Восьмиканальный термометр на Pt100

[Vladimir888 2]

Тема для тех, кому по тем или иным причинам перестало хватать DS18B20 и их подобий и кто немного может в программирование, но чуть чуть опасается аналоговых схем. Собственно, что касается принципов, то никаких открытий здесь нет, сплошные велосипеды. Неожиданным же, по крайней мере для меня, оказалось то, что эта штука заработала, причем весьма неплохо и это, учитывая происхождение применяемых изделий и материалов, прямо удивительно. 

Хочу предложить вниманию уважаемых форумчан макет восьмиканального градусника на платиновых термометрах сопротивления с разрешением почти в сотку и весьма неплохой (субъективно) точностью из деталей с помойки купленных на али за копейки. 

1. Начну с датчиков. 

Были приобретены вот такие, самого низкого грейда, стоомные.

Хочу предостеречь. Поиск по слову Pt100 может привести вас к изделиям подобного вида 

Не верьте лазерной гравировке, внутри  гильзы скорее всего окажется термистор. Такое приобретать не стоит.

 

Датчик распаянный на четыре провода МГТФ сечением 0,05 мм²  и двумя термоусадками комфортно размещается в нержотрубке 4мм в диаметре стенка 1 мм. Чтобы получилась гильза, кончик трубки можно заварить в аргоне или твердым припоем пропановой горелкой. Или вообще обойтись без гильзы, например, если размещать под теплоизоляцией.  В паровой зоне, у меня работал  в трубке с незапаянным концом, замазанный силиконом.

2. Подключение. Для ценителей, у наших китайских партнеров, есть вот такой кабель Кажется, диаметр четырехжильного шнурка три миллиметра, но я не проверял. Обошелся простым МГТФ без экрана. Сечение, как уже писал, 0.05. Провода слегка скручивал без особого фанатизма и затягивал в термоусадку. Правда, может оказаться и так, что вблизи тиристорного регулятора мощности на много киловатт, экран не будет лишним. У меня столько помех не было. Да, четыре жилы - потому что черехпроводное подключение. На каждый датчик четыре провода. Это исключает влияние сопротивления проводов на точность измерений. Но не исключает влияния качества изоляции. Это надо иметь в виду. 

 

 

 

[katas 0]

А чем термисторы то плохи (не считая того что они 5-10 процентные)?

Даташит платиного кетайского увидеть бы...

[Vladimir888 2]

Термисторы плохи своей нелинейностью, большей нестабильностью и рабочий диапазон у них маленький. Они как правило больше размерами, то есть обладают большей тепловой инерцией. По идее они должны быть дешевле.  В данном же конкретном случае и это не так..Остается одно преимущество - с ними легче работать, у них сильнее зависимость сопротивления от температуры. Если говорить о терморезисторе, что  обнаружился в гильзе с надписью Pt100 то тут я пас, может это и не терморезистор вовсе, а просто плохой резистор) . Даташит не покажу, потому как таковым не обладаю. Допуски по грейдам есть у продавана, коэффициент 0.00385. Качество датчика легко проверить. Но для этого нужно сделать из него градусник. Потому продолжу.

[Vladimir888 2]

3. Преобразователь AD7705, точнее ее китайская копия TM7705 в виде готового модуля. 

 

Вот тут схема и картинки 

https://www.sunrom.com/m/4844

Удивительно, но за эти деньги она даже работает.

4. В роли мастера Mega8, распаянная на готовой плате, кажется от какой то ардуины - я в них не разбираюсь. понятное дело тоже китайская.

5. Резистор образцовый С2-29В-0,25Вт 3,48K 0,1%. Здесь, чем стабильнее тем лучше. 

6. К561КП2 она же CD4051A в количестве трех штук

7.  Плата макетная 6 на 8 двусторонняя

8. ЖКИ  с PCF8574, просто такой был.

Еще всякая мелочь - разъемы провода и прочее. Вот такой BOM. 

Так как монтаж планировался навесной схемы я не рисовал, да и там просто все,  попытаюсь так, описательно.

 

 

[Vladimir888 2]

Вот тут принцип измерения. Термометры включены последовательно с образцовым резистором (он на схемке подписан как 6,25 килоом) через коммутатор КП2 (обозначен словом MUX). Напряжение на образцовом резисторе идет на входы REF IN(+) и REF IN(-).  Входы AIN1(+) и AIN2(-) через свои коммутаторы (обозначены словом MUX) подключаются к термометрам. Коммутаторы работают синхронно, их адресные входы запараллеленны. Поскольку у нас четырехпроводка нам плевать на сопротивления проводов и коммутаторов. И на стабильность тока в измерительной цепи тоже плевать. А искомое сопротивление термометра будет равно значению образцового сопротивления деленного на 65535 и умноженное на значение АЦП. Ну, а потом сопротивление пересчитывается в температуру. С резистором 3480 и значением PGA 16 максимальная температура будет около 312 градусов. При этом вес одного разряда АЦП будет примерно одну сотую градуса.

