Question:
Des bornes spéciales sont-elles nécessaires pour connecter les fils de thermocouple à un PCB?
Izzo
2016-12-02 21:55:14 UTC
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J'essaye actuellement d'intégrer un thermocouple de type K dans un projet d'électronique.J'ai l'intention d'interfacer ce thermocouple avec le circuit intégré du convertisseur thermocouple-numérique à compensation de jonction froide MAX31855.

Je ne suis pas un expert des thermocouples et de l'effet Seebeck, donc je suis un peu curieux de savoir comment je dois réellement poser le thermocouple sur le PCB.Supposons que j'utilise des fils de thermocouple desserrés.

Questions:

  • Puis-je utiliser n'importe quel type de borne (disons une simple borne à vis à trou traversant) pour poser les fils sur le PCB?Ou ces nouvelles jonctions introduiront-elles des erreurs?

  • La méthode de terminaison dépend-elle du type de thermocouple?Par exemple.utilisez ce terminal pour le type K, utilisez cet autre terminal pour le type J, etc.

Vous devriez lire un peu comment ils fonctionnent, en bref, ils reposent sur des matériaux différents.Si vous changez de matériaux le long du chemin, les choses changent.S'ils sont trop pour vos projets ou non, cela dépend de ce que vous voulez.Faites des calculs, puis décidez si c'est bien.C'est probablement le cas.
Six réponses:
Spehro Pefhany
2016-12-02 22:30:41 UTC
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Utiliser un bornier fabriqué avec des matériaux ordinaires est tout à fait suffisant pour un système de précision relativement modeste que vous visez.

La compensation de soudure froide dépend du fait que le capteur de soudure froide (dans ce cas, la puce elle-même) soit à la même température que les deux jonctions où le fil du thermocouple passe au cuivre. En d'autres termes, les trois doivent être isothermes - vous voulez donc minimiser les gradients causés par la dissipation sur le PCB et par les gradients provoqués par la chaleur circulant dans les fils. Vous pouvez grandement aider cela avec des plans au sol ou au moins des coulées et en gardant tout ce qui dissipe beaucoup de chaleur bien loin du bloc T / C. Éloignez également les courants d'air du bornier. Bien sûr, vous placerez la puce aussi près que possible du bornier, tant physiquement que thermiquement.

Il n'y a pas de grande différence entre la plupart des capteurs dans la mesure où la plupart des thermocouples sont assez linéaires (quelques pour cent) donc une erreur de 1 ° C à la jonction froide est d'environ 1 ° C d'erreur dans la lecture de la température.

Si la connexion est suspendue dans la brise ou à une température élevée (par exemple), il est préférable d'utiliser des connecteurs fabriqués à partir de matériaux de thermocouple, et cela est généralement fait pour les connecteurs montés sur panneau et les connecteurs en ligne. Ils sont généralement codés par couleur. En Amérique du Nord, nous utilisons les codes de couleur ISA, et le type K (Chromel-Alumel) est jaune, le type J (Iron-Constantan) est noir. Vous pouvez, par exemple, avoir un connecteur de cloison K et le connecter à l'intérieur d'un boîtier au PCB. Vous DEVEZ utiliser le fil d'extension de thermocouple approprié à l'intérieur comme à l'extérieur dans cet exemple, et il DOIT être connecté de la bonne façon (si vous permutez la polarité, l'erreur est en fait doubled). Gardez à l'esprit que rouge = négatif dans les codes de couleur T / C d'Amérique du Nord.

Andrew
2016-12-02 22:18:23 UTC
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Tout changement de matériel introduira une erreur sur le signal. Cependant, si les changements sont les mêmes (en termes de matériau et de température) sur les deux terminaux, ces erreurs seront annulées. Vous pouvez donc utiliser à peu près n'importe quelle méthode que vous aimez tant que vous gardez les choses symétriques.

Deux choses à surveiller - Premièrement, la température mesurée est la différence entre la jonction du thermocouple et la température où les deux fils deviennent le même matériau, normalement la trace de cuivre sur votre PCB ou le bornier. Cela signifie que si vous utilisez des bornes à vis, votre capteur de température de jonction froide doit être à la même température que ces bornes à vis. Toute différence sera reflétée comme une erreur dans votre mesure.

Deuxièmement, faites attention aux gradients de température sur votre PCB, par exemple si un terminal est plus proche de l'alimentation électrique ou plus éloigné d'une source de flux d'air, il peut être un peu plus chaud, ce qui aura un impact sur le résultat final. Si les bornes sont à l'extérieur de la boîte et que la référence de jonction froide est à l'intérieur et chauffée par un processeur, vous obtiendrez une grosse erreur.

