Cảm biến nhiệt độ cho một dự án sous-vide Arduino

Tôi đang tạo bộ điều khiển PID cho sous-vide, như cái này và đang cố gắng quyết định cảm biến nhiệt độ nào sẽ nhận được.

Ưu tiên:

• Chi phí: <£ 25 giao tại Vương quốc Anh
• Độ chính xác: +/- 0,5C
• Phạm vi: 0 - 100C
• Đầu ra: thứ gì đó có thể được đọc bởi Arduino với mạch bổ sung tối thiểu (ví dụ 0-5VDC, điện trở dễ đo hoặc đầu ra kỹ thuật số như OneWire, v.v.)
• Vật lý: không thấm nước, an toàn thực phẩm (lý tưởng) và với chì dài ít nhất một mét - lý tưởng là không có quá nhiều công việc để tạo ra yếu tố hình thức này (tôi không có xưởng)
• Chế độ thất bại: sẽ là lý tưởng nếu một lỗi gây ra việc đọc quá nhiệt thay vì dưới nhiệt độ

Rất vui được thỏa hiệp với bất kỳ điều nào ở trên nếu cần, nhưng đây là lý tưởng của tôi. Cũng mở để đề xuất cho những gì khác tôi nên thỏa hiệp. Tôi đặc biệt quan tâm đến những suy nghĩ liên quan đến các cảm biến như loại k, pt100, chip TMP36 và nhiệt điện trở 10K "tiêu chuẩn" (mặc dù nếu những tên này không đủ cụ thể, vui lòng cho tôi biết tôi nên là gì tìm kiếm thay thế).

Đầu tiên, đồng ý với những người khác: đạt độ chính xác 1.0C sẽ giúp cuộc sống của bạn dễ dàng hơn rất nhiều.

Bạn dường như được đặt trên các cảm biến tương tự, nhưng tôi đề nghị một thiết bị có giao diện kỹ thuật số. Các cảm biến tương tự là (được sử dụng) bằng phép đo phóng xạ (cung cấp tỷ lệ phần trăm phụ thuộc vào nhiệt độ của Vcc), mang lại phản ứng phi tuyến tính, mà bạn sẽ phải chuyển đổi. Loại khác (LM35, v.v.) là tuyệt đối, yêu cầu bạn phải A / D so với điện áp tham chiếu phải (nhiều) tích lũy hơn độ chính xác mong muốn của bạn. Trừ khi bạn muốn đo một cái gì đó mà cảm biến giao diện kỹ thuật số không thể (như >> 100C), điều này có vẻ rất nhiều rắc rối không cần thiết.

Chỉnh sửa: chúng ta hãy thử LM35. 10mV / C, ngay cả khi giả sử LM35 không có lỗi , tham chiếu điển hình (LM431, v.v.) là chính xác 1%, trong đó giới thiệu sai số 1% trong việc đọc nhiệt độ! Một vi điều khiển A / D thông thường là 10 bit, giả sử quy mô đầy đủ là tham chiếu 2.5V (kiểm tra xem uC của bạn có cho phép điều này không!). Lỗi A / D 1 bit (hãy lạc quan!, Kiểm tra tốt hơn biểu dữ liệu uC của bạn) là 2,5mV = 1/4 lỗi. Vì vậy, ngay cả khi không có cảm biến, chúng ta vẫn có lỗi + / 1.25 C (tốt nhất là ..).

Nhận một cảm biến giao diện kỹ thuật số, ví dụ DS1820 / 18S20 / 18B20 cũ, tất cả TO92. Hoặc một trong những cảm biến I2C hoặc SPI mà Microchip tạo ra trong TO220. Nếu bạn đang sưởi ấm trong một khay hoặc một cái gì đó bạn có thể kết nối tab với khay.

Nhận IC cảm biến nhiệt độ chính xác, như LM35CAZ .

Bạn cung cấp năng lượng cho nó với 5v tốt, và đầu ra là một điện áp đơn giản là một hàm tuyến tính của nhiệt độ. Chúng có độ chính xác khá tốt là ± 1⁄4˚C ở nhiệt độ phòng.

