Problema con acquisizione temperatura da 3 termocoppie

[mibe]

Buonasera, ho un problema che mi è stato posto su un sistema di acquisizione già fatto, che riguarda l’acquisizione di 3 termocoppie k marca RS con codice 824-0635 temperatura massima 800 °C . Le tre termocoppie sono collegate sul giunto freddo con un cavo di rame schermato, che al suo interno ha tre coppie di fili che portano il segnale al sistema di acquisizione: un vecchio Agilent 34970 collegato poi con un PC che acquisisce i segnali in labview. La compensazione del giunto freddo viene fatta con una sonda pt100 (letta sempre dall’Agilent) che legge la misura in prossimità delle tre giunzioni fredde e fa poi via software la dovuta compensazione delle tre termocoppie.
L’operatore che usa il sistema dice di non essere soddisfatto dei tre punti di misura perché i valori sono un po’ ballerini ed inoltre sembra che con l’aumentare della temperatura nei pressi delle tre giunzioni fredde la lettura delle tre misure tenda a diminuire: quindi la compensazione non sembra così efficiente. Alla luce di questo io ho pensato a due possibili soluzioni:
1 Sostituisco il cavo di rame con cavi di compensazione per sonde k e così porto le tre giunzioni fredde in prossimità della scheda Agilent dove poi posso fare una compensazione hardware attraverso una sonda di temperatura integrata, così facendo avrei anche il vantaggio di spostare le tre giunzioni fredde in una zona in cui la temperatura è più stabile e quindi conferirebbe stabilità alla misura.
2 Costruisco una schedina (un PCB) o magari compro qualcosa di già costruito in cui faccio una compensazione hardware (magari con dei AD595 o simili se non se li fanno pagare cari) sul posto e poi con un ADC SPI a tre canali con buona risoluzione (pensavo ad un 16 bit) porto via seriale SPI le tre letture al PC (in questo caso non passerei per l’Agilent).
La prima soluzione esclude la seconda e viceversa.
Non avendo però mai usato praticamente delle termocoppie e neanche il protocollo SPI, ho alcuni dubbi:
1) I cavi di compensazione sono efficienti cioè spostano veramente il giunto freddo per tutta la loro lunghezza senza creare problemi (ad esempio nuovi giunti di connessione?)
2) Per leggere il protocollo SPI dell’ADC via USB con il computer devo per forza farmi una schedina apposita che mi traduca l’SPI in USB, oppure trovo qualcosa di già fatto possibilmente affidabile che abbia la possibilità di poter essere letto facilmente con un apposito driver, magari in labVIEW.
Qualcuno ha esperienza in merito o ha già affrontato problemi simili e magari ha risolto con buoni risultati?

Grazie mille per qualsiasi consiglio.
MIBE

[elfo]

L’operatore che usa il sistema dice di non essere soddisfatto dei tre punti di misura perché i valori sono un po’ ballerini

dice o puo' dimostrarlo,dati alla mano?
che vor' di "ballerini"?

inoltre sembra che con l’aumentare della temperatura nei pressi delle tre giunzioni fredde la lettura delle tre misure tenda a diminuire

Sembra o e'?
Con quali misure?

[MarcoD]

Anche a me, decenni fa, capitava qualcosa del genere, la variazione di temperatura
è sempre molto lenta ( meno di un grado al secondo) e se la misura viene effettuata ogni secondo e se è presente del rumore di origine 50 Hz, il cliente vede a occhio che le temperature ballano (di qualche grado in più o in meno a ogni lettura con fondo scala 500 C°) e dice che è brutto e che la colpa è del sistema di monitoraggio.
La soluzione vigliacca è mettere un buon condensatore (o filtro RC) all'ingresso del canale di termocoppia in modo da rallentare le variazioni.
Oppure filtrare via software con una media mobile sugli ultimi per esempio 10 valori.

[luxinterior]

La compensazione deve assolutamente seguire le vicende termiche del giunto se ha inerzia termica diversa la temperatura letta è ballerina
Acquisre una termocoppia con ADC non è proprio banale banale colelgarti con SPI al PC nemmeno se non hai eseperienza ma probabilmente per questo passo esistono schede pronte
Io proverei opzione uno (Stiamo parlando di Agilent non proprio l'ultimo in fatto di strumentazione)

Fai una prova stupida stupida metti la sonda di compensazione in un punto tranquillo in cui hai temperatura stabile il valore assoluto della misura sarà sbagliato ma almeno verifichi se è stabile. Poi si passa al resto

[luxinterior]

Idea ancora meglio metti una resistena da 100/120ohm al posto dellla PT100 così ci togliamo il dubbio della temperatura del punto freddo che sarà certamente stabile

Ma Agilent è una scheda dedicata a misure termocoppia o è ingresso generico di misura tensione ?
Hai verificato le caratteristiche dell'ADC agilent ? qualche millivvolt cambia di parecchio la misura

La moglie rompe più tardi ti mando appnote texas su misura termocoppia

[luxinterior]

A fatica ma ho neutralizzato la moglie... diventa sempr epiù difficile
Qui trovi la documentazione TI
Dagli una letta vedrai che un hw homemade non è proprio facilissimo da fare.