C'est donc ce qui m'intéressait.En vous référant à la figure 4 ici (http://www.ohio.edu/people/bayless/seniorlab/thermocouple.pdf), vous pouvez voir que les jonctions ajoutées seraient symétriques et s'annuleraient.Cependant, ces tensions de jonction dépendent-elles des matériaux à connecter?Dans le cas de la figure 4, le fait que les fils du thermocouple soient de matériau différent fait essentiellement disparaître une jonction (cuivre à cuivre), la rendant ainsi plus symétrique.Des pensées à ce sujet?
Sur la figure 4, la jonction Cu-Cu n'a pas de changement de matériau et n'a donc pas d'impact, ce qui vous laisse avec deux jonctions Cu-C dans des directions opposées, J1 et J2 avec les tensions associées V1 et V2.La tension de sortie finale dépendra de la différence de température entre J1 et J2.Vous mesurez donc toujours la différence entre l'extrémité du fil et la jonction où ils deviennent d'abord le même matériau.
Neil_UK
2016-12-02 23:48:57 UTC
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Vous devez changer de métal à un moment donné pour vous connecter au 31855.

Je commande pour faire une compensation de soudure froide, le 31855 doit connaître la température de ce point .Toute différence entre la température de ce point et le point détecté par le 31855 apparaîtra comme une erreur dans la lecture de la température.

Le 31855 mesure la température de sa matrice en tant que «jonction froide».Cela signifie que tant que le 31855 et votre jonction «fils de thermocouple à cuivre» sont à la même température, tout ira bien.Cela signifie généralement que la jonction est aussi proche que possible du CI et que les composants chauds ne produisent pas de gradients thermiques à proximité du CI.

Puffafish
2016-12-02 22:16:46 UTC
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La réponse rapide: oui.

La réponse longue: les thermocouples utilisent la différence entre deux métaux à des températures pour générer une tension représentative de la température. Cela signifie que tout le câble, du thermocouple au capteur, doit être cette combinaison spéciale de métaux pour vous donner la mesure de température avec précision. Vous pouvez acheter du fil de couple thermique à cet effet.

Cela étant dit, j'ai utilisé des systèmes où nous avions un thermocouple de type K, entrant dans un en-tête standard sur un PCB, via des pistes standard avant d'entrer dans le capteur, et cela pourrait nous donner une valeur. Le problème avec l'utilisation de quelque chose d'autre qu'un en-tête approprié est la précision de la lecture. Nous savions à peu près quel était le décalage (il semblait être un décalage d'environ + 4 ° C aux températures qui nous intéressaient) et nous nous sommes juste ajustés en conséquence. Mais c'était l'avantage d'être dans nos propres cellules de test, où nous avions d'autres capteurs auxquels comparer la valeur.

Donc, même si vous devez utiliser des connecteurs appropriés, vous pouvez vous en sortir sans le faire.

JavaLatte
2016-12-03 00:53:27 UTC
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Chaque fois que vous passez à un autre fil de thermocouple métallique-> connecteur métal-> soudure-> cuivre, vous ajoutez une autre jonction de thermocouple.Heureusement, vous ajoutez toujours une paire de jonctions à la fois - une dans le fil allant au thermocouple et une dans le fil revenant - et tant que les deux jonctions sont à la même température, les deux s'annuleront.

L'effet global sera le même que d'avoir seulement deux jonctions: celle à l'extrémité du thermocouple (chaud) et celle à la jonction entre les deux fils du thermocouple et le connecteur (froid).

Idéalement, vous devriez faire votre compensation de soudure froide en mesurant la température de la soudure froide (c'est-à-dire le connecteur).Si la puce que vous utilisez fait le CJC, vous devez la placer aussi près que possible du connecteur et aussi loin que possible de toute source de chaleur.

analogsystemsrf
2017-02-09 11:30:17 UTC
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Mettons quelques chiffres sur la conception du PCB. La feuille de cuivre standard est de 70 degrés cent par watt par carré. Ainsi, les carrés de 1 cm ou 1 mm ou 100 microns ou 10 cm, avec un watt injecté uniformément le long d'un bord et cette chaleur circulant UNIQUEMENT vers le bord opposé, auront un gradient de température de 70 degrés Cent. Si vous avez un MCU de 100 millWatt (il est généralement occupé à gérer les données USB pour un tas d'autres circuits intégrés) nécessaire pour vider ces 100 mW sur un boulon métallique à 3 carrés, le gradient de température sera de 0,1 W * 3 * 70 degC / watt = 21 degrés. C.

Procurez-vous un tampon quadrillé et commencez à dessiner des sources de chaleur et des sorties de chaleur, ainsi que des fentes dans le PCB pour guider les flux de chaleur. Et pensez à utiliser des plans VDD et GND pour déplacer thermiquement la chaleur.

Si vous effectuez un modèle par éléments finis, en utilisant une grille de résistances dans SPICE, avec Rs de faible valeur pour modéliser le cuivre et Rs 100X plus élevé pour modéliser le FR-4, vous aurez une idée du chevauchement de des avions sont nécessaires pour déverser la moitié de la chaleur de l'avion le plus chaud dans l'avion le plus froid.



Ce Q&R a été automatiquement traduit de la langue anglaise.Le contenu original est disponible sur stackexchange, que nous remercions pour la licence cc by-sa 3.0 sous laquelle il est distribué.
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