ترمیستور ها و ترموکوپل ها:انواع و مشکلات رایج در آن ها

چاپگرهای سه بعدی FFF می توانند از انواع مختلفی از سنسورهای دما استفاده کنند که رایج ترین آنها ترمیستور NTC، ترموکوپل و پروب PT100 است.

ترمیستورهای NTC

ترمیستورها رایج‌ترین، ارزان‌ترین و ساده‌ترین حسگر برای استفاده هستند، زیرا مستقیماً به برد پرینتر متصل می‌شوند. این عنصری است که مقاومت الکتریکی خود را بسته به دما تغییر می‌دهد، بنابراین چاپگر باید جدول RT (مقاومت در برابر دما) مدل خاص مورد استفاده را در سیستم عامل خود از قبل پیکربندی کرده باشد. اگر می خواهید ترمیستور را با مدل دیگری جایگزین کنید، ضروری است که سیستم عامل چاپگر را از جمله جدول RT خاص مدل جدید تغییر دهید، در غیر این صورت، اندازه گیری دما اشتباه خواهد بود. اگر امکان تغییر سیستم عامل پرینتر وجود ندارد، ترمیستور باید همیشه با یک ترمیستور مشابه جایگزین شود. از جمله معایب اصلی آنها این است که پاسخ خطی ارائه نمی دهند و به طور کلی برای دماهای بالا (بالای 300 درجه سانتیگراد) مناسب نیستند.

دو دلیل اصلی برای مشکلات ترمیستور وجود دارد:

پیکربندی اشتباه پارامترها در سیستم عامل: همانطور که قبلاً ذکر شد، ضروری است که نرم افزار پرینتر مقادیر RT خاص را برای یک مدل ترمیستور خاص پیکربندی کرده باشد تا بتواند مقادیر مقاومت اندازه‌گیری شده را به‌طور دقیق به مقادیر دمای واقعی تبدیل کند. همه سازندگان ترمیستور داده های RT را برای هر مدل ارائه می دهند و سیستم عامل مانند Marlin یا RepRap FW شامل جداول RT برای رایج ترین مدل ها است.

وضعیت نامناسب کابل ها یا اتصالات: کابل در شرایط نامناسب، اتصال بد یا طول بیش از حد کابل، می تواند مقاومت اندازه گیری شده توسط برد را افزایش دهد و در نتیجه خوانش دما اشتباه شود. بررسی دوره ای وضعیت کابل های ترمیستور و اتصالات ضروری است. ترمیستور باید مستقیماً به برد وصل شود، از استفاده از دوشاخه یا کانکتورها اجتناب شود و از حداقل طول لازم استفاده شود. اگر از کانکتورهای سریع استفاده می شود، باید از بالاترین کیفیت ممکن برخوردار باشند و به درستی چین خورده باشند. برای تعیین اینکه آیا ترمیستور به درستی نصب شده است، بهترین راه این است که مقاومت کانکتور روی برد را با یک مولتی متر اندازه گیری کنید و ببینید که آیا همان چیزی است که در جدول RT در دمای 25 درجه سانتیگراد مشخص شده است یا خیر.

ترموکوپل

آنها از یک اتصال دو فلزی تشکیل شده اند که رسانایی آن بسته به دما تغییر می کند. انواع مختلفی وجود دارد که نوع K به دلیل دامنه دمایی وسیعی که پوشش می‌دهند (200- ^ºC – 1400^ºC) در پرینت سه بعدی رایج‌ترین آنهاست. آنها بسیار مقرون به صرفه و قابل تعویض هستند، اما دو محدودیت مهم دارند:

1. آنها دقت بسیار پایینی دارند
2. آنها برای استفاده نیاز به نصب صفحات تقویت کننده دارند.

تا همین اواخر آنها رایج ترین راه حل برای پرینترهای سه بعدی با دمای بالا بودند، اما توسط فناوری های دیگری مانند ترمیستورهای دمای بالا یا پروب های PT100 جابجا شده اند.

علل اصلی مشکلات عبارتند از:

1. وضعیت نامناسب سیم‌کشی یا اتصالات: دما مانند ترمیستورها با اندازه‌گیری مقاومت ترموکوپل تعیین می‌شود، بنابراین نقص در سیم‌کشی یا کانکتورها باعث اندازه‌گیری اشتباه دما می‌شود.
2. نویز الکتریکی: ترموکوپل ها به نویز الکتریکی حساس هستند، بنابراین ظاهر آن در مدار اندازه گیری ها را تغییر می دهد.

پروب های RTD

مشابه ترمیستورهای NTC، آنها نیز از فلزی تشکیل شده اند که مقاومت الکتریکی آن با دما متفاوت است. برخلاف ترمیستورهای NTC که مقاومت با دما کاهش می‌یابد، پروب‌های RTD با دما افزایش می‌یابند. این بدان معناست که آنها می توانند دمای بسیار بالاتر از ترمیستورها را تا 600 درجه سانتیگراد با دقت اندازه گیری کنند. اگرچه آنها در یک محدوده دمایی بسیار دقیق هستند، اما این عیب را دارند که گران تر هستند و مانند ترموکوپل ها به وسایل الکترونیکی اضافی نیاز دارند که هزینه آنها را بیشتر و نصب آنها را پیچیده می کند. رایج ترین نوع پروب RTD پروب معروف PT100 است.

به طور کلی، آنها مشکلات کمتری نسبت به ترمیستورها و ترموکوپل های NTC دارند، با این حال، مانند موارد قبلی، بررسی وضعیت کابل ها و کانکتورها مهم است، زیرا عملکرد آنها نیز بر اساس خوانش مقاومت الکتریکی است.

مشکلات مربوط به دما

در بسیاری از موارد، مشکلات دما به خود سنسور مربوط نمی شود، بلکه به مدل کنترل دما و تنظیمات ایمنی پرینتر مربوط می شود. برای کنترل دما، پرینترهای سه بعدی FFF از یک مدل مبتنی بر فرکانس پالس به نام PID استفاده می کنند. ضرایب این مدل فرکانس پالس مورد نیاز برای دستیابی به نرخ گرمایش بیشتر یا کمتر را تعیین می کند، بنابراین تنظیم صحیح این پارامترها برای کنترل دقیق دما ضروری است. به همین دلیل است که اکثر پرینترهای سه بعدی تابعی به نام کالیبراسیون PID را در خود جای داده اند که این پارامترها را به طور خودکار تعیین می کند. توصیه می شود این کالیبراسیون را به صورت دوره ای انجام دهید.

علاوه بر این، معمول است که پرینترهای سه بعدی الگوریتم‌های ایمنی را پیاده‌سازی کنند که گرمایش را در زمانی که سرعت گرمایش یا دمای به دست آمده با مدل مطابقت ندارد، غیرفعال می‌کند. در این موارد، خطاهای دما مکرر است. هنگامی که آنها ظاهر می شوند، موارد زیر باید بررسی شوند:

1. وضعیت سنسورهای دما
2. راندمان حرارتی هات اند
3. فن لایه رو به بلوک بخاری نیست و آن را خنک می کند.
4. اینکه بلوک بخاری با هیت سینک هات اند تماس نداشته باشد.
5. کالیبراسیون PID را انجام دهید.