Sind für den Anschluss von Thermoelementdrähten an eine Leiterplatte spezielle Klemmen erforderlich?

Die Verwendung eines Anschlussblocks aus gewöhnlichen Materialien ist für ein System mit relativ bescheidener Genauigkeit, wie Sie es anstreben, völlig ausreichend.

Die Vergleichsstellenkompensation hängt davon ab, ob der Vergleichsstellensensor (in diesem Fall der Chip selbst) die gleiche Temperatur hat wie die beiden Verbindungsstellen, an denen der Thermoelementdraht auf Kupfer übergeht. Mit anderen Worten, alle drei sollten isothermisch sein. Sie möchten also Gradienten minimieren, die durch Dissipation auf der Leiterplatte und durch Wärme verursacht werden, die durch die Drähte fließt. Sie können dies mit Masseplatten oder zumindest Gießen sehr unterstützen und indem Sie alles, was viel Wärme abgibt, weit vom T / C-Block fernhalten. Halten Sie auch Luftströme von der Klemmleiste fern. Natürlich werden Sie den Chip sowohl physikalisch als auch thermisch so nah wie möglich an der Klemmleiste platzieren.

Es gibt in dieser Hinsicht keinen großen Unterschied zwischen den meisten Sensoren, da die meisten Thermoelemente ziemlich linear sind (ein paar Prozent), sodass ein Fehler von 1 ° C an der Vergleichsstelle einem Fehler von etwa 1 ° C in der Temperaturmessung entspricht.

Wenn die Verbindung draußen im Wind hängt oder (zum Beispiel) eine erhöhte Temperatur aufweist, ist es besser, Steckverbinder zu verwenden, die aus Thermoelementmaterialien hergestellt sind, und dies wird normalerweise für Steckverbinder für die Schalttafelmontage und Inline-Steckverbinder verwendet. Sie sind in der Regel farblich gekennzeichnet. In Nordamerika verwenden wir die ISA-Farbcodes, und Typ K (Chromel-Alumel) ist gelb, Typ J (Eisen-Konstantan) ist schwarz. Sie könnten zum Beispiel einen Bulkhead-K-Steckverbinder haben und diesen in einem Gehäuse mit der Leiterplatte verbinden. Sie MÜSSEN in diesem Beispiel das richtige Thermoelement-Verlängerungskabel sowohl innen als auch außen verwenden, und es MUSS richtig angeschlossen werden (wenn Sie die Polarität vertauschen, verdoppelt sich der Fehler tatsächlich ). Denken Sie daran, dass rot = negativ in nordamerikanischen T/C-Farbcodes ist.

Jede Materialänderung führt zu einem Fehler im Signal. Wenn jedoch die Änderungen (in Bezug auf Material und Temperatur) an beiden Anschlüssen gleich sind, heben sich diese Fehler auf. Sie können also fast jede Methode verwenden, die Sie mögen, solange Sie die Dinge symmetrisch halten.

Zwei Dinge, auf die Sie achten sollten - Erstens ist die gemessene Temperatur die Differenz zwischen der Thermoelementverbindung und der Temperatur, bei der die beiden Drähte aus dem gleichen Material werden, normalerweise die Kupferspur auf Ihrer Leiterplatte oder dem Anschlussblock. Wenn Sie also Schraubklemmen verwenden, muss Ihr Vergleichsstellen-Temperatursensor die gleiche Temperatur wie diese Schraubklemmen haben. Jeder Unterschied wird als Fehler in Ihrer Messung widergespiegelt.

Achten Sie zweitens auf Temperaturgradienten auf Ihrer Leiterplatte, z. B. wenn sich ein Anschluss näher an der Stromversorgung oder weiter von einer Luftstromquelle entfernt befindet, kann es ein wenig wärmer sein, was sich auf das Endergebnis auswirkt. Wenn sich die Klemmen außerhalb der Box befinden und die Vergleichsstellenreferenz im Inneren von einer CPU erwärmt wird, erhalten Sie einen großen Fehler.

Sie müssen irgendwann die Metalle wechseln, um sich mit dem 31855 zu verbinden.

Um eine Kaltstellenkompensation durchzuführen, muss der 31855 die Temperatur dieser Stelle kennen . Jeder Unterschied zwischen der Temperatur dieses Punktes und dem Punkt, den der 31855 erfasst, erscheint als Fehler in der Temperaturmessung.

Der 31855 misst seine Die-Temperatur als „Kaltstelle“. Dies bedeutet, dass alles gut ist, solange der 31855 und Ihre Verbindung "Thermoelementdrähte zu Kupfer" die gleiche Temperatur haben. Dies bedeutet im Allgemeinen, dass der Übergang so nah wie möglich am IC liegt und keine heißen Komponenten vorhanden sind, die irgendwo in der Nähe des IC thermische Gradienten erzeugen.

Die schnelle Antwort: Ja.

Die lange Antwort: Thermoelemente nutzen den Unterschied zwischen zwei Metallen bei Temperaturen, um eine für die Temperatur repräsentative Spannung zu erzeugen. Das bedeutet, dass das gesamte Kabel, vom Thermoelement bis zum Sensor, aus dieser speziellen Metallkombination bestehen muss, um Ihnen eine genaue Temperaturmessung zu ermöglichen. Zu diesem Zweck können Sie Thermodraht kaufen.

