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k热电偶补偿方法介绍

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。

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*佳状态。

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

（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。,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/℃。MAX1403 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*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。

2.2 软件计算方法

总体程序流程图,如图2 所示。应用前,先测定温敏晶体管在冰点（冰水混合物）和沸点（这两种状态下,水温较恒定,可用工业高精度水银温度计测量）下的电压值,作为差值运算的端点;然后再利用温敏晶体管测量仪器内部环境温度;*后由温度补偿公式（式1）得到测量点温度。

T = TC+k·T0 （1）

其中T 为测量点温度,TC为通过热电偶得到的补偿前的温度,T0 为晶体管测得的热电点偶冷端环境温度,k 为比例系数（随热电偶介质及温度补偿区间的不同而变化）。

3 理论依据

3.1 热电偶原理

现就使用热电偶测温仪表需要应用的基本定律中第三条——“中间温度定律”的阐述如下:

图3 中,热电偶AB 在接点温度T、冷端温度0 ℃时的热电势EAB（T,0） ,等于热电偶AB 在接点温度为T、冷端温度To 的热电势EAB（T,To） ,以及接点温度为To 、冷端温度0 ℃时EAB（To,0）的代数和。即EAB（T,0） = EAB（T,To） + EAB（To ,0）。证明如下:

式中:e ——单位电荷;

k ——波乐兹曼常数;

NA , NB ——导体A 和B 的电子密度,它们均为温度的函数。

EAB ——热电偶闭合回路中总的热电动势。

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,当发射结正偏时,不管集电结反偏还是零偏,在一定的集电极电流形式下,NPN 硅晶体管的基极-发射极正向电压UBE 随温度T 的增加而减小。并有良好的线性关系,其电压温度系数约-2.1mv/ ℃

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