案例分析:繪制烤箱中的熱梯度

AD8229和ADXL206（雙軸加速度計(jì)）在輕便安全的高溫環(huán)境下工作，可作為高溫應(yīng)用中兩種適當(dāng)?shù)钠骷M(jìn)行演示。演示采用了一個(gè)小型電烤箱，帶有一個(gè)旋轉(zhuǎn)組件，上方裝有高溫PCB，且能夠連續(xù)工作。烤箱中的加熱元件位于頂部附近。這種設(shè)計(jì)會(huì)在烤箱內(nèi)產(chǎn)生較大的溫度梯度。旋轉(zhuǎn)機(jī)制用于同時(shí)測(cè)量溫度和位置的實(shí)驗(yàn)之中。

AD8229負(fù)責(zé)調(diào)理來(lái)自K型熱電偶的信號(hào)，熱電偶在烤箱內(nèi)不斷旋轉(zhuǎn)。熱電偶探針伸出PCB約6英寸，目的是為了更好地測(cè)量烤箱溫度變化。同時(shí)，ADXL206負(fù)責(zé)測(cè)量旋轉(zhuǎn)角度。三個(gè)信號(hào)（溫度梯度、x軸加速度和y軸加速度）通過(guò)一個(gè)額定值達(dá)到高溫工作條件的滑環(huán)（旋轉(zhuǎn)連接器）來(lái)傳送?；h(huán)可以保持與非旋轉(zhuǎn)線纜的連接，線纜連接至烤箱外的數(shù)據(jù)采集電路板。由于“冷結(jié)點(diǎn)”位于烤箱內(nèi)部，可以采用附加熱電偶為內(nèi)部溫度提供靜態(tài)參考。AD8495熱電偶放大器（也位于烤箱外）采用其集成冷結(jié)補(bǔ)償來(lái)調(diào)理附加熱電偶的信號(hào)。

烤箱內(nèi)的電路板位于中心附近的旋轉(zhuǎn)組件上，該位置的溫度約為175°C。電路板結(jié)構(gòu)采用聚酰亞胺材料。銅層上的走線采用0.020英寸的最小寬度，以改進(jìn)銅與預(yù)浸材料的連接（圖14）。器件采用標(biāo)準(zhǔn)HMP焊料（5/93.5/1.5錫/鉛/銀）連接，并采用特氟龍鍍膜線連接電路板和滑環(huán)。

圖14.安裝器件的高溫PCB

所有的精密器件都采用通孔安裝。儀表放大器的增益通過(guò)一個(gè)25 ppm/°C的金屬薄膜電阻來(lái)設(shè)置。放大器在高增益下工作，因此，放大器到增益電阻的走線長(zhǎng)度應(yīng)盡可能短，以將銅電阻降至最低(4000 ppm/°C TC)。熱電偶和放大器的接口位于電路板中心，目的是在旋轉(zhuǎn)時(shí)維持溫度穩(wěn)定。熱電偶引腳應(yīng)盡可能靠近，以消除結(jié)點(diǎn)上無(wú)用的熱電動(dòng)勢(shì)效應(yīng)。

高溫鉭電容和C0G/NP0電容可對(duì)電源進(jìn)行去耦，并用作加速度計(jì)輸出的濾波器。

計(jì)算機(jī)處理四個(gè)不同來(lái)源的數(shù)據(jù)：旋轉(zhuǎn)角度（矩形x和y分量）、內(nèi)部溫度梯度和參考溫度。綜合上述各項(xiàng)測(cè)量結(jié)果即可繪制出溫度梯度（圖15）。分析結(jié)果顯示，溫度變化達(dá)到25°C。正如預(yù)期，最高溫在烤箱后壁頂部旁邊的加熱元件附近。由于存在自然對(duì)流，烤箱頂部是烤箱內(nèi)部第二熱的區(qū)域。最低溫在熱電偶與加熱元件位置相反時(shí)測(cè)得。

該實(shí)驗(yàn)以簡(jiǎn)化形式表明，在惡劣環(huán)境下工作時(shí)，記錄系統(tǒng)中集成的高溫器件如何提取有價(jià)值信息。

圖15.高溫演示圖