1、-011內(nèi)部資料劉接劉20KW散熱器水道熱測(cè)試試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)方案 版 本： 作 者： 校 對(duì)： 審 核： 年 月版本信息版本日期作者校對(duì)審核更新描述20KW散熱器水道熱測(cè)試實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)方案1熱測(cè)試實(shí)驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)1、熱測(cè)試實(shí)驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)框圖圖1-1說明： 表示熱流方向 表示水流方向 表示對(duì)入水口、出水口作用2、熱測(cè)試試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)圖主要包括一下幾個(gè)部分：l 散熱系統(tǒng)l 加熱系統(tǒng)l 冷卻水循環(huán)系統(tǒng)l 壓強(qiáng)檢測(cè)系統(tǒng)l 溫度檢測(cè)系統(tǒng)l 流量檢測(cè)系統(tǒng)通過搭建上述實(shí)驗(yàn)臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)散熱器溫度的檢測(cè)、水道入水口，出水口溫升的測(cè)量、入水口，出水口壓差的測(cè)量、入水口流量的控制，從而進(jìn)一步反應(yīng)散熱器的溫升和散熱性能。2散熱系統(tǒng)散熱系統(tǒng)由

2、散熱器與循環(huán)冷卻水組成，通過散熱器的傳導(dǎo)散熱和冷卻水的導(dǎo)熱，達(dá)到對(duì)散熱器降溫的目的，最大限度的降低散熱器的溫度，從而降低IGBT模塊的溫度。2.1散熱器結(jié)構(gòu)圖圖1-2由圖1-2可知，散熱器結(jié)構(gòu)由入水口、出水口、針狀散熱柱、水道、密封圈、密封蓋組成。1、針狀散熱住的優(yōu)點(diǎn)：l 增加散熱板的散熱面積、提高導(dǎo)熱率l 布置針狀散熱柱可以降低水的流速，使水與散熱器更充分的接觸，以便帶走更多的熱量2、密封圈、密封蓋的用途：l 增加散熱器的密封性2.2散熱器材料特性散熱器由日本的鋁合金牌號(hào)，又稱12號(hào)鋁料，Al-Si-Cu系合金，是一種壓鑄鋁合金，適合蓋子、缸體類等，執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為：JIS H 5302-2000

3、鋁合金壓鑄件。ADC12相當(dāng)于中國(guó)國(guó)產(chǎn)的合金代號(hào)YL113，合金牌號(hào)是YZAlSi11Cu3，執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)GB/T 15115-1994壓鑄鋁合金(該標(biāo)準(zhǔn)2002年就列入國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)修訂計(jì)劃，國(guó)標(biāo)計(jì)劃項(xiàng)目編號(hào)-T-604，但不知為何至今尚未完成)。 美國(guó)合金牌號(hào)是383，執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為：ASTM B 85-03 Standard Specification for Aluminum-Alloy Die Castings （可能還有比ASTM B 85-03更新的版本）。1、常識(shí)日本的ADC10及ADC12，基本上是用廢舊鋁再生的，日本還制訂出廢鋁再生壓鑄鋁合金的標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)前國(guó)內(nèi)廣泛應(yīng)用壓鑄合金Y112，依據(jù)

4、機(jī)械工業(yè)部的壓鑄合金標(biāo)準(zhǔn)，比較適宜于用廢鋁來熔煉，這無疑可緩解鋁錠供不應(yīng)求的矛盾。2、成分成分鋁（Al）銅（Cu）硅（Si）鎂（Mg）鋅（Zn）鐵（Fe）錳（Mn）鎳（Ni）錫（Sn）含量余量12.00.31.00.33、ADC12物理性能牌號(hào)機(jī)械及物理性能Mechanical properities抗拉試驗(yàn)硬度試驗(yàn)抗拉強(qiáng)度Mpa耐力Mpa延伸率%HBHRB平均值A(chǔ)STM平均值A(chǔ)STM平均值A(chǔ)STM平均值A(chǔ)STM平均值A(chǔ)DC12228143101541415074.11.58640.01.8Si影響鑄造型；Mn，Mg影響防腐性；Cu，Zn影

