Вариант установки термосопротивления Pt100 на термоблок

SergeyR7
Идет загрузка
Загрузка
10.03.2020
3232
44
печатает на Flyingbear P905
Техничка

Подпишитесь на автора

Подпишитесь на автора, если вам нравятся его публикации. Тогда вы будете получать уведомления о его новых постах.

Отписаться от уведомлений вы всегда сможете в профиле автора.

11

Термосопротивление RTD Pt100 бывает в разных корпусах, но для установки на 3D принтер подходит несколько компактных вариантов. Основной и похоже, самый популярный - это цилиндр длиной 20 мм и диаметром 3 мм. Под этот вариант делаются стандартные термоблоки с отверстием под датчик температуры диаметром 3 мм. Предлагаю ещё один вариант установки термосопротивления. 


Моя история…

Решил я как-то поставить датчик Pt100 вместо NTC3950, немного поиска и понял, что по конструктиву они не совместимы. Про электронику под Pt100 уже знал, что напрямую к АЦП микроконтроллера не подключить, но для этого тоже есть решение и об этом напишу в другой статье. (Есть два основных варианта - с аналоговым усилителем или с АЦП MAX31865. Третий вариант - применить АЦП HX711, о чём и напишу позже)

Нашёл совместимый конструктив - в виде цилиндра 20 мм х 3 мм. Под этот вариант есть стандартные термоблоки - что и было приобретено. Датчики Pt100 в таком корпусе оказались несколько дороже, чем ожидалось и с их покупкой решил подождать. Нашёл относительно дешёвые датчики в корпусе 40 мм х 4 мм - думал рассверлить отверстие в термоблоке до 4 мм и можно пробовать. Заказал датчики с маркировкой “WZP-Pt100”. Пока искал датчики в цилиндрическом корпусе, попадались датчики на керамической подложке размером примерно 3 мм х 2 мм, но у них не было проводов, только короткие выводы. Короче, их тоже заказал, т.к. цена у них примерно одинаковая по сравнению с WZP-Pt100. 

Первый “блин” подгорел 

Получил датчики в корпусе 40 мм х 4 мм. Подключил их и стал проверять как они работают. Выяснилось, что разброс в показаниях температуры у 4-х датчиков примерно 1,5 градуса при примерно одинаковых условиях - до класса допуска “B” не дотягивают, если я правильно это понимаю. Допуск для класса “B” вычисляется по формуле: ±(0,3+0,005 |t|), где |t| - абсолютное значение температуры в градусах по Цельсию. При температуре воздуха 25 °С допуск ±0,425 °С.

Потом стал проверять на скорость реакции датчика при изменении температуры, и доигрался. Грел обычной зажигалкой, а в программе не сделал проверку, когда значения с АЦП находятся около верхней границы и дальнейшее повышение температуры уже не отслеживается. Расчётный диапазон измерений был ограничен примерно +450 °С и когда рост температуры прекратился, я подумал, что это максимальная температура пламени газовой зажигалки… Потом я ещё подумал, когда корпус датчика уже потемнел и тут я вспомнил про ограничение по температуре в схеме АЦП, но датчик уже подгорел. В этот день я заказал ещё два таких же датчика Pt100, но пришли они уже немного в другом корпусе:

 

Новые датчики пришли в какой-то точёной втулке и провода выходят из керамической трубки.

Сгоревший датчик был разобран:

Теперь понятно, почему у него время реакции достаточно большое - внутри “датчика” сам датчик, который ещё в трубке и ещё в чём-то, что уже сгорело...

Если кто видел, где такие датчики можно купить, которые внутри корпуса устанавливаются - поделитесь ссылкой, в китайском магазине я их не нашёл. 

Вскоре пришли мелкие датчики Pt100 на керамической подложке. 

Выбор мелкого Pt100

Как установить большой датчик в термоблок, было уже понятно, но как поставить такой маленький и не обломав ему ножки - вот в чём вопрос!

