產(chǎn)品熱設(shè)計(jì)培訓(xùn)資料

電子產(chǎn)品的熱設(shè)計(jì)基礎(chǔ)(初級(jí)版)2/5/20231介紹什么叫熱設(shè)計(jì)？熱設(shè)計(jì)就是根據(jù)電子元器件的熱特性和傳熱學(xué)的原理，采取各種結(jié)構(gòu)措施控制電子設(shè)備的工作溫度，使其在允許的溫度范圍之內(nèi)。為什么要進(jìn)行熱設(shè)計(jì)？高溫對(duì)電子產(chǎn)品的影響：絕緣性能退化；元器件損壞；材料的熱老化；低熔點(diǎn)焊縫開(kāi)裂、焊點(diǎn)脫落。溫度對(duì)元器件的影響：一般而言，溫度升高電阻阻值降低；高溫會(huì)降低電容器的使用壽命；高溫會(huì)使變壓器、扼流圈絕緣材料的性能下降；溫度過(guò)高還會(huì)造成焊點(diǎn)合金結(jié)構(gòu)的變化，焊點(diǎn)變脆，機(jī)械強(qiáng)度降低；結(jié)溫的升高會(huì)使晶體管的電流放大倍數(shù)迅速增加，導(dǎo)致集電極電流增加，又使結(jié)溫進(jìn)一步升高，最終導(dǎo)致元件失效。2/5/20232介紹熱設(shè)計(jì)的目的

控制產(chǎn)品內(nèi)部所有電子元器件的溫度，使其在所處的工作環(huán)境條件下不超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范所規(guī)定的最高溫度。最高允許溫度的計(jì)算應(yīng)以元器件的應(yīng)力分析為基礎(chǔ)，并且與產(chǎn)品的可靠性要求以及分配給每一個(gè)元器件的失效率相一致。2/5/20233介紹熱設(shè)計(jì)的三個(gè)層次

元件級(jí)的熱設(shè)計(jì)：主要研究芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其封裝形式對(duì)傳熱的影響，計(jì)算及分析芯片的溫度分布。對(duì)材料、結(jié)構(gòu)進(jìn)行熱設(shè)計(jì)，降低熱阻，增加傳熱途徑，提高傳熱效果，達(dá)到降低溫度的目的。主要由元器件的生產(chǎn)廠家完成。電路板級(jí)的熱設(shè)計(jì)：主要研究電路板的結(jié)構(gòu)、元器件布局對(duì)元件溫度的影響以及電子設(shè)備多塊電路板的溫度分布，計(jì)算電子元件的結(jié)點(diǎn)溫度，進(jìn)行可靠性預(yù)計(jì)。對(duì)電路板結(jié)構(gòu)及其元器件進(jìn)行合理安排，在電路板及其所在箱體內(nèi)采取熱控制措施，達(dá)到降低溫度的目的。主要由電子設(shè)備設(shè)計(jì)人員及可靠性設(shè)計(jì)人員完成。環(huán)境級(jí)的熱設(shè)計(jì)：主要是研究電子設(shè)備所處環(huán)境的溫度對(duì)其的影響，環(huán)境溫度是電路板級(jí)的熱分析的重要邊界條件。采取措施控制環(huán)境溫度，使電子設(shè)備在適宜的溫度環(huán)境下工作。可由產(chǎn)品開(kāi)發(fā)人員或用戶完成。2/5/20234概述主要內(nèi)容：熱設(shè)計(jì)的基本理論、基本數(shù)據(jù)、設(shè)計(jì)原則、測(cè)試方法及相關(guān)測(cè)試儀表。熱設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)：熱設(shè)計(jì)基本概念與術(shù)語(yǔ)、散熱的基本方式、熱電模擬法、熱路及熱網(wǎng)絡(luò)熱設(shè)計(jì)的基本要求及一般設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：通過(guò)實(shí)例分析，講述熱設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)要求及準(zhǔn)則。風(fēng)扇的基本知識(shí)：風(fēng)扇的選型方法，應(yīng)用準(zhǔn)則。熱界面材料：熱界面材料的種類、選型準(zhǔn)則。熱設(shè)計(jì)驗(yàn)證方法：熱測(cè)試相關(guān)的儀器/儀表的特點(diǎn)/及使用場(chǎng)合/注意事項(xiàng)、如何減少熱測(cè)試誤差的方法及注意事項(xiàng)。熱設(shè)計(jì)的驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)：熱設(shè)計(jì)的驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)。2/5/20235熱設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)熱設(shè)計(jì)的基本概念熱特性：設(shè)備或元器件溫升隨熱環(huán)境變化的特性，包括溫度、壓力和流量分布特征。導(dǎo)熱系數(shù)：表征材料導(dǎo)熱性能的參數(shù)指標(biāo)，它表明單位時(shí)間、單位面積、負(fù)的溫度梯度下的導(dǎo)熱量，單位為W/m.K或W/m.℃。對(duì)流換熱系數(shù)：反映兩種介質(zhì)間對(duì)流換熱過(guò)程的強(qiáng)弱，表明當(dāng)流體與固體壁面的溫差為1℃時(shí)，在單位時(shí)間通過(guò)單位固體換熱面積的熱量，單位為W/m2.K或W/m2.℃。熱阻：熱量在熱流路徑上遇到的阻力，反映介質(zhì)或介質(zhì)間的傳熱能力的大小，表明了1W熱量所引起的溫升大小，單位為℃/W或K/W，可分為導(dǎo)熱熱阻，對(duì)流熱阻，輻射熱阻及接觸熱阻四類。2/5/20236熱設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)熱設(shè)計(jì)的基本概念流阻：反映流體流過(guò)某一通道時(shí)所產(chǎn)生的壓力差。單位帕斯卡或mm.H2O或巴。定性溫度：確定對(duì)流換熱過(guò)程中流體物理性質(zhì)參數(shù)的溫度。肋片的效率：表示某一擴(kuò)展表面單位面積所能傳遞的熱量與在同樣條件下光壁所能傳遞的熱量之比。黑度：實(shí)際物體的輻射力和同溫度下黑體的輻射力之比，它取決于物體種類、表面狀況、表面溫度及表面顏色。雷諾數(shù)Re(Reynlods)：雷諾數(shù)的大小反映了流體流動(dòng)時(shí)的慣性力與粘滯力的相對(duì)大小，雷諾數(shù)是說(shuō)明流體流態(tài)的一個(gè)相似準(zhǔn)則。2/5/20237熱設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)熱設(shè)計(jì)的基本概念格拉曉夫數(shù)Gr(Grashof)：反映了流體所受的浮升力與粘滯力的相對(duì)大小，是說(shuō)明自然對(duì)流換熱強(qiáng)度的一個(gè)相似準(zhǔn)則，Gr越大，表明流體所受的浮升力越大，流體的自然對(duì)流能力越強(qiáng)。通風(fēng)機(jī)的特性曲線：指通風(fēng)機(jī)在某一固定轉(zhuǎn)速下工作，靜壓差、效率和功率隨風(fēng)量變化的關(guān)系曲線。系統(tǒng)的阻力特性曲線：是指流體流過(guò)風(fēng)道所產(chǎn)生的壓力差隨空氣流量變化的關(guān)系曲線，與流量的平方成正比。