Abgesehen davon habe ich Systeme verwendet, bei denen wir ein K-Typ-Thermoelement hatten, das in einen Standard-Header auf einer Leiterplatte ging, durch Standardspuren, bevor es in den Sensor ging, und das könnte uns einen Wert geben. Das Problem bei der Verwendung von etwas anderem als einem richtigen Header ist die Genauigkeit des Lesens. Wir wussten ungefähr, wie hoch der Offset war (scheint bei den Temperaturen, an denen wir interessiert waren, ein Offset von etwa +4 ° C zu sein) und haben einfach entsprechend angepasst. Aber das war der Vorteil, in unseren eigenen Testzellen zu sein, wo wir andere Sensoren hatten, mit denen wir den Wert vergleichen konnten.

Obwohl Sie also die richtigen Anschlüsse verwenden sollten, können Sie auch darauf verzichten.

Jedes Mal, wenn Sie zu einem anderen Metall-Thermoelementdraht wechseln -> Steckermetall -> Lötmittel -> Kupfer, fügen Sie eine weitere Thermoelementverbindung hinzu. Glücklicherweise fügen Sie immer ein Paar Verbindungsstellen gleichzeitig hinzu - eine im Draht, der zum Thermoelement führt, und eine im Draht, der zurückkommt - und solange beide Verbindungsstellen die gleiche Temperatur haben, heben sich die beiden auf.

Der Gesamteffekt ist derselbe, als hätte man nur zwei Verbindungsstellen: die eine am Ende des Thermoelements (heiß) und die eine an der Verbindungsstelle zwischen den beiden Thermoelementdrähten und dem Anschluss (kalt).

Idealerweise sollten Sie Ihre Vergleichsstellenkompensation durchführen, indem Sie die Temperatur der Vergleichsstelle (dh des Steckers) messen. Wenn der von Ihnen verwendete Chip den CJC durchführt, sollten Sie ihn so nah wie möglich am Anschluss und so weit wie möglich von Wärmequellen entfernt platzieren.

Ich weiß, dass dies ursprünglich vor 5 Jahren gefragt wurde, aber jede Antwort hier scheint davon auszugehen, dass die Spannung an der Verbindungsstelle erzeugt wird. Dies ist NICHT der Fall! Beide Seiten des Übergangs liegen auf genau dem gleichen Potential. Die Spannung wird entlang der Drähte erzeugt! Dies ist auf den Temperaturgradienten in jedem der beiden Drähte zurückzuführen und unabhängig von der Länge. Unterschiedliche Metalle erzeugen unterschiedliche Spannungen.

Das EINZIGE, worauf es beim Messen von Temperaturunterschieden ankommt, ist , dass die Enden beider Drähte die gleiche Temperatur haben! Da jedoch nur die relative Temperatur gemessen wird, müssen Sie auch die Temperatur der „kalten“ (Referenz-) Seite der Drähte kennen. Hier kommt die Kaltstellenkompensation ins Spiel, und das Einzige, was zählt, ist, dass die gemessene Temperatur die des Referenzendes der TC-Drähte ist! Wenn Sie einen externen Thermistor verwenden, um die Referenztemperatur zu messen, ist dies einfach zu arrangieren. Wenn es sich um eine On-Chip-Messung handelt, sollten die Referenzenden der TC-Drähte dieselbe Temperatur wie der Chip haben, was im Allgemeinen bedeuten würde, sie so nah wie möglich am Chip abzuschließen (oder auf andere Weise sicherzustellen, dass die Temperaturen übereinstimmen). ).

Wenn Sie nun beispielsweise einen Brennofen messen, ist ein Fehler von wenigen Grad keine große Sache. Aber für anspruchsvollere Anforderungen sollten Sie den Versatz minimieren. Wenn Sie jedoch eine hochpräzise Messung von nicht extremen Temperaturen wünschen, würden Sie wahrscheinlich stattdessen ein RTD verwenden.

Lassen Sie uns einige Zahlen zum PCB-Design setzen. Standard-Kupferfolie beträgt 70 Grad Cent pro Watt pro Quadrat. Somit haben 1 cm oder 1 mm oder 100 Mikron oder 10 cm große Quadrate, bei denen ein Watt gleichmäßig entlang einer Kante injiziert wird und diese Wärme NUR zur gegenüberliegenden Kante fließt, einen Temperaturgradienten von 70 Grad Celsius. Sollten Sie eine 100-Millionen-Watt-MCU haben (die normalerweise damit beschäftigt ist, USB-Daten für eine Reihe anderer ICs zu verarbeiten), die benötigt wird, um diese 100 mW auf einen 3 Quadrate entfernten Metallbolzen zu leiten, beträgt der Temperaturgradient 0,1 W * 3 * 70 ° C / Watt = 21 Grad. C.

Holen Sie sich ein Quadrille-Pad und beginnen Sie, Wärmequellen und Wärmeausgänge sowie Schlitze in der Leiterplatte zu zeichnen, um die Wärmeströme zu leiten. Und erwägen Sie die Verwendung von VDD- und GND-Ebenen, um die Wärme thermisch zu bewegen.

Wenn Sie ein Finite-Elemente-Modell mit einem Widerstandsgitter in SPICE mit einem niedrigen Rs-Wert zum Modellieren des Kupfers und einem 100-mal höheren Rs zum Modellieren des FR-4 durchführen, erhalten Sie eine Vorstellung davon, wie viel Überlappung der Ebenen erforderlich ist um die Hälfte der Wärme in der heißeren Ebene in die kühlere Ebene abzuleiten.