution de l'ADC est trop faible, il ne sera pas précis. Pour collecter les informations du capteur, la tension doit être amplifiée. Une option courante consiste à utiliser un amplificateur opérationnel pour amplifier le signal d'entrée à un certain taux, puis à le transmettre à l'ADC d'un microcontrôleur ou autre dispositif de collecte et de traitement des données.
Ici, l'auteur utilise une puce ADC 16 bits domestique TM7705 comme dispositif ADC système pour se connecter au capteur thermocouple de type K. La puce dispose de deux canaux d'entrée entièrement différentiels de 16 bits et fournit une interface SPI externe à trois fils, qui peut être configuré avec un gain de 1 à 128 fois. , vous pouvez configurer une entrée unipolaire ou bipolaire et d'autres caractéristiques. La plage de mesure pour l'entrée unipolaire est de 0 mV ~ + VREF, et la plage de mesure pour l'entrée bipolaire est de ± 20 mV ~ ± VREF. est un bon choix dans le scénario actuel. Puce Le processus d'initialisation n'est pas décrit en détail ici. Il parle principalement des paramètres de polarité d'entrée et du grossissement du gain des canaux de configuration liés au capteur. Par exemple, lors de l'utilisation d'un capteur de type résistance thermique pour mesurer la résistance à l'aide d'un circuit diviseur de tension, l'entrée de la puce est entièrement déterminée par la division de tension de la résistance, c'est-à-dire toutes les valeurs positives. Dans ce cas, l'entrée unipolaire peut être utilisée normalement. Lorsque le capteur est un thermocouple, interrogez le tableau d'index du capteur. Lorsque la température de l'extrémité froide est de 0°C, la température du capteur est Lorsque la température est inférieure à zéro, une sortie de tension négative sera générée. À ce moment, le canal doit être réglé sur une entrée différentielle pour collecter la tension négative. Concernant le réglage du grossissement du gain, le choix d'un grossissement de gain approprié peut améliorer la stabilité de l'acquisition dans une certaine mesure. Vérifiez également le tableau d'index du capteur. Lorsque le capteur est dans un environnement à température la plus élevée (1370°C), la tension de sortie est de 54,8186 millivolts. À la température la plus basse (-270°C), la tension de sortie est de -6,44577 mV, donc lorsque la tension de référence de la puce est de 2,5 V, le gain maximum peut être réglé à 32 fois et l'entrée maximale est de 1,75 V. , qui répond à la plage de mesure de l'équipement de 20 mV ~ ± 2,5 V. Il existe également de nombreuses introductions connexes aux exigences de performances et d'autres détails spécifiques de la puce TM7705 sur Internet, je n'entrerai donc pas dans les détails ici.

Une fois la collecte des données du TM7705 terminée, la tension du capteur peut être calculée à l'aide de la formule suivante en mode bipolaire :

Dans la formule : VTC est la force électromotrice thermique du capteur de conversion, Code est les données lues dans le registre de données TM7705, VREF est la tension de référence de la puce, ici elle est de 2,5 V, Gain est le grossissement du gain, la voici 32 fois.

Supposons que les données actuelles du capteur soient 0xB1CF(H) et introduisons-les dans la formule :

L'insertion des données actuelles dans le calcul donne une température du capteur de 730,42°C. Toutefois, cette valeur n'est correcte que si la température de soudure froide est connue comme étant de 0°C.


Dans le calcul final, la base du jugement du résultat doit être basée sur la force thermoélectromotrice avec la borne de référence à 0 ℃. Par conséquent, la force thermoélectromotrice avec une borne de référence qui n'est pas 0 ℃ doit être corrigée à la force thermoélectromotrice avec une température terminale de référence de 0 ℃, puis introduit dans la formule de calcul. , le résultat de calcul correct est obtenu, ce qu'on appelle la compensation de soudure froide. La formule de rémunération est la suivante :

Dans la formule : EAB (t, 0) est la force électromotrice compensée du thermocouple ; EAB (t, t0) est le potentiel thermoélectrique du capteur obtenu par mesure ; EAB (t0, 0) est le potentiel thermoélectrique lorsque la température de la partie froide t0 est relative. à 0°C.
Supposons maintenant que la température mesurée à la soudure froide soit de 25°C, ce qui équivaut à une tension thermoélectrique de 1 000 mV selon un thermocouple mètre de type K. Pour obtenir une mesure précise de la température de la tension du thermocouple, ajoutez la tension du thermocouple à la tension de soudure froide équivalente.

En utilisant la méthode de calcul ou la méthode de recherche dans un tableau pour calculer la valeur compensée EAB(t,0), vous pouvez obtenir la température du capteur à 754,50°C. La simple addition entre la température équivalente du thermocouple et la température de l'extrémité froide obtiendra 755,42°C. . Étant donné que le thermocouple est non linéaire sur la plage de température de fonctionnement, une erreur de 0,92°C en résulte ici. La seule façon de compenser la non-linéarité de la courbe du thermocouple est de convertir la température de soudure froide en une tension équivalente, d'ajouter la tension mesurée par le thermocouple à la tension équivalente de soudure froide, puis de reconvertir le résultat en température.