Thêm:

Một số người đã nói về "Độ chính xác trong phạm vi nhiệt độ" cho cảm biến này là ± 1ºC. Đây là phạm vi sai để nói về. "Độ chính xác ở nhiệt độ nấu" là phạm vi phù hợp để nói về. Ở độ chính xác khoảng 60ºC là ± 0,7 và có lẽ tốt hơn thế. Dòng 'điển hình' thay đổi khoảng 0,1 CC so với phạm vi nấu của bạn.

Bạn có thể chỉ cần một hoặc hai điểm hiệu chuẩn để có được cảm biến này đủ chính xác cho nhu cầu của bạn. Nhưng, tất nhiên, điều đó đòi hỏi một nhiệt kế chính xác để hiệu chỉnh nó. Đối với điều đó, bạn có một vài lựa chọn:

Cách 1: Bạn có thể sử dụng nước. Nhiệt độ của nước đang bị đóng băng là 0ºC. Vì vậy, hãy cho nó vào một cốc nước nhỏ trong tủ đá, và xem điện áp đầu ra một cách cẩn thận. Nó sẽ rơi và rơi cho đến khi nước bắt đầu đóng băng. Tại thời điểm này, nhiệt độ sẽ ngừng giảm và giữ phẳng trong một thời gian. Sau khi đóng băng hoàn tất, nhiệt độ sẽ bắt đầu giảm trở lại. Lưu ý điện áp trong vùng phẳng để sử dụng làm điểm hiệu chuẩn 0ºC của bạn.

Làm tương tự cho nước sôi. Tốt nhất là làm điều này ở mực nước biển. Nếu bạn không ở mực nước biển, thì hãy kiểm tra xem nhiệt độ nước sôi ở độ cao của bạn là bao nhiêu.

Sử dụng 0ºC và 100ºC không tốt bằng sử dụng, giả sử 50ºC và 80ºC, nhưng nó dễ dàng hơn nhiều. Nếu bạn có sẵn một nhiệt kế rất chính xác, thì bạn nên sử dụng các điểm hiệu chuẩn gần hơn với nhiệt độ nấu của bạn.

Cách 2: Sử dụng rượu metylic. (Cảm ơn stevenvh) Cái này sôi ở 64,7 CC. Điều này rất gần với nhiệt độ nấu của bạn, bạn chỉ cần một điểm hiệu chuẩn để có được nhiệt độ nấu rất chính xác. Rõ ràng là cẩn thận để không làm say hoặc thổi bay bản thân của bạn với khói. Đừng đun nóng rượu trên ngọn lửa trần!

Đã thêm - Khuếch đại

Vì bạn đang làm việc trong một phạm vi nhiệt độ hẹp và bạn cần độ chính xác kiểm soát tốt, có lẽ cũng đáng để khuếch đại đầu ra của cảm biến. Điều này sẽ cho độ phân giải ADC lớn hơn tại Arduino, điều này sẽ chuyển thành sự ổn định tốt hơn của thuật toán điều khiển PID. Xem câu hỏi Chuyển đổi mức điện áp tương tự (dịch chuyển mức) trong đó thảo luận về khuếch đại và dịch chuyển mức điện áp tương tự.

Giả sử bạn đang làm việc trong phạm vi 40 CC - 100 CC (0,4v - 1,0v). Bạn sẽ muốn trừ 0,4v khỏi tín hiệu, cho 0,0v - 0,6v và khuếch đại kết quả với mức tăng 8, cho 0,0v - 4,8v. Điều này sẽ cho độ phân giải tuyệt vời.

Có vẻ như bạn đang hỏi về đầu dò mà thôi. Rõ ràng bạn muốn một cái gì đó bạn có thể tiếp xúc trực tiếp với thực phẩm. Bộ điều khiển PID bao gồm rất nhiều cảm biến phản hồi, nhưng có vẻ như bạn không hỏi về điều đó. Nếu bất kỳ điều này là không chính xác, thì bạn nên cập nhật câu hỏi của bạn. Tôi cũng không biết "Sous Vide" là gì. Bất kỳ thông tin liên quan đến nó nên có trong câu hỏi của bạn. Liên kết chỉ dành cho vật liệu nền.

