Устройство для измерения теплового сопротивления радиоэлектронных компонентов

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕПЛОВОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ КОМПОНЕНТОВ, содержащее термостат , в который помещен испытуемый компонент, и источник питания, выходы которого подключены к выводам ;испытуемого компонента отличающееся тем, что, С: целью повышения его быстродействия, в него введены эталонный компонент, ключ, блок измерения скважности импульсов и дифференциальный термокомпаратор , входы которого находятся .в тепловом контакте с испытуемьм компонентом и эталонным компонентсм, помещенным в том же термостате, а выход соединен с входом блока измерения скважности импульсов и управляюорш входом ключа, причем один из выводов испытуемого компонента подключен к соответствующему выходу источника питания через ключ, а оба вывода эталонного компонента - к выходам источника питания.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

ЮМ И

РЕСПУБЛИК

sess ГОСУДАРСТВЕННЬЙ КОМИТЕТ СССР по делдм изоБР -тений и отнРытий

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3561418/24-2 (22) 28.02.83 (46) 15.12.84. Бюл. N - 46 (72) О.Л. Мезенин и Ю.С. Глинских (71) Ленинградский ордена Ленина политехнический институт им. М.И. Калинина (53) 621.317.38(088.8) (56) 1. Дульнев Г.Н., Семяшкин Э.М.

Теплообмен в радиоэлектронных аппаратах. N., Л., "Энергия", 1968, с. 359 с, ° 2 ° Исследование возможностей оценки допустимых электрических нагрузок конденсаторов с учетом их принудительного охлаждения в аппаратуре.

Отчет НИИГириконд НПО Позитрон".

Руководитель работы Б.Ю. Геликман.

Тема "Нагрев" В ГР У -25840-Л, 1977. (54) {57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ТЕПЛОВОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ РАДИОЭЛЕК„„SU„„1129539 А

ТРОННЫХ КОМПОНЕНТОВ, содержащее. термостат, в который помещен испытуемый компонент, и источник питания, выходы которого подключены к выводам .— испытуемого компонента о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения его быстродействия, в не» го введены эталонный компонент, ключ, блок измерения скважностй импульсов и дифференциальный термоком паратор, входы которого находятся .в тепловом контакте с испытуемж компонентом и эталонным компонентом, помещенным в том же термостате, а выход соединен с входом блока йзмереиия скважности импульсов и управляющим входом ключа, причем один иа выводов испытуемого компонента подключен к соответствующему выходу источника питания через ключ, а оба вывода эталонного компонента — к выходам ис- Q точника питания.

1 1129

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано как при проведении научно-исследовательских работ, так и для измерения теплового сопротивления радио- электронных компонентов.

Под тепловым сопротивлением образца Rт понимается: коэффипиент, связывающий нагрев данного образца 9 мощностью, рассеиваемой в нем Р, 10 то е а где  — превьппение температуры теплового центра (наиболее нагретой точки) детали относительно температуры окружающей <..< среды.

Известно устройство для измерения теплового сопротивления радиоэлектронных компонентов, содержащее термометр, измеритель рассеиваемой мощности, источник питания и испытуемый образец (в данном случае — кон". денсатор с вмонтированной в него тер"

-мопарой). При включении электрической нагрузки от источника вследствие потерь тепловыделения в образце начинается его нагрев. По достижении установившегося теплового режима

ЗО производится измерение мощности потерь и превьппения температуры. теплового центра образца и по формуле ,(1) рассчитывается тепловое сопротивление К. f13.

Однако данное устройство позволя- З5 ет измерять К только специально подт готовленных образцов, когда при их изготовлении в тепловой центр помещается термодатчик (термопара). Есг{и, имея в виду конденсаторы, трансфор40 маторы или дроссели, термопару возможно вмонтировать в образец, то для силовых полупроводниковых приборов такая операция невозможна. Кроме того, устройство. непригодно для

45 контроля R серийных деталей при их массовом производстве.