通風(fēng)機(jī)工作點(diǎn)：系統(tǒng)(風(fēng)道)的阻力特性曲線與風(fēng)機(jī)的靜壓特性曲線的交點(diǎn)就是風(fēng)機(jī)的工作點(diǎn)。2/5/20238熱設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)熱設(shè)計(jì)的基本概念溫度穩(wěn)定：當(dāng)設(shè)備處于工作狀態(tài)時(shí)，設(shè)備中發(fā)熱元器件表面溫度每小時(shí)變化波動(dòng)范圍在±1℃內(nèi)時(shí)，稱溫度穩(wěn)定。設(shè)備外部環(huán)境溫度：設(shè)備達(dá)到穩(wěn)定溫度時(shí)距離設(shè)備各主要表面幾何中心80mm處空氣溫度按各表面積的加權(quán)平均值。機(jī)柜/箱表面溫度：設(shè)備達(dá)到穩(wěn)定溫度時(shí)各主要外表面幾何中心點(diǎn)上溫度的平均值。熱點(diǎn)：元器件、散熱器和冷板的各個(gè)局部表面溫度最高的位置。熱點(diǎn)器件指單板上溫度最高和較高的器件。溫升：元器件表面溫度與設(shè)備外部環(huán)境溫度的差值。用符號(hào)Δt表示。

2/5/20239熱設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)熱設(shè)計(jì)的基本概念溫度與溫升的區(qū)別：溫度是量化介質(zhì)熱性能的一個(gè)指標(biāo)，是一個(gè)絕對(duì)概念；溫升是指介質(zhì)自身或介質(zhì)間溫度的變化范圍，它總是相對(duì)于不同時(shí)刻或同一時(shí)刻的另一介質(zhì)，是一個(gè)相對(duì)概念。風(fēng)道的局部阻力與沿程阻力：局部阻力指由于風(fēng)道的截面積發(fā)生變化而引起的壓力損失；沿程阻力指由于流體粘性而引起的壓力損失。表征溫度的方式：表征介質(zhì)溫度的方式有三種：攝氏溫度，絕對(duì)溫度，華氏溫度，它們的換算關(guān)系如下：TK＝273＋Tc,Tc=5(TF-32)/9層流與紊流(湍流)：層流指流體呈有規(guī)則的、有序的流動(dòng)，換熱系數(shù)小，流阻小；紊流指流體呈無(wú)規(guī)則、相互混雜的流動(dòng)，換熱系數(shù)大，流阻大。根據(jù)流動(dòng)的雷諾數(shù)大小來(lái)判斷。2/5/202310熱設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)LaminarFlow層流（流體分子的流線相互平行，互不交叉）TurbulentFlow湍流（流體分子不規(guī)則運(yùn)動(dòng)）2/5/202311熱設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)熱量傳遞的基本方式

熱量傳遞有三種基本方式：導(dǎo)熱、對(duì)流和輻射它們可以單獨(dú)出現(xiàn)，也可能兩種或三種形式同時(shí)出現(xiàn)2/5/202312熱設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)導(dǎo)熱導(dǎo)熱(熱傳導(dǎo))的機(jī)理：熱傳導(dǎo)是不同溫度的物體（固體，液體，氣體）直接接觸或物體內(nèi)部不同溫度的各部分之間能量交換的現(xiàn)象。傳導(dǎo)過(guò)程中，能量主要通過(guò)以下方式傳遞:自由電子的運(yùn)動(dòng)（固體金屬）分子晶格振動(dòng)彈性波的作用（一般固體和液體）分子不規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)時(shí)的相互碰撞（氣體）2/5/202313熱設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)導(dǎo)熱的基本方程（在一維穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)下）Q＝λF導(dǎo)△t/δ=△t/R導(dǎo)λ----導(dǎo)熱系數(shù)，W/m.K或W/m.℃;F導(dǎo)---垂直于導(dǎo)熱方向的截面積，m2△T----溫差，℃;δ--厚度(m)R導(dǎo)-----導(dǎo)熱熱阻,℃/W；2/5/2023141m1m1mT1T2WQ=Effect(W)T1=Inlettemp(C?,K)T2=Outlettemp(C?,K)A=Crosssectionarea(m2)δ=Distancebetweenplane(m)λ=ThermalConductivity(W/mK)熱設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)2/5/202315熱設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)熱設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)常用材料的導(dǎo)熱系數(shù)2/5/202316熱設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)常用PCB基材的導(dǎo)熱系數(shù)及熱膨脹系數(shù)2/5/202317熱設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)HeatsinkHeatsourceActualcontactarea<2%ofapparentcontactarea

SurfaceshouldbesmoothUsethermalinterfacematerialApplypressure接觸熱阻2/5/202318熱設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)選用導(dǎo)熱系數(shù)較大的材料（金屬材料）制造熱傳導(dǎo)零件；最大限度地減少接觸熱阻（適當(dāng)增大熱傳導(dǎo)零件間的接觸面積和壓力，在兩接觸面間涂導(dǎo)熱硅脂或墊入軟金屬箔等）；盡量縮短熱傳導(dǎo)路徑，熱傳導(dǎo)路徑中不應(yīng)有絕熱或隔熱元件。增強(qiáng)熱傳導(dǎo)的主要措施2/5/202319熱設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)對(duì)流換熱的基本方程：對(duì)流換熱機(jī)理：對(duì)流換熱是發(fā)生在有溫差的固體表面和運(yùn)動(dòng)流體（氣體或液體）直接接觸時(shí)相互間的換熱過(guò)程，它既有流體分子間的導(dǎo)熱作用，又有流體本身的熱對(duì)流作用，是一種復(fù)雜的換熱過(guò)程。對(duì)流可以是自然和強(qiáng)迫對(duì)流。自然對(duì)流是由冷、熱流體溫度變化引起的流體內(nèi)部密度差而產(chǎn)生的流動(dòng)；強(qiáng)迫對(duì)流則是由外部方式（泵或風(fēng)機(jī)）造成的流體內(nèi)壓力不同引起的流動(dòng)。散熱的基本方式2/5/202320熱設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)對(duì)流換熱的基本方程(牛頓公式)

Q＝αF對(duì)△t=△t/R對(duì)

