k型热电偶测温补偿方案

将丝状的k型热电偶的探针用焊锡或高温粘接剂固定在印刷基板的监视点上，温度记录器和印刷基板一起通过炉子的传送网或输送链通过炉膛，同时记录器自动地以规定时间间隔对热电偶的温度信号进行采样，将时间变化后的温度数据记录在记录器的非易失性存储器中 在此过程中，温度记录仪的外部气温可能达到270 ℃以上，其内部温度在采用必要的绝热技术后也将达到60 ℃左右。 因为热电偶的理论冷端温度是纯水冰点以下温度( 0 ℃)，所以必须对此进行补偿。

1引言为满足SMT行业大量生产自动化的需求，大多数企业采用隧道式连续传输结构的回流炉。 该回流炉一般至少具有三个温度区。 因为印刷电路板上的温度变化远比仪表的显示温度复杂，所以对回流炉的操作者来说，仅凭经验，很难在短时间内将该回流炉的温度和传递速度调节到zui较佳状态。

2选择方案

2.1硬件系统方案

目前产品多用三种方法测量冷端环境温度。

(1)直接借用CPU内部的温度传感器，例如Cygnal的CF020。 但是，首先记录仪内部温度场不均匀，热点偶补偿线接入点的温度与CPU的表面温度存在差异，其次，集成温度传感器的灵敏度一般为0.1 ℃，精度±； 2 ℃时，很难满足测定要求。

(2)使用新的智能温度传感器，例如，美信号ds1626、12比特采样精度、3线串行数据通信、0℃至70℃、2.7V等

(3)高精度A/D取样芯片+远端温度传感器。

经过理论分析和实践，我们采用改进型第三方案。 如图1所示，硬件系统主要包括基准电压源( ADR420 )、高精度采样芯片( MAXIM1403 )、热敏晶体管( 3DG6)和CPU(CF320 )。

图1硬件系统图

ADR420供给2.048V的基准电压，精度为0.05 %，温度漂移为3PPM/℃。 MAX1403是&Sigma； -δ调制器和数字滤波器实现真正的16位转换精度。 MAX1403可以提供独立的编程(增益从1v/v到 +128V/V )的三路真差分传输线补偿传输者参数电压的直流失调。 所述三路真差分输送路径也可以构成五路假差分输送路径。 此外，在该芯片中，为了校正增益和失调误差，存在2个追加的差动校正信道。 因为片上数字滤波器可以处理线路频率和关联的谐波频率，并且使这些频率的幅度为0，所以即使在不需要外部滤波器的情况下，也可以获得良好的滤波效果，并且可以改进输出侧的数字信号的质量。

以本系统的基准电压2.048V为例，MAX1403对应zui小电压( 1倍PGA )，即1LSB对应2.048/216 =0.03125mV，感知到温度变化量已经不足0.02 ℃，采取了波动对策后，进行了PN结的0.2 ℃和系统的0.03125 mv的波动对策

2.2软件的计算方法

总体流程图如图2所示。 应用前，测定温度感应晶体管的冰点下(冰水混合物)和沸点(在这两种状态下水温一定，可以用工业高精度水银温度计测定)的电压值，作为差分运算的端点，然后，利用温感晶体管测定设备内部的环境温度，在zui后，从温度补偿式(式1 )得到测定点温度。

T = TC+k·； T0 (1)

这里，t是测量点温度，TC是热电偶补偿前的温度，T0是由晶体管测量的热电点偶数冷端环境温度，k是比例系数(根据热电介质和温度补偿区间而变化)。

3理论依据

3.1热电偶原理

现在使用热电偶测温计应该应用的基本法则的第三条<； br/>； &ldquo； 中间温度定律&rdquo； 我的说明如下

在图3中，热电偶AB的接点温度t、冷端温度0 ℃下的热电势EAB(T，0 )等于热电偶AB的接点温度t、冷端温度To下的热电势EAB(T，To )与接点温度To、冷端温度0 ℃下的EAB(To，0 )的代数和。 即，EAB(T，0) = EAB(T，To) + EAB(To，0 )。 证书如下:

式中: e>； <； br/>； 单位电荷

k>； <； br/>； 玻尔兹曼常数

NA、nb； <； br/>； 导体a和b的电子密度都是温度的函数。

eab>； <； br/>； 热电偶闭合回路中的总热电动势。

3.2 PN结测温原理

半导体理论和实验证明，在- 50 ℃~ + 150 ℃的范围内，发射极结为正偏压的情况下，无论集电极结为反偏压还是零偏压，以一定的集电极电流形式，NPN硅晶体管的基极-发射极正向电压UBE都会随着温度t的增加而减小。 具有良好的线性关系，其电压温度系数约为-2.1mv/ ℃。

因此，晶体管3DG6不仅可以用作普通的电子器件，而且可以是便宜地采集和性能良好的温度传感器。 于是，当前的热电偶冷却温度值T0能够如式3那样通过线性插值计算。

式中: n为测定输出，T0为晶体管测定的当前热电偶冷端温度值，Nf为本地水的沸点Tf处的输出电压，Nb为本地水的冰点下Tb处的输出电压。

4测试结果

测试热电偶的型号为美国OMEGA公司SMT专用微热电偶( &Phi； 0.127mm )，测定用温度计是分辨率0.1 ℃的水银温度计，简化测定数据如下所示。

本文热电偶高频词： 精度  测量 

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