DE19810519A1 - Kombination aus Heizelement und Meßfühler - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Kombination aus
Heizelement und Meßfühler mit zwei Anschlüssen, die
eine Heizvorrichtung und einen darin integrierten
Meßfühler umfaßt. Insbesondere betrifft die Erfindung
eine Kombination aus Heizelement und Meßfühler, die
als Heizvorrichtung in einem Lötkolben verwendet
werden kann.
In Fig. 11 ist die Spitze eines Lötkolbens
dargestellt, bei dem eine stabförmige keramische
Heizvorrichtung 51 gezeigt ist, die in den vorderen
Teil 52 eines Lötkolbens eingepaßt ist. Diese
keramische Heizvorrichtung 51 umfaßt eine um einen
keramischen Kern gewickelte grüne Keramikfläche 53.
Auf die grüne Keramikfläche 53 sind Bahnen für die
Heizvorrichtung sowie für den Meßfühler aufgedruckt.
Die topologische Anordnung der Bahnen ist
beispielhaft in Fig. 12 dargestellt. Bei diesem
Beispiel bestehen die Leiterbahnen 55 des Meßfühlers
aus mit einer Wolframpaste in einer Breite von 0,2 mm
aufgedruckten Bahnen und die Leiterbahnen 54 der
Heizvorrichtung aus mit einer Wolframpaste in einer
Breite von 0,4 mm aufgedruckten Bahnen, wobei diese
die Bahnen 55 des Meßfühlers umgeben. Die Bahnen 55
des Meßfühlers erstrecken sich zur Rückseite über die
Bahnen 54 der Heizvorrichtung hinaus und sind mit den
Meßfühlerelektroden 56 verbunden, während die Bahnen
54 der Heizvorrichtung mit den Heizelektroden 57
verbunden sind, die vor den Elektroden 56 des
Meßfühlers angeordnet sind.
Die in den Fig. 11 und 12 dargestellte, einen
Meßfühler umfassende keramische Heizvorrichtung hat
den Nachteil, daß ihr Außendurchmesser wegen ihrer
vier Anschlüsse nicht unter einen Wert von 3,5 mm
verringert werden kann. Soll die Größe des Lötkolbens
weiter verringert werden, kann der Durchmesser des
Rohres wegen der beschränkten Möglichkeiten in der
Anordnung der Anschlüsse nicht weiter verringert
werden. Weil der Meßfühler auf der Außenfläche des
keramischen Kerns vorgesehen ist, ergibt sich als
weiterer Nachteil, daß die Temperatur an der Spitze
des Lötkolbens nicht genau bestimmt werden kann.
Weiterhin muß bei Lötkolben, bei denen die Messung
der Temperatur an deren Spitze mit Hilfe der
Temperaturabhängigkeit eines Widerstandes
durchgeführt wird, eine erhebliche Ausdehnung in den
Materialien berücksichtigt werden, so daß jedes
Material so ausgewählt werden muß, daß es sich nur
innerhalb bestimmter Toleranzgrenzen verändert. Der
dargestellte Lötkolben stellt insofern keine Ausnahme
dar.
Inzwischen sind auch Meßfühler verfügbar, die in der
Weise hergestellt sind, daß an Stelle einer um einen
keramischen Kern gewickelten grünen Fläche ein
elektrothermischer Draht direkt um den keramischen
Kern gewunden ist und die Windungen für die
erforderliche Isolation mit einem keramischen Überzug
bedeckt sind.
Nachteilig an einer derartigen Heizvorrichtung ist
jedoch, daß der keramische Überzug, wenn er aus dicht
gepackten feinen keramischen Partikeln besteht, wegen
des im Vergleich zum thermischen
Ausdehnungskoeffizienten des keramischen Überzugs
relativ hohen thermischen Ausdehnungskoeffizienten
des elektrothermischen Drahtes dazu neigt, Risse zu
entwickeln. Werden andererseits grobkörnigere
keramische Partikel für den keramischen Überzug
verwendet, sinkt dadurch der Isolationswiderstand,
was zu einem Abfließen des Stroms in das bearbeitete
Material, z. B. einem Substrat, führt.