α----對(duì)流換熱系數(shù)，W/m2.K或W/m2.℃;F對(duì)---有效對(duì)流換熱面積，m2；△T----溫差，℃;R對(duì)流-----對(duì)流熱阻,℃/W散熱的基本方式2/5/202321Q=Effect(W)T1=Tempmedia(C?,K)T2=Tempmedia(C?,K)A=Surfaceareaarea(m2)α=Heattransfercoefficient(W/m2K)T1T2α熱設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)2/5/202322Naturalair 5W/m2KForcedair 25W/m2KForcedwater 15,000W/m2KEvaporation 200,000W/m2K估計(jì)的對(duì)流換熱系數(shù)大致范圍：熱設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)2/5/202323Aircooledheatsinks

naturalconvectionRadiationhastobecalculated!AirflowLargesurfaceareaSmallsurfacearea2/5/202324Aircooledheatsinks

naturalconvectionoptimal2/5/202325Heatsinkorientation

naturalconvectiongravity2/5/202326Air-cooledheatsinks

Forcedconvection-fancurveCharacteristiccurveofthefanOptimaloperatingregionHighpressure-dropLowpressure-drop2/5/202327Apparentcoolingareavs.effectivecoolingareaforaircoolingHeatflowLowefficiencyT_fin=T_airq=h·A·(Ths-Tair)2/5/202328熱設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)流體的物理性質(zhì)（流體的導(dǎo)熱系數(shù)、比熱容、密度和動(dòng)力粘度等）；換熱表面的形狀、大小和位置。影響對(duì)流換熱的因素加大溫差，降低散熱物體周?chē)鷮?duì)流介質(zhì)的溫度；加大散熱面積，采取有利于對(duì)流散熱的形狀和安裝位置；加大對(duì)流介質(zhì)的流動(dòng)速度，以帶走更多的熱量（強(qiáng)迫對(duì)流比自然對(duì)流的對(duì)流表面換熱系數(shù)大）；選用有利于增強(qiáng)對(duì)流換熱的流體作為介質(zhì)（液體比氣體的對(duì)流換熱能力強(qiáng)）。增強(qiáng)對(duì)流散熱的主要措施2/5/202329熱設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)輻射的基本方程：輻射發(fā)生在兩種沒(méi)有直接接觸的表面,

能量通過(guò)電磁波傳遞,伴隨能量形式的兩次轉(zhuǎn)化。所有物體大于0K均發(fā)生熱輻射幾乎所有熱輻射發(fā)生在紅外波長(zhǎng)范圍(熱射線波長(zhǎng)0.1~100微米)能量傳遞率與物體表面狀況及相關(guān)物體之間的角系數(shù)有關(guān)(影響輻射換熱的因素有：物體的表面溫度，尺寸，形狀，相互位置以及表面的輻射性質(zhì)。)

Q＝5.67×10-8ε12f12F輻射(T14-T24)ε12----系統(tǒng)黑度，ε12＝1/(1/ε1+1/ε2-1)ε1，ε2----分別為物體1和物體2的黑度;f12------角系數(shù)F輻射---物體的輻射面積，m2;T1,T2--分別為物體1和物體2的絕對(duì)溫度，K2/5/202330Q=Effect(W)T1=Tempsurface1(C?,K)T2=Tempsurface2(C?,K)A=Sectionarea(m2)σ=Stefan-Boltzmans(5.67E-8,(W/m2K4)F12=Formfactor,2bodiesαRadiation=Heattransferradiation(W/m2K)αRT1T2熱設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)2/5/202331熱設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)在零部件或散熱片上涂覆黑色粗糙的漆，增大其輻射系數(shù)，從而增強(qiáng)輻射能力；熱敏感元件的表面應(yīng)做成光亮的表面，減小其輻射系數(shù)，從而減小吸收輻射熱量；加大輻射體的表面積；設(shè)法降低設(shè)備周?chē)臏囟龋哟筝椛潴w與周?chē)h(huán)境的溫差。增強(qiáng)輻射散熱的主要措施2/5/202332熱設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)熱電模擬法熱電模擬法：用電氣工程師熟悉的電路網(wǎng)絡(luò)表示方法來(lái)處理熱設(shè)計(jì)問(wèn)題，將熱流量(功耗)模擬成電流；溫差模擬成電壓(或電位差)；熱阻模擬成電阻，熱導(dǎo)模擬成電導(dǎo)；熱容模擬成電容。溫度(溫差)是引起熱流量傳遞的“電位”；恒溫?zé)嵩吹刃в诶硐氲暮銐涸矗缓愣ǖ臒崃髟吹刃в诶硐氲碾娏髟?。熱沉等效于“接地”或“地線”，所有的熱源和熱回路均與其相連，形成熱電模擬網(wǎng)絡(luò)，導(dǎo)熱、對(duì)流和輻射換熱的區(qū)域均可用熱阻來(lái)處理。熱阻的串聯(lián)與并聯(lián)：等效于電路的串聯(lián)與并聯(lián)，串聯(lián)的熱阻為各部分熱阻之和并聯(lián)的熱阻的倒數(shù)等于各部分熱阻的倒數(shù)之和。2/5/202333熱設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)熱電模擬法2/5/202334熱設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)熱路及熱網(wǎng)絡(luò)的案例分析熱阻的串聯(lián)熱阻的并聯(lián)2/5/202335熱設(shè)計(jì)的基本要求及設(shè)計(jì)準(zhǔn)則元器件的散熱途徑2/5/202336熱設(shè)計(jì)的基本要求及設(shè)計(jì)準(zhǔn)則熱設(shè)計(jì)的實(shí)施過(guò)程2/5/202337熱設(shè)計(jì)的基本要求及設(shè)計(jì)準(zhǔn)則功率器件選擇的主要原則在其它性能參數(shù)相同的情況下，應(yīng)優(yōu)先選用允許結(jié)溫Tj高的功率器件（根據(jù)供應(yīng)商手冊(cè)提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選）；在其它性能參數(shù)相同的情況下，應(yīng)優(yōu)先選用結(jié)殼熱阻Rjc較小的功率器件(根據(jù)供應(yīng)商手冊(cè)提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選）。在其它性能參數(shù)相同的情況下，應(yīng)優(yōu)先選用傳熱面較大的功率器件(根據(jù)供應(yīng)商手冊(cè)提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選）,以減小功率器件與散熱器間的接觸熱阻Rcs。2/5/202338熱設(shè)計(jì)的基本要求及設(shè)計(jì)準(zhǔn)則功率器件的結(jié)溫計(jì)算如果已知道散熱器臺(tái)面溫度Ts,則器件的工作結(jié)溫為：

Tj=Ts+PT×Rth(j-s)

