熱電偶傳感器在工程測試應用—自冷狀態下散熱器的熱阻測試

熱電偶是熱阻測試中常用的傳感器之一。而熱阻測試是電子設備熱設計一項最基本的測試內容。對掌握各種傳熱形式。如導熱，對流和輻射等過程的有著重要的作用。對了解各種元器件（組件）的溫度分布，對于控制電子設備的溫度有重要的意義。
　　當電子設備的元（組）件的耗熱量為P時，根據“熱電模擬”關系。熱阻可表示如下：

　　式中：Rt——總熱阻（包括導熱、對流和輻射的熱阻）（℃/ W）。
　　ΔT——元件的平均溫度與散熱空間環境溫度之差（℃）。
　　P ——元件的耗熱量（W）。
一 、實驗原理
　　當耗熱器件裝在散熱器上而組成一個系統時，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。可通過測量散熱器裝置各點溫度，按以下關系式進行換算。


　　本實驗采用功率晶體管作為熱源，并將其安裝在散熱器上，當功率晶體管加上負載后，結片耗散的熱量（PC）傳至管殼，經襯墊（導熱膏）至散熱器，最終想周圍環境耗散出熱量。
　　對散熱裝置各點溫度的測試，采用溫度傳感器配二次顯示儀表。
二、 實驗設備
　　本實驗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信號，可通過電位差計計量。電位差計工作原理，見UJ31型儀器說明書。
　　2、冷端補償器
　　為了正確反映被測目標的溫度值。通常在測量系統中設置一個：“基準溫度”（恒定溫度）。對于利用熱電偶進行測溫的系統中，需用冰點槽法。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，校正儀表的零點準確性。

圖２ 熱電偶測試線路圖

　　按圖3接線并檢查線路正確與否。在對功率器件施加電功率負載時，檢查等效熱源和散熱器組成的系統的線路，各部分線路檢查無誤后，根據附錄（測試數據整理表的要求），逐級施加電功率。開機后 30 分鐘是熱平 衡時間，即可連續測定某一 功耗下的各點溫度，繼而按要求改變功耗（改電流值），再測定各點溫度。

圖3 熱源線路圖

三、實驗儀器設備一覽表
　　1、電位差計 一臺
　　2、光電檢流計 一臺
　　3、標準電池 一只
　　4、穩壓電源 （300W） 一臺
　　5、自制6伏直流電源 （5W） 一臺
　　6、電流表 一只
　　7、自制恒流電源 （0——150MA） 一臺
　　8、熱電偶 一組
　　9、冷端補償器（冰瓶） 一只
　　10、連接線 一組
　　11、被測件 一組
　　12、萬用表 一只
四、實驗內容
　　1、根據實驗教材，儀器說明書寫出實驗方案。
　　2、設計出熱源線路圖，工作參數（電流值，電壓值）。
　　3、畫出測試線路的接線圖。
　　4、閱讀儀器說明書，能正確的使用測量儀表。
五、實驗報告要求
　　1、按附錄（測試數據整理表格）要求，認真填寫各種數據。
　　2、對實測數據應及時進行分析，發現不符合規律應重復測試，直至正確為止。個別因儀器故障引起的實驗數據不穩定時，應及時報告指導教師，待故障排除后進行。
　　3、根據實驗數據，繪制下列曲線。
　　RTF ＝ F（PC）
　　PC ＝ F（△Tfa）
　　4、對測試過程產生的誤差（如疏失誤差、系統誤差、隨機誤差）進行分析。
　　5、敘述對本實驗的認識、體會并提出改進的建議。

測試數據整理表

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 據 整 理	Δ T cf =Tc-T f1
	R TC ( ℃ /W)
	Δ T fa =T f1 -Ta
	R Tf ( ℃ /W)