Um die oben geschilderten Nachteile im Stand der
Technik zu überwinden, hat sich die vorliegende
Erfindung die Aufgabe gestellt, eine Kombination aus
Heizelement und Meßfühler zur Verfügung zu stellen,
mit der es trotz ihres einfachen Aufbaus einerseits
möglich ist, die Temperatur an der Spitze eines
Lötkolbens genau zu messen, und die andererseits eine
zuverlässige Isolierung aufweist, bei der also keine
Gefahr besteht, daß Risse in der Isolierung
auftreten.
Zur Lösung der Aufgabe stellt die Erfindung eine
Kombination aus Heizelement und Meßfühler zur
Verfügung, umfassend ein beheiztes, aus einem ersten
metallischen Material bestehendes Element, ein
unbeheiztes, aus dem ersten metallischen Material
bestehendes Element, und ein unbeheiztes, aus einem
zweiten metallischen Material bestehendes Element,
wobei das aus dem ersten metallischen Material
bestehende beheizte Element mit dem vorderen Ende des
unbeheizten, aus dem zweiten metallischen Material
bestehenden Elements verschweißt ist, und weiter das
erste metallische Material eine elektrothermische
Eisen-Chrom-Legierung ist, und das zweite metallische
Material Nickel oder eine Nickel-Chrom-Legierung ist,
wodurch zwischen ihnen ein Thermoelement gebildet
ist.
Vorzugsweise umfaßt das aus dem ersten metallischen
Material bestehende beheizte Element einen Draht mit
vergleichsweise kleinem Querschnitt, der in Form
einer Spule um ein zylinderförmiges, isolierendes
Rohr gewunden ist und mit dem aus dem ersten
metallischen Material bestehenden unbeheizten Element
verbunden ist, das ein gerader Draht mit
vergleichsweise großem Querschnitt ist und fest auf
der Außenfläche des isolierenden Rohres befestigt
ist, wobei das aus dem zweiten metallischen Material
bestehende unbeheizte Element linear in der Bohrung
des isolierenden Rohres verläuft.
Da erfindungsgemäß eine elektrothermische Eisen-
Chrom-Legierung in Verbindung mit Nickel oder einer
Nickel-Chrom-Legierung zur Bildung eines
Thermoelements verwendet wird, kann die Temperatur an
der Spitze des Lötkolbens einfach und mit hoher
Genauigkeit bestimmt werden.
Die Erfindung wird in einer bevorzugten
Ausführungsform unter Bezugnahme auf eine Zeichnung
beschrieben, wobei weitere vorteilhafte Einzelheiten
den Figuren der Zeichnung zu entnehmen sind.
Funktionsmäßig gleiche Teile sind dabei mit denselben
Bezugszeichen versehen.
Die Figuren zeigen im einzelnen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung, in der der
grundlegende Aufbau der Kombination aus
Heizelement und Meßfühler gezeigt ist, wie
sie das Prinzip der Erfindung verkörpert;
Fig. 2 die in Fig. 1 dargestellte Kombination aus
Heizelement und Meßfühler, wobei diese in
ein Rohr aus isolierendem Material
eingebaut ist;
Fig. 3 ein Diagramm, in dem das Temperaturprofil
der in Fig. 1 gezeigten Kombination aus
Heizelement und Meßfühler gezeigt ist;
Fig. 4 ein Diagramm, in dem die für die in Fig. 1
gezeigte Kombination aus Heizelement und
Meßfühler charakteristische
thermoelektrische Kraft dargestellt ist;
Fig. 5 eine Darstellung, in der die geometrische
Beziehung zwischen der in Fig. 2
dargestellten Kombination aus Heizelement
und Meßfühler und einer Schutzröhre gezeigt
ist;
Fig. 6 eine Gesamtansicht der Heizvorrichtung des
Lötkolbens;
Fig. 7 ein Schnittbild durch den Lötkolben, das
dessen Aufbau zeigt;
Fig. 8 ein Diagramm, in dem ein Teil des
Schaltplanes für die Temperaturüberwachung
des Lötkolbens dargestellt ist;
Fig. 9 ein Diagramm, in dem der restliche Teil des
Schaltplanes für die Temperaturüberwachung
gezeigt ist;
Fig. 10 ein Zeitdiagramm, in dem der periodische
Verlauf der Werte in den entsprechenden
Abschnitten der in Fig. 8 dargestellten
Temperaturüberwachung dargestellt ist;
Fig. 11 eine Darstellung des Aufbaus eines
bekannten Lötkolbens;
Fig. 12 eine Darstellung der Leiterbahnen für die
Heizvorrichtung und den Meßfühler.