如果已知散熱器的熱阻，環(huán)境溫度，則器件的工作結(jié)溫為：

Tj=Ta+PT×Rth(j-a)2/5/202339熱設(shè)計(jì)的基本要求及設(shè)計(jì)準(zhǔn)則PCB的熱設(shè)計(jì)的基本準(zhǔn)則之一：加散熱銅箔和采用大面積電源地銅箔，以加大PCB的散熱面積2/5/202340熱設(shè)計(jì)的基本要求及設(shè)計(jì)準(zhǔn)則PCB的熱設(shè)計(jì)的基本準(zhǔn)則之二：散熱焊盤(pán)由過(guò)孔連接到內(nèi)層夾心層進(jìn)行散熱和熱平衡2/5/202341熱設(shè)計(jì)的基本要求及設(shè)計(jì)準(zhǔn)則PCB的熱設(shè)計(jì)的基本準(zhǔn)則之三：增大散熱面積及對(duì)流2/5/202342熱設(shè)計(jì)的基本要求及設(shè)計(jì)準(zhǔn)則PCB的熱設(shè)計(jì)的基本準(zhǔn)則之四：CTE(熱膨脹系數(shù))的補(bǔ)償：利用彈性材料和焊點(diǎn)作緩沖，減小CTE失配帶來(lái)的影響；選用有引腳器件。2/5/202343熱設(shè)計(jì)的基本要求及設(shè)計(jì)準(zhǔn)則PCB的熱設(shè)計(jì)的基本準(zhǔn)則之五：焊盤(pán)的隔熱設(shè)計(jì)(在過(guò)波峰焊或回流焊時(shí)由于散熱太快容易造成焊接不良)2/5/202344熱設(shè)計(jì)的基本要求及設(shè)計(jì)準(zhǔn)則PCB的熱設(shè)計(jì)的基本準(zhǔn)則之六：PCB布局設(shè)計(jì)應(yīng)將不耐熱的元件(如電解電容器)放在靠近進(jìn)風(fēng)口的位置，而將本身發(fā)熱而又耐熱的元件(如電阻,變壓器等)放在靠近出風(fēng)口的位置。應(yīng)將功率大、發(fā)熱量大的元器件放在出風(fēng)口的位置。當(dāng)元器件的發(fā)熱密度超過(guò)0.6W/cm3，單靠元器件的引線腿及元器件本身不足充分散熱，應(yīng)采用散熱網(wǎng)、匯流條等措施。2/5/202345熱設(shè)計(jì)的基本要求及設(shè)計(jì)準(zhǔn)則PCB的熱設(shè)計(jì)的基本準(zhǔn)則之七：大功率、熱敏器件的要求2/5/202346熱設(shè)計(jì)的基本要求及設(shè)計(jì)準(zhǔn)則PCB的熱設(shè)計(jì)的基本準(zhǔn)則之八：元器件間距2/5/202347熱設(shè)計(jì)的基本要求及設(shè)計(jì)準(zhǔn)則PCB的熱設(shè)計(jì)的基本準(zhǔn)則之九：元器件安裝應(yīng)盡量減少元器件殼與散熱器表面間的接觸熱阻。采用短通路，盡可能避免采用導(dǎo)熱板或散熱塊把元器件的熱量引到散熱器表面，而元器件直接貼在散熱器表面則是最經(jīng)濟(jì)、最可靠、最有效的散熱措施。為了改善器件與散熱器接觸面的狀況，應(yīng)在接觸面涂導(dǎo)熱介質(zhì)，常用的導(dǎo)熱介質(zhì)有導(dǎo)熱脂、導(dǎo)熱膠、導(dǎo)熱硅油、熱絕緣膠等。對(duì)器件須與散熱器絕緣的情況，采用的絕緣材料應(yīng)同時(shí)具有良好的導(dǎo)熱性能，且能夠承受一定的壓力而不被刺穿。把器件裝配在散熱器上時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格按照數(shù)據(jù)手冊(cè)中提供的安裝壓力或力矩進(jìn)行裝配，壓力不足會(huì)使接觸熱阻增加，壓力過(guò)大會(huì)損壞器件。將大功率混合微型電路芯片安裝在比芯片面積大的鉬片上。對(duì)于多層印制線路板，應(yīng)利用電鍍通孔來(lái)減少通過(guò)線路板的傳導(dǎo)熱阻。這些小孔就是熱通路或稱熱道。當(dāng)利用接觸界面導(dǎo)熱時(shí)，采用下列措施使接觸熱阻減到最小。盡可能增大接觸面積；確保接觸表面平滑；利用軟材料接觸。扭緊所有螺栓以加大接觸壓力(注意不應(yīng)殘留過(guò)大應(yīng)力)。利用合理的緊固件設(shè)計(jì)來(lái)保證接觸壓力均勻。2/5/202348熱設(shè)計(jì)的基本要求及設(shè)計(jì)準(zhǔn)則自然冷卻風(fēng)路的設(shè)計(jì)原則功能單元(模塊)布局應(yīng)考慮機(jī)柜的風(fēng)路設(shè)計(jì)要求,對(duì)直齒型散熱器,應(yīng)保證散熱器的齒槽垂直于水平面,有利于形成“煙囪”效應(yīng)。元器件應(yīng)縱向排列,讓元器件的長(zhǎng)邊與空氣上升的方向平行。機(jī)箱內(nèi)元器件布置應(yīng)較稀疏，有利于空氣流通。進(jìn)出風(fēng)口的高度差盡可能大。2/5/202349熱設(shè)計(jì)的基本要求及設(shè)計(jì)準(zhǔn)則強(qiáng)迫風(fēng)冷風(fēng)路的設(shè)計(jì)原則如果發(fā)熱分布均勻，元器件的間距應(yīng)均勻，以使風(fēng)均勻流過(guò)每一個(gè)發(fā)熱源；如果發(fā)熱分布不均勻，在發(fā)熱量大的區(qū)域元器件應(yīng)稀疏排列，而發(fā)熱量小的區(qū)域元器件布局應(yīng)稍密些，或加導(dǎo)流條，以使風(fēng)能有效的流到關(guān)鍵發(fā)熱器件。如果風(fēng)扇同時(shí)冷卻散熱器及模塊內(nèi)部的其它發(fā)熱器件，應(yīng)在模塊內(nèi)部采用阻流方法，使大部分的風(fēng)量流入散熱器。進(jìn)風(fēng)口的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則：一方面盡量使其對(duì)氣流的阻力最小，另一方面要考慮防塵，需綜合考慮二者的影響。2/5/202350熱設(shè)計(jì)的基本要求及設(shè)計(jì)準(zhǔn)則風(fēng)路的設(shè)計(jì)原則自然冷卻條件下，對(duì)設(shè)備內(nèi)有多塊PCB板時(shí)，應(yīng)與進(jìn)風(fēng)方向平行并列安裝，每塊PCB板間的間距應(yīng)大于30mm，以利于對(duì)流散熱；對(duì)強(qiáng)迫風(fēng)冷條件下，PCB板的間距可以適當(dāng)減小，但必須符合安規(guī)要求。底板、隔熱板、屏蔽板、印制板的位置應(yīng)以不要阻礙或阻斷氣流為原則。2/5/202351熱設(shè)計(jì)的基本要求及設(shè)計(jì)準(zhǔn)則風(fēng)道的設(shè)計(jì)原則

