案例分析:绘制烤箱中的热梯度

AD8229和ADXL206（双轴加速度计）在轻便安全的高温环境下工作，可作为高温应用中两种适当的器件进行演示。演示采用了一个小型电烤箱，带有一个旋转组件，上方装有高温PCB，且能够连续工作。烤箱中的加热元件位于顶部附近。这种设计会在烤箱内产生较大的温度梯度。旋转机制用于同时测量温度和位置的实验之中。

AD8229负责调理来自K型热电偶的信号，热电偶在烤箱内不断旋转。热电偶探针伸出PCB约6英寸，目的是为了更好地测量烤箱温度变化。同时，ADXL206负责测量旋转角度。三个信号（温度梯度、x轴加速度和y轴加速度）通过一个额定值达到高温工作条件的滑环（旋转连接器）来传送。滑环可以保持与非旋转线缆的连接，线缆连接至烤箱外的数据采集电路板。由于“冷结点”位于烤箱内部，可以采用附加热电偶为内部温度提供静态参考。AD8495热电偶放大器（也位于烤箱外）采用其集成冷结补偿来调理附加热电偶的信号。

烤箱内的电路板位于中心附近的旋转组件上，该位置的温度约为175°C。电路板结构采用聚酰亚胺材料。铜层上的走线采用0.020英寸的最小宽度，以改进铜与预浸材料的连接（图14）。器件采用标准HMP焊料（5/93.5/1.5锡/铅/银）连接，并采用特氟龙镀膜线连接电路板和滑环。

图14.安装器件的高温PCB

所有的精密器件都采用通孔安装。仪表放大器的增益通过一个25 ppm/°C的金属薄膜电阻来设置。放大器在高增益下工作，因此，放大器到增益电阻的走线长度应尽可能短，以将铜电阻降至最低(4000 ppm/°C TC)。热电偶和放大器的接口位于电路板中心，目的是在旋转时维持温度稳定。热电偶引脚应尽可能靠近，以消除结点上无用的热电动势效应。

高温钽电容和C0G/NP0电容可对电源进行去耦，并用作加速度计输出的滤波器。

计算机处理四个不同来源的数据：旋转角度（矩形x和y分量）、内部温度梯度和参考温度。综合上述各项测量结果即可绘制出温度梯度（图15）。分析结果显示，温度变化达到25°C。正如预期，最高温在烤箱后壁顶部旁边的加热元件附近。由于存在自然对流，烤箱顶部是烤箱内部第二热的区域。最低温在热电偶与加热元件位置相反时测得。

该实验以简化形式表明，在恶劣环境下工作时，记录系统中集成的高温器件如何提取有价值信息。

图15.高温演示图