淺談電子產(chǎn)品的溫度測(cè)量機(jī)理與方法

淺談電子產(chǎn)品的溫度測(cè)量機(jī)理與方法

     世界在電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)定型時(shí)，為防止表面溫度過高傷害用戶或由于溫度超出材料件所能承受的限值而導(dǎo)致著火、絕緣失效和觸電危險(xiǎn)，需要分別在正常工作狀態(tài)和模擬故障狀態(tài)下對(duì)設(shè)備各個(gè)部分的溫度進(jìn)行測(cè)試，目前一般采用熱電偶測(cè)量或外加紅外測(cè)溫監(jiān)控的方式進(jìn)行。

       熱電偶通過把非電學(xué)量(溫度)轉(zhuǎn)化成電學(xué)量(電動(dòng)勢(shì))來測(cè)量，這種方法有許多優(yōu)點(diǎn)，如測(cè)溫范圍寬、靈敏度和準(zhǔn)確度較高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單不易損壞、受熱點(diǎn)可做得很小等，因其對(duì)溫度變化響應(yīng)快，對(duì)測(cè)量對(duì)象的狀態(tài)影響小，可以用于溫度場(chǎng)的實(shí)時(shí)測(cè)量和監(jiān)控。熱電偶的溫差電動(dòng)勢(shì)雖然主要取決于所選用的材料和兩個(gè)接頭的溫度，但材料中所含的雜質(zhì)和加工工藝過程也會(huì)對(duì)它產(chǎn)生一定的影響，所以，盡管是由相同材料組成的熱電偶，它們的溫差電動(dòng)勢(shì)與溫度的關(guān)系卻可能不完全相同。對(duì)于每一支熱電偶的選擇要根據(jù)使用溫度范圍、所需精度、使用環(huán)境、響應(yīng)時(shí)間和經(jīng)濟(jì)效益來綜合考慮。溫度在1000~1300℃并且精度要求比較高的，可用S型熱電偶和N型熱電偶；1000℃以下一般用K型熱電偶和N型熱電偶；低于400℃一般用E型熱電偶；250℃以下和負(fù)溫測(cè)量一般用T型 電偶，在低溫時(shí)穩(wěn)定而且精度高；S型、B型、K型熱電偶適合于強(qiáng)的氧化和弱的還原氣氛中使用；J型和T型熱電偶適合于弱氧化和還原氣氛，有化學(xué)污染的環(huán)境要求有保護(hù)管；鎧裝熱電偶響應(yīng)時(shí)間快，而且有一定的耐久性。
       焊好的熱電偶都應(yīng)先進(jìn)行分度，即測(cè)定出溫差電動(dòng)勢(shì)與溫度間的確定關(guān)系，然后才能用它來測(cè)量溫度。采用補(bǔ)償導(dǎo)線用它們連接熱電偶與測(cè)量裝置，以補(bǔ)償它們與熱電偶連接處的溫度變化所產(chǎn)生的誤差。合金絲是構(gòu)成補(bǔ)償導(dǎo)線的導(dǎo)體，可分為兩種：延長(zhǎng)型合金絲的名義化學(xué)成分及熱電勢(shì)標(biāo)稱值與配用熱電偶絲相同，用字母“X”附加在熱電偶分度號(hào)之后表示；補(bǔ)償型合金絲的名義化學(xué)成分與配用熱電偶絲不同，但其熱電勢(shì)值在0~100℃或0~200℃時(shí)，與配用熱電偶絲標(biāo)稱值相同，用字母“C”附加在熱電偶分度號(hào)之后表示。在使用之前，應(yīng)將熱電偶的內(nèi)部絕緣體從頂端向后剝露約1.5mm，外部絕緣體則從頂端向后剝約15mm，頂端用單點(diǎn)焊接來連接后與要測(cè)處相連。為了達(dá)到與被測(cè)點(diǎn)同樣的溫度，接點(diǎn)要與被測(cè)部件的表面緊密接觸。現(xiàn)在一般通過膠合、焊接等方法固定，膠合法將高齡粉和硅酸鈉溶液以同等比例相混合，再與氰丙烯酸酯膠合。在膠合前應(yīng)固定熱電偶的位置，對(duì)于焊接劑易于黏附的金屬表面，采用焊接法在熱傳導(dǎo)性方面優(yōu)于膠合法。
