熱電偶傳感器在工程測(cè)試應(yīng)用—自冷狀態(tài)下散熱器的熱阻測(cè)試

熱電偶是熱阻測(cè)試中常用的傳感器之一。而熱阻測(cè)試是電子設(shè)備熱設(shè)計(jì)一項(xiàng)最基本的測(cè)試內(nèi)容。對(duì)掌握各種傳熱形式。如導(dǎo)熱，對(duì)流和輻射等過(guò)程的有著重要的作用。對(duì)了解各種元器件（組件）的溫度分布，對(duì)于控制電子設(shè)備的溫度有重要的意義。
　　當(dāng)電子設(shè)備的元（組）件的耗熱量為P時(shí)，根據(jù)“熱電模擬”關(guān)系。熱阻可表示如下：

　　式中：Rt——總熱阻（包括導(dǎo)熱、對(duì)流和輻射的熱阻）（℃/ W）。
　　ΔT——元件的平均溫度與散熱空間環(huán)境溫度之差（℃）。
　　P ——元件的耗熱量（W）。
一 、實(shí)驗(yàn)原理
　　當(dāng)耗熱器件裝在散熱器上而組成一個(gè)系統(tǒng)時(shí)，其等效熱路如圖1所示。

圖1

　　Pc——元件耗散的功率（W）
　　Tf——散熱器的最高溫度（℃）
　　Tc——元件的平均殼溫（℃）
　　Rtc——元件與散熱器之間的接觸熱阻（℃/ ｗ）
　　Rtf——散熱器熱阻（℃/ ｗ）
　　Ta——周圍環(huán)境溫度（℃）
　　接觸熱阻Rtc（包括器件表面與襯墊、與散熱器之間的接觸熱阻）和散熱器熱阻Ｒtf。可通過(guò)測(cè)量散熱器裝置各點(diǎn)溫度，按以下關(guān)系式進(jìn)行換算。


　　本實(shí)驗(yàn)采用功率晶體管作為熱源，并將其安裝在散熱器上，當(dāng)功率晶體管加上負(fù)載后，結(jié)片耗散的熱量（PC）傳至管殼，經(jīng)襯墊（導(dǎo)熱膏）至散熱器，最終想周圍環(huán)境耗散出熱量。
　　對(duì)散熱裝置各點(diǎn)溫度的測(cè)試，采用溫度傳感器配二次顯示儀表。
二、 實(shí)驗(yàn)設(shè)備
　　本實(shí)驗(yàn)采用熱電偶作溫度傳感器。
　　1、顯示儀表
　　由熱電偶溫度傳感器傳遞的微電勢(shì)信號(hào)，可通過(guò)電位差計(jì)計(jì)量。電位差計(jì)工作原理，見(jiàn)UJ31型儀器說(shuō)明書。
　　2、冷端補(bǔ)償器
　　為了正確反映被測(cè)目標(biāo)的溫度值。通常在測(cè)量系統(tǒng)中設(shè)置一個(gè)：“基準(zhǔn)溫度”（恒定溫度）。對(duì)于利用熱電偶進(jìn)行測(cè)溫的系統(tǒng)中，需用冰點(diǎn)槽法。即是將冰與水混合后置于保溫桶中，保持0℃的恒定溫度。
　　按圖2接線并檢查線路正確與否，并開通電源，校正儀表的零點(diǎn)準(zhǔn)確性。

圖２ 熱電偶測(cè)試線路圖

　　按圖3接線并檢查線路正確與否。在對(duì)功率器件施加電功率負(fù)載時(shí)，檢查等效熱源和散熱器組成的系統(tǒng)的線路，各部分線路檢查無(wú)誤后，根據(jù)附錄（測(cè)試數(shù)據(jù)整理表的要求），逐級(jí)施加電功率。開機(jī)后 30 分鐘是熱平 衡時(shí)間，即可連續(xù)測(cè)定某一 功耗下的各點(diǎn)溫度，繼而按要求改變功耗（改電流值），再測(cè)定各點(diǎn)溫度。

圖3 熱源線路圖

三、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備一覽表
　　1、電位差計(jì) 一臺(tái)
　　2、光電檢流計(jì) 一臺(tái)
　　3、標(biāo)準(zhǔn)電池 一只
　　4、穩(wěn)壓電源 （300W） 一臺(tái)
　　5、自制6伏直流電源 （5W） 一臺(tái)
　　6、電流表 一只
　　7、自制恒流電源 （0——150MA） 一臺(tái)
　　8、熱電偶 一組
　　9、冷端補(bǔ)償器（冰瓶） 一只
　　10、連接線 一組
　　11、被測(cè)件 一組
　　12、萬(wàn)用表 一只
四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
　　1、根據(jù)實(shí)驗(yàn)教材，儀器說(shuō)明書寫出實(shí)驗(yàn)方案。
　　2、設(shè)計(jì)出熱源線路圖，工作參數(shù)（電流值，電壓值）。
　　3、畫出測(cè)試線路的接線圖。
　　4、閱讀儀器說(shuō)明書，能正確的使用測(cè)量?jī)x表。
五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求
　　1、按附錄（測(cè)試數(shù)據(jù)整理表格）要求，認(rèn)真填寫各種數(shù)據(jù)。
　　2、對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)應(yīng)及時(shí)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)不符合規(guī)律應(yīng)重復(fù)測(cè)試，直至正確為止。個(gè)別因儀器故障引起的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不穩(wěn)定時(shí)，應(yīng)及時(shí)報(bào)告指導(dǎo)教師，待故障排除后進(jìn)行。
　　3、根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，繪制下列曲線。
　　RTF ＝ F（PC）
　　PC ＝ F（△Tfa）
　　4、對(duì)測(cè)試過(guò)程產(chǎn)生的誤差（如疏失誤差、系統(tǒng)誤差、隨機(jī)誤差）進(jìn)行分析。
　　5、敘述對(duì)本實(shí)驗(yàn)的認(rèn)識(shí)、體會(huì)并提出改進(jìn)的建議。

測(cè)試數(shù)據(jù)整理表

晶 體 管	V (V)
	I(A)
	P(w)		5	10	15	20	25
熱 平 衡 溫 度	Tc	E( μ v)
		T( ℃ )
	T f1	E( μ v)
		T( ℃ )
	T f2	E( μ v)
		T( ℃ )
	Ta	E( μ v)
		T( ℃ )
數(shù) 據(jù) 整 理	Δ T cf =Tc-T f1
	R TC ( ℃ /W)
	Δ T fa =T f1 -Ta
	R Tf ( ℃ /W)