CN101299030A - 热管测量系统及测量方法 - Google Patents

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CN101299030A CNA2007101672699A CN200710167269A CN101299030A CN 101299030 A CN101299030 A CN 101299030A CN A2007101672699 A CNA2007101672699 A CN A2007101672699A CN 200710167269 A CN200710167269 A CN 200710167269A CN 101299030 A CN101299030 A CN 101299030A
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陈次郎
游本懋
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2200/00—Prediction; Simulation; Testing
    • F28F2200/005—Testing heat pipes

Abstract

本发明提供一种热管测量系统及测量方法，包含连接至一第一温度感应计之一第一端及一第二温度感应计之一第二端；一加热器，连接至该第一端及一多功能加热控制器；一多功能加热控制器电性连接到该加热器及该第一或第二温度感应计；一热电冷却器，连接至该第二端；以及一热电冷却器控制器，电性连接至该第一温度感应计或该第二温度感应计，其中该热电冷却器控制器包含一比例－积分－微分控制器，该加热控制器具备定温控制与定热功率控制模式；从而可以在短时间内决定热管的热导系数；且能精确、稳定地控制冷却的温度，以精确的结果来决定热管的热导系数以及易于维护且不需水流循环次系统。

Description

热管测量系统及测量方法
技术领域
本发明系关于一种热管测量系统，特别是关于分辨热管质量之热管测量系统。
背景技术
热管是目前广泛用于个人计算机、可携式计算机、或游戏机用以散热之重要组件。想藉由热管的外观来判断热管的质量是非常困难的，应该测量热导系数以决定热管的质量。习知的热管测量系统是在凝结端利用水流循环控温，在蒸发端以定功率加热。如此需要较长的时间来达到热平衡以完成测量。往往由于水流循环次系统的不稳定导致测量的误差，然而维持水流循环次系统的稳定是相当耗时且昂贵的。于热管测量系统中，特别是大量生产的生产线，一般测量系统是相当耗时、不精确、难以维护且不符经济效益。因此，有必要提供一个快速、准确、易于维护且符合经济效益的测量系统模式。
发明目的
本发明的目的在于提供一测量系统以便在短时间内决定热管的热导系数。
本发明的另一目的在于提供一测量系统，藉由精确且稳定地控制冷却的温度，以精确的结果来决定热管的热导系数。
本发明的另一目的在于提供一易于维护且不需水流循环次系统的测量系统。
为现实上述目的，本发明采用了下述技术方案：该热管测量系统包含一热管在于提供电子设备冷却，该热管包含连接至一第一温度感应计之一第一端及一第二温度感应计之一第二端；一加热器，连接至该第一端及一加热控制器；一热电冷却器，连接至该第二端；以及一热电冷却器控制器，电性连接至该第一温度感应计或该第二温度感应计，其中该热电冷却器控制器包含一比例-积分-微分控制器，该加热控制器具备定温控制或定热功率控制，其中该电子设备具至少一产生高热量且热量集中电子组件，该电子设备之高热量电子组件种类例如可包含一计算机、一可携式计算机、或一游戏机之一中央处理器或一图形处理器，一计算机屏幕、一液晶电视屏幕、或一高效率照明灯之一高功率发光二极管等。
通过上述技术方案，从而该发明具有下述有益效果：可以在在短时间内决定热管的热导系数；能精确、稳定地控制冷却的温度，以精确的结果来决定热管的热导系数以及易于维护且不需水流循环次系统。
附图说明
图1为本发明测量系统之一实施例。
图2为本发明热电冷却器控制器之一实施例。
图3为本发明包含一多功能加热控制器之一实施例。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作出进一步的详细说明。
参考图1，为本发明测量系统之一实施例。热管110用以冷却一生热组件，例如中央处理器，的冷却模块中的部分组成组件。热管110可能包含环绕热管110凝结端之一热管支撑平台111，及环绕热管110蒸发端之另一热管支撑平台112。热管支撑平台111及112(具夹持功能之平台座)都是具有高热导系数的物质，例如金属。热管支撑平台111及112也都是测量系统中重要的组成组件。
加热器130透过热管支撑平台111对热管110的蒸发端加热。加热器130根据多功能加热器控制器150的设定，可能藉由电力产生热能来达到定温(如第2，3图之信号Stfb所示)或定热功率(如第3图S切换至Spfb所示)加热，多功能加热器控制器150。藉由定热功率Q，或是动态调整热功率以使温度感应计171所测量的蒸发端的温度为定值的方法来控制加热器130。
热电冷却器控制器120控制热电冷却器模块250且透过热管支撑平台112冷却热管110的凝结端。热电冷却器模块250其结构可能包含，但不限于，矩阵排列于基板上的热电材块。散热器160连接到热电冷却器模块120以帮助散热。散热器160可能包含，但不限于，鳍状金属结构(热交换结构)。任何可帮助热电冷却器模块250散热的结构皆在本专利所保护的范围内。此外，风扇(未图示)或是水流循环皆可用来帮助散热。温度感应计174监测因热电冷却器模块250及散热器160所达到的的温度。
