Применение контактного способа измерения температуры в учебном лабораторном стенде | Статья в журнале «Молодой ученый»

Авторы: ,

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №2 (61) февраль 2014 г.

Дата публикации: 13.01.2014

Статья просмотрена: 184 раза

Библиографическое описание:

Меркульев А. Ю., Юрков Н. К. Применение контактного способа измерения температуры в учебном лабораторном стенде // Молодой ученый. — 2014. — №2. — С. 156-158. — URL https://moluch.ru/archive/61/8936/ (дата обращения: 17.07.2018).

Одним из этапов обучения инженеров-конструкторов радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) является, проведение лабораторных работ по курсу “Тепломассообмен в РЭА”. Целью подобных работ является изучение и исследование различных способов охлаждения, как отдельных радиоэлектронных элементов, так и оценка эффективности охлаждения элементов конструкций и корпусов РЭА. Одной из задач при проведении лабораторных работ является измерение значений температуры теплонагруженного элемента и радиатора (системы охлаждения) РЭА. Классически подобная задача решается применением так называемого контактного способа измерения температуры. Суть способа состоит в следующем: на поверхности исследуемого объекта закрепляется датчик, т. е. происходит непосредственный контакт поверхностей температурного датчика и исследуемого объекта. Как правило, разная степень чистоты обработки поверхностей температурного датчика и исследуемого объекта приводит к возникновению зазора между ними (рис. 1).

Рис. 1.

Этот зазор необходимо заполнить вязким материалом с известным и достаточно высоким коэффициентом теплопроводности. В качестве такого материала используют теплопроводные пасты (например, отечественная КПТ-8), а если не требуется разбора связи датчик температуры — исследуемый объект и одновременно необходимо обеспечить прочность их соединения без дополнительных элементов, то применяют теплопроводные клеи (например, отечественный теплопроводный клей Радиал-Т). К тому же отсутствие лишних элементов вносит положительный вклад в оценку объективности эксперимента, поскольку элементы крепления датчика часто становятся причиной погрешностей при измерении температуры, особенно если выполнены из материалов обладающих хорошей теплопроводностью.

В качестве датчиков при контактном способе часто используют термопары, термосопротивления (терморезисторы), полупроводниковые датчики температуры, в качестве последних возможно использование полупроводниковых диодов. Все эти приборы допускают размещение непосредственно на поверхности теплонагруженного элемента или его радиатора. Однако в начале 90-х годов прошлого столетия разработаны и с успехом используются по сей день датчики температуры со встроенным аналого-цифровым преобразователем (АЦП). Подобные датчики объединяют в себе температурно зависимый элемент, схему предварительного усиления сигнала этого элемента и схему оцифровки данных о температуре. К таким устройствам относятся микросхемы DS1621+, LM75 и т. п. Изначально эти датчики предназначены для измерения температуры воздуха, и в частности используются в качестве датчиков температуры материнских плат персональных компьютеров. Достаточно интересно рассмотреть работу подобных датчиков при непосредственном контакте их корпуса с поверхностью исследуемого объекта. И в качестве примера кратко рассмотрим отдельные моменты применения датчиков температуры со встроенным АЦП в учебном лабораторном стенде [1–5].

Стенд предназначен для исследования работы основных типов радиаторов применяемых в радиоэлектронной аппаратуре плоского, ребристого, комбинированного и т. д. В ранних модификациях этого стенда в качестве температурных датчиков использовались термопары и термосопротивления компании “Овен”. При переходе на новые виды датчиков выбор был сделан в пользу датчиков DS1621+ использующих интерфейс связи с внешними устройствами по хорошо известной шине I2C. Была выбрана модификация микросхемы в корпусе DIP-8. Исходя из технической документации на эту микросхему, данный корпус обладает меньшим тепловым сопротивлением. Была выбрана следующая схема расположения датчиков на поверхности исследуемого радиатора — четыре датчика располагаются по периметру радиатора, в его центре расположен теплонагруженный элемент, в данном случае транзистор. На транзисторе выделяется фиксированная мощность. Корпуса термодатчиков приклеены к основанию радиатора термоклеем с известными параметрами, тепловое сопротивление корпуса микросхемы также хорошо известно и приведено в документации на неё. Все эти данные обязательны и необходимы затем для коррекции результатов измерения.