Когда их заказывал, по картинке их размер мне был понятен - примерно 3 на 2 мм. Когда я их увидел в пакетике, они казались совсем мелкими и тут уже пришлось подумать, как их использовать. Продавец писал в описании, что эти датчики с классом допуска “A” - это уже интересно попробовать в термоблоке. Была только одна проблема - как подключить к маленьким ножкам проводки и при этом их не сломать. На самом деле, была ещё одна проблема - я не знал как его крепить к термоблоку, т.к. его нужно прижать плоскостью основания к корпусу термоблока.

Время реакции датчика на керамической подложке заявлено 0,25 секунды! Для сравнения с датчиками в цилиндре - при касании пальцем корпуса датчика в цилиндрическом корпусе, температура менялась с заметной задержкой, а при касании корпуса датчика на керамической подложке - изменения происходили практически сразу. В итоге, было принято решение, попробовать прикрутить мелкие датчики к термоблоку. Осталось выбрать способ подключения проводов к выводам. 

Учитывая, что рабочая температура термоблока 250 °С, а может и 350 °С, то пайка оловянным припоем не подходит, т.к. ножки короткие и место пайки будет находится рядом с термоблоком. В таком случае, подходит три варианта соединения провода с мелким датчиком: 

  1. Сварка - это относительно несложно, если взять графитовые стержни от круглых батареек, но этот вариант я не стал пробовать
  2. Обжим гильзой - не очень надёжный вариант - даже о нём и не думал
  3. Пайка, только не обычным припоем (для кого-то и наоборот), а высокотемпературным - этот вариант я и проверил.

Пайка выводов

Для пайки высокотемпературным припоем понадобится сам припой (медь с фосфором), который продаётся в виде прутков. Ещё может понадобится флюс паяльный для среднеплавких припоев (так на коробочке написано), например ПВ-209. Но если паять медные проводки медным припоем, то флюс вроде не нужен, но по факту, с ним пайка была лучше и легче.

Процесс пайки относительно простой: 

  1. Подготовка проводов - взял их от сгоревшего датчика и МГТФ для сравнения, зачистил концы проводов на 2-3 мм
  2. Подготовка датчика для пайки - важно ограничить передачу тепла от вывода к корпусу датчика. Взял разводной ключ 4” (102 мм) и вывод датчика зажал углом губок так, чтобы датчик оказался с одной стороны губок, а вывод торчал с другой стороны
  3. Газовой горелкой нагреваем край прутка (припой) и “макаем” его в флюс - достаточно, чтобы прилипло несколько крупинок флюса
  4. Нагреваем край припоя до жидкого состояния и в образовавшуюся каплю макаем провод. Желательно, чтобы на кончике провода остался шарик припоя
  5. Нагреваем шарик припоя на проводе, макаем его в флюс
  6. Теперь, нагревая шарик припоя на проводе, подносим его к выводу датчика и пару секунд прогреваем место пайки. Как только припой растёкся по выводу датчика - убираем горелку.

Результат пайки выглядит так: 

Интересно было поведение изоляции на проводах. Изоляция на проводах, которые были на сгоревшем датчике, плавилась и капала. Изоляция на проводе МГТФ не капала, а просто оплавлялась - на фото это видно.

Установка в стандартный термоблок с отверстием под резьбу М3

Можно было просто прижать его шайбой и винтом, но думаю, что это неправильно, т.к. датчик хрупкий и при нагревании термоблока может ослабнуть прижим. Нужно было что-то пружинящее и я стал искать пружинящие контакты, скобки и т.п. Потом пришёл к выводу, что если найти пружинку и одеть её на винт - это оптимальное решение. Начал искать пружинки в китайском магазине и не мог выбрать какую надо, но решение нашлось само - сломалась авторучка и из неё вылетела пружинка, которая на пишущий стержень одевается. Для установки датчика на термоблок нужен ещё винт М3 и широкая шайба: 

Теперь осталось вкрутить винт с пружинкой и шайбой и, отжимая шайбу, подложить под неё датчик. Датчик надо защитить от замыкания выводов, например, одеть тонкую тефлоновую трубку или защитить каптоновым скотчем. 

Датчик нужно поставить так, чтобы выводы при изгибе не упирались в шайбу: 

Выводы

После пайки датчиков и измерения их сопротивления в примерно одинаковых условиях получились такие результаты: 109.6 Ом (24.65 °С), 110.0 Ом (25.68 °С) и 109.8 (25.17 °С) Ом. Можно предположить, что это уже попадает в класс допуска “B”.