Известно также устройство„для измерения сопротивления радиоэлек.-. о тронных компонентов, содержащее тер50 мостат, в который помещен испытуемый компонент (конденсатор}, измеритель емкости, выводы которого соединены с выводами конденсатора, источник питания (генератор синусоидальных колебаний) и ваттметр, соединенные последовательно с испытуемым компонентом, позволяющее косвенным сносо бом измерить R конденсатора. Вначале с использованием термостата и измерителя емкости снимается зависимость величины емкости конкретного конденсатора от температуры в установившемся тепловом режиме, используемая в дальнейшем в качестве градуировочной кривой. Затем на конденсатор подается синусоидальное напряжение от источника, под воздействием которого конденсатор нагревается вследствие потерь энергии в нем.

После установления теплового режима снимается электрическая нагрузка и сразу же измеряется величина емкости конденсатора. С помощью градуировочной кривой определяется превышение температуры теплового центра

8 а далее по измеренной мощности потерь с использованием формулы (1) определяется тепловое сопротивление {2 ).

Известное устройство применимо только в лабораторных условиях для измерения RT единичных образцов, Весь процесс измерения требует нескольких часов, необходимых для установления температурного режима внутри термостата, и поэтому неприменим в условиях массового производства.

Цель изобретения — повьппение быстродействия.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения теплового сопротивления радиоэлектронных компонентов, содержащее термостат, в который помещен испытуемый компонент, и источник питания, выходы которого подключены к выводам испытуемого компонента, введены эталонный компонен1, кляч, блок измерения скважности импульсов и дифференциальный термокомпаратор входы которого находятся в тепловом контакте с

I испытуемым .компонентом и эталонным компонентом, помещенным в том же термостате, а выход соединен с входом блока измерения скважности импульсов и управляющим входом ключа, причем один из выводов испытуемого компонента подключен к соответствующему выходу источника питания через кыоч, а оба вывода эталонного компонента — .к выходам источника питания.

На фиг. 1 приведена блок-схема предложенного устройства; на фиг.2— временные диаграммы температур исслецуемого и.эталонного компонентов.

3 11295

Устройство содержит датчик 1 разности температур„ испытуемый 2 и . эталонный 3 компоненты, помещенные в термостате 4 и находящиеся в тепловом контакте блок 5 измерения скважt

5 ности импульсов, вход которого через последовательно соединенные реле 6 и усилитель 7 подключен к выходу датчика 1. Блок 5 содержит секундомеры

8 и 9 и переключатель i0, выполненный в виде первой группы контактов реле 6. Первый выход источника 11 питания подключен к первым выводам компонентов 2 и 3, а второй выход источника 11 — к второму выводу ис15 пьвтуемого компонента 2 через ключ 12, выполненный в виде второй группы контактов реле 6. Второй вывод эталонного компонен":а 3 соединен с втоpbIM ВЫХОДОМ источника 11 через атте нюатор 13, введение которого позволяет применить в качестве эталонного компонента 3 элемент, идентичный испытуемому компоненту 2. Последовательно соединенные датчик i, усилитель 7.и реле 6 образуют дифференциальный термокомпаратор.

Устройство работает следующ м образом.

Датчик 1 представляет собой тер30 .Моэлектрический преобразователь, сконструированный по типу вспомогательной стенки. Ha его плоских поверхностях расположены несколько тысяч последовательно включенных термопар, обеспечивающих его высо- З5 кую чувствительность. На эталонный компонент 3 подается напряжение амплитудой U „ от источника 11, величина которого может изменяться скачкообразно с помощью аттенюатора 13, Компонент 3 находится под нагрузкой непрерывно. Компонент 2 в начальный момент времени отключен от источника 11. Управляющее напряжение. через нормально замкнутые контакты реле 6 подается на секундомер 9, который измеряет интервал времени т .