5、響強(qiáng)度，按雜質(zhì)算。各元素對(duì)鋁合金的影響并不是越多越好，而且各元素之間會(huì)有影響，Si提高塑造性的同時(shí)會(huì)降低強(qiáng)度，Mg，Zn特定條件下可大大提高Al的強(qiáng)度，但Mg是降低Al合金強(qiáng)度的。4、密度、熔點(diǎn)鋁合金ADC12密度：2.65g/cm32.75g/cm3熔點(diǎn)：660.32沸點(diǎn)：2519一般情況下合金的熔點(diǎn)比純金屬的熔點(diǎn)應(yīng)該低點(diǎn)。3加熱系統(tǒng)本實(shí)驗(yàn)通過可調(diào)電熱板模擬熱源即IGBT大功率器件，熱源表面積為：122X129.5 mm2，散熱器板上放上可調(diào)電熱板，中間涂上導(dǎo)熱硅脂。3.1導(dǎo)熱硅脂簡(jiǎn)介導(dǎo)熱硅脂是一種高導(dǎo)熱絕緣有機(jī)硅材料，幾乎永遠(yuǎn)不固化，可在-50230的溫度下長(zhǎng)期保持使用時(shí)的脂膏狀態(tài)。既具有

6、優(yōu)異的電絕緣性，又有優(yōu)異的導(dǎo)熱性，同時(shí)具有低油離度（趨向于零），耐高低溫、耐水、臭氧、耐氣候老化，。它可廣泛涂覆于各種電子產(chǎn)品，電器設(shè)備中的發(fā)熱體 （功率管、可控硅、電熱堆等）與散熱設(shè)施（散熱片、散熱條、殼體等）之間的接觸面，起傳熱媒介作用和防潮、防塵、防腐蝕、防震等性能，此類硅材料對(duì)產(chǎn)生熱的電子元件，提供了極佳的導(dǎo)熱效果。 在散熱與導(dǎo)熱應(yīng)用中，即使是表面非常光潔的兩個(gè)平面在相互接觸時(shí)都會(huì)有空隙出現(xiàn)，這些空隙中的空氣是熱的不良導(dǎo)體，會(huì)阻礙熱量向散熱片的傳導(dǎo)。而導(dǎo)熱硅脂就是一種可以填充這些空隙，使熱量的傳導(dǎo)更加順暢迅速的材料。1、 工作溫度一般不超過200，高溫可達(dá)300，低溫一般為-60左右。

7、2、 性能參數(shù)序號(hào)項(xiàng)目指標(biāo)值1外觀白色膏狀物2針入度1/10工作前2402603揮發(fā)份20024hr%2.04擊穿強(qiáng)度MV/m65導(dǎo)熱系數(shù)W/M.K0.653、 使用方法本產(chǎn)品工藝性能比較好，可直接施工，施工方法可采用毛筆涂抹、滾涂或絲網(wǎng)印刷。3.2電熱板簡(jiǎn)介1、主要技術(shù)參數(shù)參數(shù)電源電壓加熱功率控溫范圍尺寸范圍220V 50HZ5KW室溫400自定2、產(chǎn)品特點(diǎn)l 外殼采用優(yōu)質(zhì)冷軋鋼板沖壓而成，表面靜電噴塑工藝處理l 加熱板為不銹鋼板或鑄鐵材料，表面經(jīng)防腐工藝處理l 全封閉式加熱盤、無明火、升溫快、安全可靠l 可調(diào)節(jié)所需要的功率3、安裝可調(diào)電熱板通過4個(gè)螺釘固定在散熱板的上面板，中間涂上導(dǎo)熱硅脂

8、。4溫度檢測(cè)系統(tǒng)4.1系統(tǒng)框圖圖1-34.2溫度測(cè)試點(diǎn)布置如圖1-3所示，溫度檢測(cè)系統(tǒng)需要對(duì)散熱板、入水口、出水口、溫度進(jìn)行檢測(cè)，通過采集散熱板測(cè)溫點(diǎn)可以了解IGBT在穩(wěn)定工作狀態(tài)1.3KW時(shí)，散熱板的溫度分布和溫度最高點(diǎn)，從而對(duì)進(jìn)一步優(yōu)化散熱器結(jié)構(gòu)起到指導(dǎo)作用。同時(shí)，測(cè)試入水口、出水口的溫度，得到水的溫升，為計(jì)算水所帶走的熱量提供依據(jù)。1、散熱板上表面溫度點(diǎn)的布置（待定）2、入水口、出水口測(cè)溫點(diǎn)的布置入水口、出水口測(cè)溫點(diǎn)分別置于入水口和出水口管口中央，將溫度傳感器固定于測(cè)試點(diǎn)。4.3溫度傳感器熱電阻4.3.1溫度傳感器熱電阻應(yīng)用原理溫度傳感器熱電阻是中低溫區(qū)最常用的一種溫度檢測(cè)器。它的主要特