Wie in den Fig. 1 und 2 dargestellt, umfaßt der
wesentliche Teil der erfindungsgemäßen
Heizvorrichtung des Lötkolbens ein zylinderförmiges
isolierendes Rohr 1 mit einer axialen Bohrung 1a und
einer darauf vorgesehenen Kombination 2 aus
Heizelement und Meßfühler. Das isolierende Rohr 1
kann zum Beispiel ein Aluminiumrohr sein.
Bei der in Fig. 1 dargestellten Kombination 2 aus
Heizelement und Meßfühler ist das Ende 3a eines
spulenförmig gebogenen Heizdrahtes 3 an der Spitze 4a
eines geraden unbeheizten Drahtes 4 mittels
Argon-Schweißens festgeschweißt. Das andere Ende 3b des
Heizdrahtes ist an einem geraden unbeheizten Draht 5
mittels Argon-Schweißens festgeschweißt. Der
Heizdraht 3 besteht aus einer Eisen-Chrom-Legierung.
Typische Zusammensetzungen der Legierung sind in
Tab. 1 aufgeführt.
Tabelle 1
Von diesen Eisen-Chrom-Legierungen wird vorzugsweise
Kanthal D (ein Kanthal-Draht der Firma Kanthal Co.)
verwendet. Das Verhältnis der wesentlichen
Bestandteile beträgt Cr = 22,0 und Al = 4,8. Als
alternative Zusammensetzungen können auch solche mit
einem Verhältnis Cr = 22,0 / Al = 5,8; Cr = 22,0, /
Al 5,3 sowie Cr = 20,0 / Al = 4,0 verwendet werden.
Bei der gezeigten Ausführungsform besteht der
unbeheizte Draht 4 aus Nickel, während der unbeheizte
Draht 5 und der Heizdraht 3 aus derselben Kanthal
D-Legierung bestehen. Um eine Wärmeentwicklung im
unbeheizten Draht 5 zu vermeiden hat der Durchmesser
des unbeheizten Drahtes 5 ungefähr den 2,5-fachen
Wert des Durchmessers des Heizdrahtes 3.
Wird die Kombination 2 aus Heizelement und Meßfühler
von elektrischem Strom durchflossen, wird im
Heizdraht 3 Wärme erzeugt, so daß theoretisch das in
Fig. 3(b) gezeigte Temperaturprofil erhalten wird.
Während die Temperatur an den Enden 4b, 5b der
unbeheizten Drähte 4, 5 im wesentlichen identisch und
gleich T0 ist, weisen die Argon-verschweißten Stellen
4a, 3a eine Temperatur T1 auf und der Heizdraht 3
weist in seinem mittleren Abschnitt eine hohe
Temperatur auf. Die Kanthal-Drähte (3, 5) und der
Nickeldraht (4) bilden ein Thermoelement, was im
Ergebnis zu einer elektromotorischen Kraft in der
Größenordnung von
α(T1-T0)-β(T1-T0)
zwischen dem Ende 4b des unbeheizten Drahtes 4 und
dem Ende 5b des unbeheizten Drahtes 5 (Kanthal-Draht)
führt, wobei der Seebeck-Koeffizient des Nickels mit
α und der Seebeck-Koeffizient des Kanthal-Drahtes β
ist.
Da α und β entgegengesetzte Vorzeichen aufweisen,
addieren sich die elektromotorischen Kräfte der
unbeheizten Drähte 4, 5 gegenseitig. Die Temperatur
des vorderen Endes 5a des unbeheizten Drahtes 5
steigt mit steigender Temperatur des Heizdrahtes 3
und, sofern Nickel als Material für den unbeheizten
Draht 5 gewählt wird, sinkt als Folge die
elektromotorische Kraft zwischen den Enden 4b, 5b der
unbeheizten Drähte 4, 5.