一些產(chǎn)品如變頻器有專門(mén)的通風(fēng)管道，風(fēng)道設(shè)計(jì)應(yīng)注意下面幾個(gè)問(wèn)題：風(fēng)道盡可能短，縮短管道長(zhǎng)度可以降低風(fēng)道阻力。盡可能采用直的錐形風(fēng)道，直管加工容易，局部阻力小。風(fēng)道的截面尺寸最好和風(fēng)扇的出口一致，以避免因變換截面而增加阻力損失，截面形狀可為圓形，也可以是正方形或長(zhǎng)方形。2/5/202352熱設(shè)計(jì)的基本要求及設(shè)計(jì)準(zhǔn)則冷卻方法的選擇原則冷卻方法種類常用的冷卻方式有：自然冷卻，強(qiáng)迫風(fēng)冷，強(qiáng)迫液冷，蒸發(fā)冷卻，熱電致冷，熱管冷卻，冷板技術(shù)。選擇冷卻方法須考慮的因素設(shè)備的熱流密度，總損耗，能提供的散熱表面積及體積，設(shè)備和元器件的允許溫度(溫升)，環(huán)境條件等。2/5/202353熱設(shè)計(jì)的基本要求及設(shè)計(jì)準(zhǔn)則冷卻方法的選擇原則確定冷卻方法的原則在所有的冷卻方法中應(yīng)優(yōu)先考慮自然冷卻，因?yàn)樽匀焕鋮s不僅成本低，而且可靠性高。只有在自然冷卻無(wú)法滿足散熱要求時(shí)，才考慮其它冷卻。當(dāng)冷卻表面的熱流密度為0.024-0.039W/cm2，采用自然對(duì)流，上限適用于通風(fēng)條件較差的情況，下限適用于通風(fēng)條件較暢的場(chǎng)合。當(dāng)冷卻表面的熱流密度為0.078W/cm2，采用強(qiáng)迫風(fēng)冷。2/5/202354熱設(shè)計(jì)的基本要求及設(shè)計(jì)準(zhǔn)則型材散熱器的選擇及設(shè)計(jì)原則材質(zhì)的選擇散熱器材料應(yīng)具有較高的導(dǎo)熱系數(shù)，一般推薦使用鋁型材散熱器：6063（LD31）λ=180W/m.k特殊條件下：紫銅T2λ=380W/m.k散熱器的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)應(yīng)符合ＧＢ１１４５６－８９《電力半導(dǎo)體器件型材散熱器技術(shù)條件》。散熱器安裝器件的表面光潔度Ra<1.6。肋片高=(3-5)倍肋間距的設(shè)計(jì)具有最優(yōu)的性能價(jià)格比。表面應(yīng)加波紋齒，波紋齒高為0.3-0.5mm,寬為0.5-1mm,以增加對(duì)流換熱面積；應(yīng)保證散熱器具有一定的基板厚度，推薦5-10mm之間；而對(duì)工作在間歇方式下的散熱器，基板的大小應(yīng)充分考慮散熱器的瞬態(tài)熱阻，具體情況具體設(shè)計(jì)。對(duì)只安裝一個(gè)器件在散熱器的中央，散熱器的長(zhǎng)度應(yīng)為截面寬度的1.5-2倍。當(dāng)散熱器流向長(zhǎng)度大于300mm以上，應(yīng)把散熱器的肋片從中間斷開(kāi)，以增加流體擾動(dòng)，提高對(duì)流換熱系數(shù)。對(duì)自然對(duì)流條件下，散熱器的齒間距應(yīng)大于12mm，以避免熱邊界層相互交叉。

2/5/202355

鋁型材散熱器2/5/202356

利用焊接技術(shù)生產(chǎn)的散熱器，散熱面積大、重量輕、底板可進(jìn)行復(fù)雜形狀加工。焊接型散熱器2/5/202357熱設(shè)計(jì)的基本要求及設(shè)計(jì)準(zhǔn)則設(shè)計(jì)準(zhǔn)則自然冷卻條件下，散熱器表面的熱點(diǎn)溫升小于50℃。強(qiáng)迫風(fēng)冷條件下，散熱器表面的熱點(diǎn)溫升小于45℃。電感及變壓器的表面溫升小于50℃。模塊進(jìn)出口風(fēng)溫小于20℃。PCB表面的熱點(diǎn)溫升小于30℃。2/5/202358風(fēng)扇的基本知識(shí)風(fēng)扇的種類按工作類型分：有軸流風(fēng)扇和離心風(fēng)扇、混流風(fēng)扇三類。軸流風(fēng)機(jī)：風(fēng)量大，壓頭小，噪音小離心式風(fēng)機(jī)：風(fēng)壓較高，一般適應(yīng)于阻力較大的發(fā)熱元器件或機(jī)柜冷卻按軸承類別分：有滾動(dòng)軸承及含油軸承(軸瓦軸承)兩類，由于含油軸承的使用壽命比滾動(dòng)軸承低的多，一般電子設(shè)備均采用滾動(dòng)軸承。按輸入電源類型分：有直流風(fēng)扇和交流風(fēng)扇兩大類。2/5/202359風(fēng)扇的基本知識(shí)直流風(fēng)扇與交流風(fēng)扇的比較2/5/202360風(fēng)扇的基本知識(shí)吹風(fēng)與抽風(fēng)方式的選擇原則

優(yōu)先采用吹風(fēng)方式，吹風(fēng)有如下優(yōu)點(diǎn)：風(fēng)量相對(duì)較集中，可以以較大的風(fēng)速針對(duì)局部區(qū)域進(jìn)行集中冷卻。能夠有效防止風(fēng)扇馬達(dá)過(guò)熱，提高風(fēng)扇的使用壽命。可以以較大的壓力迫使灰塵不能夠在機(jī)箱內(nèi)聚積，而通過(guò)出風(fēng)口或縫隙流出。

