راه اندازی و کار با ترموکوپل ها

راه اندازی و کار با ترموکوپل ها

ک ترموکوپل از اتصال دو فلز غیر هم جنس، ساخته می شود 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.
Thermocouple_2
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 می شود از نوع K , J هستند.
مهمترین نکته در استفاده از ترموکوپل این است که هیچگاه نباید ترموکوپل را از یک ترمینال گذراند و باید آنرا مستقیما به دستگاه کنترلی متصل نمود. چرا که خود ترمینال های واسط تشکیل یک ترموکوپل دیگر را داده و در اندازه گیری دما، اشکال ایجاد می کنند.
در ضمن باید به خاطر داشت که ولتاژ ایجاد شده توسط ترموکوپل همیشه ناشی از اختلاف دمای دو سر آن می باشد و به همین علت ترموکوپل دمای نسبی را می دهد.
پس چنانچه دمای مطلق نیاز باشد باید دمای انتهای ترموکوپل را که اغلب همان دمای محیط است به سیستم اضافه نمود.
قطعاتی هستند که برای جبران سازی دمای نسبی ترموکوپل استفاده می شوند که اصطلاحا به آنها Cold junction می گویند.
در PAC های ساخت شرکت که اغلب دارای مبدل آنالوگ به دیجیتال پیشرفته AD7714 می باشند، امکان اتصال ترموکوپل به صورت مستقیم وجود دارد.
مبدل های آنالوگ به دیجیتال بسیار دقیق بوده و می توانند اختلاف ولتاژ ایجاد شده در ترموکوپل را به راحتی اندازه گیری نمایند.
تست های انجام شده تا ۰٫۰۵ درجه دقت را گزارش می دهند.
به علت اینکه ولتاژ ایجاد شده در دو سر ترموکوپل بسیار ناچیز بوده و حداکثر به ۸۰ میلی ولت می رسد و مهمتر از آن اینکه امپدانس آن بسیار بالا می باشد (جریان نمی دهد) ، باید در تنظیمات ADC، بیت مربوط به Buffer را فعال کنیم، این بیت باعث می شود تا ADC، امپدانس ورودی خود را تا حد گیگا اهم بالا ببرد و از ترموکوپل جریان نکشد.
بهترین تنظیمات ورودی های آنالوگ 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 بنیادین برای کاربران است؛ بنابراین، آشنا شدن ایشان با نکات برنامه نویسی و تکنیک های پیاده سازی از اهم موضوعات این مثال ها می باشد. از اینرو برای راه اندازی ترموکوپل نیز از فانکشن های آماده استفاده نشده است و ترجیح داده شده این مورد از اساس و پایه، با برنامه نویسی پیاده شود.
همانطور که قبلا هم گفته شد، رابطه ولتاژ ایجاد شده با دما، خطی نیست و اگر بخواهیم از فرمول استفاده نماییم، معادله ها به بیش از ۴ درجه هم می رسد.
به همین خاطر بهترین راه استفاده از جدول صحت ( Lookup Table ) است.
جدول صحت، همواره به عنوان آخرین و حتی ساده ترین راه در پروسه هایی که تکرار پذیری آنها کمتر است، استفاده می شود.
برای این منظور جدولی ایجاد شده است که تقریبا در بین هر دو مقدار آن، با یک تقریب خطی، بتوان به دقت مورد نظر رسید.
یعنی در فواصل کوچک رابطه ولتاژ و دما خطی در نظر گرفته شده است.
برای اینکار با استفاده از برنامه ای که در محیط Labview نوشته شده، جدول استاندارد ترموکوپل J , K را تقریب خطی زده و گراف آن از دمای صفر تا ۱۴۰۰ درجه رسم شده است.
در این جدول حد پایین و بالا دما دوتا دوتا، به ازای هر بازه میلی ولت جدا شده است.
ترموکوپل
چون در این مثال هدف اصلی توضیح برنامه نویسی در FBD است، از توضیح برنامه نوشته شده با Labview خودداری شده است.
پس از ایجاد جدول، به صورت دیتا بلوک در پروژه اضافه می شود.
شکل زیر برنامه کلی اندازه گیری دمای ترموکوپل را نشان می دهد.
ترموکوپل
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.
این کار به شدت از سیستم انرژی می گیرد. چون جدول ترموکوپل دارای حداقل ۲۵۶ قطعه است. و هر بار شما باید کل این جدول را جستجو نمایید.
روش دیگری که می توان در نظر گرفت و ما در مثال خود از این روش استفاده کرده ایم، این است که به ازای هر بار جستجو در جدول یک متغیر را کم یا زیاد می کنیم و در سیکل بعد از نقطه ای که آن متغیر نشان می دهد، جدول را جستجو می کنیم و در زمانیکه تغییر ولتاژ محسوسی نداریم و شاخص جدول نیز تغییری نمی کند، 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 می کنیم 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 می باشد. چرا که جدول را ۲۵۶ قسمته تعریف کرده ایم و بنابراین 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 می دهیم.
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 می کنیم. 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 می ریزیم.
نکته بسیار مهم این برنامه این است که متغیرهای Low Index و High Index در دل متغیر RamAddress تعریف شده اند و یا به عبارتی وقتی از دیتابیس اطلاعات را می خوانیم، آنها را آدرس این دو متغیر قرار می دهیم. پس اعداد خوانده شده از جدول به سادگی در دو متغیر High و Low قرار می گیرند.
Interpolation: در این بخش با استفاده از معادله خط یک تقریب خطی بین دو نقطه می زنیم و در نهایت دمای نسبی را بدست می آوریم.
To Float: در نهایت مقدار دمای محیط را که از سنسور داخلی دستگاه خوانده ایم، به دمای نسبی اضافه می کنیم.
در مثال دیگری که برای PAC 6250 نوشته شده، از یک سنسور PT100 به عنوان دمای محیط استفاده شده و در ضمن کلیه دماهای خوانده شده نیز در حافظه SD دستگاه ضبط شده است.
———————————————————————————————————————————————————–
** این برنامه با ویرایش ۲٫۴۵ و برای دستگاه +PAC 7070  نوشته شده است.
** لطفا نظرات خود را در مورد این مثال به ایمیل شرکت (info@fararopaya.com) ارسال نمایید.
** در ضمن می توانید سوالات خود را در تالار گفتگو مطرح کنید.