(Werte in mV)
(Werte in mV)
Tabelle 2 zeigt Meßwerte der Kombination 2 aus
Heizelement und Meßfühler. Die Temperatur der Argon
verschweißten Punkte 3a, 4a wurde von 0°C auf 500°C
erhöht und die Spannungsdifferenz an den Enden der
unbeheizten Drähte 4b, 5b gemessen. Wie aus Tabelle 2
hervorgeht, wird im Temperaturbereich von
200°C-450°C, in dem normalerweise mit Lötkolben
gearbeitet wird, eine gute Linearität beobachtet. Die
mit dem Meßfühler erhaltenen Werte scheinen daher
geeignet für eine praktische Anwendung. Fig. 4 zeigt
ein Diagramm, in dem die Meßwerte (B) der Kombination
2 aus Heizelement und Meßfühler mit den Meßwerten (A)
eines Thermoelements K verglichen werden, woraus
ersichtlich ist, daß die elektromotorische Kraft der
Kombination 2 aus Heizelement und Meßfühler etwa halb
so hoch ist wie die elektromotorische Kraft des
Thermoelements K. Wie aus dem Diagramm entnommen
werden kann, können mit der Kombination 2 aus
Heizelement und Meßfühler zuverlässige Meßwerte bis
zu einer Temperatur von 600°C erhalten werden, woraus
sich ergibt, daß die Kombination 2 aus Heizelement
und Meßfühler nicht nur bei Temperaturen verwendet
werden kann, wie sie bei Lötkolben auftreten, sondern
auch für andere Anwendungen.
Im folgenden wird das Verfahren zur Herstellung der
erfindungsgemäßen Heizvorrichtung für Lötkolben
beschrieben. Zunächst wird der unbeheizte Draht 4 in
die Bohrung 1a des Isolationsrohres 1 eingeführt und
der Heizdraht 3 um die Außenfläche des
Isolationsrohres 1 gewunden. Dann wird unter
Verwendung eines Befestigungsdrahtes 6 aus Kanthal-
Draht der unbeheizte Draht 5 auf der Außenfläche des
Isolationsrohres 1 befestigt (Fig. 2).
Anschließend wird mittels einer Tauchtechnik ein
erster keramischer Überzug 7 über den
argonverschweißten Punkten 3a, 4a, dem Heizdraht 3
und dem Befestigungsdraht 6 aufgetragen und der
Überzug getrocknet und gebrannt. Der oben genannte
erste keramische Überzug 7 besteht aus einer wäßrigen
Dispersion, welche ein Bindemittel sowie ein grobes
Aluminiumpulver enthält, und nachdem der Überzug
getrocknet und gebrannt wurde sind die
argonverschweißten Punkte 3a, 4a und der Heizdraht 3
fest mit dem Isolationsrohr 1 verbunden. Da der
keramische Überzug 7 aus einer Dispersion gröberer
Teilchen besteht, kann er den Unterschied in den
thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem
Isolationsrohr 1 und dem Heizdraht 3 wirksam
ausgleichen, so daß keine Risse oder Ablösungen
während des Gebrauchs auftreten.
Anschließend wird im Tauchverfahren ein zweiter
keramischer Überzug 8 aufgebracht, getrocknet und
eingebrannt. Gleichzeitig wird durch den keramischen
Überzug 8 die Kombination 2 aus Heizelement und
Meßfühler in der im vorderen Abschnitt 9 des
Lötkolbens vorgesehenen Ausnehmung 9a gesichert
(Fig. 5). Natürlich besteht die Spitze 9 des
Lötkolbens aus einem Material mit hoher thermischer
Leitfähigkeit.
Der zweite keramische Überzug 8 besteht aus einer
wäßrigen Dispersion, die ein Bindemittel sowie
feinkörniges Aluminiumpulver enthält und wenn dieser
Überzug getrocknet und gebrannt ist, wird eine
sichere Isolation erhalten. Des weiteren wird durch
den zweiten keramischen Überzug 8 die Kombination aus
Heizelement und Meßfühler fest mit dem vorderen
Abschnitt des Lötkolbens verbunden.
Da bei der erfindungsgemäßen Kombination aus
Heizelement und Meßfühler der unbeheizte Draht 4 in
der Bohrung 1a des Isolationsrohres 1 von Luft
umgeben ist, wird der unbeheizte Draht 4 im
wesentlichen nicht von der Temperatur des Heizdrahtes
3 beeinflußt. Da der unbeheizte Draht 4 ein
Nickeldraht ist, der gegen oxidative Korrosion
unempfindlich ist, kann er auch in Kontakt mit Luft
stehen.
