CN104378934B - 一种耐高温高湿环境的无线传感器节点外壳 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种耐高温高湿环境的无线传感器节点外壳，通过隔热、吸热的手段使内部电路工作在合适温度下，以提高节点工作稳定性及使用寿命。节点外壳分为内外两层，外层由导热系数低的塑料制成，并在外表面涂有热反射涂料，尽量减少环境吸热。内层为方形蓄热盒，由导热系数大的金属铝制成，盒壁中空有空腔，空腔内填充具有合适熔点的相变吸热剂，吸收内部工作产热，并卡放有干燥剂，吸收热湿。通过外阻隔、内吸收的手段维持节点内部温度在特定值，可靠性和稳定性更高，且采用的相变吸热方式，在降温除湿的同时并不会消耗节点本就有限的能源，本发明尤其适合温室大棚等节点能量有限的高温高湿环境中。

Description

一种耐高温高湿环境的无线传感器节点外壳

技术领域

本发明专利涉及一种无线传感器节点外壳，更具体说，它涉及一种能够耐高温高湿环境的无线传感器节点外壳，适合作为温室大棚等高温高湿环境中的无线节点使用。

背景技术

随着技术的进步，节点不断向着小型化方向发展，根据摩尔定律，当价格不变时，集成电路上可容纳的晶体管数目，约每隔18个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。然而伴随着晶体管数目的增多及工作频率的提高，仪器产生的热量也越来越大，而小型化的发展要求集成电路工作在更为狭小的空间，这进一步阻碍了热量的散发。大量积累的热量直接影响到集成电路的可靠性及使用寿命。根据著名的十度法则，从室温算起，温度每升高十度，寿命大致会降低一半，因此，希望集成电路芯片工作温度不高于三十度。

湿度是引起电子元器件失效的另一大原因，潮湿能透过塑料封装从引脚等缝隙侵入元器件内部，产生吸湿现象，还会造成金属接头的氧化，使电子器件出现各式各样的故障。

温室大棚环境下，无线传感器节点分布在各处，面对着高温、高湿环境的考验，大多无线传感器节点都采用封闭技术,这在提高了节点抗干扰能力的同时也使得节点自身处于不利的热环境中，内部聚集的大量热量直接影响了其工作可靠性和使用寿命。

传热有三种基本方式：热传导、热对流、热辐射。热传导是指直接接触的物体各部分能量交换的现象，它一般由物体的高温部分向低温部分传递，或者由一个高温物体向与其接触的低温物体传递，导热可以在固体、液体和气体中发生。热对流是指流体各部分发生相对位移而引起的热量交换，对流方式只能在液体和气体中出现。热辐射是一种由电磁波来传递能量的现象，它是指物体由于自身温度的原因而向外发射可见的和不可见的射线(称电磁波或光子)来传递热的方式，它与热传导和对流方式有着本质上的区别，热传导与热对流传递能量时需要借助某种材料介质，而热辐射的传递却无需材料介质。基于以上三种方式，密封仪器常见散热手段有七种：第一种，自然冷缺，热源通过导热体将热量直接或间接传导到外壳，再通过外壳传导到外界，此种散热方式最简单最经济，但其适用的热负载太小，且在密封条件下基本无自然对流，散热效果很差；第二种，液体冷却，有直接式和间接式两种，直接式液体冷却是将散热部位浸没在冷却液中，有时再配合搅动，加强热交换，此种方式能够提供非常大的传热系数，但存在液体泄漏、腐蚀等问题，间接式液体冷却是靠流动的冷却液带走传导到外壳的热量，由于需要泵等组件，成本高且受到空间限制；第三种，冷板冷却，是将热量传导到冷板上，再由中间的介质将热量带走，与间接式液体冷却方法类似，但介质可以是液体也可以是气体或者固体，此种方式有利于减小设备的体积，且热传导可以精确地估计；第四种，相变冷却，是利用物质由固、液、气三相转变及晶型转变的过程中吸收热量的原理冷却对象的，此种方式可以使得电子器件在一定时间内保持相对稳定的温度，由于相变材料相变潜热较高、体积变化较小、相变熔点宽泛等优点，在间歇式工作的电子器件的温控中得到广泛应用，但也存在着过冷现象、易泄露等劣势；第五种，半导体制冷，利用珀尔贴效应，当有电流通过不同的导体组成的回路时，除产生不可逆的焦耳热外，在不同导体的接头处随着电流方向的不同会分别出现吸热、放热现象，当半导体制冷器件通过直流电流时，半导体制冷器的一端吸热形成冷端，另一端则放热形成热端，此种方式结构简单、工作环境要求低、可靠性高，但效率较低，需要低电压大电流电源；第六种，热交换器和空调，采用热交换器和空调制冷，仪器内部与外部没有直接空气流动，使得仪器内部与环境完全隔离，此种方法能够提供足够的散热能力，但结构复杂、体积庞大、运行及维护成本极大。第七种，混合散热法，将多种散热方法结合起来，发挥各自的优势。

