¿Se requieren terminales especiales para conectar los cables del termopar a una PCB?

El uso de un bloque de terminales fabricado con materiales ordinarios es bastante suficiente para un sistema de precisión relativamente modesto, tal como lo busca.

La compensación de la unión fría depende de que el sensor de la unión fría (en este caso, el propio chip) esté a la misma temperatura que las dos uniones donde el cable del termopar hace la transición al cobre. En otras palabras, los tres deben ser isotérmicos, por lo que debe minimizar los gradientes causados por la disipación en la PCB y los degradados causados por el calor que fluye por los cables. Puede ayudar en gran medida a lo largo de planos de tierra o al menos verter y manteniendo todo lo que disipa mucho calor lejos del bloque T / C. Mantenga las corrientes de aire alejadas del bloque de terminales también. Por supuesto, colocará el chip lo más cerca posible del bloque de terminales, tanto física como térmicamente.

No hay una gran diferencia entre la mayoría de los sensores en la medida en que esto sucede, ya que la mayoría de los termopares son bastante lineales (un par de porcentajes), por lo que el error de 1 ° C en la unión fría es de alrededor de 1 ° C de error en la lectura de temperatura.

Si la conexión se cuelga con la brisa o está a una temperatura elevada (por ejemplo), es mejor usar conectores que estén hechos de materiales de termopar, y esto generalmente se hace para conectores de montaje en panel y conectores en línea. Por lo general, están codificados por color. En América del Norte utilizamos los códigos de color ISA, y el tipo K (Chromel-Alumel) es amarillo, el tipo J (Iron-Constantan) es negro. Podría, por ejemplo, tener un conector K de mamparo y conectarlo dentro de un gabinete a la PCB. DEBE usar el cable de extensión de termopar adecuado tanto en el interior como en el exterior en este ejemplo, y DEBE estar conectado de la manera correcta (si cambia la polaridad, el error en realidad se duplica ). Tenga en cuenta que rojo = negativo en los códigos de color T / C de Norteamérica.

Cualquier cambio en el material introducirá un error en la señal. Sin embargo, si los cambios son iguales (en términos de material y temperatura) en ambos terminales, esos errores se cancelarán. Así que puedes usar casi cualquier método que desees siempre y cuando mantengas las cosas simétricas.

Hay dos cosas a tener en cuenta: en primer lugar, la temperatura que se mide es la diferencia entre la unión del termopar y la temperatura en la que los dos cables se convierten en el mismo material, normalmente la traza de cobre en su PCB o el bloque de terminales. Esto significa que si usa terminales de tornillo, entonces su sensor de temperatura de unión fría debe estar a la misma temperatura que esos terminales de tornillo. Cualquier diferencia se reflejará como un error en su medición.

En segundo lugar, tenga cuidado con los gradientes de temperatura en su PCB, por ejemplo. Si un terminal está más cerca de la fuente de alimentación o más lejos de alguna fuente de flujo de aire, podría estar un poco más caliente lo que afectará el resultado final. Si los terminales se encuentran en el exterior de la caja y la referencia de la unión fría está dentro de la CPU, la calienta, entonces obtendrá un gran error.

La respuesta rápida: sí.

La respuesta larga: los termopares utilizan la diferencia entre dos metales a temperaturas para generar un voltaje que es representativo de la temperatura. Esto significa que todo el cable, desde el termopar hasta el sensor, debe ser esta combinación especial de metales para que pueda medir la temperatura con precisión. Puede comprar cable de acoplamiento térmico para este fin.

Dicho esto, he usado sistemas en los que teníamos un termopar tipo K, ingresando en un encabezado estándar en una PCB, a través de pistas estándar antes de ingresar al sensor, y eso podría darnos un valor. El problema con el uso de algo más que un encabezado adecuado es la precisión de la lectura. Sabíamos aproximadamente de qué se trataba la compensación (parecía ser una compensación de alrededor de + 4C a las temperaturas que nos interesaban) y se ajustaron en consecuencia. Pero esa fue la ventaja de estar en nuestras propias celdas de prueba, donde teníamos otros sensores para comparar el valor.

Por lo tanto, si bien debe usar los conectores adecuados, puede escapar sin hacerlo.

Debes cambiar los metales en algún momento, para conectarte al 31855.

Para hacer una compensación de unión fría, el 31855 debe conocer la temperatura de este punto . Cualquier diferencia entre la temperatura de este punto y el punto que detecta el 31855, aparecerá como un error en la lectura de temperatura.

El 31855 mide su temperatura de matriz como la "unión fría". Esto significa que mientras el 31855 y su unión 'cables de termopar a cobre' estén a la misma temperatura, todo estará bien. En general, esto significa hacer que la unión esté lo más cerca posible del IC, y que no haya componentes calientes que produzcan gradientes térmicos cerca del IC.

Cada vez que cambie a un termopar de metal diferente, el conector > metal - > solder - > cobre, está agregando otra unión de termopar. Afortunadamente, siempre agrega un par de uniones a la vez, una en el cable que va hacia el termopar y otra en el cable que regresa, y mientras ambas conexiones estén a la misma temperatura, las dos se cancelarán.

El efecto general será el mismo que con solo dos uniones: la que está al final del termopar (caliente) y la que está en la unión entre los dos cables del termopar y el conector (frío).

Lo ideal es que hagas la compensación de la unión fría midiendo la temperatura de la unión fría (es decir, el conector). Si el chip que está utilizando está haciendo el CJC, debe colocarlo lo más cerca posible del conector y lo más alejado posible de cualquier fuente de calor.

Vamos a poner algunos números en el diseño de PCB. La lámina de cobre estándar es de 70 grados Cent por vatio por cuadrado. Por lo tanto, los cuadrados de 1 cm o 1 mm o 100 micrones o 10 cm, con un vatio inyectado uniformemente a lo largo de un borde y el calor que fluye SOLAMENTE al borde opuesto, tendrá un gradiente de temperatura de 70 grados centígrados. En caso de que tenga una MCU de 100 millWatt (que suele estar ocupada manejando datos USB para un grupo de otros IC) necesarios para descargar ese 100mW en un perno metálico a 3 cuadrados, el gradiente de temperatura será de 0.1W * 3 * 70 degC / vatio = 21 grados C.

Obtenga una almohadilla de cuadrilla y comience a dibujar las fuentes de calor y las salidas de calor, y las ranuras en la PCB para guiar los flujos de calor. Y considere usar aviones VDD y GND para mover térmicamente el calor.

Si realiza un modelo de elementos finitos, utilizando una cuadrícula de resistencias en SPICE, con Rs de bajo valor para modelar el cobre, y Rs 100X más alto para modelar el FR-4, obtendrá una idea de la superposición de se necesitan aviones para descargar la mitad del calor en el plano más caliente en el plano más frío.