Như Steven đã đề cập, 1/2 degC rất tham vọng và không cần thiết khi bạn nói về thực phẩm.

Cảm biến nhiệt độ dễ nhất sẽ là một nhiệt điện trở. Họ có thể xử lý phạm vi và nếu không chỉ cần một điện trở tải. Kết quả cũng sẽ được đo bằng phép cung cấp của bạn, vì vậy mọi biến thể cung cấp đều bị hủy bỏ. Phát hiện lỗi dễ dàng trong phần sụn vì các số đọc rất gần với đỉnh hoặc đáy của phạm vi cho thấy nhiệt độ không thực tế. Nếu bạn nhận được bất cứ điều gì ngoài phạm vi nhiệt độ hợp lệ, thì bạn giả sử lỗi phần cứng và nhập bất cứ điều gì bạn nghĩ rằng chế độ an toàn của bạn là. Đây thực sự là một vấn đề phần sụn, không phải là phần cứng với nhiệt điện trở và điện trở tải đúng.

Đối với việc làm cho nó an toàn thực phẩm, bao quanh đầu dò trong thủy tinh là tốt. Làm thế nào về epoxying nhiệt điện trở đến dưới cùng của một testTube nhỏ, sau đó trở thành đầu dò? Mặt trên có thể được niêm phong bằng keo nóng hoặc một cái gì đó. Nó cần phải kín nước nhưng thực phẩm không nên ở đó. Chỉ có hai dây cách điện nên xuất hiện từ đầu ống. Thủy tinh khá tốt trong việc truyền nhiệt. Hằng số thời gian của đầu dò vẫn phải nhỏ hơn hằng số thời gian từ công suất gia nhiệt đến nhiệt độ thay đổi thực phẩm.

Nhiệt điện trở không chính xác trừ khi bạn trả nhiều tiền. Đối với một dự án sở thích một lần, tôi sẽ nhận được bất kỳ nhiệt điện trở nào có thể có trong phạm vi phù hợp và hiệu chỉnh thủ công. Hiệu chỉnh ở một vài nhiệt độ đã biết được xác định từ một nhiệt kế đã biết đáng tin cậy, sau đó đặt phần sụn vào giữa. Đối với tín dụng bổ sung, bạn thậm chí có thể tra cứu phương trình danh nghĩa cho nhiệt điện trở, điều chỉnh các điểm đo của bạn với nó tốt nhất có thể, sau đó rút ra hàm liên tục từ đó. Bạn có thể điền một bảng cố định trong phần sụn với nhiều phân đoạn từ chức năng được hiệu chỉnh để phép nội suy tuyến tính giữa các phân đoạn sẽ khá tốt.

Một lần nữa, 1/2 degC yêu cầu quá nhiều, nhưng dù sao bạn cũng không thực sự cần đến nó. Một nhiệt điện trở có thể có 4 điểm hiệu chuẩn, phương trình phù hợp, và sau đó nội suy sẽ ổn để giải quyết vấn đề thực tế.

Sử dụng LM335Z, bạn có thể hiệu chỉnh độ lệch và độ lệch cho bất kỳ cảm biến nào với 2 lần đọc thử ở 0'C 100'C bằng nước đá và nước sôi.

Sau đó nhận được một xác minh đọc ở tầm trung nói 50'C.

Bạn có thể tạo một khuôn thử nghiệm và hiệu chỉnh một cảm biến làm giá đỡ bạc của bạn so với nhiệt kế tiêu chuẩn vàng khác. Sau đó, bạn lưu các lỗi dự kiến ​​- thực tế và tính toán tiến trình tuyến tính hoặc mức tăng và số bù để lưu trong EEPROM để chúng trở thành một tập hợp được hiệu chỉnh. Nếu bạn nhận được một lô, bạn có thể thấy tất cả chúng đều có cùng một giá trị bù và lỗi mà bạn có thể sửa trong phần mềm để hiển thị số đọc đã sửa.