夏季温室大棚温度最高达到四十度以上，对于温室大棚无线传感器节点，出于体积限制、功耗限制、噪音限制，常规的风扇、热管和水冷散热并不很适用。现有节点外壳散热手段多为自然冷却，把壳体做薄，加快内外热交换，希求保持壳内温度与环境一致。在高温高湿环境下，自然冷却方式散热过程缓慢，效果不大，并且节点即便是间歇性工作，壳体内部温度也会升高。有改进的节点外壳，将节点做成柱形乃至圆形，增大散热面积，或在外壳表面粘贴反光膜，减小节点受热，这些措施虽然在一定程度上有效，但出发点仍是向外散热，这就决定了节点内部温度势必比环境温度高，因此并不适用于高温高湿环境中。

发明内容

本发明目的在于提供一种耐高温高湿环境的无线传感器节点外壳，能够有效降低无线传感器节点内部温度，使得高温高湿环境下节点内部电路工作环境温度不高于在30度，从而提高节点工作稳定性和使用寿命。

为了解决以上技术问题，本发明采用的具体技术方案如下：

一种耐高温高湿环境的无线传感器节点外壳，其特征在于：包括上壳体(1)和下壳体(2)，上壳体(1)由上壳体外层(3)和上壳体蓄热盒(4)组成，下壳体(2)由下壳体外层(5)、下壳体蓄热盒(6)和电池仓(8)组成；上壳体蓄热盒(4)和下壳体蓄热盒(6)位置为上下相对；

所述电池仓(8)顶端两个凸起为两个圆柱体(9)，两个圆柱体(9)各自的中心位置分别开有一螺孔A；在上壳体外层(3)内部与两个圆柱体(9)相对的位置有两个凸出的圆柱形的固定座(10)，所述两个固定座(10)顶端均分别开有一凹槽，所述各凹槽中间均开有一螺孔B；所述圆柱体(9)刚好被所述凹槽配合固定住；下壳体外层(5)与电池仓(8)相对的侧面有凸起(11)，上壳体外层(3)侧面有搭扣(12)，搭扣(12)能够扣住凸起(11)；上壳体(1)和下壳体(2)在边沿处贴合，用沉头螺丝在圆柱体(9)和固定座(10)处压紧，并用搭扣(12)扣住凸起(11)固定；

所述的耐高温高湿环境的无线传感器节点外壳，上壳体外层(3)内表面有四个柱形的上壳体凸台(13)；上壳体凸台(13)底面直径为4mm，高为2mm，且上表面开有直径为2mm深为1mm的圆形凹槽；上壳体蓄热盒(4)底面与上壳体凸台(13)对应的位置有四个柱形凸起(14)，柱形凸起(14)与所述圆形凹槽配合，并用强力胶粘固，使得上壳体蓄热盒(4)固定在上壳体外层(3)内部；同样地，下壳体蓄热盒(6)通过下壳体凸台(15)固定在下壳体外层(5)内部。

上壳体蓄热盒(4)内部空腔(7)填充吸热剂，吸热剂是固液相变吸热剂，为防止吸热剂吸热后相变成的液体泄漏，同时也为了增大导热系数加强吸热效果，吸热剂中添加有定量的石墨粉，使液态的吸热剂呈膏状，不至泄露；上壳体蓄热盒(4)顶端开有向空腔(7)内填充吸热剂的填充孔(16)，填充孔(16)由可插拔的橡胶塞封堵住；上壳体蓄热盒(4)内部有两个凸出的L型薄片(17)，L型薄片(17)卡放袋装干燥剂以吸收节点内水蒸气，一方面防止吸湿现象，另一方面降低湿热。下壳体蓄热盒(6)与上壳体蓄热盒(4)吸热除湿方法相同，此处不再赘述。

