Là thiết bị đầu cuối đặc biệt cần thiết để kết nối dây cặp nhiệt điện với PCB?

Tôi hiện đang cố gắng tích hợp một cặp nhiệt điện loại K vào một dự án điện tử. Tôi dự định kết nối cặp nhiệt điện này với IC chuyển đổi cặp nhiệt điện sang bù kỹ thuật số MAX31855 .

Tôi không phải là một chuyên gia về cặp nhiệt điện và hiệu ứng Seebeck, vì vậy tôi hơi tò mò về việc làm thế nào tôi thực sự nên đặt cặp nhiệt điện vào PCB. Giả sử tôi đang sử dụng dây cặp nhiệt điện lỏng lẻo.

Câu hỏi:

• Tôi có thể sử dụng bất kỳ loại thiết bị đầu cuối nào (giả sử đơn giản thông qua thiết bị đầu cuối vít lỗ) để nối dây vào PCB không? Hay những mối nối mới này sẽ giới thiệu lỗi?

• Là phương pháp chấm dứt phụ thuộc vào loại cặp nhiệt điện? Ví dụ: sử dụng thiết bị đầu cuối này cho loại K, sử dụng thiết bị đầu cuối khác này cho loại J, v.v.

Sử dụng một khối thiết bị đầu cuối được làm bằng vật liệu thông thường là khá đủ cho một hệ thống chính xác tương đối khiêm tốn như bạn đang hướng tới.

Việc bù mối nối phụ thuộc vào cảm biến của mối nối lạnh (trong trường hợp này là bản thân chip) ở cùng nhiệt độ với hai điểm nối nơi dây cặp nhiệt điện chuyển sang đồng. Nói cách khác, cả ba nên đẳng nhiệt - vì vậy bạn muốn giảm thiểu độ dốc gây ra bởi sự phân tán trên PCB và bởi độ dốc do nhiệt truyền xuống dây dẫn. Bạn có thể giúp điều này rất nhiều với các mặt phẳng mặt đất hoặc ít nhất là đổ và bằng cách giữ bất cứ thứ gì làm tiêu tan rất nhiều nhiệt ra khỏi khối T / C. Giữ các dòng không khí cách xa khối thiết bị đầu cuối quá. Tất nhiên bạn sẽ đặt chip gần với thiết bị đầu cuối, vật lý cũng như nhiệt.

Không có sự khác biệt lớn giữa hầu hết các cảm biến vì điều này xảy ra vì hầu hết các cặp nhiệt điện đều khá tuyến tính (một vài phần trăm) nên sai số 1 ° C tại điểm nối lạnh là khoảng 1 ° C khi đọc nhiệt độ.

Nếu kết nối bị treo trong gió hoặc ở nhiệt độ cao (ví dụ), tốt hơn là sử dụng các đầu nối được làm bằng vật liệu cặp nhiệt điện, và điều này thường được thực hiện cho đầu nối gắn bảng và đầu nối nội tuyến. Chúng thường được mã hóa màu. Ở Bắc Mỹ, chúng tôi sử dụng mã màu của ISA và loại K (Chromel-Alumel) có màu vàng, loại J (Iron-Constantan) có màu đen. Ví dụ, bạn có thể có một đầu nối K vách ngăn và kết nối nó bên trong vỏ bọc với PCB. Bạn PHẢI sử dụng dây mở rộng cặp nhiệt điện thích hợp ở bên trong cũng như bên ngoài trong ví dụ này và nó PHẢI được kết nối đúng cách (nếu bạn trao đổi cực tính thì sai số thực sự tăng gấp đôi ). Hãy nhớ rằng màu đỏ = âm trong mã màu T / C của Bắc Mỹ.

Bất kỳ thay đổi trong vật liệu sẽ đưa ra một lỗi trên tín hiệu. Tuy nhiên, nếu các thay đổi là như nhau (về cả vật liệu và nhiệt độ) trên cả hai thiết bị đầu cuối thì những lỗi đó sẽ được loại bỏ. Vì vậy, bạn có thể sử dụng bất kỳ phương pháp nào bạn thích miễn là bạn giữ mọi thứ đối xứng.

Hai điều cần chú ý - Thứ nhất, nhiệt độ được đo là sự khác biệt giữa mối nối cặp nhiệt điện và nhiệt độ nơi hai dây trở thành cùng một vật liệu, thông thường là dấu vết đồng trên PCB hoặc khối đầu cực. Điều này có nghĩa là nếu bạn sử dụng các thiết bị đầu cuối trục vít thì cảm biến nhiệt độ tiếp giáp lạnh của bạn cần phải ở cùng nhiệt độ với các thiết bị đầu cuối vít. Bất kỳ sự khác biệt sẽ được phản ánh như là một lỗi trong phép đo của bạn.

Thứ hai, hãy cẩn thận với độ dốc nhiệt độ trên PCB của bạn, ví dụ: nếu một thiết bị đầu cuối gần nguồn điện hơn hoặc cách xa nguồn khí nào đó thì nó có thể ấm hơn một chút sẽ ảnh hưởng đến kết quả cuối cùng. Nếu các thiết bị đầu cuối ở bên ngoài hộp và tham chiếu tiếp giáp lạnh bên trong bị làm nóng bởi CPU thì bạn sẽ gặp một lỗi lớn.

