Exploitation du signal du sonde de température type K

[invite72d86237]

Bonjour,

J'ai besoin de conseils sur un montage électrique et le choix des composants associés.
Tout d'abord, j'aimerais préciser que mes connaissances en électrique et électronique sont proches du néant. J'ai récupéré pas mal d'informations sur internet et en discutant avec des amis qui s'y connaissent, mais à présent, c'est plus le bazar dans ma tête que autre chose.
Il me faut les lumières de gens qui s'y connaissent pour pouvoir progresser dans mon projet.


-Mon projet :

J'ai une carte entrées/sorties que je branche en USB sur mon PC.
J'aimerais brancher dessus des thermocouples type K achetés pas cher sur internet.

Budget : pas plus de 40€, idéalement moins de 20€ pour le montage électrique (hors thermocouples et carte déjà achetés).

- Objectif :
Je souhaite avoir avoir une plage de mesure de température entre 0 et 150°C, avec une précision 0.2°C.

-Données carte entrée/sortie :

Elle mesure une tension d'entrée entre 0 et 10V pour la transformer en signal 8bits (1024 valeurs possibles).
Elle alimente les entrées en +5VDC (un peu bête compte tenu de la plage de mesure !). Valeur de tension mesurée avec un voltmètre : 5.06V.
Elle est équipée d'une prise de masse (permettant entre autres, d'utiliser une autre alimentation).

-Données thermocouple :

-Thermocouple type K (TP-01)
-Données revendeur :

• - Plage de mesures: de -10°C à 200°C
• - Précision: <250°C ± 1.5°C (OUPS, c'est mal parti pour précision souhaitée )
• - Type K – chromel (+) et alumel (-)

-Données perso :

• -Alimentée avec la carte (+5VDC), elle me donne 506bits (4.94V) à température ambiante.
• -Résistance mesurée à température ambiante : 1MOhms (pas sûr de la précision de ma mesure, je suis dans les limites de mon multimètre).

Je suis conscient qu'il me manque des données sur les thermocouples, je cherche en attendant des données constructeur sur internet. Je peux éventuellement faire quelques mesures supplémentaires si vous me le demandez.

- Questions :

1. Est-il possible d'outrepasser la faible précision donnée par le revendeur sur les thermocouples?
2. Je souhaiterais avoir 0bit à 0°C et 1024bits à 150°C de manière à avoir une résolution maximale sur ma plage de mesure (environ 6bit/°C).
   Quel montage choisir?
   Sachant pour pour le coup, il faut faire un "offset" sur la tension (pour faire le 0), et amplifier ensuite le signal pour le faire tenir sur la plage souhaitée.
3. J'ai compris qu'il y avait une histoire d’imprécision due aux soudures qui parasitent le signal (en jouant le rôle de thermocouples). Apparemment, il me faudrait un " Ice point compensation" ou " cold junction compensation". (pas sûr d'avoir tout compris à tout ça).
   Comment faire ? Voir le composant qui le fait dans les pistes que j'ai, sachant que je ne sais pas s'il est adapté à mon cas.
   D'après ce que j'ai lu sur internet, une solution possible, mais qui ne me parait pas raisonnable, serait de faire la compensation avec un thermocouple "monté en sens inverse" trempant dans de l'eau glacée.

Les quelques pistes que j'ai sont les suivantes. Mais je suis bloqué ici ne sachant plus comment continuer et quoi choisir.

-Type K Thermocouple Amplifier with Cold Junction Compensation
-Ca pour alimenter en 12VDC le montage suivant :


Merci d'avance pour votre coup de main.
++
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[DAUDET78]

Bonjour Simmhhh et bienvenue sur FUTURA

Je souhaiterais avoir 0bit à 0°C et 1024bits à 150°C de manière à avoir une résolution maximale sur ma plage de mesure (environ 6bit/°C).

Ton choix d'un thermocouple pour mesurer du 0/150° est mauvais. Il faut utiliser de la PT100

PS : ne pas oublier qu'un thermocouple doit avoir un circuit de compensation de soudure froide

[invite72d86237]

Bonjour Daudet78,

Pour quelle raison la PT100 serait mieux/plus adaptée?

OK pour la soudure froide. C'est ce que j'avais noté comme appelée "cold junction compensation" sur les sites anglophones => je ne me rappelais plus du terme français.
Comment faire un circuit de compensation de soudure froide? Sinon, où en acheter et comment la choisir?