9、點(diǎn)是測(cè)量精度高，性能穩(wěn)定。其中鉑熱電阻的測(cè)量精確度是最高的，它不僅廣泛應(yīng)用于工業(yè)測(cè)溫，而且被制成標(biāo)準(zhǔn)的基準(zhǔn)儀。4.3.2溫度傳感器熱電阻測(cè)溫原理及材料溫度傳感器熱電阻測(cè)溫是基于金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度的增加而增加這一特性來進(jìn)行溫度測(cè)量的。溫度傳感器熱電阻大都由純金屬材料制成，目前應(yīng)用最多的是鉑和銅，此外，現(xiàn)在已開始采用鎳、錳和銠等材料制造溫度傳感器熱電阻。通過研究發(fā)現(xiàn)，金屬鉑的電阻值隨溫度變化而變化，并且具有良好的重現(xiàn)性和穩(wěn)定性，利用鉑的此種物理特性制成的傳感器成為鉑電阻溫度傳感器，通常使用的鉑電阻溫度傳感器零度阻值為100。1、 鉑電阻PT100性能參數(shù)序號(hào)項(xiàng)目1電阻變化率0.38512精度0

10、.53穩(wěn)定性、抗震性穩(wěn)定性好，抗震、抗沖擊性好4應(yīng)用范圍中低溫區(qū)（-200650）因此，本實(shí)驗(yàn)溫度傳感器選擇薄膜鉑電阻PT100。 2、鉑電阻溫度傳感器結(jié)構(gòu)從溫度傳感器熱電阻的測(cè)溫原理可知，被測(cè)溫度的變化是直接通過溫度傳感器熱電阻阻值的變化來測(cè)量的，因此，溫度傳感器熱電阻體的引出線等各種導(dǎo)線電阻的變化會(huì)給溫度測(cè)量帶來影響。為消除引線電阻的影響一般采用三線制或四線制。兩線制圖1-4傳感器電阻變化值與連接導(dǎo)線電阻值共同構(gòu)成傳感器的輸出值，由于導(dǎo)線電阻帶來的附加誤差使實(shí)際測(cè)量值偏高，用于測(cè)量精度要求不高的場(chǎng)合，并且導(dǎo)線的長(zhǎng)度不宜過長(zhǎng)。三線制圖1-5要求引出的三根導(dǎo)線截面積和長(zhǎng)度相同，測(cè)量鉑電阻的電路

11、一般是不平衡電橋，鉑電阻作為電橋的一個(gè)橋臂電阻，將導(dǎo)線一端接到電橋的電源端，其余兩根分別接到鉑電阻所在的橋臂及相鄰的橋臂上，見 圖1-6，當(dāng)橋路平衡時(shí)，通過計(jì)算可知，Rt=R1R3/R2+R1r/R2-r，當(dāng)R1=R2時(shí)，導(dǎo)線電阻的變化對(duì)測(cè)量結(jié)果沒有任何結(jié)果，這樣就消除了導(dǎo)線線路電阻帶來的測(cè)量誤差，但是必須為全等臂電橋，否則不可能完全消除導(dǎo)線電阻的影響，但分析可見，采用三線制會(huì)大大減小導(dǎo)線電阻帶來的附加誤差，工業(yè)上一般都采用三線制。圖1-63、安裝用707PTC傳感器硅橡膠（傳感器專用膠、707硅橡膠）或采用點(diǎn)溫膠將傳感器貼裝于被測(cè)物表面，引出輸出線。TM-707膠是一種無毒、無溶劑、無污染、

12、無腐蝕、耐老化、流淌型單組份室溫固化有機(jī)硅膠液。耐溫-60300。該膠尤其對(duì)金屬表面有很強(qiáng)的附著力，不易剝落，被廣泛用于PTC片與鋁散熱片的粘結(jié)、密封，以及傳感器表面插件線或片的涂敷、固定。其與點(diǎn)溫膠的區(qū)別是前者固化慢易拆卸，后者固化快不易拆卸。4.4信號(hào)調(diào)理板信號(hào)調(diào)理板為熱電阻PT100提供輸入接口（32個(gè)），并對(duì)采集的模擬溫度信號(hào)進(jìn)行調(diào)理，再通過輸出接口（32個(gè)）將調(diào)理好的信號(hào)傳輸給NI數(shù)據(jù)采集卡。信號(hào)調(diào)理板還具備每一路信號(hào)過溫聲光報(bào)警功能及每一路故障顯示功能，每一路也都配有開關(guān)。電源采用5V穩(wěn)壓電源，電源功率待定，為便于安裝拆卸，所有接口采用螺絲端子，可將調(diào)理板封裝在殼體內(nèi)引出接線端子。

