X بستن تبلیغات
X بستن تبلیغات
header
متن مورد نظر

راه اندازی و کار با ترموکوپل ها

- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

یک ترموکوپل از اتصال دو فلز غیر هم جنس، ساخته میشود و اساس کار آن بسیار ساده است.اگر در محل اتصال دو فلز غیر هم جنس دما تغییر نماید، اختلاف ولتاژی در دو سر ترموکوپل پدید می آید که با دما رابطه ای غیر خطی دارد.

 
ترموکوپل های مختلفی وجود دارد که بر اساس جنس دو فلز بکار برده شده، اسم گذاری شده اند که رنج دمایی و دقت اندازه گیری آنها متفاوت است. اغلب ترموکوپل هایی که امروزه در صنعت استفاده میشود از نوع K , J هستند.
 
مهمترین نکته در استفاده از ترموکوپل این استکه هیچگاه نباید ترموکوپل را از یک ترمینال بگذرانیم و باید آنرامستقیما به دستگاه کنترلی متصل کنیم. چرا که خود ترمینالهای واسط، تشکیل یک ترموکوپل دیگر را میدهند و در اندازه گیری دمای ترموکوپل ما، اشکال ایجاد میکنند.
در ضمن باید به خاطر داشته باشیم که ولتاژ ایجاد شده توسط ترموکوپل همیشه ناشی از اختلاف دمای دو سر آن میباشد و به همین علت ترموکوپل دمای نسبی را به ما میدهد.
پس چنانچه دمای مطلق را نیاز داشته باشیم باید دمای انتهای ترموکوپل را که اغلب همان دمای محیط است به سیستم اضافه نماییم.
 
قطعاتی هستند که برای جبران سازی دمای نسبی ترموکوپل استفاده میشوند که اصطلاحا به آنها Cold junction میگویند.
 
در PAC های ساخت شرکت که اغلب دارای مبدل آنالوگ به دیجیتال پیشرفته AD7714 میباشند، امکان اتصال ترموکوپل به صورت مستقیم وجود دارد.
مبدل های آنالوگ به دیجیتال بسیار دقیق بوده و میتوانند اختلاف ولتاژ توسط ترموکوپل را براحتی اندازه گیری نمایند.
تستهای انجام شده تا ۰٫۰۵ درجه دقت را گزارش میدهند.
بعلت اینکه ولتاژ ایجاد شده در دو سر ترموکوپل بسیار ناچیز بوده و حداکثر به ۸۰ میلی ولت میرسد و مهمتر از آن اینکه امپدانس آن بسیار بالا می باشد (جریان نمیدهد) ، باید در تنظیمات ADC، بیت مربوط به Buffer را فعال کنیم، این بیت باعث میشود تا ADC، امپدانس ورودی خود را تا حد گیگااهم بالا ببرد و از ترموکوپل جریان نکشد.
 
بهترین تنظیمات برای ترموکوپل به شکل ذیل است.
 
Filter High = 111
Filter Low = 0
Mode/Gain = 52
Buffer = 1
 
اما راه اندازی ترموکوپل منوط به کمی برنامه نویسی است.از آنجا که یکی از اهداف شرکت، جا انداختن مفاهیم بنیادی برای کاربران است؛ بنابراین، آشنا شدن ایشان با نکات برنامه نویسی و تکنیک های پیاده سازی از اهم موضوعات این مثال ها میباشد، از اینرو برای راه اندازی ترموکوپل نیز از فانکشنهای آماده استفاده نشده است و ترجیح داده ایم این مورد را از اساس و پایه، با برنامه نویسی پیاده کنیم.
 
همانطور که قبلا هم گفتیم، رابطه ولتاژ ایجاد شده با دما، خطی نیست و اگر بخواهیم از فرمول استفاده نماییم، معادله ها به بیش از ۴ درجه هم میرسد.
بهترین راه استفاده از جدول صحت ( Lookup Table ) است.
جدول صحت، همیشه به عنوان آخرین راه و حتی ساده ترین راه در پروسه هایی که تکرار پذیری آنها کمتر است، استفاده میشود.
 
برای این منظور جدولی درست میکنیم که تقریبا در بین هر دو مقدار آن، با یک تقریب خطی، بتوانیم به دقت مورد نظر برسیم.
یعنی در فواصل کوچک رابطه ولتاژ و دما را خطی در نظر میگیریم.من برای اینکار با استفاده از برنامه ای که در محیط Labview نوشته ام، جدول استاندارد ترموکوپل J , K را تقریب خطی زده و گراف آن را از دمای صفر تا ۱۴۰۰ درجه رسم کرده ام. 
در این جدول حد پایین و بالا دما را دوتا دوتا، به ازای هر بازه میلی ولت جدا کرده ایم.
 