Было проведено множество натуральных экспериментов с различными типами датчиков, в ходе которых были получены данные о зонах перегрева радиатора при разной мощности рассеиваемой на теплонагруженном элементе. Эксперименты подтвердили возможность использования температурных датчиков со встроенным АЦП при контактном способе измерения температуры. Однако результат необходимо корректировать из-за наличия дополнительных тепловых сопротивлений [6] между температурно-зависимым элементом датчика и поверхностью радиатора, это следующие сопротивления — переход кристалл температурно-зависимого элемента –> корпус микросхемы –> переход корпус микросхемы — >заполнитель зазора –> переход заполнитель зазора — >радиатор. Подобную коррекцию удобно производить в том же устройстве, которое и обрабатывает данные с датчиков, например это может быть персональный компьютер.

Конечно, для сравнения можно привести пример бесконтактного, не разрушаемого способа контроля температуры основанного на применение тепловизоров и инфракрасных датчиков температуры. Преимуществ у подобного способа достаточное количество — это и возможность удалённого контроля температуры, качественная и наглядная визуализация результата измерений, но всё же подобные приборы остаются довольно дорогими (особенно тепловизор) для применения их в учебном процессе. Также следует отметить, что пирометры не обладают достаточной разрешающей способностью.

На каф. “Конструирование и Производство Радиоаппаратуры” Пензенского государственного университета создан учебный лабораторный стенд исследования эффективности радиаторов и систем охлаждения РЭА [1, 2, 7, 8–16]. Стенд позволяет проводить изучение и исследование работы радиаторов и систем охлаждения РЭА [17–21] без применения дорогостоящих приборов [9, 10] (тепловизор и т. п.). Приборами снятия тепловых параметров исследуемого объекта в стенде являются датчики температуры со встроенным АЦП.

Литература:

1.        Горячев Н. В. Стенд исследования тепловых полей элементов конструкций РЭС/ Н. В. Горячев, И. Д. Граб, А. В. Лысенко, П. Г. Андреев, В. А. Трусов //Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2008. Т. 2. С. 162–166.

2.        Горячев Н. В. Информационно-измерительный лабораторный комплекс исследования теплоотводов электрорадиоэлементов / Н. В. Горячев, А. В. Лысенко, И. Д. Граб, Н. К. Юрков // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2012. Т. 2. С. 239–240.

3.        Горячев Н. В. Структура автоматизированной лаборатории исследования теплоотводов / Н. В. Горячев, И. Д. Граб, А. В. Лысенко, Н. К. Юрков // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2011. Т. 2. С. 119–120.

4.        Горячев Н. В. Совершенствование структуры современного информационно-измерительного комплекса / Н. В. Горячев, Н. К. Юрков // Инновационные информационные технологии. 2013. Т. 3. № 2. С. 433–436.

5.        Горячев Н. В. Структура и программно-информационное обеспечение информационно-измерительного лабораторного комплекса / Н. В. Горячев, А. В. Лысенко, Н. К. Юрков // Известия Южного федерального университета. Технические науки. 2012. Т. 130. № 5. С. 169–173.

6.        Горячев Н. В. К вопросу выбора вычислительного ядра лабораторного стенда автоматизированного лабораторного практикума / Н. В. Горячев, Н. К. Юрков // Современные информационные технологии. 2009. № 10. С. 128–130.

7.        Дульнев Г. Н. и др. Методы расчёта теплового режима приборов/ Г. Н. Дульнев, В. Г. Парфёнов, А. В. Сигалов. — М.: Радио и связь, 1990 г.

8.        Горячев Н. В. Алгоритм функционирования стенда исследования теплоотводов и систем охлаждения радиоэлектронной аппаратуры/ Н. В. Горячев, И. Д. Граб, А. В. Лысенко, Н. К. Юрков //Инновации на основе информационных и коммуникационных технологий. 2011. № 1. С. 385–391.

