k型熱電偶測(cè)溫補(bǔ)償方案

將絲狀的k型熱電偶的探針用焊錫或高溫粘接劑固定在印刷基板的監(jiān)視點(diǎn)上，溫度記錄器和印刷基板一起通過(guò)爐子的傳送網(wǎng)或輸送鏈通過(guò)爐膛，同時(shí)記錄器自動(dòng)地以規(guī)定時(shí)間間隔對(duì)熱電偶的溫度信號(hào)進(jìn)行采樣，將時(shí)間變化后的溫度數(shù)據(jù)記錄在記錄器的非易失性存儲(chǔ)器中 在此過(guò)程中，溫度記錄儀的外部氣溫可能達(dá)到270 ℃以上，其內(nèi)部溫度在采用必要的絕熱技術(shù)后也將達(dá)到60 ℃左右。 因?yàn)闊犭娕嫉睦碚摾涠藴囟仁羌兯c(diǎn)以下溫度( 0 ℃)，所以必須對(duì)此進(jìn)行補(bǔ)償。

1引言為滿足SMT行業(yè)大量生產(chǎn)自動(dòng)化的需求，大多數(shù)企業(yè)采用隧道式連續(xù)傳輸結(jié)構(gòu)的回流爐。 該回流爐一般至少具有三個(gè)溫度區(qū)。 因?yàn)橛∷㈦娐钒迳系臏囟茸兓h(yuǎn)比儀表的顯示溫度復(fù)雜，所以對(duì)回流爐的操作者來(lái)說(shuō)，僅憑經(jīng)驗(yàn)，很難在短時(shí)間內(nèi)將該回流爐的溫度和傳遞速度調(diào)節(jié)到zui較佳狀態(tài)。

2選擇方案

2.1硬件系統(tǒng)方案

目前產(chǎn)品多用三種方法測(cè)量冷端環(huán)境溫度。

(1)直接借用CPU內(nèi)部的溫度傳感器，例如Cygnal的CF020。 但是，首先記錄儀內(nèi)部溫度場(chǎng)不均勻，熱點(diǎn)偶補(bǔ)償線接入點(diǎn)的溫度與CPU的表面溫度存在差異，其次，集成溫度傳感器的靈敏度一般為0.1 ℃，精度±； 2 ℃時(shí)，很難滿足測(cè)定要求。

(2)使用新的智能溫度傳感器，例如，美信號(hào)ds1626、12比特采樣精度、3線串行數(shù)據(jù)通信、0℃至70℃、2.7V等

(3)高精度A/D取樣芯片+遠(yuǎn)端溫度傳感器。

經(jīng)過(guò)理論分析和實(shí)踐，我們采用改進(jìn)型第三方案。 如圖1所示，硬件系統(tǒng)主要包括基準(zhǔn)電壓源( ADR420 )、高精度采樣芯片( MAXIM1403 )、熱敏晶體管( 3DG6)和CPU(CF320 )。

圖1硬件系統(tǒng)圖

ADR420供給2.048V的基準(zhǔn)電壓，精度為0.05 %，溫度漂移為3PPM/℃。 MAX1403是&Sigma； -δ調(diào)制器和數(shù)字濾波器實(shí)現(xiàn)真正的16位轉(zhuǎn)換精度。 MAX1403可以提供獨(dú)立的編程(增益從1v/v到 +128V/V )的三路真差分傳輸線補(bǔ)償傳輸者參數(shù)電壓的直流失調(diào)。 所述三路真差分輸送路徑也可以構(gòu)成五路假差分輸送路徑。 此外，在該芯片中，為了校正增益和失調(diào)誤差，存在2個(gè)追加的差動(dòng)校正信道。 因?yàn)槠蠑?shù)字濾波器可以處理線路頻率和關(guān)聯(lián)的諧波頻率，并且使這些頻率的幅度為0，所以即使在不需要外部濾波器的情況下，也可以獲得良好的濾波效果，并且可以改進(jìn)輸出側(cè)的數(shù)字信號(hào)的質(zhì)量。