 
 
چون در این مثال قصد ما بیشتر توضیح برنامه نویسی میباشد، از توضیح برنامه نوشته شده با Labview خودداری میکنیم.
 
پس از اینکه جدول را ایجاد کردیم، آنرا به صورت دیتا بلوک در پروژه خود اضافه میکنیم.
شکل ذیل برنامه کلی اندازه گیری دمای ترموکوپل را نشان میدهد.
 
 
شرح مثال:
 
در این مثال سعی شده روش استفاده از جدول صحت، نشان داده شود.
فرض کنید شما جدولی به شکل ذیل دارید: البته این مقادیر کاملا فرضی هستند.
 
۱- ۰ الی ۱ ولت   معادل ۰ الی ۲ درجه
۲- ۱ الی ۳ ولت   معادل ۲ الی ۵ درجه
۳- ۳ الی ۴ ولت   معادل ۵ الی ۹ درجه
۴- ۴ الی ۶ ولت   معادل ۹ الی ۱۳ درجه
۵- ۶ الی ۷ ولت   معادل ۱۳ الی ۲۰ درجه
 
شما برای اینکه بدانید ولتاژ مورد نظرتان در چه بازه ای قرار دارد، باید هر بار آنرا در کل جدول جستجو نمایید. مثلا اگر ولتاژ شما ۳٫۲ ولت باشد شما باید از شماره ۱ جدول جستجو کنید تا به ناحیه ۴ برسید، و سپس مقادیر معادل را از دما برداشت کنید.
اینکار بشدت از سیستم انرژی میگیرد. چون جدول ترموکوپل دارای حداقل ۲۵۶ قطعه است. و هر بار شما باید کل این جدول را جستجو نمایید.
 
روش دیگری که میتوان در نظر گرفت و ما در مثال خود از این روش استفاده کرده ایم، این استکه به ازای هر بار جستجو در جدول یک متغیر را کم یا زیاد میکنیم و در سیکل بعد از نقطه ای که آن متغیر نشان میدهد، جدول را جستجو میکنیم و در زمانیکه تغییر ولتاژ محسوسی نداریم و شاخص جدول نیز تغییری نمیکند، نیازی به جستجو هم نداریم.
 
پس از اینکه Index یا همان شاخص را پیدا کردیم، آنرا در معادله خط قرار داده و دما را محاسبه میکنیم و در انتها دمای محیط را به آن می افزاییم.
 
شرح مختصری از خطوط برنامه ای که برای دستگاه NIC500 نوشته شده را در ذیل قرار داده ایم.
 
Scale AI: برای ضریب دادن به ورودی آنالوگ میباشد. چرا که جدول را ۲۵۶ قسمته تعریف کرده ایم وبنابراین مقدار آنالوگ دستگاه را هم در همین بازه تعریف کرده ایم.
Find Index: در این دو خط هرگاه مقدار ولتاژ ترموکوپل در ناحیه فعلی جدول نباشد، شاخص جدول را افزایش یا کاهش میدهیم.
Limit Index: برای اینکه از حدود جدول خارج نشویم در این بخش، شاخص را به حداکثر محدود کرده ایم.
Find DB Address: پس از پیدا کردن ناحیه صحیح در جدول آدرس دیتا بیس را پیدا میکنیم. چون هر ناحیه از دو عدد تشکیل شده است، باید Index  را در دو ضرب کنیم.
Read DB: در این خط برنامه، اطلاعات لازم را که شامل دو عدد از جنس Word است، را از دیتا بیس خوانده و در RAM میریزیم.
نکته بسیار مهم این برنامه این است که متغیرهای Low Index و High Index در دل متغیر RamAddress تعریف شده اند و یا بعبارتی وقتی از دیتابیس اطلاعات را میخوانیم، آنها را آدرس این دو متغیر قرار میدهیم. پس اعداد خوانده شده از جدول بسادگی در دو متغیر High , Low قرار میگیرند.
Interpolation: در این بخش با استفاده از معادله خط یک تقریب خطی بین دو نقطه میزینم و در نهایت دمای نسبی را بدست میآوریم.
To Float: در نهایت مقدار دمای محیط را که از سنسور داخلی دستگاه خوانده ایم، به دمای نسبی اضافه میکنیم.
 
 

ارسال نظر