13、方案一信號(hào)調(diào)理電路需要32路，每一路的典型電路如下：方案二或者采用MAXIM公司生產(chǎn)的雙通道、鉑電阻RTD至電壓信號(hào)調(diào)理器芯片MAX6603。其特點(diǎn)如下：l 放大Pt RTD溫度信號(hào)l RTD輸入具備15kV ESD保護(hù)l RTD輸入具備+16V過壓保護(hù)l 低RTD激勵(lì)電流使自熱誤差減至最小l 小型10引腳TDFN封裝l 比例工作l 標(biāo)準(zhǔn)RTD無需校準(zhǔn)l RTD診斷檢測(cè)與PT100連接電路圖，如圖1-7圖1-7鉑電阻RDT輸入與電壓輸出，如圖1-8圖1-8建議使用MAX6603，可以縮短設(shè)計(jì)周期，保證采集溫度的準(zhǔn)確性，MAX6603網(wǎng)上報(bào)價(jià)1.5美元/片。4.5 NI數(shù)據(jù)采集卡NI數(shù)據(jù)采集卡將

14、來自信號(hào)調(diào)理板的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并實(shí)現(xiàn)同上位機(jī)的通信及對(duì)過溫報(bào)警信號(hào)的輸出。1、NI數(shù)據(jù)采集卡采用NI USB-6343，其特點(diǎn)如下：l 32路模擬輸入, 500 kS/s, 16位分辨率, 10 Vl 4路模擬輸出, 900 kS/s, 16位分辨率, 10 Vl 48條數(shù)字I/O線 (其中32條為1 MHz硬件定時(shí)線)l 4路32位計(jì)數(shù)器/定時(shí)器, 針對(duì)PWM、編碼器、頻率、事件計(jì)數(shù)高級(jí)定時(shí)和觸發(fā), 配有NI-STC3定時(shí)和同步技術(shù)2、支持Windows 7/Vista/XP操作系統(tǒng)NI USB-6343設(shè)備提供多線程N(yùn)I-DAQmx驅(qū)動(dòng)軟件并且與LabVIEW 8.5、LabWi

15、ndows/CVI 8.1、或Measurement Studio 8.0.1；LabVIEW SignalExpress 2.x；或帶LabVIEW Real-Time模塊8.5的LabVIEW兼容，還兼容ANSI C/C+和Microsoft Visual Studio .NET。NI數(shù)據(jù)采集卡與電腦的連接如圖1-9圖1-9 4.6上位機(jī)上位機(jī)采用LABview開發(fā)。LABview能通過USB口和NI數(shù)據(jù)采集卡完美結(jié)合，減輕開發(fā)負(fù)擔(dān)，縮短開發(fā)周期。上位機(jī)應(yīng)實(shí)現(xiàn)溫度的非線性調(diào)整及精度的校正，報(bào)警信號(hào)的控制，溫度顯示及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能。溫度顯示以柱狀和數(shù)字雙顯示或者以曲線和數(shù)字雙顯示?？梢园褱囟确?/p>

16、類分頁(yè)顯示，例如可分為主要芯片溫度、電阻溫度、IGBT溫度、散熱片溫度等。還可以對(duì)溫度值做簡(jiǎn)單的計(jì)算，比如計(jì)算出最高溫度、平均溫度等。LABview界面如下圖1-10所示：圖1-105壓強(qiáng)檢測(cè)系統(tǒng)本實(shí)驗(yàn)通過KZY-KC差壓變送器為模擬型壓力變送器，敏感元件采用高性能原裝進(jìn)口擴(kuò)散硅充油芯體，帶隔離膜片。溫度范圍寬，過載能力耐腐能力強(qiáng)，適用面廣。如圖1-11所示1、差壓變送器主要技術(shù)指標(biāo)：l 精度：0.1%l 接口:M6*1l 供電：24VDCl 量程：02KPa2MPal 溫度：-2085l 輸出:4mA20mA/05v（通過上位機(jī)實(shí)現(xiàn)）l 介質(zhì):氣體、液體2、特點(diǎn)：l 雙316L隔離膜片、防腐性好l 抗干擾設(shè)計(jì)l 體積小、安裝方便圖1-116流量檢測(cè)系統(tǒng)本實(shí)驗(yàn)流量通過比例積分調(diào)節(jié)閥系列能調(diào)節(jié)水的流量，實(shí)現(xiàn)對(duì)流量的控制。如圖1-12產(chǎn)品特點(diǎn)：l 通過上位機(jī)控制：電壓（010V）、電流（420mA）l 傳動(dòng)齒輪采用金屬齒輪，大大提高了驅(qū)動(dòng)器的使用壽命l 閥體有鑄銅、鑄鐵、鑄鋼、不銹鋼多種材質(zhì)可供選擇，以適合不同工作介質(zhì)及溫度的要求l 閥體有鑄銅、鑄鐵、鑄鋼、不銹鋼多種材質(zhì)可供選擇，以適合不同工作介質(zhì)及溫度的要求圖1-127水循