热电冷却器控制器120连接到热电冷却器模块250，藉由温度感应计174的回馈来控制散热效率以产生稳定的温度。位于热管110蒸发端的温度感应计172(为了T1的计算)及173(为了T1的计算)测量所对应的温度，前者靠近热管110的端点，后者较远离热管110的端点。计算这两个对应的温度得到蒸发端的第一平均温度T1。位于热管110凝结端的温度感应计175(为了T2的计算)及176(为了T2的计算)测量所对应的温度，前者靠近热管110的另一端点，后者较远离热管110的此另一端点。计算这两个对应的温度得到蒸发端的第一平均温度T2。上述T1及T2的计算只是举例说明，不应限定为蒸发端及凝结端温度的惟一定义，T1及T2，亦即蒸发端及凝结端温度的其它定义位置与方式，不应被视为脱离本发明的范畴。
所测量的热管的热导系数K是由公式Q＝K(T1-T2)所得。凝结端是藉由热电冷却器控制器120做定温控制。蒸发端可给予定热功率Q控制或是做另一固定温度的定温控制。多功能加热器控制器150具备这两种控制模式。前一控制模式中，K是藉由测量T1及T2及给定的Q计算所得。后一控制模式中，多功能加热器控制器150会测量所需的Q。K是藉由测量Q、T1、T2之后计算所得。
参考图2，为本发明热电冷却器控制器200(即第1图之热电冷却器控制器120)之一实施例。热电冷却器控制器200包含一电压设定电路210，一比例-积分-微分控制器220，一双向驱动电路230，及一温度对电压转换电路240。热电冷却器模块250的温度感应器260传送所监测的温度的讯号到温度对电压转换电路240。温度对电压转换电路240根据温度的讯号以电压设定电路210产生对应电压(Stfb，温度回馈讯号，temperature feed back signal)。对应电压和对应于预设温度的预设电压(V)相比，以产生比例-积分-微分控制器220的输入电压。比例-积分-微分控制器220产生输出电压到双向驱动电路230，然后产生热电冷却器模块250所需的电流。比例-积分-微分控制器220藉由加总比例增益、输入讯号的积分及微分部份，以及控制器内部设定的适当的比例-积分-微分参数的调整，计算出输出讯号。双向驱动电路230伴随预设的补偿，接着转换比例-积分-微分输出讯号成电流。由于在整个测量的过程中，热电冷却器模块250可以加热或冷却热管，流过热电冷却器模块250的电流可以是正极性或负极性。双向驱动电路230可以根据这样的需求而运作。对于提高驱动能量的效率，双向驱动电路230常以脉冲宽度调变(PWM)的形式来实施，但本发明不局限于该结构。
参考图3，为本发明热电冷却器控制器200具多功能加热控制器205之一实施例。其中多功能加热控制器205包含一电压设定电路210，一比例-积分-微分控制器220，一驱动电路235，一温度对电压转换电路240，及一功率对电压转换电路245。加热器255的温度感应计260传送所监测的温度的讯号到温度对电压转换电路240。温度对电压转换电路240根据温度以电压设定电路210产生对应电压(Stfb，温度回馈讯号，temperature feed back signal)。对应电压和对应于预设温度的预设电压(V)相比，以产生比例-积分-微分控制器220的输入电压。功率对电压转换电路245根据由驱动电路235之输出电压与电流乘积产生对应电压(Spfb，功率回馈讯号，power feed backsignal)。对应电压(S)和对应于预设温度的预设电压(V)相比，以产生比例-积分-微分控制器220的输入电压。比例-积分-微分控制器220产生输出电压到驱动电路235，然后产生加热器255所需的电流。比例-积分-微分控制器220藉由加总比例增益、输入讯号的积分及微分部份，以及控制器内部设定的适当的比例-积分-微分参数的调整，计算出输出讯号。驱动电路235伴随预设的补偿，接着转换比例-积分-微分输出讯号成电流。由于在整个测量的过程中，加热器255可以加热热管，流过驱动电路235的电流可以任一方式连接。驱动电路235可以根据这样的需求而运作。对于高效率的驱动能量，驱动电路235常以脉冲宽度调变(PWM)的形式来实施，但本发明不局限于该结构。
比例-积分-微分控制器220使用众所皆知的算法：
u ( t ) = K p e ( t ) + K i ∫ o t e ( τ ) dτ + K d de dt
为了最佳化控制，u(t)为比例-积分-微分控制器220的输出，e(t)为误差讯号，其定义为温度以电压设定电路210的输入与温度对电压转换电路240的回馈(定温控制模式)或是功率对电压转换电路245的回馈(定功率控制模式)之差，Kp、Ki、Kd分别为比例、积分、微分之时间常数。
本发明较佳具体实施例的前述说明系用于示范及说明目的。其非旨于彻底或使本发明限于该精确形式或已揭示之范例性具体实施例。因此，先前说明应视为示范性而非限制性。显然许多修正及变化对于熟习此项技术人士将是很明显的。具体实施例之选择及描述是为了更佳解释本发明的原理及其实际应用之最佳模式，从而允许熟习此项技术人士理解用于各种具体实施例之本发明，且具有适合于特定使用或所涵盖实作之各种修改。本发明意于使其范畴由在此所附之申请专利范围及其等同者定义，其中除非另有说明，否则所有请求项均包含其最广泛之合理范围。应了解到，可由熟习此项技术者对于具体实施例进行改变，而不脱离由以下申请专利范围所定义之本发明的范畴。再者，本揭露书中没有任何组件及组件系意以用于公众，不管该组件或组件是否在以下申请专利范围中明确地提及。此外，本揭露书的摘要系提供用以顺应摘要规则之要求，其允许搜寻者迅速地确定从此揭露书发布的任何专利之技术揭露主题。应要了解到其非用于解释或限制申请专利范围的范畴或意涵。

