K型热电偶冷端补偿方案

　　1　引　　言

　　在SMT行业中为满足自动化大批量生产的需要,绝大多数企业采用隧道式连续传送结构的回流焊炉。这种回流焊炉普遍至少具有3个温区。由于印制板上的温度变化远比仪表的显示温度复杂得多,因此对于回流焊炉操作者来说只凭经验,很难在短时间内把这种回流焊炉的温度和传动速度调节到最佳状态。因此,须将细丝状K型热电偶的探头用焊料或高温胶粘剂固定在印制板的监测点上,温度记录器和印制板一起随炉子的传送网或传送链从炉膛中穿过,与此同时,记录器自动以预定时间间隔采样热电偶的温度信号,并将随时间变化的温度数据保存在记录器的非易失性存储器中。

　　在此过程中,温度记录仪的外界温度可能达到270℃以上,其内部温度采取必要的隔热技术后也在60℃左右。而热电偶的理论冷端温度为纯水冰点温度(0℃),故而必须对此给予补偿。

　　2　方案选择

　　2.1　硬件系统方案

　　现有产品多采用3种方法测量冷端环境温度。

　　(1)直接借用CPU内部温度传感器,如Cygnal的CF020。然而,首先记录仪内部温度场并不均匀,热点偶补偿线接入点的温度与CPU的表面温度存在差值;其次,集成温度传感器的灵敏度一般为0.1℃,精度±2℃,难以满足测量要求。

　　(2)使用新型智能温度传感器,如美信DS1626,12bit采样精度,3线串行数据通信,0℃to +70℃,2.7V

　　误差±0.5℃。但此方法同样存在芯片外壳对环境温度的滞后性影响问题。另外,仪器内部的环境温度最大变化率可能达到1℃/S,而芯片电气特性要求采样周期超过0.75S,周期相对过长。

　　(3)高精度A/D采样芯片+远端温度传感器。经过理论分析和实践,我们采用了改进型的第3种方案。如图1所示,硬件系统主要由基准电压源(ADR420)、高精度采样芯片(MAXIM1403)、温敏三极管(3DG6)和CPU(CF320)组成。

　　ADR420提供2.048V基准电压,精度0.05%,温漂3PPM /℃。

　　MA X 1403是一种18位、过采样的AD芯片,它利用Σ—△调制器和数字滤波器可实现真正的16位转换精度。MAX1403能够提供具有独立编程(增益从1V/V—+128V/V)的三路真差动输人通道,并能补偿输人参数电压的直流失调。而这三路真差动输人通道还能组成五路伪差动输人通道。另外,该芯片还具有两个附加的差动校正通道,以便对增益和失调误差进行校正。片内数字滤波器能够对线路频率和有关谐波频率进行处理,并使这些频率的幅值为零,以使得在无需外接滤波器的条件下也能获得较好的滤波效果,同时提高输出端数字信号的质量。

　　以本系统基准电压2.048V为例,MAX1403可感知最小电压(1倍PGA),即1LSB对应2.048/216=0.03125mV,已经远小于温敏三极管2mV/℃,可感知温度变化量小于0.02℃,采取防波动措施后,可保证PN结0.2℃和系统0.5℃的误差要求。