导管感应钎焊温度场分布多点同步测温系统

　　0　引言

　　在导管感应钎焊过程中,钎焊温度是感应钎焊的重要工艺参数,焊接区域温度场分布能否满足工艺要求是保证焊接质量的关键因素之一。由于导管内外表面保护氩气的流量、流速和温度的差异,以及感应圈边缘效应和缠绕方式的影响,导管焊接区域温度场分布差异较大[1]。因此,对导管焊接区域的温度分布进行测量,了解其分布规律,可以为导管钎焊工艺的制定和修改提供参考依据,对于优化感应器制作,改善温度场分布,控制钎料流动和钎脚成形,以及提高焊接质量将具有十分重要的理论意义和工程应用价值。然而,由于导管钎焊温度场测量的特殊性,目前尚无合适的通用的温度测量仪器仪表可以满足导管感应钎焊实时、快速、多点、同步温度测量的需要。

　　1　系统组成

　　系统由PC机、RS-232通讯模块及多个温度采样模块组成,可同时对多个不同的测温点进行同步采样,其组成如图1。

　　PC机作为数据采集系统的上位机其主要功能包括采样周期的设置,启动或停止数据采集,启动数据传输,命令流与数据流的传送和接收,以及数据处理和数据文件的生成等。

　　温度采样模块是以AT89C52为核心的单片机最小系统,包括单片机AT89C52、A/D转换电路、热电偶温度传感电路和数据暂存电路等。温度采样模块的主要功能是对热电偶传感器的电压信号进行调理,并对其冷端进行温度补偿,然后进行A/D转换。A/D转换的结果经单片机AT89C52读出并暂存到数据存储器中。此外,单片机电路还具有与上位PC通讯的功能,能够执行PC机设置采样周期、启动采样、停止采样,以及响应数据传输的命令,通过串行通讯模块将暂存器中的数据发送到PC机中进行处理。

　　1.1　热电偶温度传感电路

　　热电偶温度传感电路包括前端的热电偶温度传感器,信号调理电路和冷端温度补偿电路3部分。

　　1.1.1　热电偶测温原理

　　在IEC584—1标准中给出的温度T与热电势的解析表达式形式为

　　镍铬-镍硅热电偶在温度为0~1 372℃时,φ(T)为一阶次较高的多项式函数加一指数复合而成,其表达式可以写成[2]

　　式中:E为热电势,μV;b_i为常系数。

　　1.1.2　信号调理电路

　　常用的信号调理电路一般由运算放大器、仪用放大器、隔离放大器以及其他的电子电路单元和适当的硬件来组成。信号调理电路如图2所示

　　图2中,电容C₁、C₂、C₃和电阻R₁组成的π型滤波器,并结合运放U1_A、R₃、C₇组成的有源滤波器共同对温度信号TIN进行滤波,以保证得到“干净”的温度信号。运放单元U1B对“地”信号进行放大,其结果输入运放U1A的反相端,可以有效地抵消运放内部电路自身分布参数不一致而引起的零漂;同时合理筛选运放LF353,在其输出端可以得到零漂很小,增益稳定的温度信号。采用这种RC无源滤波器和基于LF353的有源滤波器相结合的电路,降低了成本,简化了电路设计,完全能够满足温度测量的要求。