Với các tiêu chuẩn 0,1'C, bạn có thể mong đợi lỗi 0,2'deg và sử dụng bất kỳ màn hình nào bạn chọn để đảm bảo rằng lỗi 0,5'C cho các điểm đặt quan trọng của bạn.

Xem hình 3

http://www.st.com/iNET/com/TECHNICAL_RESOURCES/TECHNICAL_LITERATURE/DATASHEET/CD00000459.pdf

Tôi sẽ niêm phong cảm biến bằng một lớp phủ epoxy thực phẩm mỏng để bảo vệ thiết bị khỏi rò rỉ độ ẩm và sử dụng dây xoắn đôi hoặc hai dây xoắn đôi sử dụng làm lá chắn và sau đó sử dụng "cuộn cảm CM" để hấp thụ nhiễu RF.

Sau đó, bạn cần một ADC được đảm bảo chính xác đến +/- 0,5 bit hoặc có thể là 1 trong 256 cấp để đọc chính xác 0,5 / 100%. Điều này không được đảm bảo trong hầu hết các Arduino, vì vậy bạn cần sử dụng một bộ xử lý phần cứng để kiểm tra điều này trong Đầu ra trừ Đầu vào trên phạm vi 2 kênh và chọn cặp AC cho CH1 và CH 2, sau đó hiển thị chế độ XY CH1 vs Ch2 để có một dấu chấm ở giữa di chuyển tối đa +/- 1 bit. Bất kỳ nhiễu Vref nào trong ADC của bạn sẽ gây ra các mức lượng tử hóa hoặc độ trễ bị bỏ qua trong quá trình chuyển đổi như 01111 sang 10000 và nhiễu xuyên từ mặt đất kỹ thuật số sang đầu vào nguồn cấp dữ liệu mặt đất tương tự sẽ thất bại về tính đơn điệu.

Kiểm tra trang TI để tìm tài liệu về lỗi ADC.

@Richard Russell << Tôi đánh giá cao sự cần thiết phải kiểm soát 0,5 độ C trong các kiểu nấu hữu cơ ở nhiệt độ thấp nơi sinh vật sống bắt đầu chết nhanh trên nhiệt độ Pasteur khi vi khuẩn bị tiêu diệt.

Nếu là tôi, tôi sẽ hiệu chỉnh độ chính xác 0,1 độ bằng cách sử dụng nhiệt độ hiệu chuẩn khuếch đại bù của tôi trong khoảng từ 45 đến 65 độ C sau khi nó được gắn chặt vào Nồi cách nhiệt tốt. Sau đó, bạn có thể thực hiện bất kỳ bếp thương mại nào khác trên thị trường ... giả sử nó được cách điện tốt trong chất điện môi có giá trị R cao.

Sau đó, để xuất hiện để bạn có thể tính phí 500 đô la, hãy bọc nó trong SS chính xác của Mỹ giống như "Spirit of St Louis" bị trầy xước sâu và rất bóng bẩy. ;)

Cá nhân tôi sẽ có axit ngoại thất SS được khắc bởi các chuyên gia, những người làm điều này mỗi ngày với một tác phẩm nghệ thuật có ý nghĩa nấu ăn lịch sử với giá 50 đô la và sau đó tính thêm cho tác phẩm nghệ thuật tùy chỉnh với logo cá nhân và tên công ty. Chỉ cần hỏi nếu bạn cần một ref tốt.

Cảm ơn bạn đã để tôi giúp bạn với mục tiêu của bạn.

Dựa trên thông tin được đưa ra trong các câu trả lời khác và tìm kiếm thêm, tôi đã tìm thấy đầu dò DS18B20 không thấm nước tại Alpha-Crucis (EU). Nó cũng có sẵn tại Adaf nhung ở Mỹ.

Nó đáp ứng tất cả các yêu cầu của tôi, và có một yếu tố hình thức lý tưởng.