9.        Горячев Н. В. Программа инженерного расчёта температуры перегрева кристалла электрорадиокомпонента и его теплоотвода / Н. В. Горячев, А. В. Лысенко, И. Д. Граб, Н. К. Юрков // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2012. Т. 2. С. 242–243.

10.    Горячев Н. В. Обзор систем сквозного проектирования печатных плат радиоэлектронных средств / Н. В. Горячев, И. М. Трифоненко, И. И. Кочегаров, Н. К. Юрков // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2012. Т. 1. С. 396–399.

11.    Горячев Н. В. Опыт применения систем сквозного проектирования при подготовке выпускной квалификационной работы / Н. В. Горячев, Н. К. Юрков // Известия Пензенского государственного педагогического университета им. В. Г. Белинского. 2011. № 26. С. 534–540.

12.    Горячев Н. В. Типовой маршрут проектирования печатной платы и структура проекта в САПР электроники Altium Design / Н. В. Горячев, Н. К. Юрков // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2011. Т. 2. С. 120–122.

13.    Горячев Н. В. Алгоритм функционирования системы поддержки принятия решений в области выбора теплоотвода электрорадиоэлемента / Н. В. Горячев // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2012. Т. 2. С. 238–238.

14.    Горячев Н. В. Обзор современных симплексных ретрансляторов радиосигналов/ Сивагина Ю. А., Граб И. Д., Горячев Н. В., Юрков Н. К.//Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2012. Т. 1. С. 74–76.

15.    Горячев Н. В. Концепция создания автоматизированной системы выбора теплоотвода электрорадиоэлемента / Н. В. Горячев, Н. К. Юрков // Современные информационные технологии. 2010. № 11. С. 171–176.

16.    Горячев Н. В. Концептуальное изложение методики теплофизического проектирования радиоэлектронных средств / Н. В. Горячев, Н. К. Юрков // Современные информационные технологии. 2013. № 17. С. 214–215.

17.    Горячев Н. В. Проектирование топологии односторонних печатных плат, содержащих проволочные или интегральные перемычки / Н. В. Горячев, Н. К. Юрков // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2011. Т. 2. С. 122–124.

18.    Горячев Н. В. Автоматизированный выбор системы охлаждения теплонагруженных элементов радиоэлектронных средств / Н. В. Горячев, И. Д. Граб, К. С. Петелин, В. А. Трусов, И. И. Кочегаров, Н. К. Юрков // Прикаспийский журнал: управление и высокие технологии. 2013. № 4. С. 136–143.

19.    Горячев Н. В. Системы охлаждения полупроводниковых электрорадиоизделий/ А. Ю. Меркульев, Н. В. Горячев, Н. К. Юрков // Молодой ученый. — 2013. — № 11. — С. 143–145.

20.    Горячев Н. В. Программные средства теплофизического проектирования печатных плат электронной аппаратуры / Н. В. Горячев, Н. К. Юрков // Молодой ученый. 2013. № 10. С. 128–130.

21.    Горячев Н. В. Тепловая модель сменного блока исследуемого объекта / Н. В. Горячев // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2012. Т. 1. С. 263–263.

Основные термины (генерируются автоматически): датчик температуры, система охлаждения, датчик, элемент, измерение температуры, заполнитель зазора, учебный лабораторный стенд, температурный датчик, радиоэлектронная аппаратура, корпус микросхемы.


Похожие статьи

Применение емкостного датчика для определения температуры...

Основные термины (генерируются автоматически) : температура, термометр, измеряемая емкость, температура тела, температурный датчик, изменение температуры, принцип

Применение контактного способа измерения температуры в учебном лабораторном стенде.

К вопросу обеспечения термокомпенсации синтезатора частоты...

А использование бесконтактных датчиков температуры увеличить технологичность сборки и обеспечить диагностику рядом расположенных элементов, что при увеличении плотности компоновки блоков РЭА является актуальной задачей.

Обоснование выбора первичных преобразователей...

Кратко рассмотрены основные средства, применяемые при контактном и бесконтактном измерении температуры, отмечены их достоинства и недостатки. На основе анализа характеристик интегральных датчиков температуры со встроенным аналого-цифровым...

Микроконтроллерный измеритель высоких температур

В качестве датчиков температуры удобнее всего использовать наиболее распространенные на сегодняшний день микросхемы

Рис. 1. Схема подключения датчиков и адаптер для СОМ-порта.

