无铅热风回流炉温度控制系统的设计与研究

论文摘要

热风无铅回流炉是表面贴装技术(SMT)中应用较广的表面贴装元器件的焊接设备之一。随着电子元器件的微型化、智能化、集成化以及表面贴装技术的发展,热风无铅回流炉的应用日益广泛。在热风回流炉的温度控制过程中,温度控制的精度和横向温差是保证良好工艺的关键。本课题研究的目的在于为减少横向温差提供理论依据,并研究回流炉温度控制系统的PID整定,提高现有回流炉温度控制系统的响应速度。本文通过CFD理论分析了加热模块内的温度场分布,通过实验研究了如何整定PID参数,本文所做主要研究工作如下:(1)分析了热风无铅回流炉的加热特点,从理论上阐述了对流换热传热的基本原理,并通过流体动力学的理论求得了对流换热系数的分布情况,从而解决了横向温差问题,并提出了解决横向温差的结构。(2)研究了通过回流炉温度控制模块后PCB板的温度变化曲线。分析了PCB板实际温度曲线的变化情况,通过有限元分析软件ANSYS对回流炉内的PCB板进行温度仿真分析,获得了与实际温度曲线相吻合的仿真曲线;编制了回流炉专用的系统分析软件。(3)研究了回流炉温度闭环控制系统的PID参数的设计。通过系统实际实验,分别整定了比例系数、积分时间常数、微分时间常数等三个参数,获得了较快的回流炉温度控制系响应。本文分析了回流炉的温度控制系统的特点,为如何改进加热模块提供了理论依据;研究了通过回流炉后的PCB板温度曲线,为预测PCB板的温度曲线提供了理论依据;PID参数的设计的研究对回流炉温度控制系统的改进具有一定的参考价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 本课题研究的目的及意义
• 1.3 国内外相关技术发展现状
• 1.4 本文主要研究内容
• 第2章 回流炉加热模块温度场模型的研究
• 2.1 引言
• 2.2 回流炉加热模块分析
• 2.3 回流炉温度场模型的研究
• 2.3.1 热传导
• 2.3.2 热对流
• 2.3.3 热辐射
• 2.4 基于数值流体动力学的回流炉温度场模型的建立方法
• 2.4.1 数值流体动力学分析
• 2.4.2 CFD软件仿真分析
• 2.5 回流炉加热模块温度场的分析
• 2.5.1 加热模块的理论分析
• 2.5.2 加热模块的模型分析
• 2.5.3 基于数值流体动力学的加热模块模型参数设置
• 2.5.4 回流炉加热模块模型仿真结果分析
• 2.6 本章小结
• 第3章 PCB板回流焊接温度曲线的分析
• 3.1 引言
• 3.2 温度场模型的有限元分析方法
• 3.2.1 有限单元法
• 3.2.2 有限元分析应用软件
• 3.3 PCB板有限元模型的建立
• 3.3.1 PCB板模型理论分析
• 3.3.2 PCB板模型的建立
• 3.4 PCB板模型的有限元分析
• 3.4.1 有限单元的选择
• 3.4.2 PCB板热物理属性的参数设定
• 3.4.3 几何模型的建立及网格划分
• 3.4.4 有限元求解
• 3.5 仿真结果分析
• 3.6 回流炉分析软件设计与实现
• 3.6.1 系统分析软件接口分析
• 3.6.2 系统分析软件界面
• 3.6.3 系统分析软件的应用
• 3.7 本章小结
• 第4章 回流炉温度控制系统的研究
• 4.1 引言
• 4.2 回流炉温度控制设计与研究
• 4.2.1 回流炉计算机温度控制的实现
• 4.2.2 数字PID控制算法分析
• 4.3 PID整定方法研究
• 4.3.1 PID参数的整定方法的研究
• 4.3.2 比例增益的整定
• 4.3.3 积分时间常数的整定
• 4.3.4 微分时间常数的整定
• 4.3.5 PID参数整定后的实验结果与分析
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