利用热电偶获得温度曲线..docVIP

利用热电偶获得温度曲线 将热电偶固定在电路板上，可以在焊接过程中监测重要的温度参数。固定方法有许多种。其目的是获得关于电路板组件关键位置的精确可靠的温度数据。热电偶的固定方法对数据质量的影响极大。 利用热电偶测量温度是一项精密、费时而艰苦的工作。热电偶的固定场所有时可能会限制安装方法的采用，从而使问题复杂化。例如，对于FR4板材、陶瓷或塑料元件等不可焊的表面，便不能采用高温焊接方法。在高密度电路板的元件密集区不能使用胶带固定，要穿过壳体上的小孔接触元件十分困难。然而，与其它方法，如热点或裂纹(crayon)、IR传感器、或估测等方法相比，热电偶仍具有较大的优势。 热电偶固定方法 为了从热电偶中获得可靠的数据，必须了解下面两个通用规则： 热电偶结必须与被监测表面进行直接、可靠的热接触，否则，在热电偶结与被测表面之间就会产生一不可知的热阻。这样，温度读数将更接近于热电偶周围材料的温度，而不是被测表面的温度。一个极端的例子是，当Kapton胶带在炉膛温度下松驰时，热电偶将脱离被测表面，开始测量周围空气的温度。 用于将热电偶结固定到被测表面的材料应最少。这种材料会增加直接传给热电偶结的热容量，以及与这种材料接触的被测表面的热绝缘性(insulation)，这两种情况均会导致在炉温上升或下降时，热电偶的温度滞后于板表面的真实温度。当温度的变化率为2℃/s时，将滞后5℃至10℃，这意味着典型回流温度曲线上的温度峰值将大打折扣。 现在让我们讨论一下各种热电偶固定方法，这将有助于针对特定的应用场合选择最佳的方法，以获得最可靠的结果。 高温焊料 一般来说，需要至少含铅93％、熔点超过290℃的焊料，这样，焊料在回流焊时就不会熔化。这种焊料具有良好的导热性，有助于将误差减到最小，即使在热电偶结略微脱离电路板表面的情况下也是如此。它能提供很好的机械固定性能，适用于测试电路板(图1)。 图1：在0.025mm引脚间距元件(左)上的热电偶安装不良。大的焊球大大地增加了引脚的热容量。 ? 另一方面，焊接需要相当的技巧与时间，来形成小的热电偶固定区，而不会使电路板、焊盘或元件过热或损坏。高温焊料即使采用活性助焊剂，润湿性与流动性也不好，使条件恶化。而且，要想彻底清除焊料，很难不破坏元件、焊点或焊盘。 再者，这种方法不能用于尚未经过回流的电路板，因为在热电偶固定时，它很可能会使元件发生移动。这种方法也不能用于将热电偶固定到不可焊的表面，如陶瓷与塑料元件，和FR4板。要在未经回流的细间距器件上使用焊料也很困难。 采用胶粘剂 胶粘剂的使用比高温焊料要容易一些。常用的胶粘剂通常可以分为两类，它们均可将热电偶固定到塑料、陶瓷元件以及FR4板等不可焊的表面。 一类是UV活化胶，它可在几秒钟内将热电偶固定，但只能工作于120℃左右的温度环境中。在回流焊温度峰值为210℃左右时，其固定性能不佳，因而常用于波峰焊。 由于其导热性较差，因此当胶粘剂活化后，应使热电偶结紧贴在被测表面(图2)。用小刀很容易剔除粘胶，但却会在FR4和深色元件表面留下一些易见的膜状痕迹。这里不能使用高效溶剂(如丙酮)清洗，因为这些溶剂同样会溶解塑料，造成电路板的损坏。 图2：如果在固定热电偶时使用过多的胶粘剂，将会产生不良的热传导。 ? 专用的高温双组份环氧胶的耐温可达260℃，但在高温下的固化却需要数小时。这很不方便，特别是在需要快速诊断故障的情况下。环氧胶同样需要仔细地定位，以保证在整个固化过程中，热电偶都与被测表面保持接触。与UV活化胶类似，环氧胶也不能在不破坏电路板或元件的情况下被彻底清除。快速固化胶，如“5分钟”环氧胶，耐温为130℃。但这一温度太低，难以防止回流焊时的脱落。 胶粘带 高温胶粘带，如Kapton胶带，可在任何表面方便地使用。但是，必须预先装入热电偶结，使其与被测表面稳定接触。 注意，它的周围没有可导材料，即使结点只离开被测表面千分之一英寸，其测量温度也将主要是周围环境的温度，它在一定程度上受到热辐射的影响。你还可能发现，利用胶带在高密度区固定热电偶很困难，甚至不可能。一种行之有效的方法是，将热电偶导线弯成一个小钩子的形状(图3)(图4)。 图3：用胶带将线粘在钩的后面，使结点预先装在表面。 图4：加热后胶带松驰，使热电偶从引脚处翘起。 ? 机械固定 下面两种常用的热电偶机械固定方法是极不相同的：纸夹(paper clip)固定法和镙钉固定法。 采用纸夹固定无疑是快捷而方便的，镙钉固定则坚固而可靠。两种方法均可反复承受炉子的温度，但只能用于对板子边缘进行监测。 线夹不能牢固而可靠地固定热电偶。如果在操作过程中不小心拉动线，就会导致热电偶移动。强力弹簧夹可将导线夹紧些，但其热容量和IR屏蔽(shadowing)效应会妨碍位于夹子内的板区的