@katasТип датчиков

[katas 0]

PT100 M222 2B  это 2B класс точности. Сопротивление при 0С +/- 0.25% и Terr(T) = +/-(0.6 + 0.01T). Т.е. при 80С ошибка будет +/-1.4 градуса. Все равно калибровать надо, если хочется высокую точность измерений получить. ...Или другого класса точности искать (А, 1/3B).

[Vladimir888 2]

Этап поиска лишний. Можно сразу переходить к оплате - магазины полны. Я тут больше про доступную схемотехнику. От датчиков же можно было ожидать, что при цене в десять раз меньше, чем в том же Платане, они и мерять будут в десять раз хуже, однако работают они прям неплохо. Лучше чем я мог предполагать.

 Собственно датчики. Распаял пока четыре. Три в гильзах.

 Они же в пакете и синтепоне. 2B, возможно отбраковка. Как там, -/+(0,6+24*0,01)?

[katas 0]

7 часов назад, Vladimir888 сказал:

работают они прям неплохо

Зачёт. А как от измерения к измерению данные физдрипят меняются ?

[Vladimir888 2]

Надо кино. Чуть попозже сделаю.

[Vladimir888 2]

Продолжу по конструкции. Самая трудоемкая часть это платка коммутатора. 

 

Распаяны только четыре входа, нужно добавить еще 12 проводов. Красный резистор - образцовый. Их установлено два, но используется только один. Конденсатор по питанию. Полосатый резистор подпирает ноль датчиков, так как буфер на АЦП включен. 

АЦП, видно плохо, но, главное видно переделки.

R4, R7, R5, R9, R11 удаляем, R2 меняем на нулевой. Ставим перемычку между выводами 6 и 9, 11 и 10. В итоге измерительный резистор подключается между AIN2+ и AIN2-, с AIN2- измерительный ток идет на 3 ножку первого коммутатора и раздается по датчикам. Напряжение с них через два других коммутатора(тоже 3-и ножки, не удивляйтесь) идет на AIN1+ и AIN1-. Как уже говорил, адресные линии коммутаторов параллельны.

Есть один нюанс. Сначала я подключал процессор к платке коммутационной шлейфом, сантиметров десять длиной плюс разъемы, связь была не очень. АЦПешка путалась в словах и ее приходилось инициализировать чуть ли не каждую минуту. Я не стал с этим бороться , просто изменил компоновку и вот, в текущем виде все работает сутками и не падает.

Есть небольшой недостаток - сотые не одинаковые. То есть, при плавном изменении температуры скорость их смены неравномерна. Это больше эстетический момент. Можно, наверное, это дело улучшить, если сузить диапазон, усиление выбрать 32, поменять резистор. Но меня и так устраивает.

Датчики, будь они даже как у меня 2B или C, легко калибруются, потому как по природе своей линейные. Главное, что в одном пакете они почти идентичны, чтоб не возится с каждым, хотя может быть мне повезло. Если они А или АА, то вообще никаких лишних движений - точности за глаза.

В итоге паяльной работы здесь, мне кажется,  не спеша часа на три, если подготовиться. Затраты минимальные. В общем, рекомендую, годно выходит.

 

Изменено 28 апреля 2023 пользователем Vladimir888

[qwest_ans 26]

Разница в показаниях (24,42) обусловлена скорее всего длинной гильзой, её теплопроводностью. Она торчит из "камеры". ИМХО.

"Паяльная работа" такого вида меня приводит в ужас, Может быть не надо 8 каналов, хватит четырех, и печаточку можно будет изобразить, и "народ потянется".

Схемку бы полную, да и как это состыковать с СТХ или ССВК.

Моё ИМХО - проще сделать на канал по АЦП , за такие-то деньги, это заметно упростит схему.

 

 

[SedoY 26]

ковыряю вдумчиво градусник на основе терморезисторов 1% 10к , и stm32 - в ней встроенный 12 битный ацп, так как измерение температуры процесс неспешный, вполне нормально 5 засечек в секунду. можно использовать передискретизацию.
в общем 2 знака после запятой вполне внятные получаются , разброс по экземплярам в плюсминус градус за то стабильный, решается табличным преобразованием.

вся хитрость в резисторе подпора в 4.7к а не 10к как в инете советуют. тогда в нужном нам диапазоне от 60 до 110 градусов получается наивысшая доступная для решения точность в этой ценовой категории.

[qwest_ans 26]

Т.е. стм вместо меги8 - аля стх на стм ?

Но ведь платина против нтс вариант так себе, - с халявным АЦП платина всегда в выигрыше.

