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案例分析绘制烤箱中的热梯度

发布时间:2020-06-30 21:25:36 阅读: 来源:捆绑器厂家

AD8229和ADXL206(双轴加速度计)在轻便安全的高温环境下工作,可作为高温应用中两种适当的器件进行演示。演示采用了一个小型电烤箱,带有一个旋转组件,上方装有高温PCB,且能够连续工作。烤箱中的加热元件位于顶部附近。这种设计会在烤箱内产生较大的温度梯度。旋转机制用于同时测量温度和位置的实验之中。

AD8229负责调理来自K型热电偶的信号,热电偶在烤箱内不断旋转。热电偶探针伸出PCB约6英寸,目的是为了更好地测量烤箱温度变化。同时,ADXL206负责测量旋转角度。三个信号(温度梯度、x轴加速度和y轴加速度)通过一个额定值达到高温工作条件的滑环(旋转连接器)来传送。滑环可以保持与非旋转线缆的连接,线缆连接至烤箱外的数据采集电路板。由于“冷结点”位于烤箱内部,可以采用附加热电偶为内部温度提供静态参考。AD8495热电偶放大器(也位于烤箱外)采用其集成冷结补偿来调理附加热电偶的信号。

烤箱内的电路板位于中心附近的旋转组件上,该位置的温度约为175°C。电路板结构采用聚酰亚胺材料。铜层上的走线采用0.020英寸的最小宽度,以改进铜与预浸材料的连接(图14)。器件采用标准HMP焊料(5/93.5/1.5锡/铅/银)连接,并采用特氟龙镀膜线连接电路板和滑环。

图14.安装器件的高温PCB

所有的精密器件都采用通孔安装。仪表放大器的增益通过一个25 ppm/°C的金属薄膜电阻来设置。放大器在高增益下工作,因此,放大器到增益电阻的走线长度应尽可能短,以将铜电阻降至最低(4000 ppm/°C TC)。热电偶和放大器的接口位于电路板中心,目的是在旋转时维持温度稳定。热电偶引脚应尽可能靠近,以消除结点上无用的热电动势效应。

高温钽电容和C0G/NP0电容可对电源进行去耦,并用作加速度计输出的滤波器。

计算机处理四个不同来源的数据:旋转角度(矩形x和y分量)、内部温度梯度和参考温度。综合上述各项测量结果即可绘制出温度梯度(图15)。分析结果显示,温度变化达到25°C。正如预期,最高温在烤箱后壁顶部旁边的加热元件附近。由于存在自然对流,烤箱顶部是烤箱内部第二热的区域。最低温在热电偶与加热元件位置相反时测得。

该实验以简化形式表明,在恶劣环境下工作时,记录系统中集成的高温器件如何提取有价值信息。

图15.高温演示图

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