       接下來談?wù)劶t外測(cè)溫技術(shù)。高溫區(qū)是位于光帶最邊緣處紅光的外面，稱為“熱線”或者紅外線，紅外線的波長(zhǎng)在0.76_100μm之間，按波長(zhǎng)的范圍可分為近紅外、中紅外、遠(yuǎn)紅外、極遠(yuǎn)紅外4類，它在電磁波連續(xù)頻譜中的位置是處于無線電波與可見光之間的區(qū)域。任何物體在常規(guī)環(huán)境下都會(huì)產(chǎn)生自身的分子和原子無規(guī)則的運(yùn)動(dòng)，并不停地輻射出熱紅外能量，分子和原子的運(yùn)動(dòng)愈劇烈，輻射的能量愈大，反之，輻射的能量愈小。紅外測(cè)溫儀是通過接收物體發(fā)出的紅外線(紅外輻射)，從而準(zhǔn)確判斷物體表面的溫度分布情況。和接觸式測(cè)溫方法相比，紅外測(cè)溫有非接觸、響應(yīng)時(shí)間快、使用安全及使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。紅外測(cè)溫儀器主要有3種類型：紅外熱像儀、紅外熱電視和紅外測(cè)溫儀(包括便攜式、在線式和掃描式)。紅外熱像儀是利用紅外探測(cè)器、光學(xué)成像物鏡和光機(jī)掃描系統(tǒng)，接受被測(cè)目標(biāo)的紅外輻射能量，并反映到紅外探測(cè)器的光敏元件上。
       紅外熱電視是將被測(cè)目標(biāo)的紅外輻射線通過透鏡聚焦成像到熱釋電攝像管，熱釋電攝像管是一種具有中等分辨率的實(shí)時(shí)寬譜成像器件，主要由透鏡、靶面和電子槍三部分組成。通過熱釋電攝像管接受被測(cè)目標(biāo)物體的表面紅外輻射，并把目標(biāo)內(nèi)熱輻射分布的不可見熱圖像轉(zhuǎn)變成視頻信號(hào)。
       常用的便攜紅外測(cè)溫儀是由光學(xué)系統(tǒng)、光電探測(cè)器、信號(hào)放大器及信號(hào)處理顯示輸出等部分組成，光學(xué)系統(tǒng)匯聚其視場(chǎng)內(nèi)的目標(biāo)紅外輻射能量，紅外能量聚焦在光電探測(cè)器上并轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的電信號(hào)。該信號(hào)再經(jīng)換算轉(zhuǎn)變?yōu)楸粶y(cè)目標(biāo)的溫度值，其測(cè)量精度可達(dá)1度或更高。我們要根據(jù)被測(cè)設(shè)備尺寸和環(huán)境條件從測(cè)溫范圍、測(cè)量精度、工作波長(zhǎng)、響應(yīng)時(shí)間、光學(xué)分辨率、顯示和輸出、價(jià)格等方面來選用便攜紅外測(cè)溫儀。測(cè)溫范圍是最重要的一個(gè)性能指標(biāo)，不同型號(hào)的測(cè)溫儀都有自己特定的測(cè)溫范圍，一般來說，測(cè)溫范圍越窄監(jiān)控溫度的輸出信號(hào)分辨率越高，測(cè)溫范圍過寬會(huì)降低測(cè)量精度。如果被測(cè)設(shè)備尺寸超過視場(chǎng)大小的50%，測(cè)溫儀就不會(huì)受到測(cè)量區(qū)域外面的背景影響造成誤差，可以選擇單色測(cè)溫儀；反之，如目標(biāo)尺寸小于視場(chǎng)，雙色測(cè)溫儀是最佳選擇，其溫度是由兩個(gè)獨(dú)立的波長(zhǎng)帶內(nèi)輻射能量的比值來確定的。因此當(dāng)被測(cè)目標(biāo)很小，即使測(cè)量通路上存在煙霧、塵埃、阻擋對(duì)輻射能量有衰減時(shí)，仍能保證測(cè)量精度。由于設(shè)備組成材料的發(fā)射率和表面特性不同，測(cè)溫儀的光譜相應(yīng)波長(zhǎng)也不同，如測(cè)量高溫金屬材料的最佳波長(zhǎng)是近紅外，可選用0.8~1.0mm，測(cè)溫時(shí)應(yīng)盡量選用短波。在測(cè)量快速加熱的目標(biāo)時(shí)，要選用快速響應(yīng)紅外測(cè)溫儀，否則缺乏足夠的信號(hào)響應(yīng)，會(huì)降低測(cè)量精度。而對(duì)于靜止的或目標(biāo)熱過程存在熱慣性時(shí)，測(cè)溫儀的響應(yīng)時(shí)間就可以放寬要求了。需要強(qiáng)調(diào)的是紅外測(cè)溫儀必須經(jīng)過校準(zhǔn)才能使它正確地顯示出被測(cè)目標(biāo)的溫度，特別是要進(jìn)行定期檢定，試驗(yàn)人員在實(shí)際運(yùn)用過程中也要不斷積累經(jīng)驗(yàn)和掌握測(cè)試技巧，避免讀數(shù)偏差而得出錯(cuò)誤結(jié)果。