k型熱電偶測溫補償方案

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視點上，溫度記錄器和印刷基板一起通過爐子的傳送網或輸送鏈通過爐膛，同時記錄器自動地以規定時間間隔對熱電偶的溫度信號進行采樣，將時間變化后的溫度數據記錄在記錄器的非易失性存儲器中 在此過程中，溫度記錄儀的外部氣溫可能達到270 ℃以上，其內部溫度在采用必要的絕熱技術后也將達到60 ℃左右。 因為熱電偶的理論冷端溫度是純水冰點以下溫度( 0 ℃)，所以必須對此進行補償。

1引言為滿足SMT行業大量生產自動化的需求，大多數企業采用隧道式連續傳輸結構的回流爐。 該回流爐一般至少具有三個溫度區。 因為印刷電路板上的溫度變化遠比儀表的顯示溫度復雜，所以對回流爐的操作者來說，僅憑經驗，很難在短時間內將該回流爐的溫度和傳遞速度調節到zui較佳狀態。

2選擇方案

2.1硬件系統方案

目前產品多用三種方法測量冷端環境溫度。

(1)直接借用CPU內部的溫度傳感器，例如Cygnal的CF020。 但是，首先記錄儀內部溫度場不均勻，熱點偶補償線接入點的溫度與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，很難滿足測定要求。

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

(3)高精度A/D取樣芯片+遠端溫度傳感器。

經過理論分析和實踐，我們采用改進型第三方案。 如圖1所示，硬件系統主要包括基準電壓源( ADR420 )、高精度采樣芯片( MAXIM1403 )、熱敏晶體管( 3DG6)和CPU(CF320 )。

圖1硬件系統圖

ADR420供給2.048V的基準電壓，精度為0.05 %，溫度漂移為3PPM/℃。 MAX1403是&Sigma； -δ調制器和數字濾波器實現真正的16位轉換精度。 MAX1403可以提供獨立的編程(增益從1v/v到 +128V/V )的三路真差分傳輸線補償傳輸者參數電壓的直流失調。 所述三路真差分輸送路徑也可以構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誤差，存在2個追加的差動校正信道。 因為片上數字濾波器可以處理線路頻率和關聯的諧波頻率，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，并且可以改進輸出側的數字信號的質量。

以本系統的基準電壓2.048V為例，MAX1403對應zui小電壓( 1倍PGA )，即1LSB對應2.048/216 =0.03125mV，感知到溫度變化量已經不足0.02 ℃，采取了波動對策后，進行了PN結的0.2 ℃和系統的0.03125 mv的波動對策

2.2軟件的計算方法

總體流程圖如圖2所示。 應用前，測定溫度感應晶體管的冰點下(冰水混合物)和沸點(在這兩種狀態下水溫一定，可以用工業高精度水銀溫度計測定)的電壓值，作為差分運算的端點，然后，利用溫感晶體管測定設備內部的環境溫度，在zui后，從溫度補償式(式1 )得到測定點溫度。

T = TC+k·； T0 (1)

這里，t是測量點溫度，TC是熱電偶補償前的溫度，T0是由晶體管測量的熱電點偶數冷端環境溫度，k是比例系數(根據熱電介質和溫度補償區間而變化)。

3理論依據

3.1熱電偶原理

現在使用熱電偶測溫計應該應用的基本法則的第三條<； br/>； &ldquo； 中間溫度定律&rdquo； 我的說明如下

在圖3中，熱電偶AB的接點溫度t、冷端溫度0 ℃下的熱電勢EAB(T，0 )等于熱電偶AB的接點溫度t、冷端溫度To下的熱電勢EAB(T，To )與接點溫度To、冷端溫度0 ℃下的EAB(To，0 )的代數和。 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

NA、nb； <； br/>； 導體a和b的電子密度都是溫度的函數。

eab>； <； br/>； 熱電偶閉合回路中的總熱電動勢。

3.2 PN結測溫原理

半導體理論和實驗證明，在- 50 ℃~ + 150 ℃的范圍內，發射極結為正偏壓的情況下，無論集電極結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-發射極正向電壓UBE都會隨著溫度t的增加而減小。 具有良好的線性關系，其電壓溫度系數約為-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，當前的熱電偶冷卻溫度值T0能夠如式3那樣通過線性插值計算。

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

4測試結果

測試熱電偶的型號為美國OMEGA公司SMT專用微熱電偶( &Phi； 0.127mm )，測定用溫度計是分辨率0.1 ℃的水銀溫度計，簡化測定數據如下所示。

本文熱電偶高頻詞： 精度  測量 

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