只有在以下情況下才選擇抽風(fēng)：希望流場(chǎng)規(guī)則或呈現(xiàn)層流；各部分風(fēng)量比較均勻，適用于熱量比較分散的整機(jī)或機(jī)箱。進(jìn)風(fēng)口無(wú)法安裝風(fēng)扇。不希望風(fēng)扇馬達(dá)加熱空氣而對(duì)后面的元器件產(chǎn)生影響。不希望熱風(fēng)吹到客戶。2/5/202361風(fēng)扇的基本知識(shí)風(fēng)扇曲線及風(fēng)扇的工作點(diǎn)2/5/202362風(fēng)扇的基本知識(shí)風(fēng)扇的串聯(lián)與并聯(lián)2/5/202363風(fēng)扇的基本知識(shí)海拔高度對(duì)風(fēng)扇性能的影響由于體積流量只與風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速成正比，所以，體積流量不受海拔高度的影響。由于質(zhì)量流量正比于空氣的密度，而空氣的密度隨海拔高度的升高而逐漸降低，所以質(zhì)量流量也會(huì)隨海拔高度的升高而逐漸降低。由于壓力正比于空氣的密度，而空氣的密度隨海拔高度的升高而逐漸降低，所以壓力也會(huì)隨海拔高度的升高而逐漸降低。

(P0)altitude=(P0)SeaLevel(raltitude/rSeaLevel)2/5/202364風(fēng)扇的基本知識(shí)海拔高度對(duì)風(fēng)扇曲線及工作點(diǎn)的影響

QDPHighAltitudeCurveSeaLevelCurve2/5/202365風(fēng)扇的基本知識(shí)海拔高度對(duì)系統(tǒng)阻力的影響

QHighAltitudeCurveSeaLevelCurveDP

akvm2/5/202366風(fēng)扇的基本知識(shí)如何修正海拔高度對(duì)散熱的影響？

DTaltitude＝Multiplier×

DTSeaLevel

2/5/202367風(fēng)扇的基本知識(shí)風(fēng)扇的安裝原則設(shè)備中最大損耗的元器件應(yīng)靠近出風(fēng)口。保證進(jìn)風(fēng)口或出風(fēng)口面積大于風(fēng)扇的通風(fēng)面積。保證空氣流通并能夠以較大的風(fēng)速流過(guò)較熱的區(qū)域。避免在兩個(gè)熱點(diǎn)之間用一個(gè)小風(fēng)扇來(lái)冷卻。溫度敏感的元器件應(yīng)盡量靠近風(fēng)扇入口。盡可能采用吹風(fēng)以防止灰塵聚積。盡可能采用空隙率較大的防塵網(wǎng)以減小阻力。保證風(fēng)扇工作的風(fēng)扇曲線的安全區(qū)，嚴(yán)禁風(fēng)扇工作在曲線的拐點(diǎn)附近。對(duì)吹風(fēng)的情況，為了避免風(fēng)扇的SWIRL的影響，風(fēng)扇與最近的障礙物間至少保證一個(gè)風(fēng)扇的距離。2/5/202368風(fēng)扇的基本知識(shí)風(fēng)扇的安裝原則2/5/202369風(fēng)扇的基本知識(shí)風(fēng)扇的安裝原則

風(fēng)扇安裝在系統(tǒng)中，由于結(jié)構(gòu)限制，進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口常常會(huì)受到各種阻擋，其性能曲線會(huì)發(fā)生變化，如圖所示?？梢钥闯?，風(fēng)扇的進(jìn)出風(fēng)口最好與阻擋物有40mm的距離，如果有空間限制，也應(yīng)至少有一個(gè)風(fēng)扇的厚度。2/5/202370熱界面材料為什么要用熱界面材料？通常元器件及散熱器表面總是凸凹不平，甚至呈扭曲狀，當(dāng)兩個(gè)面連接時(shí)，接觸只發(fā)生在最高點(diǎn)，低點(diǎn)形成充滿空氣的空隙，而空氣的導(dǎo)熱系數(shù)非常小，導(dǎo)致接觸面的接觸熱阻非常大。使用熱界面材料可以消除低點(diǎn)的空氣空隙，而熱界面材料的導(dǎo)熱系數(shù)通常是空氣的10倍以上，從而可以減小界面的接觸熱阻。2/5/202371熱界面材料熱界面材料的種類不絕緣的熱界面材料

硅脂：導(dǎo)熱硅脂是一種用硅聚合物所制成的復(fù)合性油脂，內(nèi)含高度分散及經(jīng)微粉化的金屬氧化物，其基本成分為有機(jī)硅材料化合物和合適的稠化劑，導(dǎo)熱系數(shù)大于0.5W/m.k。硅脂不易清潔，很難保證涂敷周?chē)母蓛簟⒄麧?。但由于其價(jià)格低廉，廣泛應(yīng)用于電子產(chǎn)品中。

相變材料：材料在達(dá)到其融化溫度后發(fā)生相變，變成易流動(dòng)的滑脂狀，在較小壓力的作用下迅速填充滿兩接觸面間的空隙，從而減小接觸熱阻。目前其相變溫度有45℃和60℃兩種，其熱阻特性值小于0.05℃-in2/W，其壓力通常只要幾個(gè)PSI。相變材料由于操作中易保持周?chē)鍧?，且?duì)安裝壓力不敏感，因此成為硅脂的替代材料。但由于其價(jià)格昂貴及儲(chǔ)存特殊，目前未獲得推廣應(yīng)用。2/5/202372熱界面材料熱界面材料的種類具有電絕緣性能的熱界面材料

熱膠帶：是一種用聚丙烯或硅酮作為粘接劑的導(dǎo)熱膠帶，一般采用氧化鋁或二硼化鈦填料涂在KAPTON膜、鋁箔玻璃纖維、多孔鋁網(wǎng)上。主要應(yīng)用于無(wú)法采用螺釘緊固的場(chǎng)合，其導(dǎo)熱性能一般都較差。

陶瓷基片：有三氧化二鋁陶瓷及氮化鋁陶瓷之分，氮化鋁陶瓷基片的導(dǎo)熱性能可與鋁型材媲美，但由于其價(jià)格通常為三氧化二鋁陶瓷的3－5倍，所以未獲普遍應(yīng)用。三氧化二鋁陶瓷的導(dǎo)熱系數(shù)為27w/m.k，其價(jià)格較低，但其易碎的致命弱點(diǎn)導(dǎo)致其逐漸被導(dǎo)熱絕緣膜取代。

云母：早期主要的導(dǎo)熱絕緣材料，其導(dǎo)熱系數(shù)為0.5w/m.k，目前已完全被替代。2/5/202373熱界面材料熱界面材料的種類具有電絕緣性能的熱界面材料導(dǎo)熱絕緣膜：導(dǎo)熱絕緣材料一般由基片/基材及填充料構(gòu)成，基片/基材主要是為了物理加強(qiáng)，提高介電強(qiáng)度，基片/基材的種類有玻璃纖維、介電質(zhì)料及聚脂、硅橡膠或它們的組合。填充料是為了改善導(dǎo)熱絕緣材料的導(dǎo)熱性能而填入的高導(dǎo)熱性能物質(zhì)，如Al2O3、BN，BeN等。