[SedoY 26]

атмери и пики я еще в двухтысячных годах признал для себя неинтересными, а стм32 сравнительно недавно как то "зашла" в мозг после моторол нс08

да и ценники на стм в сравнении - приятные, 
и по ногам там для градусника все хорошо - внешние мультиплексоры ставить не надо.
правда на столе пока все, не испытывал ещё в полевых условиях, сварочником рядом по искрить, в радиацию запихать...

4 канала измерения температуры попросил товарищ сделать, вот в рамках просьбы и действую

[qwest_ans 26]

Я не прогер НИХЕРА, поэтому тонкости процов для меня темный лес.

Я вообще-то говорил про линейность датчика, с всеми вытекающими.

[SedoY 26]

@qwest_ans аа, а я тоже не понял .
поясняю - нелинейность датчика легко компенсируется табличным преобразованием, графики нелинейности обычно в даташитах к датчикам приводятся и что удивительно - даже почти без ошибки - соответствуют  , вычислительные мощности только нужны и память (но не столь великие) 
даже ардуинщикам , в рамках одной задачи это можно делать без сильных напрягов

[Vladimir888 2]

Пост был не про то, как нахаляву приобрести кривой термометр, это, как бы, банальность. А как за небольшие деньги получить относительно неплохой, причем именно термометр, а не индикатор температуры.
Провода, потому что макет. Это дешево, быстро и удобно для переделки. Страдает надежность, но можно потом залить чем нибудь лакообразным. Ну и двух слоях там не развестись, по моему.
Коммутаторы вроде сильно дешевле ацепехи. Они вокрух нее, как пешки вокруг ферзя, красиво же. А еще у них есть защитные диоды. Двухканальный вариант вполне без коммутаторов, но с защитой. Если больше, то не надо забывать, что каждой ацепе свой источник тока.
Схема конкретная под задачи. У меня блочёк опрашивает датчики - восемь термометров и одно давление и пишет строчку. Запас ножек позволяет повесить на него еще каких клапанов и шимов, если добавить читалку и слать чегонить в ответ. А думать ему задачи не было. Чтобы он приносил пользу, пока не готова думающая часть, я к нему приладил синий экранчик.
Но пост все же про температурную часть, поэтому хочу добавить, что в паровой зоне голые датчики, ну как голые - в гильзе с открытым концом, прям так шустро меряют, загляденье. Ножки у них никелевые, сами - керамика и стекло. Весьма толерантные к агрессивной атмосфере. Не знаю, чем загерметизировать саму гильзу. Силикон на нравится. Может, что нибудь типа стоматологического цемента? Если знаете - поделитесь.

[qwest_ans 26]

Вырезал из фторопласта с натягом, вход гильзы слегка развальцовывал чтоб затолкать с натягом, при нагреве фтороплст расширяется, еще больше уплотняя, несколько лет проблем нету.

[SedoY 26]

06.12.2023 в 02:05, Vladimir888 сказал:

Коммутаторы

вот это меня сильно смутило, аналог ведь, а коммутаторы свои погрешности вносят ( проверять конечно нужно. я не проверял, у меня догадка - просто каналы местами поменять и посмотреть что из этого выйдет, хотя-бы такйю проверку провести , для очистки совести и избавления о догадок)

[qwest_ans 26]

А вот такой штукой нельзя заменить твой коммутатор?

16-канальный аналоговый цифровой мультиплексор CD74HC4067, модуль коммутационной платы

 

К стати нашел готовый 8-канальный модуль датчика температуры RS485 PT100 RTD, 8-30,  около 2000 руб.

Изменено 8 декабря 2023 пользователем qwest_ans

[Vladimir888 2]

Уважаемые, вы хоть схему посмотрите. Нужно коммутировать ТРИ линии. Каждый канал это три линии. Общий не коммутируется, он для всех общий. Поэтому если использовать 4067 в количестве трех, то получится уже 16 ти канальный градусник.Термосопротивление включено по четырехпроводной схеме, из за этого влияние сопротивления проводов и коммутатора до звезды примерно, если не забыть включить буферный усилитель. Важно минимизировать токи утечки смыть флюс и чтобы мультиплексор хорошо непроводил, когда выключен. 

 

 

[qwest_ans 26]

Прости, я абсолютно аналоговый.

Поэтому потрачу 2000 р

[SedoY 26]

Только что, qwest_ans сказал:

потрачу 2000 р

я как то заимел в одно время несколько ТРМ01 и провел эксперимент:

сброшенные на заводские установки датчики подключал к одному и тому же измерителю температуры Cu50 по моему, и какой то платиновый и измерял одну и ту же температуру ( по контрольному термометру)

и был сильно удивлен - до полутора градусов разниц увидел

[qwest_ans 26]

А эта ошибка не была "методической"?

[SedoY 26]

@qwest_ans неа, по разному приборы мерили один и тот же термопреобразователь (по очереди естественно, но измеряемый кусок алюминия был термостабилизирован на +60градусов)

приборы ещё и разных годов выпуска