Nachdem die Kombination 2 aus Heizelement und
Meßfühler sicher in der Ausnehmung 9a in der Spitze 9
des Lötkolbens befestigt ist, wird das Schutzrohr 10
auf der Außenseite der Spitze 9 an deren vorderen
Ende befestigt (Fig. 5). Weiter wird ein synthetisches
Harz 11 (Anschlußabschnitt) am Ende des Schutzrohres
10 angebracht, wobei die Anschlüsse 12, 13 aus dem
synthetischen Harz vorstehen, wodurch im Ergebnis
eine integrierte Heizvorrichtung für einen Lötkolben
erhalten wird (Fig. 6). Diese Heizvorrichtung für
einen Lötkolben kann angebracht oder abgenommen
werden, indem die Anschlüsse 12, 13 mit den
entsprechenden Verbindungsstücken verbunden bzw. von
diesen getrennt werden. Wie in Fig. 7 dargestellt,
wird das Ende des Schutzrohres 10 fest in einem Griff 14
festgehalten und ein Thermistor TH zur
Temperaturmessung ist in unmittelbarer Nähe zu den
Verbindungen 12, 13 vorgesehen.
Die Fig. 8 und 9 zeigen den Schaltplan für die
Temperaturkontrolleinheit sowie die Kombination 2 aus
Heizelement und Meßfühler. Der dargestellte
Schaltplan für die Temperaturkontrolle umfaßt im
wesentlichen die Kombination 2 aus Heizelement und
Meßfühler um die Spitze des Lötkolbens aufzuheizen
und dessen Temperatur T1 an der Spitze zu messen,
wobei mit dem Thermistor TH die Temperatur T0 an der
Basis der Kombination 2 aus Heizelement und Meßfühler
gemessen wird, eine Energieversorgungseinheit 15 für
die Kombination 2 aus Heizelement und Meßfühler,
einen Verstärker 16, mit dem der Output des
Thermoelements der Kombination 2 aus Heizelement und
Meßfühler verstärkt wird, eine Additionseinheit 17,
in der der Wert des Thermoelements und der Wert des
Thermistors aufaddiert werden, ein
Doppelweggleichrichter 18 um die Wechselspannung
gleichzurichten (s. Fig. 9, in der auch die folgenden
Elemente gezeigt sind), einen
Nulldurchgangsimpulsgenerator 19, eine Schaltung 20
zur Temperaturwahl, um die Temperatur an der Spitze
des Lötkolbens wählen zu können, sowie eine
Mikrocomputereinheit 21, mit der der gesamte Vorgang
überwacht wird. Die gewählte Temperatur der Spitze
wird auf einer Anzeige 22 angezeigt, die mit der
Mikrocomputereinheit 21 verbunden ist.
Bei dieser Ausführungsform wird die
Mikrocomputereinheit 21 aus einem einzelnen Mikrochip
N37470 (Mitsubishi) gebildet. Diese
Mikrocomputereinheit weist Ausgänge, PORT1 und PORT2,
auf und ist in der Weise angeordnet, daß die
Energieversorgungseinheit 15 in Abhängigkeit vom
Ausgabewert des PGRT1 an- bzw. ausgeschaltet wird und
der Schalter SW am Ausgang der Additionseinheit 17 in
Abhängigkeit vom Ausgabewert am PORT2 an- bzw.
ausgeschaltet wird.
Weiter weist der Mikrocomputer analoge Eingänge ADIN1
und ADIN2 auf, die mit einem Analog/Digitalwandler
verbunden sind. Der Ausgabewert des Additionsblocks
17 wird am analogen Eingang ADIN1 eingegeben und der
Spannungswert, der der gewählten Temperatur
entspricht, wird am analogen Eingang ADIN2
eingegeben. Der analoge Eingang Vref der
Mikrocomputereinheit wird mit einer Referenzspannung
(z. B. 2,55 V) für den Analog/Digitalwandler versorgt,
durch die die Auflösung des Analog/Digitalwandlers
bestimmt wird.
Der Mikrocomputer 21 weist ferner einen
Interruptanschluß INT auf, der mit dem
Nulldurchgangsimpulsgenerator 19 verbunden ist. Nimmt
die Spannung des Stroms nach der Doppelgleichrichtung
einen Wert von Null an, wird ein Interruptsignal an
den Mikrocomputer 21 gegeben, worauf ein Programm mit
einer Interrupt-Routine gestartet wird.