所述上壳体蓄热盒(4)与下壳体蓄热盒(6)之间使用H型密封件(18)弥补缝隙，减小热量的渗入，H型密封件(18)由橡胶制成；上壳体蓄热盒(4)、下壳体蓄热盒(6)和H型密封件(18)构成的空间大小与内部电路板大小和厚度配合，在提供足够工作空间的同时尽量使元器件尤其是发热量大的元器件贴近蓄热盒，且在产热量大的元器件表面涂热辐射涂料，通过热辐射的方式加快散热；下壳体蓄热盒(6)内部设有电路板卡槽(19)，用来卡放电路板，使热源尽量贴近下壳体蓄热盒(6)盒壁，如条件允许，可通过焊接导热金属片的方式将电路板热量直接传导至下壳体蓄热盒(6)盒壁上。

所述下壳体外层(5)和下壳体蓄热盒(6)侧面有一矩形通孔，矩形通孔内塞有矩形块(20)，矩形块(20)由橡胶制成，中间有开孔(21)，可将测量温湿度、光照强度、基质电导率等传感器从开孔(21)处穿过；针对不同传感器，只需换上有不同开孔(21)的矩形块(20)即可。

本发明的工作过程为：导热性能差的上壳体外层(3)和下壳体外层(5)将一部分环境热量阻隔在外，减小环境热量对节点内部的影响，涂抹在上壳体外层(3)和下壳体外层(5)外表面的热反射涂料，一方面降低阳光、辐射影响，另一方面将节点自身热量以热辐射的方式向外释放；上壳体蓄热盒(4)和下壳体蓄热盒(6)分别与上壳体外层(3)和下壳体外层(5)之间有2mm间隙，间隙进一步减小环境热量对节点内部影响； H型密封件(18)弥补上壳体蓄热盒(4)和下壳体蓄热盒(6)之间的间隙，减小热量的渗入；空腔(7)内填充的吸热剂一方面吸收渗透进来少量环境热量，另一反面吸收节点内部电路工作时产生的热量，将节点内部温度维持在30度左右；依靠涂抹在上壳体蓄热盒(4)内壁和下壳体蓄热盒(6)内壁的导热绝缘漆，加快吸热剂的吸热速率；更换不同传感器时，换上配套的有不同开孔(21)的矩形块(20)，保证节点的密封性。

本发明具有有益效果。本发明并不似常规散热手段那样依赖节点内外温差，而是采用相变吸热方式，通过外阻隔、内吸收的手段达到耐高温高湿目的，在降温除湿的同时并不会消耗节点本就有限的能源，有着更高的可靠性和稳定性，有助于无线传感器节点在温室大棚等高温高湿环境中推广使用。

附图说明

图1是耐高温高湿环境的无线传感器节点外壳的总示意图

图2是耐高温高湿环境的无线传感器节点外壳的上壳体正视剖视图

图3是耐高温高湿环境的无线传感器节点外壳的下壳体正视剖视图

图4是耐高温高湿环境的无线传感器节点外壳的下壳体加矩形块俯视图

图5是耐高温高湿环境的无线传感器节点外壳的下壳体加矩形块加密封件左视剖视图

图中，1上壳体；2下壳体；3上壳体外层；4上壳体蓄热盒；5下壳体外层；6下壳体蓄热盒；7空腔；8电池仓；9圆柱体；10固定座；11凸起；12搭扣；13上壳体凸台；14柱形凸起；15下壳体凸台；16填充孔；17L型薄片；18H型密封件；19电路板卡槽；20矩形块；21开孔。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，本发明一种耐高温高湿环境的无线传感器节点外壳，分为上壳体1和下壳体2，上壳体1包含上壳体外层3和上壳体蓄热盒4，下壳体2包含下壳体外层5、下壳体蓄热盒6和电池仓8。上壳体蓄热盒4放置在上壳体外层3内部，且与上壳体外层3之间有2mm间隙。相同的，下壳体蓄热盒6放置在下壳体外层5内部，且与下壳体外层5之间有2mm间隙。上壳体蓄热盒4和下壳体蓄热盒6位置上下相对。上壳体外层3和下壳体外层5由塑料制成，并在外表面涂有热反射涂料。上壳体蓄热盒4和下壳体蓄热盒6主要作用是吸热，盒体成方形，由金属铝制成，内壁均涂有导热性好的绝缘涂料，比如高导热绝缘漆。电池仓8针对9V碳性电池6F22设计，仓容量恰好能安放一节9V电池。下壳体蓄热盒6与电池仓8并排放置，间距2mm，一同放置在下壳体2内。