間隙材料：是一種低模量（軟）、熱傳導(dǎo)的硅合成橡膠，應(yīng)用于較大或變化的間隙處。2/5/202374熱界面材料導(dǎo)熱絕緣材料的選擇與使用選擇材料前，要先計(jì)算出允許熱阻是多少，然后根據(jù)允許熱阻參照我們的優(yōu)選庫(kù)或供應(yīng)商的技術(shù)資料來(lái)選擇，材料的許用熱阻按下式計(jì)算：［Rth］=△T/P其中：［Rth］－導(dǎo)熱絕緣材料的許用熱阻，℃/W;△T－元器件與散熱器間允許的溫升，℃P－元器件的損耗，W確定材料的熱性能從供應(yīng)商提供的樣本中初選一種材料，查出其熱阻特性值Zth。根據(jù)應(yīng)用條件(主要指器件的封裝尺寸)確定材料的外尺寸。計(jì)算出導(dǎo)熱絕緣材料的面積F確定規(guī)定尺寸下材料的熱阻Rth=Zth/F如果Rth≤［Rth］,則符合熱設(shè)計(jì)要求，否則重新選擇材料，重復(fù)以上步驟。2/5/202375熱界面材料導(dǎo)熱絕緣材料的選擇與使用『案例1』在HD48100－3模塊中，散熱器表面溫度在40℃的環(huán)境條件下為75℃，采用TO247封裝的MOS管損耗為30W，器件的最高結(jié)溫為T(mén)jMAX=150℃，熱阻為1.0℃/W，元器件的降額按80％考核，請(qǐng)選擇一種合適的導(dǎo)熱絕緣材料。第一步：規(guī)格書(shū)允許元器件工作結(jié)溫最大為：Tj=Tjmax×80%=120℃;第二步：器件的殼溫為：Tc=Tj-P×Rjc=120-30×1.0=90℃;第三步：確定材料的許用熱阻：［Rth］=△T/P＝(TC－TS)/P=(90-75)/30=0.5℃/W第四步：確定材料的尺寸及面積對(duì)于TO247封裝，外形尺寸為：2.146×1.626cmF=2.146×1.626=3.5cm2第五步:初步選定貝格斯公司的SP2000，其熱阻特性值Zth＝0.2℃-in2/W=1.29℃-cm2/W第五步:確定該材料的熱阻值Rth=Zth/F＝1.29/3.5=0.37℃/W<［Rth］＝0.5℃/W第六步：選定合適的導(dǎo)熱絕緣材料計(jì)算結(jié)果表明：SP2000熱阻值小于許用熱阻值，可滿足器件的散熱要求。2/5/202376熱界面材料常用的導(dǎo)熱絕緣材料2/5/202377熱設(shè)計(jì)的驗(yàn)證方法溫度測(cè)試測(cè)試環(huán)境常溫測(cè)試－進(jìn)行設(shè)計(jì)參數(shù)測(cè)試，設(shè)計(jì)方案優(yōu)化，忽略空氣物性隨溫度的變化。

高溫測(cè)試－用于產(chǎn)品質(zhì)量鑒定，在環(huán)境實(shí)驗(yàn)箱中進(jìn)行。

要求：實(shí)驗(yàn)箱體積/實(shí)驗(yàn)樣品體積>5樣品的任何一表面與箱壁間距大于20cm.如果采用強(qiáng)迫空氣循環(huán)，風(fēng)速小于0.5m/s.溫度測(cè)試的項(xiàng)目

設(shè)備內(nèi)部環(huán)境溫度機(jī)箱表面溫升（自然對(duì)流換熱時(shí)測(cè)量）關(guān)鍵元器件和發(fā)熱元器件的表面溫升散熱器和冷板的熱點(diǎn)溫升冷卻空氣入口溫度與出口溫升2/5/202378熱設(shè)計(jì)的驗(yàn)證方法溫度測(cè)試測(cè)點(diǎn)的布置方法（一）

環(huán)境溫度的測(cè)點(diǎn)布置

自冷:設(shè)備外部環(huán)境溫度的測(cè)試點(diǎn)應(yīng)布設(shè)在距各主要表面80mm處。高度大于800mm的設(shè)備，在側(cè)面高度方向上應(yīng)均勻布置2點(diǎn)以上的測(cè)點(diǎn)。

強(qiáng)迫風(fēng)冷（使用風(fēng)扇）：外部環(huán)境溫度可在距離空氣入口80~200mm的地方測(cè)量一點(diǎn)或多點(diǎn)即可。

機(jī)箱表面的測(cè)點(diǎn)布置：機(jī)箱表面溫度測(cè)點(diǎn)應(yīng)布置在機(jī)箱各表面幾何中心，如果機(jī)柜高度大于800mm，則在側(cè)面高度方向上應(yīng)均勻布置2點(diǎn)以上的測(cè)點(diǎn)。使用強(qiáng)迫風(fēng)冷散熱的機(jī)柜可以不必測(cè)量表面溫度。

設(shè)備風(fēng)道的進(jìn)、出口處的測(cè)點(diǎn)布置要求：冷卻空氣入口、出口溫度的測(cè)點(diǎn)，應(yīng)盡量在入口、出口處與風(fēng)速方向垂直的截面內(nèi)布置若干個(gè)測(cè)點(diǎn)，各取平均值。如果時(shí)間和熱電偶充足，最好在設(shè)備內(nèi)部氣流的主通道上（各插框單板間，插框與插框間），沿空氣流動(dòng)方向均布若干個(gè)測(cè)點(diǎn)。2/5/202379熱設(shè)計(jì)的驗(yàn)證方法溫度測(cè)試測(cè)點(diǎn)的布置方法（二）

元器件表面溫度的測(cè)點(diǎn)布置方法

測(cè)點(diǎn)布置的原則：將測(cè)點(diǎn)布置在元器件溫度最高或較高的熱點(diǎn)上，這些點(diǎn)通常在距離元件內(nèi)部發(fā)熱點(diǎn)最近或散熱條件最差的地方。

扁平封裝的集成芯片：發(fā)熱平面的幾何中心。

半導(dǎo)體功率晶體管管殼溫度：布置在管座距管芯最近的熱點(diǎn)位置上。一般來(lái)說(shuō)，不導(dǎo)熱緊固件與元件表面接觸的縫隙是難以散熱的位置；元件表面印字的位置距離管芯發(fā)熱點(diǎn)較近。

功率電阻器：垂直放置的，應(yīng)布置在垂直高度的2/3處；水平放置的，布置在中間位置。

電容元件表面溫度：

金膜電容－引腳與電容體連接的部位是溫度較高的位置。

電解電容－最好能將頂部塑料殼割開(kāi)，測(cè)試鋁殼的溫度。2/5/202380熱設(shè)計(jì)的驗(yàn)證方法溫度測(cè)試測(cè)點(diǎn)的布置方法（三）