Wie in Fig. 8 gezeigt, umfaßt die
Energieversorgungseinheit 15 einen
Feldeffekttransistor FET1 und einen Widerstand R1,
der mit dem Gate-Anschluß des Transistors FET1
verbunden ist. Der Drain-Anschluß des Transistors
FET1 ist mit dem Ausgang des Doppelweggleichrichters
18 (+V, z. B. Amplitude = 2,4 Volt) verbunden, während
der Source-Anschluß mit der Kombination 2 aus
Heizelement und Meßfühler verbunden ist.
Der Verstärker 16 umfaßt einen
Strombegrenzungswiderstand R2, Dioden D1, D2, einen
nicht-invertierenden Verstärker A0, Widerstände R3, R4,
was einen Verstärkungsfaktor von ungefähr 250
bewirkt, einen invertierenden Verstärker A1, sowie
Widerstände R5, R6. Mit dieser Schaltanordnung wird
die Sensorspannung des Meßfühlers 2 um ungefähr einen
Faktor von 250 verstärkt und seine Phase durch den
nicht-invertierenden Verstärker A0 und den
invertierenden Verstärker A1 invertiert. Werte für
die Widerstände können beispielsweise R3 = 1 KΩ,
R4 = 250 KΩ, und R5-R6 = 100 KΩ sein.
Da bei dieser Schaltanordnung die Source-Spannungen
des nicht-invertierenden Verstärkers +VDD und -VDD
sind (z. B. ±5 Volt), führt das Anlegen einer
Spannung, die außerhalb des Bereichs von +VDD--VDD
liegt, zu einer Verfälschung der Meßwerte oder sogar
zu einem Zusammenbruch. Es sind daher Clamp-Dioden
D1, D2 vorgesehen, so daß nur eine Spannung innerhalb
des Bereiches von +VDD+VF - -VDD-VF am nicht
invertierenden Verstärker A0 anliegen kann. VF
bezeichnet die Grenzspannung der Dioden D1, D2.
Befindet sich der Transistor FET1 in der AN-Stellung,
liegt eine Spannung von V-VDD-VF am Widerstand R2
an. Da jedoch der Widerstand R2 einen Widerstandswert
von 10 KΩ aufweist, fließt ein Strom von höchstens
2 mA. Befindet sich auf der anderen Seite der
Transistor FET1 im AUS-Zustand, liegt der Output des
Thermoelements der Kombination 2 aus Heizelement und
Meßfühler am Widerstand R2 an, so daß Fälle auftreten
können, in denen der Spannungsabfall am Widerstand R2
ein Problem darstellen kann. Da die Verstärkung
jedoch erfindungsgemäß durch den nicht-invertierenden
Verstärker A0 erfolgt, ist die Eingangsimpedanz Rin
ausreichend groß, um die Bedingung Rin»R2 zu
erfüllen, wodurch im Ergebnis der genaue Output-Wert
des Thermoelements bestimmt werden kann. Wird für
diese Verstärkung ein invertierender Verstärker
eingesetzt, kann die Bedingung Rin»R2
möglicherweise nicht erfüllt werden.
Die Additionseinheit 17 besteht im wesentlichen aus
einem invertierenden Verstärker A2 und Widerständen
R7, R8, R11 und R13. Mit dem Thermistor TH ist ein
Widerstand R10 parallel geschaltet und die
Source-Spannung +VDD liegt über den Widerstand R9 an.
Widerstandswerte können beispielsweise sein,
R7 = R8 = 100 kΩ, R11 = R13 = 47 kΩ, R9 = 220 kΩ und
R10 = 50 kΩ. Zwischen der Additionseinheit 17 und der
Mikrocomputereinheit 21 ist ein An/Aus-Schalter SW
angeordnet, der über das Ausgangsport PORT2 gesteuert
wird (Fig. 9).