Кроме крепления самого датчика, необходимо зафиксировать провода, чтобы они не двигались относительно корпуса датчика.

Пока эти датчики не использовал в работе, поэтому других выводов не будет…

Подпишитесь на автора

Подпишитесь на автора, если вам нравятся его публикации. Тогда вы будете получать уведомления о его новых постах.

Отписаться от уведомлений вы всегда сможете в профиле автора.

11
Комментарии к статье

Комментарии

10.03.2020 в 13:03
1

эх, жаль нет результатов. температурный график, стабильность, схема подключения.

Я тоже осенью обмозговывал эту тему, даже такой датчик купил. Когда увидел размер этой блохи, решил не заморачиваться, отложить до лучших времён :-)

Но он то лежит, и каждый раз на глаза попадается, напоминая о себе.

Идею с креплением взял, жду с нетерпением результаты.

10.03.2020 в 13:18
0

Схема подключения уже есть на HX711, но поддержку в стандартные прошивки не вставлял. Для себя буду делать плату интерфейсную, которая будет имитировать работу стандартного датчика для 3D принтера - NTC3950, либо другого.

10.03.2020 в 14:07
0

Мне пока некуда подключить два датчика одновременно NTC3950 и Pt100 - на штатном термоблоке нет отверстия с резьбой М3, а на новых отверстие под датчик температуры 3 мм.

Хочу проверить нагрев при одновременном подключении двух датчиков температуры. По штатному будет регулировка температуры, а Pt100 - для контроля температуры. Потом наложить два графика.

10.03.2020 в 14:47
0

Этот колхоз коротнет оголенным проводом на кубик нагрева и превед плате управления.

Будет показывать любую постоянную погоду на марсе. (пробьет порт на микроконтроллере)

10.03.2020 в 15:00
0

На фото сборка без изоляции проводов и в тексте я написал, что нужно изолировать провода.

10.03.2020 в 16:52
1

Если кто видел, где такие датчики можно купить, которые внутри корпуса устанавливаются - поделитесь ссылкой, в китайском магазине я их не нашёл.

Такие?

https://aliexpress.ru/item/32849862578.html

10.03.2020 в 17:37
0

Не, такие я видел. Интересуют Pt100, которые внутри колбы:


10.03.2020 в 17:49
0

Есть два основных варианта - с аналоговым усилителем или с АЦП MAX31865. Третий вариант - применить АЦП HX711

10.03.2020 в 18:08
0

Вариант с HX711 должен получиться дешевле, чем с MAX31865. И управление будет по двум проводам. Как будет по надёжности сложно сказать, надо тестировать.

10.03.2020 в 23:10
2

По поводу  А и Б

Для А макс 300гр. По мне Б предпочтительней в плане надежности.  Большее отклонение у Б, для наших потребностей, задач совсем ни как не скажется на печати.

Да и по поводу использования 711, не настолько и дороже максимка, чтоб заморачиваться с реализацией поддержки в прошивке. Максимка уже поддержан в основных прошивках.

11.03.2020 в 00:55
0

Класс А в диапазоне до +300, но датчик работает до +500. от 300 до 500 класс допуска B.

По поводу 711 - у меня они есть и в прошивку делать их пока не буду. Хочу просто попробовать их как они себя покажут в таком применении.

11.03.2020 в 00:15
1

После проб NTC пришел к выводу что они годны только для PLA в крайнем случае PETG т.к. свыше 250 гр. у них очень крутая характеристика выходит - 1 значение АЦП больше 0,5 гр. при 260 гр в т.ч. картриджные которые 350 гр

купил PT100 https://aliexpress.ru/item/32657593569.html класс С зато 2 шт. по цене одного и размер для установки термоблок без заморочек.

Класс С по сравнению с показаниями NTC "где-то там" вполне порадовала

усилитель использовал китайский клон E3D PT100 Amplifier

подключение на свободный аналоговый пин, в моем случае спокойно завелся на 32 бит от 3.3V (E3d пишут что нужно 5, а вот даташит на усилитель разрешает и 3.3)

Скорость установления показаний лучше чем картриджи NTC но сильно слабее капельки - секунд 10-15 соответственно, так что по вашей схеме несмотря на сложности крепления лучшее быстродействие оч. радует нужно попробовать.