Claims (10)

1.一种热管测量系统，其特征在于：包含；
一热管，包含连接至一第一温度感应计之一第一端及一第二温度感应计之一第二端；
一加热器，连接至该第一端及一加热控制器；以及
一控制器，电性连接至该第一温度感应计或该第二温度感应计，其中该控制器包含一比例-积分-微分控制器用以定温控制或定热功率控制。
2.如权利要求1所述的热管测量系统，其特征在于：还包含连接至该第二端之一热电冷却器模块。
3.如权利要求2所述的热管测量系统，其特征在于：其中该热管用于电子设备冷却，该电子设备至少包含一产生高热量电子组件，该电子设备之高热量电子组件种类包含一计算机、一可携式计算机、或一游戏机之一中央处理器或一图形处理器，或一计算机屏幕、一液晶电视屏幕、一高效率照明灯之一高功率发光二极管。
4.如权利要求2所述的热管测量系统，其特征在于：其中该热电冷却器连接至一散热器(heat sink)，该散热器包含由金属制成之一热交换结构。
5.如权利要求2所述的热管测量系统，其特征在于：其中包含环绕该热管第一端之第一金属结构以连接至该加热器。
6.权利要求2所述的热管测量系统，其特征在于：其中包含环绕该热管第二端之第二金属结构以连接至该热电冷却器模块。
7.一种热管测量方法，其特征在于：包含下述步骤：
提供一热管；
由一加热器加热该热管之一第一端；以及
由复数个温度感应计分别测量该第一端之一第一温度，及测量一第二端之一第二温度。
8.如权利要求7所述的热管测量方法，其特征在于：在测量温度步骤之前进一步包含一步骤，藉由一热电冷却器冷却该热管之一第二端。
9.如权利要求7所述的热管测量方法，其特征在于：其中该热电冷却器连接至一热电冷却器控制器，该热电冷却器控制器包含一比例-积分-微分控制器，提供定温控制。
10.如权利要求7所述的热管测量方法，其特征在于：其中该加热器连接至一多功能加热器控制器，提供一定热功率或定温控制。
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