以本系統(tǒng)的基準(zhǔn)電壓2.048V為例，MAX1403對(duì)應(yīng)zui小電壓( 1倍PGA )，即1LSB對(duì)應(yīng)2.048/216 =0.03125mV，感知到溫度變化量已經(jīng)不足0.02 ℃，采取了波動(dòng)對(duì)策后，進(jìn)行了PN結(jié)的0.2 ℃和系統(tǒng)的0.03125 mv的波動(dòng)對(duì)策

2.2軟件的計(jì)算方法

總體流程圖如圖2所示。 應(yīng)用前，測(cè)定溫度感應(yīng)晶體管的冰點(diǎn)下(冰水混合物)和沸點(diǎn)(在這兩種狀態(tài)下水溫一定，可以用工業(yè)高精度水銀溫度計(jì)測(cè)定)的電壓值，作為差分運(yùn)算的端點(diǎn)，然后，利用溫感晶體管測(cè)定設(shè)備內(nèi)部的環(huán)境溫度，在zui后，從溫度補(bǔ)償式(式1 )得到測(cè)定點(diǎn)溫度。

T = TC+k·； T0 (1)

這里，t是測(cè)量點(diǎn)溫度，TC是熱電偶補(bǔ)償前的溫度，T0是由晶體管測(cè)量的熱電點(diǎn)偶數(shù)冷端環(huán)境溫度，k是比例系數(shù)(根據(jù)熱電介質(zhì)和溫度補(bǔ)償區(qū)間而變化)。

3理論依據(jù)

3.1熱電偶原理

現(xiàn)在使用熱電偶測(cè)溫計(jì)應(yīng)該應(yīng)用的基本法則的第三條<； br/>； &ldquo； 中間溫度定律&rdquo； 我的說(shuō)明如下

在圖3中，熱電偶AB的接點(diǎn)溫度t、冷端溫度0 ℃下的熱電勢(shì)EAB(T，0 )等于熱電偶AB的接點(diǎn)溫度t、冷端溫度To下的熱電勢(shì)EAB(T，To )與接點(diǎn)溫度To、冷端溫度0 ℃下的EAB(To，0 )的代數(shù)和。 即，EAB(T，0) = EAB(T，To) + EAB(To，0 )。 證書如下:

式中: e>； <； br/>； 單位電荷

k>； <； br/>； 玻爾茲曼常數(shù)

NA、nb； <； br/>； 導(dǎo)體a和b的電子密度都是溫度的函數(shù)。

eab>； <； br/>； 熱電偶閉合回路中的總熱電動(dòng)勢(shì)。

3.2 PN結(jié)測(cè)溫原理

半導(dǎo)體理論和實(shí)驗(yàn)證明，在- 50 ℃~ + 150 ℃的范圍內(nèi)，發(fā)射極結(jié)為正偏壓的情況下，無(wú)論集電極結(jié)為反偏壓還是零偏壓，以一定的集電極電流形式，NPN硅晶體管的基極-發(fā)射極正向電壓UBE都會(huì)隨著溫度t的增加而減小。 具有良好的線性關(guān)系，其電壓溫度系數(shù)約為-2.1mv/ ℃。

因此，晶體管3DG6不僅可以用作普通的電子器件，而且可以是便宜地采集和性能良好的溫度傳感器。 于是，當(dāng)前的熱電偶冷卻溫度值T0能夠如式3那樣通過(guò)線性插值計(jì)算。

式中: n為測(cè)定輸出，T0為晶體管測(cè)定的當(dāng)前熱電偶冷端溫度值，Nf為本地水的沸點(diǎn)Tf處的輸出電壓，Nb為本地水的冰點(diǎn)下Tb處的輸出電壓。

4測(cè)試結(jié)果

測(cè)試熱電偶的型號(hào)為美國(guó)OMEGA公司SMT專用微熱電偶( &Phi； 0.127mm )，測(cè)定用溫度計(jì)是分辨率0.1 ℃的水銀溫度計(jì)，簡(jiǎn)化測(cè)定數(shù)據(jù)如下所示。

本文熱電偶高頻詞： 精度  測(cè)量 

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