Merci

[DAUDET78]

- La PT100 est plus sensible qu'un thermocouple
- La PT100 te donne une mesure absolue

Donc, dans ta gamme de mesure, la PT100 est beaucoup mieux adaptée qu'un thermocouple

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite72d86237]

N.B. : ma gamme de température d'utilisation exacte est de 10°C à 105°C.

[DAUDET78]

Raison de plus ....
Et dans ce cas, tu as des capteurs électroniques genre LM35 (analogique) ou mieux LM75 (numérique)

[invite72d86237]

ahhhh, intéressant!
Je ne connaissait pas ce type de capteur.
Chez Farnell je trouve 3 capteurs avec une bonne précision :
-LM35CAZ
-LM35CAZ/NOPB
-AD592CNZ
Les deux premiers ayant des prix raisonnables.

Maintenant, est-ce que ces éléments sont adaptés à ma carte qui mesure une gamme de tension comprise entre 0 et 10V?
Dois-je aussi ajouter une compensation soudure froide?

[invite72d86237]

D'après l'info de l'image suivante, j'aurai 0V à 2°C et 1V à 102°C! Tu confirmes?
application.jpg

Si oui : donc plus qu'à amplifier le signal par un peu moins de 10 avec le circuit de l'image suivante :
Thermocouple amplifier.png

Lequel sera alimenté par un convertisseur DC/DC 5V en entrée, 12V en sortie.

Correct?

[DAUDET78]

http://www.ladyada.net/learn/sensors/tmp36.html

[f6bes]

Bjr Simmhhh,
".....plage de mesure de température entre 0 et 150°C, avec une précision 0.2°..."

Hum faut etre SUR de ne pas AVOIR de dérive de la part du montage et autres composants.
Quel est le BUT d'une telle...précision ??
Bonne journée

[invite72d86237]

Merci Daudet78 pour ces conseils et le lien.

Bonjour f6bes,
Je n'ai pas besoin d'une précision de 0.2 sur toute la plage de mesure.
Ma précision doit être assez bonne entre 50 et 75°C.
Cette sonde de température sert de mesure d'entrée pour une régulation de température tout ou rien. En prenant compte de l'inertie de mon système, je souhaiterais la maintenir dans une plage de 1°C. ex: 67°C est ma consigne, ma température oscillera entre 66.5°C et 67.5°C.
=> Mes températures de consigne sont entre 50 et 75°C, hors de cette fourchette, une simple indication à 1°C près me convient parfaitement.

[DAUDET78]

Le cahier des charges fond comme neige au soleil !
Si c'est pour maintenir une température constante (et non mesurer une température) , une simple CTN est suffisante. Ce n'est pas linéaire, c'est fidèle ..... et l'électronique se ramène à un pont diviseur

Ne pas confondre précision et résolution !

[invite72d86237]

J'avoue confondre un peu les deux termes : précision et résolution. Mais j'imagine que ça ne sert a rien d'avoir une résolution supérieure à la précision !?!

La LM35 m'allait bien, elle avait l'air facile à mettre en œuvre, vu que je crois qu'il y a juste une petite amplification de signal à faire.

Après, je le répète je ne connais rien en métrologie ou électronique, donc si la CTN est pas cher et qu'elle ferait mieux l'affaire, pourquoi pas! Je viens de voir qu'un pont diviseur c'est juste deux résistances.
Après, tout ce que je sais; c'est qu'il me faut une tension variant entre 0 et 10V pour avoir une résolution maximale sur ma plage de température.
Un pont diviseur permet de diviser la tension, ce n'est pas le contraire qu'il me faut ? la multiplier (amplifier)?

[invite72d86237]

Je ne vois pas non plus la différence entre "maintenir une température constante et non mesurer une température"!
Tu peux expliquer STP?