PS не реклама

сейчас есть немного дороже класс B  - https://aliexpress.ru/item/32733584846.html

11.03.2020 в 01:30
2

 свыше 250 гр. у них очень крутая характеристика выходит - 1 значение АЦП больше 0,5 гр. при 260 гр в т.ч. картриджные которые 350 г

Для решения этой проблемы, необходимо резистор 4,7к(в верхнем плече) заменять на 1к. Тогда  дело обстоит получше. У себя так на всех платах сделал.( При этом страдает точность на отрезке ниже 100гр. Но этот диапазон температуры важен для стола, на канале стола резистор менять не нужно.

11.03.2020 в 10:04
1

Я тоже заменил на 1к. Хотя, разницы не обнаружил. Не знаю где её искать.

Ну подозреваю реальная температура на кубике +- пару градусов изменилась.

Но у меня есть опасения: Согласно паспорту на термистор, через него не должен течь ток больше... не помню скольких мА. С подтяжкой 1к этот ток оказывается превышен почти в 2 раза, в горячем состоянии.

Ну и повышенный самонагрев датчика - тоже наверное прибавит пару градусов к показаниям.

11.03.2020 в 11:44
0

Не знаю где её искать.

Если включить в прошивке выдачу сырого кода температуры с АЦП, то по коду увидите. Да и в прошивке в случае 1к, необходимо указать соответственный тип термистора с пометкой 1Ком. Я  Построил таблицу со своей партии термисторов. И ее использую. В случае с 1к, диапозон несколько растягивается при приближении к максимальным температурам. 

11.03.2020 в 04:29
0

Коллеги, не совсем в тему, подскажите, какие преимущества PT100 по сравнению с термопарой (с АЦП) вроде такой:

https://aliexpress.ru/i/4000192204171.html

11.03.2020 в 08:03
0

Применение примерно одинаковое. У термосопротивлений, например Pt100, линейная характеристика, а у термопар - не линейная.

Ещё у термопар имеет значение полярность подключения, у термосопротивлений - не имеет значения.

11.03.2020 в 11:47
1

Термопара чувствительнее к помехам. По правильному должна подключаться термопарным проводом а не медным

нужен более дорогой усилитель желательно с компенсацией температуры холодного спая и еще лучше с линеаризацией НСХ

 неизолированная тп даст хорошее быстродействие но нужно изолировать от блока нагрева для защиты электроники. Заводские картриджи видимо все приторможенные с точки потребностей принтеров. 

11.03.2020 в 16:30
0

Я специально дал ссылку на набор термопара + АЦП, где решены вопросы подключения, компенсации холодного спая. Показания АЦП- уже температура, а не условные единицы. Изолировать нужно, но это не сложно.

Вроде получается, что варианты PT100 + усилитель (или АЦП)  и термопара + АЦП примерно равноценны.

11.03.2020 в 18:59
0

примерно равноценны

Это из китайских клонов микросхем они равноценны. Если взять цены на оригинальные микросхемы, то цена будет отличаться. Особенно, если сравнивать с оригинальной HX711 - она же и есть оригинальная...

11.03.2020 в 19:49
0

Почти да. но вот занимать линию SPI для одного датчика мне показалось дюже жирно,

поэтому по мне удобнее с термопарой такой усилитель https://aliexpress.ru/item/32808930620.html

12.03.2020 в 04:24
1

  Насчет линий SPI согласен, но вариант термопара+АЦП нравится тем, что можно обойтись без калибровки.

  P.S. За ссылку спасибо, не знал про такую микросхему. 

12.03.2020 в 07:59
0

но вот занимать линию SPI для одного датчика мне показалось дюже жирно

Для HX711 нужно только два провода. На каждый дополнительный датчик +1 провод.

11.03.2020 в 11:47

Комментарий удалён

11.03.2020 в 17:41
0

Если греть до 400 то вопрос изоляции выводов встаёт остро. Из чего её делать?