Bạn phải thay đổi kim loại tại một số điểm, để kết nối với 31855.

Tôi đặt hàng để làm bù ngã ba lạnh, 31855 phải biết nhiệt độ của điểm này . Bất kỳ sự khác biệt nào giữa nhiệt độ của điểm này và điểm mà 31855 cảm nhận được sẽ xuất hiện dưới dạng lỗi trong việc đọc nhiệt độ.

31855 đo nhiệt độ chết của nó là "ngã ba lạnh". Điều này có nghĩa là miễn là 31855 và các dây 'cặp nhiệt điện đến đầu nối đồng của bạn có cùng nhiệt độ, tất cả sẽ tốt. Điều này thường có nghĩa là làm cho điểm nối càng gần IC càng tốt và không có các bộ phận nóng tạo ra gradient nhiệt ở bất cứ đâu gần IC.

Câu trả lời nhanh: Có.

Câu trả lời dài: cặp nhiệt điện sử dụng sự chênh lệch giữa hai kim loại ở nhiệt độ để tạo ra điện áp đại diện cho nhiệt độ. Điều này có nghĩa là tất cả các dây cáp, từ cặp nhiệt điện đến cảm biến, cần phải là sự kết hợp đặc biệt của các kim loại để cung cấp cho bạn phép đo nhiệt độ chính xác. Bạn có thể mua dây cặp nhiệt cho mục đích này.

Điều đó đang được nói, tôi đã sử dụng các hệ thống trong đó chúng tôi có cặp nhiệt điện loại K, đi vào tiêu đề tiêu chuẩn trên PCB, thông qua các rãnh tiêu chuẩn trước khi đi vào cảm biến và điều đó có thể mang lại cho chúng tôi một giá trị. Vấn đề với việc sử dụng một cái gì đó ngoài một tiêu đề thích hợp là độ chính xác của việc đọc. Chúng tôi biết đại khái là phần bù là gì (dường như là phần bù khoảng + 4C ở nhiệt độ chúng tôi quan tâm) và chỉ cần điều chỉnh cho phù hợp. Nhưng đó là lợi thế của việc ở trong các ô thử nghiệm của chính chúng tôi, nơi chúng tôi có các cảm biến khác để so sánh giá trị.

Vì vậy, trong khi bạn nên sử dụng các đầu nối thích hợp, bạn có thể thoát ra mà không làm như vậy.

Mỗi lần bạn đổi sang một dây cặp nhiệt điện kim loại khác nhau -> đầu nối kim loại-> hàn-> đồng, bạn đang thêm một mối nối cặp nhiệt điện khác. May mắn thay, bạn luôn luôn thêm một cặp điểm nối tại một thời điểm - một trong dây đi đến cặp nhiệt điện và một trong các dây trở lại - và miễn là cả hai mối nối ở cùng nhiệt độ, hai mối nối sẽ hủy.

Hiệu ứng tổng thể sẽ giống như chỉ có hai điểm nối: một điểm ở cuối cặp nhiệt điện (nóng) và một điểm nối giữa hai dây cặp nhiệt điện và đầu nối (lạnh).

Tốt nhất bạn nên thực hiện bù điểm lạnh bằng cách đo nhiệt độ của điểm nối lạnh (tức là đầu nối). Nếu con chip mà bạn đang sử dụng đang thực hiện CJC, bạn nên đặt nó càng gần càng tốt với đầu nối và càng xa càng tốt từ bất kỳ nguồn nhiệt nào.

Cho phép đặt một số số trên thiết kế PCB. Lá đồng tiêu chuẩn là 70 độ Cent mỗi watt mỗi ô vuông. Do đó, các ô vuông 1cm hoặc 1mm hoặc 100micron hoặc 10cm, với một watt được bơm đồng đều dọc theo một cạnh và nhiệt đó CHỈ truyền sang cạnh đối diện, sẽ có độ dốc nhiệt độ 70 độ Cent. Nếu bạn có MCU 100 millWatt (thường xử lý dữ liệu USB cho một loạt các IC khác) cần thiết để đổ 100mW đó vào một bu lông kim loại cách đó 3 ô vuông, độ dốc nhiệt độ sẽ là 0,1W * 3 * 70 degC / watt = 21 độ. C.

Nhận một miếng đệm hình tứ giác, và bắt đầu vẽ các nguồn nhiệt và thoát nhiệt, và các khe hở trong PCB để dẫn hướng các luồng nhiệt. Và xem xét sử dụng các mặt phẳng VDD và GND để di chuyển nhiệt xung quanh.

Nếu bạn thực hiện mô hình phần tử hữu hạn, sử dụng lưới điện trở trong SPICE, với giá trị thấp R để mô hình đồng và cao hơn 100 lần để mô hình FR-4, bạn sẽ có ý tưởng cần bao nhiêu sự chồng chéo của các mặt phẳng để đổ một nửa nhiệt trong mặt phẳng nóng hơn vào mặt phẳng lạnh hơn.