¿Se necesitan terminales especiales para conectar los cables de los termopares a un PCB?

Question

Actualmente estoy tratando de integrar un termopar tipo K en un proyecto de electrónica. Tengo la intención de interconectar este termopar con el MAX31855 termopar compensado por frío a un convertidor digital IC.

No soy un experto en termopares y en el efecto Seebeck, así que tengo curiosidad por saber cómo debería aterrizar el termopar en el PCB. Supongamos que estoy usando cables de termopar sueltos.

Preguntas:

• ¿Puedo usar cualquier tipo de terminal (digamos un simple terminal de tornillo con orificio pasante) para aterrizar los cables en el PCB? ¿O estas nuevas uniones introducirán errores?

• ¿Depende el método de terminación del tipo de termopar? Por ejemplo, use este terminal para el tipo K, use este otro terminal para el tipo J, etc.

Answer 1

El uso de un bloque de terminales hecho con materiales ordinarios es suficiente para un sistema de precisión relativamente modesto como el que pretendes.

La compensación de la unión fría depende de que el sensor de la unión fría (en este caso, el propio chip) esté a la misma temperatura que las dos uniones en las que el cable del termopar pasa a ser de cobre. En otras palabras, los tres deben ser isotérmicos, por lo que hay que minimizar los gradientes causados por la disipación en la placa de circuito impreso y por los gradientes causados por el calor que fluye por los cables. Puedes ayudar a esto en gran medida con planos de tierra o al menos vertidos y manteniendo cualquier cosa que disipe mucho calor bien lejos del bloque T/C. Mantenga las corrientes de aire lejos del bloque de terminales también. Por supuesto, pondrás el chip tan cerca como sea posible del bloque de terminales, tanto física como térmicamente.

No hay gran diferencia entre la mayoría de los sensores en cuanto a esto, ya que la mayoría de los termopares son bastante lineales (un par por ciento) por lo que 1°C de error en la unión fría es alrededor de 1°C de error en la lectura de la temperatura.

Si la conexión está colgada a la brisa o se encuentra a una temperatura elevada (por ejemplo), es mejor utilizar conectores fabricados con materiales de termopar, y esto es lo que suele hacerse con los conectores de montaje en panel y los conectores en línea. Suelen estar codificados por colores. En Norteamérica utilizamos los códigos de color ISA, y el tipo K (Chromel-Alumel) es amarillo, el tipo J (Iron-Constantan) es negro. Usted podría, por ejemplo, tener un conector K de mamparo y conectarlo dentro de una caja a la PCB. Debe utilizar el cable de extensión del termopar adecuado tanto en el interior como en el exterior en este ejemplo, y debe estar conectado de la forma correcta (si intercambia la polaridad el error es realmente duplicado ). Tenga en cuenta que rojo = negativo en los códigos de color T/C de Norteamérica.

Answer 2

Cualquier cambio de material introducirá un error en la señal. Sin embargo, si los cambios son los mismos (tanto en términos de material como de temperatura) en ambos terminales, esos errores se cancelarán. Por lo tanto, se puede utilizar cualquier método, siempre y cuando se mantenga la simetría.

En primer lugar, la temperatura que se mide es la diferencia entre la unión del termopar y la temperatura en la que los dos cables se convierten en el mismo material, normalmente el rastro de cobre de la placa de circuito impreso o el bloque de terminales. Esto significa que si utiliza terminales de tornillo, su sensor de temperatura de unión fría debe estar a la misma temperatura que esos terminales de tornillo. Cualquier diferencia se reflejará como un error en la medición.

En segundo lugar, ten cuidado con los gradientes de temperatura en tu PCB, por ejemplo, si un terminal está más cerca de la fuente de alimentación o más lejos de alguna fuente de flujo de aire, podría estar un poco más caliente, lo que afectará al resultado final. Si los terminales están en el exterior de la caja y la referencia de unión fría está en el interior siendo calentada por una CPU entonces vas a obtener un gran error.

Answer 3

Debe cambiar los metales en algún momento, para conectarse al 31855.

Para realizar la compensación de la unión fría, el 31855 debe conocer la temperatura de este punto . Cualquier diferencia entre la temperatura de este punto, y el punto que detecta el 31855, aparecerá como un error en la lectura de la temperatura.

El 31855 mide la temperatura de su matriz como "unión fría". Esto significa que mientras el 31855 y su unión de "cables de termopar a cobre" estén a la misma temperatura, todo irá bien. Esto significa generalmente que hay que hacer la unión lo más cerca posible del CI, y no tener componentes calientes que produzcan gradientes térmicos cerca del CI.

Answer 4

La respuesta rápida: Sí.

La respuesta larga: los termopares utilizan la diferencia de temperaturas entre dos metales para generar una tensión representativa de la temperatura. Esto significa que todo el cable, desde el termopar hasta el sensor, tiene que ser de esta combinación especial de metales para que la medición de la temperatura sea precisa. Para ello, se puede comprar un cable de par térmico.

Dicho esto, he utilizado sistemas en los que teníamos un termopar de tipo K, que entraba en un cabezal estándar en una placa de circuito impreso, a través de pistas estándar antes de entrar en el sensor, y que podía darnos un valor. El problema de utilizar algo que no sea un cabezal adecuado es la precisión de la lectura. Sabíamos más o menos cuál era la desviación (parecía ser una desviación de unos +4C a las temperaturas que nos interesaban) y nos limitábamos a ajustarla. Pero esa era la ventaja de estar en nuestras propias celdas de prueba, donde teníamos otros sensores para comparar el valor.

Por lo tanto, aunque debe utilizar conectores adecuados, puede prescindir de ellos.

Answer 5

Cada vez que se cambia a un cable de termopar de metal diferente->conector de metal->soldadura->cobre, se está añadiendo otra unión de termopar. Afortunadamente, siempre se añaden un par de uniones a la vez -una en el cable que va al termopar y otra en el que vuelve- y mientras ambas uniones estén a la misma temperatura, las dos se cancelarán.

El efecto global será el mismo que el de tener sólo dos uniones: la del extremo del termopar (caliente) y la de la unión entre los dos cables del termopar y el conector (frío).

Lo ideal es hacer la compensación de la unión fría midiendo la temperatura de la unión fría (es decir, el conector). Si el chip que está utilizando está haciendo la CJC, debe colocarlo lo más cerca posible del conector, y lo más lejos posible de cualquier fuente de calor.