第六章 實驗驗證
6.2 帄台中各裝置
6.2.1 發熱器
為了增加發熱器每秒所能輸出之熱量，直接使用市售可控溫之銲槍，並且將其外部 拆卸後，直接利用其中心之陶瓷發熱體與銅板接觸後加熱。使用之銲槍與控溫裝置型號 為 Hako 936，其可控溫範圍為 200~480 攝氏溫度，在實驗時將其目標溫度設為攝氏 480 度，然由於陶瓷發熱體之各位置溫度並不均是目標溫度，因此仍需在溫度數據採集後對 其做參數估測，才可作為已知之控制命令。
圖 6-3 使用之可控溫焊槍與其陶瓷發熱體
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6.2.2 被加熱銅板
被加熱銅板為 18
18 帄方公分、厚 0.5 公厘之帄板。一般來說銅金屬具有下列之物 理特性：表 6-1 金屬銅之物理特性
密度 8940 kg m / 3
比熱 385
J kg K /
熱擴散率(熱傳導率/單位體積熱容量) 112.34 10
6 m2 /s由於實際使用之銅材通常為合金，並不一定具有完全相同之物理特性，因此此數據乃一 約略之範圍，之後仍需對此些係數作微調。
6.2.3 熱電耦
熱電
耦
是常用於高溫度範圍的溫度感測裝置，其感測之原理是當一金屬被施加以熱 梯度時，其會產生電壓，此效應稱為熱電效應，而當使用兩種不同金屬相連接時，其之 間之電壓差便可經過測量與比較而得出量測端點之溫度。圖 6-4 熱電耦裝置
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實驗中使用 J 型熱電耦，該熱電耦是由鐵與銅鎳合金兩種金屬線相連而成，適用之 溫度量測範圍為攝氏-40 度至攝氏 750 度左右，受限於金屬鐵之磁性轉變點溫度。並且 當環境參考點溫度為攝氏零度時，其電壓/攝氏溫度之敏感度約為
55 V / C
。若環境參 考端溫度非攝氏零度時，頇將此電壓接往有精準調校之放大晶片，獲得與環境參考端溫 度無關之固定敏感度。6.2.4 熱電耦用放大與校正晶片
使用 Analog Device 出產之 AD8494 晶片，此晶片內建有參考端溫度量測與校正功 能，用來將 J 型熱電耦輸出之電壓進行放大與校正，並以此輸出一個敏感度固定為
5 mV / C
之電壓值。同時，為了減少無線電波等雜訊干擾量測，可搭配簡易之低頻濾 波器進行工作。表 6-2 AD8494 特性
工作環境溫度
0 C ~ 50 C
供應電壓 2.7V~36V量測範圍 完整 J 型熱電
耦
量測範圍 輸出5 mV / C
圖 6-5 單組 AD8494 晶片之應用電路
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6.2.5 抗交疊濾波器(anti-aliasing filter)
AD8494 晶片輸出之電壓訊號是一類比訊號，在進行類比轉數位之動作前，使其通 過抗交疊(anti-aliasing)電路，濾除掉高頻之訊號。
圖 6-6 抗交疊濾波器電路圖
使用二階低通巴特沃茲濾波器(Butterworth Filter)，由於系統之取樣頻率為 2Hz，依 照取樣定理頇濾除 1Hz 以上之訊號，因此選用
R=300K Ω C1=0.47 μF C2=2C1
截止頻率為 1
0.7982 2 1 2
fcut Hz
R C C
。 (6.1)6.2.6 F2812 數位訊號處理器
使用 Texas Instrument 所製之 TM320F2812，此裝置以核心速度 150Mhz 工作，其開 發板 eZdsp F2812 可接受 0～3.3 伏之電壓輸入，以 12bit 之類比轉數位裝置得到目標數
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值。將 AD8494 晶片經抗交疊電路後之訊號接往其類比轉數位接腳後，以每 0.5 秒進行 一次轉換的方式採集最多 16 個類比訊號輸入，將其轉成 0~4095 間之數位數值。