In der Additionseinheit 17 wird der Input aus dem
invertierenden Verstärkers A1 über den Widerstand R7
dem invertierenden Verstärker A2 zugeleitet und der
Input des Thermistors TH wird über den Widerstand R11
dem Verstärker A2 zugeführt. Des weiteren wird die
Spannung, die über die Aufspaltung der
Source-Spannung -VDD durch den Widerstand R12 und den
variablen Widerstand VR1 erzeugt wird, über den
Widerstand R13 an den invertierenden Verstärker A2
angelegt.
Da der Output des invertierenden Verstärkers A2 im
Analog/Digital-Wandler der Mikrocomputereinheit 21
aufaddiert wird, muß der Output des invertierenden
Verstärkers A2 konstant im Plus-Bereich gehalten
werden, unabhängig von der temperaturabhängigen
Änderung der Spannung am Ausgang der Kombination 2
aus Heizelement und Meßfühler und am Thermistor TH.
Der variable Widerstand VR1 wird daher
erfindungsgemäß so eingestellt, daß der Output des
invertierenden Verstärkers A2 immer innerhalb eines
Bereichs von 0 V-2,55 V liegt.
Wie in Fig. 9 gezeigt, besteht die
Temperaturwahleinheit 20 aus den Widerständen R14,
R15, einem Puffer A3 und einem variablen Widerstand
VR2. Während am variablen Widerstand VR2 eine
Referenzspannung VREF anliegt, ist es so eingerichtet,
daß durch eine Veränderung des variablen Widerstandes
VR2 eine Spannung, die einer gewählten Temperatur
zwischen 200°C bis 450°C entspricht, am analogen
Eingang ADIN2 des Mikrocomputers angelegt werden
kann.
Im folgenden wird die Funktion des in den Fig. 8
und 9 gezeigten Kontrollschaltkreises unter
Bezugnahme auf das in Fig. 10 dargestellte
Zeitdiagramm erläutert. Fig. 10 zeigt den Output des
Doppelweggleichrichters (A), den Output des
Nulldurchgangsimpulsgenerators (B), den Input am
analogen Eingang ADIN1 (C), den Output am Ausgang
PORT1 (D) und die am Ausgang der Kombination 2 aus
Heizelement und Meßfühler anliegende Spannung(E).
Nimmt der Output des Doppelweggleichrichters 18 den
Wert 0 an, steigt der Output des
Nulldurchgangsimpulsgenerators 19 an. Als Folge
erhält der Mikrocomputer 21 durch einen am Inter
rupt-Eingang INT eingehenden Puls ein Interruptsignal. In
der Interrupt-Routine gibt der Mikrocomputer 21
zunächst ein Kontrollsignal durch die Ausgänge PORT1
und PORT2 aus, wodurch der Transistor FET1 in den
AUS-Zustand überführt wird und der An/Aus-Schalter
SW1 in die AN-Position gesetzt wird.
Befindet sich der Transistor FET1 im AUS-Zustand,
wird die Stromversorgung der Heizvorrichtung und des
Meßfühlers 2 unterbrochen, so daß nur der Output des
Thermoelements an den beiden Anschlüssen der
Kombination 2 aus Heizelement und Meßfühler anliegt.
Der Output des Thermoelements entspricht einem Wert
der Temperaturdifferenz T1-T0 zwischen der
Temperatur T1 an der Spitze und der Temperatur T0 an
der Basis (4b, 5b), und der Output des Thermoelements
wird um etwa das 250-fache durch den Verstärker 16
verstärkt und liegt dann am Widerstand R5 des
Additionsblocks 17 an. Auf der anderen Seite liegt
eine Spannung, die vom Widerstandswert des
Thermistors TH abhängt am Widerstand R7 des
Additionsblocks 17 an und der Widerstandswert des
Thermistors TH1 ändert sich in Abhängigkeit von der
Temperatur T0 des Basisabschnitts 4b, 5b der
Kombination 2 aus Heizelement und Meßfühler. Der
Additionsblock 17 gibt daher eine Spannung aus, die
von der Temperatur T1 an der Spitze des Lötkolbens
abhängt. Da sich der An/Aus-Schalter SW zu dieser
Zeit im AN-Zustand befindet, wird diese Spannung, die
von der Temperatur T1 an der Spitze abhängt, über den
analogen Eingang ADIN1 in den Mikrocomputer
eingegeben.