電磁元件表面溫度：布置在距離散熱通道最遠(yuǎn)的地方，而且應(yīng)該分別測(cè)試磁芯和線包的溫度，以分別得出銅損和鐵損的參考值。有可能的話，將測(cè)點(diǎn)布置在線包的最內(nèi)層和磁芯的內(nèi)部，如果以上測(cè)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)起來(lái)較困難，則可以在表面散熱條件最差的位置布置測(cè)點(diǎn)，測(cè)得結(jié)果需要再加上10℃的經(jīng)驗(yàn)值。

對(duì)于溫度臨界或?qū)囟让舾械脑骷砻鏈囟龋阂话銘?yīng)在元器件表面熱點(diǎn)附近布置兩個(gè)測(cè)點(diǎn)，其值應(yīng)取大者；如果需要測(cè)試布置在散熱器上的溫度繼電器的動(dòng)作溫度，一般選擇散熱器距離溫度繼電器最近的位置布置兩個(gè)以上測(cè)點(diǎn)，取最大值。

散熱器：布置在散熱器基板上對(duì)應(yīng)于元器件發(fā)熱中心的位置，不能布置在翅片上。2/5/202381熱設(shè)計(jì)的驗(yàn)證方法溫度測(cè)試測(cè)試儀器

溫度測(cè)量?jī)x器包括熱電偶、玻璃溫度計(jì)、示溫漆和示溫蠟、電阻溫度計(jì)、熱敏電阻、光學(xué)溫度計(jì)、紅外掃描系統(tǒng)等。

與熱電偶配套的檢測(cè)儀表：熱電偶的溫度檢測(cè)通常采用多路采集器。測(cè)試精度為±0.1℃。

玻璃溫度計(jì)：玻璃液體溫度計(jì)通常用來(lái)測(cè)量流體溫度和校準(zhǔn)其它的測(cè)溫儀器如熱電偶等。玻璃溫度計(jì)的精度可以達(dá)到±0.01℃。

示溫漆與示溫蠟：示溫漆是一種隨溫度變化而變化的漆，漆的顏色變化達(dá)四種之多，不同的顏色代表不同的溫度。示溫漆還可以用于顯示某個(gè)區(qū)域的溫度場(chǎng)及熱流模式。示溫蠟是在特定的溫度下熔化的蠟狀物質(zhì)，從而顯示出溫度。示溫漆與示溫蠟的精度較差，一般在±5℃(±9℉)

電阻溫度計(jì)：電阻溫度計(jì)與熱電偶的原理及用途相似，兩者均因輻射影響而產(chǎn)生誤差。其精度為±0.1℃。

熱敏電阻：熱敏電阻遵循電阻測(cè)溫學(xué)的原理，由于它的溫度系數(shù)很大，所以靈敏度高得多，其缺點(diǎn)是容易老化，需進(jìn)行定期校準(zhǔn)，其測(cè)試精度為±0.1℃。

光學(xué)溫度計(jì)、紅外掃描系統(tǒng)等：光學(xué)溫度計(jì)、紅外掃描系統(tǒng)均通過(guò)測(cè)量一個(gè)熱源的紅外輻射而得到溫度。其測(cè)試精度最高可以達(dá)到±0.3℃。由于測(cè)量時(shí)必須準(zhǔn)確知道被測(cè)表面的發(fā)射率且要求被測(cè)表面必須可見(jiàn)，限制了它們的使用。2/5/202382熱設(shè)計(jì)的驗(yàn)證方法溫度測(cè)試熱電偶

熱電偶的選擇：熱電偶的種類較多，就通信設(shè)備來(lái)講，由于我們?cè)O(shè)備的溫度一般低于200℃以下，在該范圍內(nèi)銅-康銅或鎳鉻-康銅熱電偶具有較高的精度，為K型熱電偶，其分度值應(yīng)符合GB2903和GB4993的規(guī)定。熱電偶的測(cè)試精度為±0.1℃。

熱電偶的焊接方法：通常采用熔焊的方法把銅-康銅或鎳鉻-康銅焊接在一起，不允許采用把銅-康銅粘接在一起的方法。

熱電偶的粘接方法及減小測(cè)量誤差的措施：熱電偶采用導(dǎo)熱膠粘接粘貼在被測(cè)表面，為了保證測(cè)試結(jié)果的精度，熱電偶探頭固定在測(cè)溫表面上時(shí)，必須將一段熱電偶導(dǎo)線沿測(cè)溫表面的等溫線布置，這樣可以消除熱電偶導(dǎo)線本身導(dǎo)熱而導(dǎo)致的測(cè)量誤差。導(dǎo)線長(zhǎng)度應(yīng)大于10mm。2/5/202383熱設(shè)計(jì)的驗(yàn)證方法溫度測(cè)試熱電偶

熱電偶探頭固定在測(cè)溫表面上時(shí)，最好是將感溫端焊成一個(gè)焊球與被測(cè)表面點(diǎn)接觸，在工作中如果做不到的話，也可以將一段熱電偶導(dǎo)線沿測(cè)溫表面的等溫線布置，這樣便于熱電偶的固定，而且熱電偶本身導(dǎo)熱帶來(lái)的測(cè)試誤差也比較小。粘貼膠為樂(lè)泰膠水LOCTITE416（編碼XA210009）和樂(lè)泰催化劑LOCTITE7452（編碼XA210008）。

粘貼方法：手握熱電偶感溫端的導(dǎo)線，將感溫端置于被測(cè)面上，并保證熱電偶感溫端與被測(cè)表面的緊密接觸；另一手將少量樂(lè)泰膠滴在感溫端上，然后盡快取適量的催化劑，將其涂刷于樂(lè)泰膠上面，維持5~10秒，確定熱電偶感溫端已被固定在被測(cè)面上后松開(kāi)。膠水是絕緣的，在測(cè)試時(shí)可放心使用。2/5/202384熱設(shè)計(jì)的驗(yàn)證方法風(fēng)速測(cè)試空氣流速測(cè)量?jī)?nèi)容：(1)風(fēng)道入口空氣流速；(2)風(fēng)道出口空氣流速；(3)主要單板間和空槽位處的風(fēng)速；空氣流速測(cè)量?jī)x器：通常使用的風(fēng)速計(jì)有翼型風(fēng)速計(jì)及熱電式風(fēng)速計(jì)兩種。

翼型風(fēng)速計(jì)：翼型風(fēng)速計(jì)是由裝在一個(gè)軸上的許多葉片組成的。它通過(guò)齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)或信號(hào)發(fā)生器與某個(gè)經(jīng)過(guò)校