[DAUDET78]

Précision :
La valeur donnée par le capteur donne la température avec une précision de +-1° (Par exemple). on mesure 68°, la température réelle est donc entre 67 et 69°
Résolution:
La valeur donnée par le capteur donne une détection de variation de température avec une résolution de +-0,1° (Par exemple). On peut donc stabiliser une température avec une précision de +-0,1° . La valeur exacte étant à +-1°

Une thermistance CTN a une loi de réponse logarithmique par rapport à sa température. Donc sa précision est mauvaise mais sa résolution est excellente. Idéale pour réguler une température, une fois que l'on a réglé le point de consigne (avec un autre thermomètre si on cherche à réguler à 68,0000°)

Pour mesurer la valeur de la CTN, on fait un pont diviseur avec une résistance et la CTN. En mettant une valeur de résistance égale à la valeur de la CTN à 25°, on montre que la tension de sortie est à peu près (?) linéaire .
Ensuite, un AmpliOP remet la gamme de mesure dans l'échelle 0/10V

Mais, si c'est pour réguler à une température fixe, il vaut mieux mettre un potentiomètre de consigne, un comparateur et on a un signal On/Off (plus besoin d'ADC)

[alainav1]

bonjour,
quand on a un point de fonctionnement correct on s'en fiche de la valeur ,on veux seulement que ce point ne varie pas et la ctn est largement suffisante .
(je pense que c'est ce que veut dire Daudet 78?)
donc un comparateur avec une ctn d'un coté et un pont diviseur de l'autre pour trouver le point de fonctionement .
cordialement
alain

[invite2313209787891133]

Bonjour

Juste une petite remarque pour dire que si la résolution doit être surtout bonne dans la plage des 50-70°C il vaux mieux mettre en série une résistance correspondant à cette température, soit environ 3k pour une CTN de 10k.

[invite72d86237]

Finalement, je ne pense pas que la CTN soit ce qu'il me faut.

Je dois faire plusieurs paliers de température entre 50 et 75°C, jamais forcément les mêmes, éventuellement même faire des augmentations de températures contrôlées : ex : +0.5°C/min.
Les consignes de températures sont donc vraiment variable.
Il me faut quelque chose de précis + fidèle, avec une résolution correcte.

[DAUDET78]

Donc PT100

[invite72d86237]

La LM35 ne correspond plus?
parce que une PT100 va exploser mon budget alors que la LM35 avait l'air facile à mettre en œuvre!

[DAUDET78]

La LM35 ne correspond plus?

Si si (sorry, il était un peu tôt)
LM35, LM75 ou autres

[invite72d86237]

Ok, maintenant qu'on a choisi la sonde, on peut passer au montage électrique.

Compte tenu de ma plage de température, d'après les schémas page précédente, j'ai juste à brancher ma sonde LM35 sur l'ampliOP (c'est bien un ampliOP en schéma dans mon premier message?), lequel est alimenté en 12V pour permettre de multiplier disons par 9 la tension de sortie : pour avoir entre 0 et 10V, entre environ 0 et 110°C. J'imagine que ma précision sera mauvaise proche de 0°C, mais ma plage de température utile est de 15 à 100°C.
On est d'accord que j'ai à peu près 0V à 0°C avec la LM35, et dans les 1V à 100°C?
Après je pense faire mon étalonnage au niveau logiciel.

J'ai rien besoin d'autre? Une résistance à ajouter par ci ou par là? Pas de compensation soudure froide pour le coup?

Ensuite, niveau câble, je pensais récupérer un câble RJ45 (câble Ethernet) pour connecter la sonde à ma carte, sachant que j'aurais dans les 2m de câble avant l'ampli et la carte. Le RJ45 est en théorie blindé. En plus, il a bien plus de 3 câbles, je peux donc éventuellement doubler ou même tripler le câble qui véhicule le signal de la sonde si ça sert à quelque chose.

[invite72d86237]

Ah aussi la LM35CAZ s'alimente avec une tension comprise entre 4 et 30V.
La tension de sortie ne dépend pas de la tension d'alimentation?

[DAUDET78]

Tu as la réponse en lisant la spécification

[invite2313209787891133]

Après je pense faire mon étalonnage au niveau logiciel.

Si tu as la possibilité de faire ton réglage avec la partie logicielle alors la CTN reste tout a fait utilisable. C'est ce que j'ai moi même fait en me faisant une table de correspondance par mesures succéssives. J'obtiens une précision d'environ 0.3°C de 20 à 100°C avec un CAN de 10 bits (tu peux descendre à 0.1°C sur une plage choisie).
L'avantage est qu'il n'y a pas besoin d'AO (un pont diviseur, et au pire une zener pour limiter la tension d'entrée sur ta carte).