Если греть pt100 который в колбе, то при 400 вся эта замазка внутри колбы делается жидкой и выводы которые внутри колбы начинают коротить с высокой вероятностью.
Интересно, что внутри колбы где керамическая пробка? Не попадались такие. 

11.03.2020 в 18:52
0

Каптоновый скотч работает при таких температурах. Из него и делать изоляцию. Провода, которые в колбах, работают до 200 градусов - это в описании на датчики видел.

Колба с керамической пробкой, не разбирал, но видел описание таких датчиков - там в этой пробке керамической, спираль из платины.

Разобрать его сложно будет не поломав, т.к. там керамика пролита чем-то и приклеена к колбе.

12.03.2020 в 01:03

Комментарий удалён

Комментарий удалён

12.03.2020 в 22:15

Комментарий удалён

13.03.2020 в 18:39
0

А как на счет реализации двух ПТ100 на двуголовый экструдер?

Я в свое время весь ресурс запытал, но так и не победил. Марлин поддерживает только один MAX...

13.03.2020 в 22:29
1

В Марлин я точно не полезу что-то менять. Если делать через интерфейсную плату, которая преобразует температуру на входе (любые датчики PT100, NTC3950 и т.п.) в соответствующее напряжение на выходе для обычного датчика, который на марлине выбран в прошивке, например, NTC3950 100k. В этом случае подключение нескольких датчиков PT100 на входе будут имитировать несколько NTC3950 для стандартной прошивки, например, марлин на любой стандартной плате управления.

13.03.2020 в 23:03
0

Наверное оптимальное решение. Просто и удобно. Никакого камлания с МАХами и пр. Типа плуг-н-плей.

А вот

любые датчики PT100, NTC3950

А как плата справится? Я насколько усвоил из возни с попыткой вонзить ПТ на два экструдера, что ПТшка и NTC работают в разные стороны.. На одном сопротивление повышается, на др. понижается.


В последующем как я понял, собираетесь все это запилить на HX711? Я был бы очччень благодарен вам за сей действенный опыт. Прямо уже облизнулся, представив как я распечатаю и отолью двуголовую водянку под PEEK и тудыть интегрирую ПТ-шки...  Эххх...


PS А можете поподробнее озвучить, что за припой медный? Я так понял что это просто фосфористая медь в прутке?

13.03.2020 в 23:49
1

А как плата справится? 

Один из вариантов, это один микроконтроллер, у которого несколько аналоговых входов для подключения "простых" датчиков типа NTC 3950 или любые аналогичные и несколько внешних АЦП HX711 для PT100. На выходе - несколько аналоговых выходов, которые программируются для имитации нужных характеристик датчиков.

что за припой медный?

Я покупал пруток Harris-0 - это 7,1 % фосфора, остальное - медь. 0 - 0 % серебра... А так их много аналогичных, просто этот в ближайшем магазине нашёл.

14.03.2020 в 02:23
1

Про припой почитал. Спасибо, навело на правильные мысли. А то фосфористую медь только "шоколадкой" купить можно, а мне столько много. Не так много лью. Получается харрис аналог ПМФ7. Понятненько.

14.03.2020 в 00:03
1

PEEK и тудыть интегрирую ПТ-шки

Тут конвертер в NTC3950 не подойдёт, т.к. там характеристика уже пологая на 350 градусов...

Либо линейную характеристику выводить на всём диапазоне, либо на участке рабочего диапазона. Только это уже сделает любой цифровой преобразователь температуры для PT100. Либо ещё вариант - поставить отдельный терморегулятор с датчиком PT100, выставив нужную температуру. А печать запускать, когда сопло прогреется, в ручную.

14.03.2020 в 02:27
0

Жаль, что с конвертером не прокатит... Буду дальше искать/камлать.

С выносным терморегулятором нехоцуу... Слишком... Анахроничное решение, хоть и рабочее. У меня даже есть пара собранных Rex C-100. Которые всеядные- хоть к-тип, хоть ПТ100/1000 прожуют. Но нет, хочу что бы управление процессами происходило через мать. ))

14.03.2020 в 11:44
1

Но нет, хочу что бы управление процессами происходило через мать

Если очень хочется, то нужно в прошивку добавить свою таблицу преобразования температуры и тогда можно сделать конвертер Pt100 -> своя характеристика. Прикинул диапазоны температур, получается до 175 °C можно грубо, т.к. для хотенда это не интересно, а со 175 °C до 400 °C линейно до максимального значения АЦП 1023.