При достижении определенной разности температур йТ корпусов этат лонного 3 и испытуемого 2 компонентов, датчик 1 вырабатывает термоЗДС, которая после усиления в усилителе 7 обуславливает срабатывание реле 6. При этом через нормально разомкнутые контакты ключа 12 напряжение источника 11 амплитудой U > подключается к испытуемому компоненту 2.

39 4

При любой величине U „. значение амплитуды V всегда остается большим, чем U, т.е. выполняется услоМ1 в вие (2)

U =пП мв. в где п>1

Вследствие этого температура корпуса испытуемого компонента 2.изменяется быстрее, чем эталонного ком-. понента 3 и к окончанию промежутка превысит температуру корпуса эта-лонного компонента 3 на йТ2 . При этом напряжение датчика 1 станет таковым, что реле 6 возвратится в исходное состояние. Секундомер 8, на который управляющее напряжение подается через нормально разомкнутые контакты переключателя 10, измерит интервал времени t

В следующем промежутке времени испытуемый компонент 2 остывает, температура его корпуса уменьшается.

К окончанию этого промежутка .термоЭДС датчика 1 станет таковой, что снова срабатывает реле 6. Испытуемый компонент 2 начинает нагреваться и т,д.

Таким образом, описанная часть предложенного устройства представляет собой автоматический регулятор, поддерживающий примерно одинаковьичи температуры корпусов эталонного 3 и испытуемого 2 компонентов.

Превышения температур тепловых центров компонентов 2 и 3 определяются в соответствии с (1) по формулам

0„„=К,„„, Р, „, зт =Н т эт Рп,зт (3)

Индекс "исп" относится к параметрам испытуемого компонента 2, а ин-.

tl It декс эт — к параметрам эталонного компонента 3.

Мощность потерь тепловыделения пропорциональна квадрату амплитуды переменного напряжения. Тогда с учетом (2) можно записать

Из отношения формул (3) с уче атом (4) имеем

В R сп и т сп а„ откуда (7) К =R т. иср т, эт

ЗНКИПК - Заказ 9444/35 . Тираж 710 Подписное филиал ШШ Загар", г. Узц ори, уа.йроектиая,4 исп т, иап R,в "З вЂ” ° (5) п,.бэ.

У компонентов 2 и 3 одного типономинала при одинаковых температурах корпусов примерно одинаковы и температуры теловых центров. Разница в величине теплового сопротивления может быть. скомпенсирована только разным временем нагрева компонентов 2 и 3. В установившемся тепловом режиме вследствие высокой чувствительности автоматического регулято« 15 ра колебания температур корпусов происходят в очень малом- диапазоне (величинй аТ> и д Т, на фиг. 2 очень малы). Поэтому зависимость возрастания (спадания) температуры Т (t), - 20 происходящая-по экспоненциальному закону, можно полагать линейной функцией времени.. Тогда отношение превъппения температур. тепловых центров будет пропорционально отношению . 25 времен нагрева компонентов 2 и 3, т.е.

8 исп 2 (б)

Еэт te+ t2

Подставляя (б) в (5) получаем

7/8) Изменение коэффициента и с помощью аттенюатора 13.позволяет измерять R компонентов при разных уровнях температуры.

Таким .образом, измерив в установившемся теловом. режиме (по истечении нескольких. минут после включения устройства) интервалы времени и t с помощью секундомеров 8 и 9, и при известной величине R. эталонного компонента 3 по формуле (7) рассчитываем R испытуемого компонента .2.

Данное устройство позволяет быстро (в течение нескольких минут) произвести измерение теплового сопротивления радиоэлектронных компонентов, вследствие чего можно применять его в условиях массового производства, что способствует широкому использованию теплового сопротивления компонентов при проектировании радиоэлектронной аппаратуры.

Таким образом, представляется возможность обоснованно подбирать компоненты для конкретных электрических и тепловых режимов.