Monitorowanie elementów elektronicznych przy pomocy bezkontaktowego pomiaru temperatury

Producenci komponentów elektronicznych i płytek drukowanych korzystają z bezkontaktowego pomiaru temperatury ze względu na rosnącą produkcje tych elementów. Wartości i zmiany temperatury można zobrazować i zoptymalizować dzięki zastosowaniu nowoczesnych urządzeń pomiarowych wykorzystujących podczerwień - bez wpływu on obiekt pomiarowy.

Kamery termowizyjne są używane do dokładnej analizy termicznej elementów elektronicznych, np w przypadkach, gdy istnieje wiele składników krytycznych lub taki element nie może być jasno określony. Słabe punkty mogą być lokalizowane przez kamerę poprzez pokazanie rozkładu termicznego.

Szczegółową analizę termiczną zmontowanych płytek drukowanych w czasie rzeczywistym, wykorzystywaną w działaności badawczo-rozwojowej lub do produkcji seryjnej, można uzyskać dzięki pomocy kamery termowizyjnej. Standardowy interfejs USB 2.0 umożliwia nagrywanie wideo z częstotliwością do 120 Hz. Jest to niezwykle korzystne w przypadku zmian termicznych, które trwają bardzo krótko i muszą być później analizowane w zwolnionym tempie. Poszczególne klatki filmu można wyodrębnić z takich nagrań, włączajac w to rozdzielczość geometryczną i termiczną.

Analiza danych odbywa się za pomocą wydajnego oprogramowania, które oferuje dowolne punkty pomiarowe i kształty zdefiniowane przez użytkownika. Można okreslać i wyświetlać alarmy, jak również maksymalną, minimalną i średnią temperaturę. Oprócz funkcji nagrywania filmu, oprogramowanie oferuje również możliwość robienia i zapisywania zdjęć. Można również dostosować oprogramowanie kamery do sterowania przemysłowego, co jest standardem.

Kamera termowizyjna optris PI składa się z 382 x 288 pikseli, czyli 110,016 zminiaturyzowanych pojedynczych detektorów na matrycy jednego układu scalonego (Focal Plane Array, FPA). Ten niechłodzony mikrobolometr detektor FPA jest elementem sterowanym obrazem.

Bolometry są podgrupą czujników termicznych. Wyróżniają się odpornością na temperaturę ich rezystora elektrycznego. Podczas absorpcji promieniowania cieplnego przez element pomiarowy, zmienia się rezystancja, która powoduje spadek napięcia sygnału wychodzącego z bolometeru. Szybki 14-bitowy przetwornik analogowo-cyfrowy przekształca wzmocniony sygnału wideo. Sygnał cyfrowy oblicza temperaturę dla każdego piksela i generuje znany obraz z barwnym oznaczeniem temperatury w czasie rzeczywistym.

Zdjęcie 1: Mała kamera termowizyjna USB do analizy termicznego zachowania płytek PCB w czasie rzeczywistym

Dostosowanie kamery do różnych odległości pomiarowych i rozmiarów obiektów mierzonych uzyskuje się dzięki połączeniu mikrobolometru z detektorem FPA i wysokiej jakości układem optycznym. Dzięki niewielkim rozmiarom pikseli detektora FPA możliwe jest obserwowanie procesów termicznych bardzo małych obiektów, począwszy od wielkości 75 mikrometrów (np. testy działania najmniejszych elementów SMD). Temperaturę elementów można dokładnie zmierzyć począwszy od wielkości 25 µm. Doskonała czułość termiczna kamery 40 mK pozwala na pokazanie niewielkich różnic temperatury.

Zdjęcie 2: Termometr na podczerwień podczas pomiaru temperatury gotowej płytki drukowanej

Nie zawsze musi być to kamera

Ze względu na skalę produkcji i dużą liczbę stanowisk testowych, zastosowanie kamer na podczerwień może być kosztowne. Monitorowanie temperatury za pomocą termometrów na podczerwień jest dobrą alternatywą dla kontroli produkcji seryjnej istotnych komponentów w zakładach produkcyjnych. Ze względu na stałą pozycję na płytce drukowanej kluczowe elementy, mogą być łatwo badane w trakcie seryjnej produkcji, przy pomocy pirometru optris CT LT. Wynik pomiaru temperatury jest przekazywany w trakcie rutynowych testów ze stanowiska badawczego, pozwalając na szybkie podejmowanie decyzji.

Zminiaturyzowany termometr na podczerwień do ciągłej kontroli

Nowoczesna technologia produkcji nie tylko zredukowała koszty w procesie produkcyjnym, ale także umożliwiła róznorodne zastosowanie pirometrów w urządzeniach przemysłowych.

Zdjęcie 3: Miniaturowa głowica pomiarowa i obudowa zawierająca elektronikę pirometru optris CT LT

Miniaturowe termometry na podczerwień optris CT LT są wykorzystywane do praktycznych zastosowań, takich jak sprawdzanie zmontowanych płytek drukowanych. Są to jedne z najmniejszych na świecie czujników temperatury z wyjściem liniowym, obejmującym pełny zakres temperatur od -50 do 975°C.

Pirometr składa się z miniaturowej głowicy czujnika podczerwieni (14 mm x 28 mm) i oddzielnej skrzynki z elektroniką. Niewielki rozmiar głowicy czujnika pozwala na wdrożenie urządzenia w aplikacjach, w których nie ma wiele miejsca. Dlatego szczególnie nadaje się do stacji badawczych, które z powodu braku wolnej przestrzeni, zaprzestały stosowania bezdotykowego pomiaru temperatury. Głowica pomiarowa jest wyposażona w obudowę ze stali nierdzewnej (IP65), która jest wytrzymała i przeznaczona do stosowania w temperaturach otoczenia do 180°C bez dodatkowego chłodzenia. Precyzyjna optyka z rozdzielczością optyczną określającą stosunek odległości do punktu pomiarowego 22:1 umożliwia elastyczny wybór punktu instalacji w obrębie stanowiska testowego. Dodatkową innowacją jest możliwość pomiaru najmniejszych plamek o wielkości 0,6 mm przy pomocy małej soczewki pomocniczej.

Elektroniczny układ pomiarowy (IP65) oferuje wiele metod przetwarzania sygnału. Mierzony sygnał temperatury płytki drukowanej jest udostępniany użytkownikowi jako wyjście 0-20 mA, 4-20 mA, 0-10 V lub wyjście termopary. Dołączony panel sterowania z wyświetlaczem LCD pozwala na wybór metody przetwarzania sygnału, a także na dostosowanie parametrów urządzenia na miejscu montażu. Programowanie może odbywać się za pomocą dołączonego interfejsu USB lub RS232, obsługiwanego przez komputer PC lub laptop. Do wykorzystania danych z pirometru można użyć dostępnych adresowalnych interfejsów, takich jak interfejs RS485, CAN-Bus, Proibus DP, Ethernet lub przekaźników alarmowych.

Źródło: materiały firmy Optris GmbH