案例分析:繪制烤箱中的熱梯度

AD8229和ADXL206（雙軸加速度計）在輕便安全的高溫環(huán)境下工作，可作為高溫應用中兩種適當的器件進行演示。演示采用了一個小型電烤箱，帶有一個旋轉組件，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。這種設計會在烤箱內產生較大的溫度梯度。旋轉機制用于同時測量溫度和位置的實驗之中。

AD8229負責調理來自K型熱電偶的信號，熱電偶在烤箱內不斷旋轉。熱電偶探針伸出PCB約6英寸，目的是為了更好地測量烤箱溫度變化。同時，ADXL206負責測量旋轉角度。三個信號（溫度梯度、x軸加速度和y軸加速度）通過一個額定值達到高溫工作條件的滑環(huán)（旋轉連接器）來傳送。滑環(huán)可以保持與非旋轉線纜的連接，線纜連接至烤箱外的數據采集電路板。由于“冷結點”位于烤箱內部，可以采用附加熱電偶為內部溫度提供靜態(tài)參考。AD8495熱電偶放大器（也位于烤箱外）采用其集成冷結補償來調理附加熱電偶的信號。

烤箱內的電路板位于中心附近的旋轉組件上，該位置的溫度約為175°C。電路板結構采用聚酰亞胺材料。銅層上的走線采用0.020英寸的最小寬度，以改進銅與預浸材料的連接（圖14）。器件采用標準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一個25 ppm/°C的金屬薄膜電阻來設置。放大器在高增益下工作，因此，放大器到增益電阻的走線長度應盡可能短，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，目的是在旋轉時維持溫度穩(wěn)定。熱電偶引腳應盡可能靠近，以消除結點上無用的熱電動勢效應。

高溫鉭電容和C0G/NP0電容可對電源進行去耦，并用作加速度計輸出的濾波器。

計算機處理四個不同來源的數據：旋轉角度（矩形x和y分量）、內部溫度梯度和參考溫度。綜合上述各項測量結果即可繪制出溫度梯度（圖15）。分析結果顯示，溫度變化達到25°C。正如預期，最高溫在烤箱后壁頂部旁邊的加熱元件附近。由于存在自然對流，烤箱頂部是烤箱內部第二熱的區(qū)域。最低溫在熱電偶與加熱元件位置相反時測得。

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

圖15.高溫演示圖