DE19810519C2

DE19810519C2 - Kombination aus Heizelement und Meßfühler

Info

Publication number: DE19810519C2
Application number: DE19810519A
Authority: DE
Inventors: Mitsuhiko Miyazaki
Original assignee: Hakko Corp
Current assignee: Hakko Corp
Priority date: 1997-03-14
Filing date: 1998-03-11
Publication date: 2002-02-21
Anticipated expiration: 2018-03-12
Also published as: JP3124506B2; US6054678A; ES2144947A1; GB2325840B; GB2325840A; GB9805212D0; MY121720A; KR19980080206A; ITRM980161A1; KR100506023B1; HK1015115A1; ITRM980161A0; JPH10260083A; FR2760931A1; CA2231924A1; CN1196654A; ES2144947B1; DE19810519A1; FR2760931B1; CN1133353C

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. Diese Form der Anwendung der Erfindung wird im weiteren näher beschrieben.

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 Fig. 11 und 12 zeigen den Stand der Technik gemäß dem japanischen Gebrauchsmuster 3003206 vom 10.08.1994, von dem die Erfindung ausgeht. Die dort gezeigte, 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 Möglichkei ten in der Anordnung der Anschlüsse nicht weiter verringert werden. Weil der Meßfühler auf der Außenfläche des kera mischen 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 Materia lien berücksichtigt werden, so daß jedes Material so ausgewählt werden muß, daß es sich nur innerhalb bestimmter To leranzgrenzen 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 kerami schen 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 ein fachen Aufbaus einerseits möglich ist, die Temperatur an der Spitze eines Lötkolbens genau zu messen, und die anderer seits 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, um fassend ein beheiztes, aus einem ersten metallischen Material bestehendes Element, ein unbeheiztes, aus dem ersten me tallischen Material bestehendes Element, und ein unbeheiztes, aus einem zweiten metallischen Material bestehendes Ele ment, wobei das aus dem ersten metallischen Material bestehende beheizte Element mit dem vorderen Ende des unbe heizten, 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 Nic kel-Chrom-Legierung ist, wodurch zwischen ihnen ein Thermoelement gebildet ist.

Vorzugsweise umfaßt das aus dem ersten metallischen Material bestehende beheizte Element einen Draht mit ver gleichsweise 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 ver läuft.

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 Lötkol bens 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 da bei mit denselben Bezugszeichen versehen.

Die Figuren zeigen im einzelnen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung, in der der grundlegende Aufbau der Kombination aus Heizelement und Meß fühler 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 isolieren dem Material eingebaut ist;

Fig. 3 ein Diagramm, in dem das Temperaturprofil der in Fig. 1 gezeigten Kombination aus Heizelement und Meßfüh ler gezeigt ist;

Fig. 4 ein Diagramm, in dem die für die in Fig. 1 gezeigte Kombination aus Heizelement und Meßfühler charakteri stische thermoelektrische Kraft dargestellt ist;

Fig. 5 eine Darstellung, in der die geometrische Beziehung zwischen der in Fig. 2 dargestellten Kombination aus Hei zelement 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 Lötkol bens 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 Aluminiumoxidrohr 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 unter Argon festgeschweißt. Das andere Ende 3b des Heizdrahtes ist an einem geraden unbeheizten Draht 5 unter Argon 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^TM D (ein Kanthal^TM-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^TM D-Legierung bestehen. Um eine Wärmeentwirklung 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 unter Argon verschweißten Stellen 4a, 3a eine Temperatur T₁ auf und der Heizdraht 3 weist in seinem mittleren Abschnitt eine hohe Temperatur auf. Die Kanthal^TM-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^TM- Draht) führt, wobei der Seebeck-Koeffizient des Nickels mit α und der Seebeck-Koeffizient des Kanthal^TM-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.

Tabelle 2

Werte in mV

Tabelle 2 zeigt Meßwerte der Kombination 2 aus Heizelement und Meßfühler. Die Temperatur der unter 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^TM -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 unter Argon verschweißten 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 unter Argon verschweißten 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 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 Di spersion 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 Ge brauchs 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 vor deren 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 Alu miniumpulver 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 unempfind lich 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 Löt kolbens 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 An schlüsse 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 wer den. 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 mes sen, 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 Ver stärker 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 Dop pelweggleichrichter 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 Schal ter 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 Span nungswert, der der gewählten Temperatur entspricht, wird am analogen Eingang ADIN2 eingegeben. Der analoge Ein gang V_ref der Mikrocomputereinheit wird mit einer Referenzspannung (z. B. 2,55 V) für den Analog/Digitalwandler ver sorgt, 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 Inter ruptsignal 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-An schluß mit der Kombination 2 aus Heizelement und Meßfühler verbunden ist.