Gleichzeitig wird eine Spannung, die der vorgewählten
Temperatur TS entspricht, über den analogen Eingang
ADIN2 eingegeben. Im Mikrocomputer 21 wird die
Spannung, welche am analogen Eingang ADIN1 anliegt,
mit der Spannung verglichen, die am analogen Eingang
ADIN2 anliegt um zu überprüfen, ob die gegenwärtige
Temperatur TP an der Spitze höher ist als der
vorgewählte Temperaturwert TS oder nicht.
Entspricht der Interrupt-Puls einem der in Fig. 10
dargestellten ersten drei Pulse, bedeutet dies, daß
die Temperatur TP an der Spitze niedriger ist als der
vorgewählte Temperaturwert TS. Unter der Bedingung
TP<TS setzt der Mikrocomputer 21 über den Ausgang
PORT2 den An/Aus-Schalter SW1 in die AUS-Stellung und
den Transistor FET1 über den Ausgang PORT2 in die
AN-Stellung, um die Interrupt-Routine zu beenden. Da
der Transistor FET1 in die AN-Stellung gesetzt wurde,
wird der Output des Doppelweggleichrichters 18 direkt
der Kombination 2 aus Heizelement und Meßfühler
zugeleitet, so daß der Heizvorrichtung Energie
zugeführt wird und die Temperatur an der Spitze des
Lötkolbens steigt.
Entspricht der Interrupt-Puls einem der ersten drei
Pulse, wird, wie aus dem Zeitdiagramm der Fig. 10
ersichtlich, derselbe Ablauf wie oben beschrieben
wiederholt, so daß die Temperatur TP an der Spitze
ansteigt. Als Folge des Anstiegs der Temperatur an
der Spitze steigt der Input an der analogen Eingabe
ADIN1 an.
Beim vierten oder einem späteren Interrupt-Puls ist
die Temperatur TP an der Spitze des Lötkolbens höher
als die vorgewählte Temperatur TS (TP<TS). Der
An/Aus-Schalter SW1 und der Transistor FET1 wird dann
durch den Mikrocomputer 21 über die Ausgänge PORT1,
PORT2 in die AUS-Stellung gebracht, um die Inter
rupt-Routine zu beenden. Da der Transistor FET1 in die
AUS-Stellung gesetzt ist, unterbricht die
Energieversorgungseinheit 15 die Stromzufuhr zur
Kombination 2 aus Heizelement und Meßfühler auch nach
Beendigung der Interrupt-Routine, so daß die
Temperatur an der Spitze des Lötkolbens
kontinuierlich absinkt. Fällt die Temperatur TP an
der Spitze unter den vorgewählten Wert (TP<TS),
nimmt die Energieversorgungseinheit 15 die
Stromzufuhr zum Heizelement und zum Meßfühler 2
wieder auf.
Claims (2)
1. Kombination (2) aus Heizelement und Meßfühler
umfassend ein beheiztes, aus einem ersten
metallischen Material bestehendes Element (3),
ein unbeheiztes, ebenfalls aus dem ersten
metallischen Material bestehendes Element (5),
und ein unbeheiztes, aus einem zweiten
metallischen Material bestehendes Element (4),
wobei das aus dem ersten metallischen Material
bestehende beheizte Element (3) mit dem
vorderen Ende (4a) des unbeheizten, aus dem
zweiten metallischen Material bestehenden
Elements (4) verbunden ist,
und weiter das erste metallische Material eine
elektrothermische Eisen-Chrom-Legierung ist,
und das zweite metallische Material Nickel oder
eine Nickel-Chrom-Legierung ist, wodurch
zwischen ihnen ein Thermoelement gebildet ist.
2. Kombination aus Heizelement und Meßfühler nach
Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß das aus dem ersten
metallischen Material bestehende beheizte
Element (3) einen Draht mit vergleichsweise
kleinem Querschnitt umfaßt, der in Form einer
Spule um ein zylinderförmiges, isolierendes
Rohr (1) gewunden ist und mit dem aus demselben
ersten metallischen Material bestehenden
unbeheizten Element (5) verbunden ist, das ein
gerader Draht mit vergleichsweise großem
Querschnitt ist und fest auf der Oberfläche des
isolierenden Rohres (1) befestigt ist, wobei
das aus dem zweiten metallischen Material
bestehende unbeheizte Element (4) ein lineares,
in der Bohrung (1a) des isolierenden Rohres (1)
verlaufendes Element ist.
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