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溫度計

溫度計是一種溫度感應器，其電阻在加熱或冷卻時會改變。在 3D 印表機、烘乾機和小型加熱設備中，它經常用作控制加熱器的反饋。

3D 列印社群中最常見的選項是 NTC 溫度計 100K。NTC 表示隨著溫度升高，電阻降低。100K 通常表示在 25°C 時約 100 kOhm。

應用場景

溫度計用於測量以下溫度：

  • 熱端；
  • 加熱床；
  • 印表機室室；
  • 耗材烘乾機；
  • 空氣風道；
  • 加熱模組；
  • 電子設備區域，如果需要簡單的過熱保護。

在有加熱器的設備中，溫度計不是裝飾性感應器。它決定控制器何時降低功率、禁用加熱或以錯誤停止。

NTC 100K、Beta 和查詢表

不同的溫度計看起來可能相同，但特性不同。

重要的參數：

  • 25°C 時的電阻，例如 100 kOhm；
  • 類型：NTC 或 PTC；
  • Beta，例如 3950K；
  • 電阻/溫度查詢表；
  • 工作溫度範圍；
  • 精度；
  • 封裝：玻璃珠、筒狀、螺釘感應器、套管；
  • 線絕緣。

如果韌體選擇了錯誤的感應器類型，溫度將顯示不正確。在室溫下錯誤可能很小，但在工作溫度下危險。

所以「100K 溫度計」這句話並不總是足夠的。對於韌體，特定的型號或至少正確的 Beta/表很重要。

控制器如何測量溫度

溫度計通常透過帶上拉電阻的分壓器連接到類比輸入。控制器測量電壓，將其轉換為電阻，然後使用查詢表或公式獲取溫度。

用於溫度測量的溫度計分壓器

來源：Wikimedia Commons, Sjlegg, Public Domain

在 Klipper 中，這是透過 sensor_type、sensor_pin、有時 pullup_resistor 或自訂 [thermistor] 部分設定的。

在 Marlin 中，溫度計類型是透過感應器配置參數和溫度限制選擇的。

對於使用者，要點很簡單：韌體必須確切知道安裝在設備中的感應器類型。

開路和短路

溫度計及其線路可能會故障。

典型的症狀：

  • 線斷了；
  • 連接器接觸不良；
  • 線短接在一起；
  • 絕緣損壞；
  • 感應器從套管滑出；
  • 線在運動零件中磨損；
  • 感應器顯示室溫，儘管加熱發生。

韌體通常具有保護，例如 MINTEMP、MAXTEMP、加熱驗證和熱失控保護。但這些保護只有在感應器和韌體正確設定，並且電源部分實際上可以關閉時才有效。

如果感應器從加熱器脫落但保持電氣連接，這特別危險：韌體可能會看到「低溫」並持續加熱。

熱接觸

溫度計安裝通常比看起來更重要。

感應器應測量你實際需要控制的位置的溫度。對於熱端，它是加熱塊。對於床，它是表面或與實際床溫度相關的位置。對於空氣加熱器，它是由安全和控制邏輯選擇的一個點。

熱接觸受以下因素影響：

  • 感應器壓力；
  • 導熱膏；
  • 安裝孔；
  • 套管；
  • 螺釘安裝；
  • 間隙；
  • 感應器周圍的材料；
  • 線狀況；
  • 污染或乾燥的膏；
  • 振動和鬆散的安裝。

如果溫度計只是橫向接觸零件，它可能會反應緩慢並顯示錯誤的溫度。PID 控制器隨後會得到延遲的資訊，溫度可能會超調或超過目標。

感應器封裝

溫度計有不同的封裝。

玻璃珠：

  • 便宜；
  • 很小；
  • 需要仔細安裝；
  • 容易損壞線或絕緣。

筒狀溫度計：

  • 更容易插入加熱塊孔中；
  • 通常機械上更穩定；
  • 重要的是匹配直徑和長度。

螺釘溫度計：

  • 容易安裝在金屬表面；
  • 如果安裝正確，可以提供良好的接觸；
  • 不能過緊或損壞線。

套管中的感應器：

  • 適合空氣、液體或外殼；
  • 如果套管大量，反應較慢；
  • 適當的安裝點很重要。

封裝選擇取決於測量的內容以及感應器如何被維護。

萬用表檢查

基本檢查可以在電阻模式下用萬用表完成。詳細的程序在實務文章中：檢查溫度計。

對於典型的 NTC 100K 在約 25°C 的室溫下，你期望約 100 kOhm。確切的值取決於溫度和公差。

用手指加熱時，NTC 電阻應降低。如果萬用表顯示開路、短路或移動線時值跳躍，首先檢查連接器和線路。

萬用表檢查不能替代校準，也不能在 200°C 時證明精度，但它快速顯示明顯的開路、短路或錯誤的感應器類型。

購買前要檢查的事項

在購買溫度計之前，檢查：

  • 25°C 時的電阻；
  • Beta 或確切的型號；
  • 與韌體的相容性；
  • 工作溫度範圍；
  • 感應器封裝；
  • 線長度和材料；
  • 連接器類型；
  • 安裝方法；
  • 你是否需要筒狀、螺釘、套管或玻璃珠；
  • 感應器是否適合你的加熱塊或安裝位置；
  • 技術說明或清晰資訊的可用性。

對於熱端，最好獲得機械上適合特定塊的感應器。對於室室或烘乾機，安裝位置、線保護和在氣流中的測量穩定性更重要。

常見錯誤

  • 選擇了錯誤的 sensor_type；
  • 認為任何 100K 溫度計都是相同的；
  • 感應器按壓不當；
  • 沒有適當的熱接觸；
  • 感應器從套管滑出；
  • 線在感應器體處磨損或斷裂；
  • 連接器接觸不良；
  • 線路不必要地靠近電源線；
  • 溫度計測量空氣但控制器認為它測量加熱器；
  • 韌體設定時沒有合理的 min_temp 和 max_temp；
  • 加熱器開啟時沒有獨立的硬體保護。

要點

溫度計是加熱器的反饋。重要的不是購買「100K NTC」，而是在韌體中選擇正確的類型、在正確的位置安裝感應器並檢查線路。

不良的熱接觸或錯誤的 sensor_type 可能比完全死亡的感應器更危險，因為系統持續工作但基於錯誤的溫度做出決策。

參考資料