¿Se requieren terminales especiales para conectar cables de termopar a una placa de circuito impreso?

El uso de un bloque de terminales hecho con materiales ordinarios es suficiente para un sistema de precisión relativamente modesto como el que busca.

La compensación de unión fría depende de que el sensor de unión fría (en este caso, el propio chip) esté a la misma temperatura que las dos uniones donde el cable del termopar pasa a cobre. En otras palabras, los tres deben ser isotérmicos, por lo que desea minimizar los gradientes causados ​​por la disipación en la PCB y los gradientes causados ​​por el calor que fluye por los cables. Puede ayudar mucho a esto junto con los planos de tierra o al menos los vertidos y manteniendo cualquier cosa que disipe una gran cantidad de 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 lo que respecta a esto, ya que la mayoría de los termopares son bastante lineales (un par por ciento), por lo que un error de 1 °C en la unión fría es un error de alrededor de 1 °C en la lectura de temperatura.

Si la conexión está expuesta a la brisa o está a una temperatura elevada (por ejemplo), es mejor usar conectores 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 colores. En América del Norte usamos los códigos de color ISA, y el tipo K (Cromel-Alumel) es amarillo, el tipo J (Hierro-Constantán) 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 América del Norte.

Cualquier cambio en el material introducirá un error en la señal. Sin embargo, si los cambios son los mismos (tanto en términos de material como de temperatura) en ambos terminales, esos errores se cancelarán. Por lo tanto, puede usar casi cualquier método que desee siempre que mantenga las cosas simétricas.

Hay que tener cuidado con dos cosas: 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 la placa de circuito impreso o el bloque de terminales. Esto significa que si usa terminales de tornillo, 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 ser un poco más cálido, lo que afectará el resultado final. Si los terminales están en el exterior de la caja y la referencia de unión fría está en el interior siendo calentada por una CPU, obtendrá un gran error.

Debes cambiar de metal 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 siempre que el 31855 y la unión de los "cables del termopar al cobre" estén a la misma temperatura, todo estará bien. Esto generalmente significa hacer la unión lo más cerca posible del IC y no tener componentes calientes que produzcan gradientes térmicos cerca del IC.

La respuesta rápida: Sí.

La respuesta larga: los termopares usan la diferencia entre dos metales a temperaturas para generar un voltaje que sea representativo de la temperatura. Esto significa que todo el cable, desde el termopar hasta el sensor, debe tener esta combinación especial de metales para brindarle una medición de temperatura precisa. Puede comprar un cable de par térmico para este propósito.

Dicho esto, he usado sistemas en los que teníamos un termopar tipo K, entrando en un cabezal estándar en una PCB, a través de pistas estándar antes de entrar en el sensor, y eso podría darnos un valor. El problema de usar algo que no sea un encabezado adecuado es la precisión de la lectura. Sabíamos aproximadamente cuál era la compensación (parecía ser una compensación de alrededor de +4 °C a las temperaturas que nos interesaban) y simplemente la ajustamos en consecuencia. Pero esa fue la ventaja de estar en nuestras propias celdas de prueba, donde teníamos otros sensores para comparar el valor.

Entonces, si bien debe usar los conectores adecuados, puede salirse con la suya sin hacerlo.

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

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

Lo ideal es que haga 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 lejos posible de cualquier fuente de calor.

Sé que esto se preguntó originalmente hace 5 años, pero cada respuesta aquí parece asumir que el voltaje se genera en la unión. ¡ Este NO es el caso! Ambos lados de la unión tienen exactamente el mismo potencial. ¡El voltaje se genera a lo largo de los cables! Se debe al gradiente de temperatura en cada uno de los dos cables y es independiente de la longitud. Diferentes metales generan diferentes voltajes.

¡ Lo ÚNICO que importa al medir las diferencias de temperatura es que las terminaciones de ambos cables estén a la misma temperatura! Pero dado que solo se mide la temperatura relativa, también necesita saber la temperatura del lado 'frío' (referencia) de los cables. Aquí es donde entra en juego la compensación de unión fría, ¡y lo único que importa es que la temperatura que mida sea la del extremo de referencia de los cables TC! Si está utilizando un termistor externo para medir la temperatura de referencia, esto es fácil de organizar. Si se trata de una medición en el chip, querrá que los extremos de referencia de los cables TC estén a la misma temperatura que el chip, lo que generalmente significaría terminarlos lo más cerca posible del chip (o asegurarse de que las temperaturas coincidan). ).

Ahora, si está midiendo un horno, por ejemplo, un error de unos pocos grados no es gran cosa. Pero para necesidades más exigentes, querrá minimizar la compensación. Pero si quisiera una medición de alta precisión de temperaturas no extremas, probablemente usaría un RTD en su lugar.

Pongamos algunos números en el diseño de PCB. La lámina de cobre estándar es de 70 grados Cent por vatio por cuadrado. Por lo tanto, cuadrados de 1 cm o 1 mm o 100 micras o 10 cm, con un vatio inyectado uniformemente a lo largo de un borde y ese calor fluyendo SOLAMENTE hacia el borde opuesto, tendrán un gradiente de temperatura de 70 grados centígrados. Si tiene una MCU de 100 milvatios (generalmente está ocupada manejando datos USB para un montón de otros circuitos integrados) necesaria para volcar esos 100 mW en un perno de metal a 3 cuadrados de distancia, el gradiente de temperatura será 0.1W * 3 * 70 grados C/vatio = 21 grados C.

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

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