温度场测量综合试验.PDF

温度场测量综合实验 电子产品设计的环节主要包括性能、结构、散热、环境和电磁兼容性设计等五个方面。 性能设计是个专业深入研究的问题，结构、散热、环境和电磁兼容性设计则是我校工科学 生普遍应该了解和掌握的，其中散热设计是电子产品设计中容易忽视的重要环节，无数的 经验和教训证明了这一点。军品和民品的主要不同点之一就是军品具有良好的散热设计。 同学们常用的 PC 兼容电脑每到夏天高温季节，往往容易出现包括死机在内的各种各样的 软故障，就是散热设计不好导致电脑中部分器件过热保护或电气特性变坏造成的。 作为课题研究型实验，CPU 散热实验不再像以往的基础实验和专业实验那样照教材上 的实验步骤一步一步地进行实验，之后按要求完成千篇一律的实验报告，就算完成了实验。 相反，CPU 散热实验要求同学们根据自己的爱好，并结合实验室实验条件，和指导老师一 起拟定一个研究实验题目，教材提供与散热有关的基本原理和背景资料、提供实验室全部 仪器设备的使用说明书，与题目有关的较为深入的原理和技术数据，实验室有一定数量的 参考工具书，至于如何完成测试、试验、优化等实验过程，则由同学们自行确定步骤和方 案。最后，CPU 散热实验所要完成的不是一篇实验报告，而是一篇科技论文，因此，同学 们可以及早学会论文书写规则，有助于自己尽快成长为一名优秀的开发设计师。 【预习提要 】 （1）热电偶测温度有哪些优缺点? （2 ）为什么半导体器件的最高工作温度一般为 90-100℃? （3 ）电子仪器散热有哪几种常用的方法?各有哪些优缺点？ （4 ）为什么散热分析必须用有 限元分析的方法? 【实验要求】 （1）了解测量温度场和热流的基本方法 。 （2 ）学习使用 ANSYS 有限元分析软件建立散热器温度场模型。 （3 ）学习散热器优化设计的方法。 【实验目的】 测量一个散热器自然散热平衡时的温度场、建立温度场的 ANSY 软件模型。 【实验器材】 多路测温仪，恒功率控制装置，稳压 电源，CPU 发热模拟器，微机及 ANSYS 软件。 【实验原理】 （一）热量和散热 系统的热量增加将导致系统的温度上升，反之则温度下降 。散热的目的就是使系统的 温度不要上升到我们期望的量值之外。 电子设备所用的元器件和材料能够承受 的环境温度是有限的，而电子设备一般都是耗 能性装置，即需要外加能源（ 电源）才能工作，所以内部的温度都会上升，为了让 电子设 备可靠地工作，必须对其进行合理的散热设计。 如果把散热对象简单描述为热容量为 C 的等温固体，吸收热量 Q 后，温度会从 T0 上 升到 T，则下式成立： Q=C(T- T0)=C∆T (1-1) 可见系统温度 的升高不仅与吸收的热量成正比，还与本身的热容量成反比。 由于系统吸收的热量与所加的热功率 P 和加热时间 t 的关系是： Q=Pt (1-2) 所以，系统温度的升高与所加的热功率 P 、加热时间 t 成正比。相同条件下，增加散热 器的热容量可以缓解温度的上升速度，这一点在电子元件设计和大功率 电子设备设计中是 非常重要的。 实际的散热系统与环境之间是热平衡 的关系，即电子仪器吸收电能量后最终都转换成 热能并耗散到周围的环境中。假设电子仪器吸收的电功率为 P ，温度从 T0 上升到 T 后达到 热平衡，则温升为∆T= T- T0 ，我们定义该电子设备的热阻为 R=∆T/P （℃/W ） (1-3) 热阻是描述 电子设备散热能力的一个重要物理量，热阻小的则在相同输入功率条件下 温升较低，散热能力强，反之，热阻大的则在相同输入功率条件下温升较高，散热能力差。 电子散热的方法有多种，一般应根据设备的热密度（表面散热功率系数或体积发热功 率系数 ）来确定。表面散热功率系数适用于设备外部散热形式的选择；体积发热功率系数 适用于设备内部散热形式的选择 表 1-