[djnz]

Oppure filtrare via software con una media mobile sugli ultimi per esempio 10 valori

E se i valori sono in numero pari e presi esattamente ogni 10 ms, il ronzio 50 Hz se ne va

[edgar]

1 Sostituisco il cavo di rame con cavi di compensazione per sonde k e così porto le tre giunzioni fredde in prossimità della scheda Agilent dove poi posso fare una compensazione hardware attraverso una sonda di temperatura integrata, così facendo avrei anche il vantaggio di spostare le tre giunzioni fredde in una zona in cui la temperatura è più stabile e quindi conferirebbe stabilità alla misura.

Bisogna innanzitutto distinguere il rumore dalla deriva.
La deriva si riconosce dal lento deviare della misura. Se è un problema di giunto freddo, basta coibentare bene tutto il blocco del giunto freddo e vedere cosa succede.

Per la misura ballerina: metti lo strumento in manuale, imposti la risoluzione massima, chiudi uno dei canali e osservi se la misura è stabile. Se lo è, elimini la possibilità che l'ADC abbia problemi.
A questo punto devi verificare come è stato configurato il sistema. Credo che il 34970 usi dei relè per commutare i vari canali. I relè quando commutano, rimbalzano per alcuni millisecondi. Devi verificare se la configurazione ha un ritardo tra la commutazione e l'inizio della misura (lo potrebbe anche prevedere in automatico, verifica il manuale).
Dulcis in fundo: il tempo di integrazione dell'ADC. Verifica che la misura venga eseguita in almeno un PLC (power line cycle) quindi in almeno 20 millisecondi o suo multiplo. In questo modo se ci fosse del rumore di rete sovrapposto al segnale, lo cancelleresti (il valore medio di una sinusoide è 0)
Sceglierei comunque la busta n. 1: delegando tutto al 34970 hai un solo colpevole in caso di guai

Qualcuno ha esperienza in merito o ha già affrontato problemi simili e magari ha risolto con buoni risultati?

[mibe]

Buongiorno e grazie per le risposte, ho letto velocemente perché fra poco ho un corso che mi terrà occupato tutto il giorno, ma poi questa sera mi metto comodo e leggerò con attenzione.
Nei prossimi giorni dovrei riuscire a fare un po' di prove sul sistema sperando che l'operatore mi possa assistere.
Quindi cercherò di fornirvi i dati che mi avete chiesto.
A presto
MIBE

[mibe]

Buonasera,
mi scuso per il ritardo, ma per rispondervi adeguatamente dovevo anche capire come organizzarmi con le misure.
Cerco di rispondere a tutti:
Per Elfo:
Si può essere che sia anche solo un’impressione dell’operatore anche perché l’andamento delle temperature è piuttosto dinamico, in ogni caso per dare dei dati precisi devo fare delle misure apposite ad esempio tenendo stabile la temperatura di misura e variando la temperatura di giunzione fredda . . su questo darò delle risposte appena possibile.
Per MarcoD:
Si mettere un filtro hardware passa basso di pochi herz può essere una soluzione semplice e veloce, mentre non riuscirei, per il momento, ad implementare il filtro software perché non ho accesso al programma di acquisizione e quindi è una soluzione che sposterei eventualmente più avanti.
Per Luxinterior:
Si, come ho già risposto a Elfo, devo fare delle misure in modo da isolare i due problemi e anch’io sarei dell’idea che sostituire i fili di rame con fili di compensazione è una soluzione molto semplice e probabilmente anche efficace perché porterei il giunto freddo in una posizione dove la temperatura ambiente è sicuramente più stabile. La seconda soluzione è molto più complicata e potrei avere dei problemi aggiuntivi, il progetto che mi hai passato è però molto interessante e nel caso non lo dovessi usare per questo sistema lo terrei per futuri progetti, dove magari di base si utilizza un microcontrollore per gestire le misure.
Per Edgar:
Come sopra per le misure. Per l’AGILENT 34970 si usano relè per commutare i canali sull’ADC, ma non penso ci siano problemi con rimbalzi e ritardi, allego una misura fatta con una sinusoide a 0,05 Hz 1 volt pp e campionamento ogni sec (che è anche la frequenza di campionamento del sistema) con un AGILENT gemello che ho a disposizione in laboratorio e con il quale posso fare delle prove scrivendo software a mio piacimento: mi sembra che non ci siano problemi di ritardo.

L’AGILENT ha un ADC con 22 bit di risoluzione e può fare sia misure dedicate per termocoppie, ptc e altri sensori di temperatura, sia misure di tensione, di corrente e di frequenza anche se ha un’acquisizione lenta per via dei relè.
Per il tempo di integrazione non riesco al momento a capire quanto è impostato sul software del sistema, ma credo sia a 1 PLC, però su questo ho fatto una misura sempre con l’AGILENT che ho in laboratorio e ho visto che acquisendo una sinusoide a 50 Hz 1 volt pp e impostando il tempo di integrazione a 1 PLC, mi ritrovo un segnale residuo di circa settanta microVolts: quindi direi che l’alternata viene sufficientemente rimossa,

inoltre ho fanno un’altra misura con lo stesso segnale d’ingresso a 50 Hz per i primi 50 secondi e poi ho commutato la frequenza a 70 Hz e si vede bene che la frequenza non viene più tagliata.

Appena riesco faccio misure sulle termocoppie del sistema montato.
Grazie mille
MIBE