График зависимости такой получается:

Этот диапазон подходит и для стандартных пластиков и для высокотемпературных.

14.03.2020 в 19:17
0

Я бы с радостью озадачился этим вопросом, но углубленное оперирование прошивкой, равно как и дописывание ее- не в моей власти. Не силен я в этом. К сожалению.

Могу повторить чужой опыт, возможно слегка отступив от канвы, и только лишь...

Когда 31865 навешивал на мать с одной ПТ, плясок и познания было, дай боже... )))) Тут всех засодомировал, в Киеве человека напряг, в Штатах...

Я больше по механической части дока....

15.03.2020 в 00:04
1

Если у вас есть исходники от прошивки и вы её компилировали, прошивали и она работет, то поправить не много нужно.

16.03.2020 в 21:35
0

Да, есть компилированная прош, мамки запасные... Так что можно углубиться в исследование. Подскажете позже как?

16.03.2020 в 21:52
1

Попробую подсказать, но пока сам не пробовал. Примерно разобрался как в Марлине это сделать.

На сколько датчиков Pt100 нужен преобразователь? Из своих предположений, думаю, что на плате достаточно 2 датчика. Если нужно больше - ставить две таких платы и т.д.

К какой плате управления принтером предполагается подключение? Тут мне нужно понять, какой диапазон напряжений нужен на аналоговом входе: 3,3 В или 5,0 В.

17.03.2020 в 00:22
1

Нужно две ПТ-шки. Голова так или иначе двойная. В последующей иттерации будет еще один греющийся элемент, но это пока мысли. 

Принтер управляется и кормится сборкой MKS GEN-L+MKS mini 12864 V2+БП ATX Thermaltake TR2 S 550W со всякими плюшками

Идейно, отлично было бы соорудить нечто, что будет питаться от БП и просто натыкаться в слоты термисторов, с некоторой корректировкой проши. Плата преобразователя может как одна, так и две. Места вагон. 

17.03.2020 в 00:44
1

отлично было бы соорудить нечто, что будет питаться от БП и просто натыкаться в слоты термисторов

Так и планируется.

23.03.2020 в 18:11
1

Малюсенькое уточнение: Фторопласт (изоляция МГТФ) не плавился. У фторопласта нет жидкой фазы.

Он испарялся. Утверждается, что при этом образуются  ОЧЧЧЕНЬ вредные для здоровья соединения. В частности, фосген.

И еще интересующимся темой Pt* советую взглянуть в сторону датчика Pt1000. Тот же самый конструктив, и та же самая цена, и линейная характеристика, но диапазон сопротивления на нашем рабочем участке побольше. Можно обойтись без промежуточных усилителей/преобразователей.

23.03.2020 в 20:01
0

советую взглянуть в сторону датчика Pt1000

Если учесть рекомендации по измерению - измерительный ток для Pt1000 от 0,1 до 0,3 мА, при большем токе нужно уже учитывать самонагрев датчика. Если выбрать ток 0,2 мА, то при 200 °C напряжение на датчике 0,35 В, при 300 °C уже 0,42 В.

Получается, чтобы измерять таким датчиком температуру от 200 °C до 300 °C разница в напряжении соответствует 0,42 - 0,35 = 0,07 В. Для обычного 12-ти битного АЦП при питании от 3,3 В это соответствует 86 значениям АЦП.

Для написания комментариев, пожалуйста, авторизуйтесь.

Читайте в блогах

Обзор 3D-сканера Solutionix С500

Lerdge: TMC2208 - LV8729 туда и обратно (но уже с uart)..

Калибровочная модель для фотополимерника в ответах

Совет по очистке дисплея от затвердевшего фотополимера.

Улучшение 3D печати поддержек МАРКЕРОМ [Перевод статьи]

Тестирование гравера 3DQ One V2