Типичная кривая ошибки измерения температуры представлена на рисунке 3 [1].

Усовершенствованный метод измерения температуры

Опишем принцип измерения высокой температуры низкотемпературными датчиками.

При этом сам датчик выполнен в виде полого цилиндра, а чувствительный элемент, измеряющий температуру, располагается на его оси.

Система контроля охлаждения стойки РЭА | Статья в журнале...

Ключевые слова: охлаждение, стойка, система контроля, контроль температуры, нагрев.

Основной частью таких систем является радиоэлектронная аппаратура (РЭА), содержащая огромное количество радиокомпонентов, для изготовления которых используются современные...

Анализ систем жидкостного охлаждения электронной аппаратуры

В [12] рассмотрена методика проведения тепловых испытаний и реализации на ее основе лабораторных работ по исследованию температурных режимов

Средства и методики анализа и автоматизированного выбора систем охлаждения радиоэлектронной аппаратуры.

Анализ метода измерения температуры электролита...

Рис. 2. Размещение датчиков температуры: 1 — Датчик температуры электролита; 2 — Датчик температуры клеммы.

Применение контактного способа измерения температуры в учебном лабораторном стенде.

Виртуальный термометр для учебных физических опытов

Аналоговый датчик температуры может быть реализован на тиристоре (рис. 1). Возможно применение в такой схеме вместо тиристора простых и недорогих микросхем типа LM335.

Рис. 2. Принципиальная схема аналогового датчика температуры на микросхеме LM335Z.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle

Похожие статьи

Применение емкостного датчика для определения температуры...

Основные термины (генерируются автоматически) : температура, термометр, измеряемая емкость, температура тела, температурный датчик, изменение температуры, принцип

Применение контактного способа измерения температуры в учебном лабораторном стенде.

К вопросу обеспечения термокомпенсации синтезатора частоты...

А использование бесконтактных датчиков температуры увеличить технологичность сборки и обеспечить диагностику рядом расположенных элементов, что при увеличении плотности компоновки блоков РЭА является актуальной задачей.

Обоснование выбора первичных преобразователей...

Кратко рассмотрены основные средства, применяемые при контактном и бесконтактном измерении температуры, отмечены их достоинства и недостатки. На основе анализа характеристик интегральных датчиков температуры со встроенным аналого-цифровым...

Микроконтроллерный измеритель высоких температур

В качестве датчиков температуры удобнее всего использовать наиболее распространенные на сегодняшний день микросхемы

Рис. 1. Схема подключения датчиков и адаптер для СОМ-порта.

Типичная кривая ошибки измерения температуры представлена на рисунке 3 [1].

Усовершенствованный метод измерения температуры

Опишем принцип измерения высокой температуры низкотемпературными датчиками.

При этом сам датчик выполнен в виде полого цилиндра, а чувствительный элемент, измеряющий температуру, располагается на его оси.

Система контроля охлаждения стойки РЭА | Статья в журнале...

Ключевые слова: охлаждение, стойка, система контроля, контроль температуры, нагрев.

Основной частью таких систем является радиоэлектронная аппаратура (РЭА), содержащая огромное количество радиокомпонентов, для изготовления которых используются современные...

Анализ систем жидкостного охлаждения электронной аппаратуры

В [12] рассмотрена методика проведения тепловых испытаний и реализации на ее основе лабораторных работ по исследованию температурных режимов

Средства и методики анализа и автоматизированного выбора систем охлаждения радиоэлектронной аппаратуры.

Анализ метода измерения температуры электролита...

Рис. 2. Размещение датчиков температуры: 1 — Датчик температуры электролита; 2 — Датчик температуры клеммы.

Применение контактного способа измерения температуры в учебном лабораторном стенде.

Виртуальный термометр для учебных физических опытов

Аналоговый датчик температуры может быть реализован на тиристоре (рис. 1). Возможно применение в такой схеме вместо тиристора простых и недорогих микросхем типа LM335.

Рис. 2. Принципиальная схема аналогового датчика температуры на микросхеме LM335Z.

Задать вопрос