热电偶传感器在工程测试应用—自冷状态下散热器的热阻测试

热电偶传感器在工程测试应用—自冷状态下散热器的热阻测试

热电偶是热阻测试中常用的传感器之一。而热阻测试是电子设备热设计一项最基本的测试内容。对掌握各种传热形式。如导热，对流和辐射等过程的有着重要的作用。对了解各种元器件（组件）的温度分布，对于控制电子设备的温度有重要的意义。
　　当电子设备的元（组）件的耗热量为P时，根据“热电模拟”关系。热阻可表示如下：

　　式中：Rt——总热阻（包括导热、对流和辐射的热阻）（℃/ W）。
　　ΔT——元件的平均温度与散热空间环境温度之差（℃）。
　　P ——元件的耗热量（W）。
一 、实验原理
　　当耗热器件装在散热器上而组成一个系统时，其等效热路如图1所示。

图1

　　Pc——元件耗散的功率（W）
　　Tf——散热器的最高温度（℃）
　　Tc——元件的平均壳温（℃）
　　Rtc——元件与散热器之间的接触热阻（℃/ ｗ）
　　Rtf——散热器热阻（℃/ ｗ）
　　Ta——周围环境温度（℃）
　　接触热阻Rtc（包括器件表面与衬垫、与散热器之间的接触热阻）和散热器热阻Ｒtf。可通过测量散热器装置各点温度，按以下关系式进行换算。


　　本实验采用功率晶体管作为热源，并将其安装在散热器上，当功率晶体管加上负载后，结片耗散的热量（PC）传至管壳，经衬垫（导热膏）至散热器，最终想周围环境耗散出热量。
　　对散热装置各点温度的测试，采用温度传感器配二次显示仪表。
二、 实验设备
　　本实验采用热电偶作温度传感器。
　　1、显示仪表
　　由热电偶温度传感器传递的微电势信号，可通过电位差计计量。电位差计工作原理，见UJ31型仪器说明书。
　　2、冷端补偿器
　　为了正确反映被测目标的温度值。通常在测量系统中设置一个：“基准温度”（恒定温度）。对于利用热电偶进行测温的系统中，需用冰点槽法。即是将冰与水混合后置于保温桶中，保持0℃的恒定温度。
　　按图2接线并检查线路正确与否，并开通电源，校正仪表的零点准确性。

图２ 热电偶测试线路图

　　按图3接线并检查线路正确与否。在对功率器件施加电功率负载时，检查等效热源和散热器组成的系统的线路，各部分线路检查无误后，根据附录（测试数据整理表的要求），逐级施加电功率。开机后 30 分钟是热平 衡时间，即可连续测定某一 功耗下的各点温度，继而按要求改变功耗（改电流值），再测定各点温度。

图3 热源线路图

三、实验仪器设备一览表
　　1、电位差计 一台
　　2、光电检流计 一台
　　3、标准电池 一只
　　4、稳压电源 （300W） 一台
　　5、自制6伏直流电源 （5W） 一台
　　6、电流表 一只
　　7、自制恒流电源 （0——150MA） 一台
　　8、热电偶 一组
　　9、冷端补偿器（冰瓶） 一只
　　10、连接线 一组
　　11、被测件 一组
　　12、万用表 一只
四、实验内容
　　1、根据实验教材，仪器说明书写出实验方案。
　　2、设计出热源线路图，工作参数（电流值，电压值）。
　　3、画出测试线路的接线图。
　　4、阅读仪器说明书，能正确的使用测量仪表。
五、实验报告要求
　　1、按附录（测试数据整理表格）要求，认真填写各种数据。
　　2、对实测数据应及时进行分析，发现不符合规律应重复测试，直至正确为止。个别因仪器故障引起的实验数据不稳定时，应及时报告指导教师，待故障排除后进行。
　　3、根据实验数据，绘制下列曲线。
　　RTF ＝ F（PC）
　　PC ＝ F（△Tfa）
　　4、对测试过程产生的误差（如疏失误差、系统误差、随机误差）进行分析。
　　5、叙述对本实验的认识、体会并提出改进的建议。

测试数据整理表

晶 体 管	V (V)
	I(A)
	P(w)		5	10	15	20	25
热 平 衡 温 度	Tc	E( μ v)
		T( ℃ )
	T f1	E( μ v)
		T( ℃ )
	T f2	E( μ v)
		T( ℃ )
	Ta	E( μ v)
		T( ℃ )
数 据 整 理	Δ T cf =Tc-T f1
	R TC ( ℃ /W)
	Δ T fa =T f1 -Ta
	R Tf ( ℃ /W)