Der Verstärker 16 umfaßt einen Strombegrenzungswiderstand R2, Dioden D1, D2, einen nicht-invertierenden Verstär ker 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 ei nen Faktor von 250 verstärkt und seine Phase durch den nicht-invertierenden Verstärker A0 und den invertierenden Ver stärker A1 invertiert. Werte für die Widerstände können beispielsweise R3 = 1 KΩ, R4 = 250 KΩ, und R5-R6 = 100 sein.

Da bei dieser Schaltanordnung die Source-Spannungen des nicht-invertierenden Verstärkers +V_DD und -V_DD sind (z. B. ±5 Volt), führt das Anlegen einer Spannung, die außerhalb des Bereichs von +V_DD-V_DD liegt, zu einer Verfäl schung der Meßwerte oder sogar zu einem Zusammenbruch. Es sind daher Clamp-Dioden D1, D2 vorgesehen, so daß nur eine Spannung innerhalb des Bereiches von +V_DD + V_F--V_DD - V_F am nichtinvertierenden Verstärker A0 anliegen kann. V_F bezeichnet die Grenzspannung der Dioden D1, D2.

Befindet sich der Transistor FET1 in der AN-Stellung, liegt eine Spannung von V - V_DD - V_F 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 R_in ausreichend groß, um die Bedingung R_in » R2 zu erfüllen, wodurch im Ergebnis der genaue Output-Wert des Thermoelements bestimmt werden kann. Wird für diese Verstärkung ein inver tierender Verstärker eingesetzt, kann die Bedingung R_in » 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 inver tierenden 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 -V_DD durch den Widerstand R12 und den variablen Widerstand VR1 erzeugt wird, über den Widerstand R13 an den invertierenden Verstärker A2 an gelegt.

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 invertie renden 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 ei nem variablen Widerstand VR2. Während am variablen Widerstand VR2 eine Referenzspannung V_REF 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 Nulldurchgangsimpulsgene rators 19 an. Als Folge erhält der Mikrocomputer 21 durch einen am Interrupt-Eingang INT eingehenden Puls ein Inter ruptsignal. 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 SW 1 in die AN-Position gesetzt wird.

Befindet sich der Transistor FET1 im AUS-Zustand, wird die Stromversorgung der Heizvorrichtung und des Meßfüh lers 2 unterbrochen, so daß nur der Output des Thermoelements an den beiden Anschlüssen der Kombination 2 aus Hei zelement 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 Thermoele ments wird um etwa das 250-fache durch den Verstärker 16 verstärkt und liegt dann am Widerstand R5 des Additions blocks 17 an. Auf der anderen Seite liegt eine Spannung, die vom Widerstandswert des Thermistors TH abhängt am Wi derstand 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 ab hängt, über den analogen Eingang ADIN1 in den Mikrocomputer eingegeben.

Gleichzeitig wird eine Spannung, die der vorgewählten Temperatur T_S 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 T_P an der Spitze höher ist als der vorgewählte Temperaturwert T_S oder nicht.

Entspricht der Interrupt-Puls einem der in Fig. 10 dargestellten ersten drei Pulse, bedeutet dies, daß die Temperatur T_P an der Spitze niedriger ist als der vorgewählte Temperaturwert T_S. Unter der Bedingung T_P < T_S setzt der Mikrocomputer 21 über den Ausgang PORT2 den An/Aus-Schalter SW1 in die AUS-Stellung und den Transistor FET1 über den Aus gang PORT2 in die AN-Stellung, um die Interrupt-Routine zu beenden. Da der Transistor FET1 in die AN-Stellung ge setzt 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, der selbe Ablauf wie oben beschrieben wiederholt, so daß die Temperatur T_P 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 T_P an der Spitze des Lötkolbens höher als die vor gewählte Temperatur T_S(T_P < T_S). Der An/Aus-Schalter SW1 und der Transistor FET1 wird dann durch den Mikrocom puter 21 über die Ausgänge PORT1, PORT2 in die AUS-Stellung gebracht, um die. Interrupt-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 (T_P < T_S), nimmt die Energieversorgungseinheit 15 die Stromzufuhr zum Heizelement und zum Meßfühler 2 wieder auf.

Claims

1. Kombination (2) aus Heizelement und Meßfühler umfassend ein beheiztes, aus einem ersten metallischen Mate rial 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 er sten 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 gekennzeichnet, daß das aus dem er sten 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 dem selben 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.