[invite72d86237]

Ok, bon, maintenant, j’hésite entre deux capteurs à acheter. Alors que j'en avais déjà chez moi. Si les autres ne sont pas trop cher et vraiment mieux adapté, pourquoi pas.
Mais ma demande d'origine, c'était à propos du montage électrique, pour l'instant, les choses ne sont pas plus clair. Je vous rappelle que je ne connais rien en électricité.
L'ampliOP, je suis capable de le dimensionner grâce à la formule Gain = 1 + (R7 + R8)/ R7 et j'ai récupéré le schéma, je sais que ça sert à multiplier la tension de sortie (et encore, je ne suis pas sûr de savoir le brancher sur mon capteur, mais je trouverai).
Pour le reste, je ne sais pas de quels composants j'ai besoin.

Je sais que j'ai une alimentation de 5V sur ma carte. Et qu'il me faut un signal entre 0 et 10V. Maintenant, comment faire l'offset et la mise à l’échèle sans faire n'importe quoi (ex : perte de précision) avec tel ou tel capteur, c'est justement ma question.
Les spécifications matériel ne me parle pas, réponse à Daudet78 : c'est marqué tension sortie 6V. Et dans la doc technique 0mV + 10mV/°C pour une mesure entre +2 et 150°C en branchement direct sans montage!
Quand je vois ça, je me dis : ok : 0mV + 10 * 0°C = 0mV, et 0mV + 10 * 100°C = 1000 mV => chouette : plus qu'à multiplier par 10 et j'ai ma tension qui rentre comme il faut dans ma carte!

Voilà

[DAUDET78]

Ben oui

[invite2313209787891133]

Ce qu'il faut que tu fasses c'est utiliser un pont diviseur avec une résistance de la bonne valeur, alimenter ce pont à une tension légèrement supérieure à 10V et calculer la température équivalente par logiciel, il n'y a pas besoin de se compliquer la vie.
En pièce jointe je t'ai fais une feuille excel sur laquelle tu peux changer les caractéristiques de la CTN (constante et R à 25°C), la tension d'alim du pont et la résistance en série.
La feuille t'affiche la courbe de tension et la résolution en température obtenue dans la plage de température concernée. J’espère que ça te permettra d'y voir plus clair.

utilisation CTN.zip

[invite72d86237]

Ok, merci à tous les deux. J'ai assez d'information pour lancer mes achats et faire les essais.

[invite72d86237]

Génial ton fichier Dudulle!
Avec ça je vais pouvoir comparer des CTN, et dimensionner sans me tromper mon circuit.
En plus, je vais pouvoir utiliser le solveur Excel pour trouver la résistance idéale ainsi que la tension d'alimentation la plus appropriées.
Par contre, y a t'il des consignes/remarques particulières quant à l'utilisation de cette feuille excel?
Je ne pense pas qu'il soit utile d'utiliser un Zener au delà de 10V, la carte affiche 1024bits, c'est tout (enfin je l'espère). Tu me le conseilles quand même?

J'ai joué un peu avec ton fichier, et je viens de constater qu'en augmentant la tension d'entrée j'améliorais ma résolution. J'optimise à fond mon système si je mets une tension de 20V, avec une résistance de 1260 Ohm => j'ai une résolution de 0.7°C sur ma plage critique. Et celle-ci ne dépasse quasiment plus 0.1°C sur les autres valeurs. Par contre, je dois faire une soustraction de 8.76V sur ma tension de sortie, et je choisi de limiter ma plage de température de 10°C à 100°C.
Pour soustraire une tension, suffit-il de faire circuler une tension provenant d'une alimentation stabilisée en sens inverse?
Quels risques je cours à faire ça?

Bon, après, j'avoue que je ne suis pas non plus à 0.1°C près.
Ce qui m'inquiète le plus, c'est la précision du capteur? Parce que si je me trompe de 0.5°C dans ma mesure, c'est assez gênant. J'aimerai éviter de dépasser +- 0.3°C d’imprécision. Même si une bonne résolution de mesure est important pour pouvoir optimiser mon système de régulation de température.
La calibration du capteur à l'air assez délicate aussi => le thermomètre que je risque d'utiliser pour la calibration m'a couté 10€ sur E-bay, donc, c'est probablement pas très précis.
Je crois que je préférerais un capteur avec une réponse linéaire avec la température, qui me permettrait de l'étalonner à l'ancienne (eau glacée / eau bouillante), et de bénéficier du bonne précision vers les 50°C compte tenu d'un étalonnage sur les valeurs extrêmes.

Votre retour sur ce que je viens de dire SVP!!!!