sincore

Czym jest moduł termoparowy

Moduł termoparowy (przetwornik temperatury) to urządzenie, które:

Podłącza termopary (czujniki temperatury)
Mierzy ich napięcie (mV)
Przelicza je na temperaturę z uwzględnieniem kompensacji zimnego końca
Udostępnia wyniki przez interfejs komunikacyjny — najczęściej Modbus RTU przez RS-485

Takie moduły produkuje m.in. F&F Filipowski (seria MB-TC), ADAM (Advantech), Wago, Phoenix Contact. Różnią się liczbą kanałów, obsługiwanymi typami termopar i rozdzielczością pomiaru.

Typy termopar

Termopara to para przewodów z różnych stopów. Styk gorący mierzy temperaturę, styk zimny (cold junction) jest w module i wymaga kompensacji.

Typ	Materiały	Zakres	Czułość
K	NiCr / NiAl	−200 do +1350°C	~41 μV/°C
J	Fe / CuNi	−210 do +750°C	~52 μV/°C
T	Cu / CuNi	−250 do +400°C	~43 μV/°C
N	NiCrSi / NiSi	−270 do +1300°C	~39 μV/°C
E	NiCr / CuNi	−270 do +1000°C	~68 μV/°C
R, S, B	Pt/Rh alloys	0 do +1700°C	~6–13 μV/°C

Typ K jest najpopularniejszy w przemyśle — szeroki zakres, dobra czułość, tani. W laboratoriach często używa się T (niskie temperatury) lub R/S (wysokie, precyzyjne).

Moduł wielokanałowy — schemat działania

[Termopara ch.1] ──┐
[Termopara ch.2] ──┤  [ADC]  [Cold junction] → [MCU] → [RS-485 / Modbus]
[Termopara ch.3] ──┤
[...          ] ──┘

Każdy kanał ma własne wejście ADC. Moduł mierzy jednocześnie napięcie termopary i temperaturę zimnego końca (zazwyczaj czujnik NTC lub PT100 wewnątrz obudowy), po czym stosuje krzywe korekcyjne dla wybranego typu termopary.

Rejestry Modbus — typowy moduł 8-kanałowy

Rejestry Input (FC 04 lub FC 03 — zależy od producenta):

Rejestr	Zawartość
0–1	Temperatura kanał 1 (float 32-bit, 2 rejestry)
2–3	Temperatura kanał 2
4–5	Temperatura kanał 3
...	...
14–15	Temperatura kanał 8
16	Status — bity błędów per kanał
17	Temperatura cold junction

Wartości mogą być przechowywane jako:

Float IEEE 754 — 2 rejestry, bezpośrednio stopnie Celsjusza
Integer × 10 — 1 rejestr, np. 2356 = 235.6°C
Integer × 100 — 1 rejestr, np. 23560 = 235.60°C

Sprawdź dokumentację konkretnego modułu — producenci używają różnych reprezentacji.

Odczyt w Pythonie

from pymodbus.client import ModbusSerialClient
import struct

client = ModbusSerialClient(port="COM8", baudrate=9600, timeout=1)
client.connect()

# FC 04 — Read Input Registers, 16 rejestrów (8 kanałów × 2)
result = client.read_input_registers(address=0, count=16, slave=1)

if not result.isError():
    temps = []
    for i in range(0, 16, 2):
        # Składanie float z dwóch rejestrów (big-endian)
        raw = struct.pack(">HH", result.registers[i], result.registers[i+1])
        temp = struct.unpack(">f", raw)[0]
        temps.append(round(temp, 1))
    
    for ch, t in enumerate(temps, 1):
        print(f"Kanał {ch}: {t}°C")

client.close()

Błąd kanału — jak go wykryć

Jeśli termopara jest odłączona, uszkodzona lub przekroczony zakres — moduł zwraca wartość błędu. Typowe sygnały:

Wartość -32768 lub 0x7FFF (integer) — kanał w błędzie
Wartość NaN lub ±Inf (float) — kanał w błędzie
Bit w rejestrze statusu — sprawdź dokumentację

Zawsze sprawdzaj te wartości przed wyświetleniem lub zapisem do bazy — brak termopary nie powinien zapisywać -32768°C do historii pomiarów.

Pułapki

Kolejność bajtów (endianness) float — producenci używają różnych kombinacji: big-endian, little-endian, mixed-endian (swap words). Jeśli temperatura wychodzi nonsensowna, wypróbuj inne kombinacje.
Typ termopary — moduł musi być skonfigurowany na ten sam typ co podłączona termopara. Błędna konfiguracja daje wyniki bez błędu, ale z zupełnie złą wartością.
Kompensacja zimnego końca — dla precyzyjnych pomiarów w zmiennych warunkach otoczenia sprawdź, gdzie fizycznie mierzony jest cold junction i czy moduł nie jest w miejscu z dużymi wahaniami temperatury.
Kabel termoparowy — przedłużanie termopary zwykłym kablem miedzianym wprowadza błąd w miejscu połączenia. Używaj kabla kompensacyjnego odpowiedniego dla danego typu termopary.