如图2、图3所示，所述的耐高温高湿环境的无线传感器节点外壳，电池仓8顶端有两个圆柱体9，两个圆柱体9的底面直径为8mm，高为2mm，两个圆柱体9各自中心位置开有直径为3mm的螺孔A。在上壳体外层3内部与两个圆柱体9相对的位置有两个凸出的圆柱形的固定座10，固定座10的底面直径为10mm，高为4mm，固定座10顶端开有凹槽，凹槽直径为8mm，深为2mm，凹槽中间开有直径为3mm深为2mm的螺孔B。圆柱体9恰能配合进固定座10的凹槽中。下壳体外层5与电池仓8相对的侧面有凸起11，凸起11为长方体，长2mm，凸出1mm。同一侧，上壳体外层3侧面有搭扣12，搭扣12为倒梯形，恰能够扣住凸起11。上壳体1和下壳体2在边沿处贴合，用M3沉头螺丝通过螺孔A和螺孔B将上壳体1和下壳体2固定压紧，并用搭扣12扣住凸起11进一步固定。

如图2、图3所示，所述的耐高温高湿环境的无线传感器节点外壳，上壳体外层3内表面有四个柱形的上壳体凸台13，上壳体凸台13底面直径为4mm，高为2mm，且上表面开有直径为2mm深为1mm的圆形凹槽。上壳体蓄热盒4底面与上壳体凸台13对应的位置有四个柱形凸起14，柱形凸起14与圆形凹槽配合，并用强力胶粘固，将上壳体蓄热盒4固定在上壳体外层3内部。同样的，下壳体蓄热盒6通过下壳体凸台15固定在下壳体外层5内部。

如图4所示，所述的耐高温高湿环境的无线传感器节点外壳，上壳体蓄热盒4的空腔7内填充吸热剂，吸热剂是固液相变吸热剂，主要成分为癸酸和月桂酸，二者按一定比例混合而成，熔点为三十度。吸热剂中还添加有定量的石墨粉。上壳体蓄热盒4顶端设有填充孔16，通过填充孔16向空腔7内填充吸热剂，填充孔16由橡胶塞封堵住。上壳体蓄热盒4内部有两个凸出的L型薄片17，两个L型薄片17相对放置，卡放袋装干燥剂。下壳体蓄热盒6与上壳体蓄热盒4吸热除湿方法相同，此处不做赘述。

如图5所示，所述的耐高温高湿环境的无线传感器节点外壳，特征是：用H型密封件18弥补上壳体蓄热盒4与下壳体蓄热盒6之间的缝隙。H型密封件18由橡胶制成，上下凹槽宽度与上壳体蓄热盒4和下壳体蓄热盒6壁厚相等，凹槽深度为1mm。

如图1、图5所示，所述的耐高温高湿环境的无线传感器节点外壳，上壳体蓄热盒4、下壳体蓄热盒6和H型密封件18构成的空间大小与内部电路板大小和厚度配合，并在产热量大的元器件表面涂热辐射涂料。下壳体蓄热盒6内部设有电路板卡槽19，电路板卡槽19宽度与电路板厚度相等，且其位置应使得热源尽量贴近下壳体蓄热盒6盒壁。

如图1、图4、图5所示，所述的耐高温高湿环境的无线传感器节点外壳，下壳体外层5和下壳体蓄热盒6侧面有一矩形通孔，矩形通孔可塞入矩形块20，矩形块20由橡胶制成，中间有开孔21，可将不同的传感器，比如测量温湿度、光照强度、基质电导率等，从开孔21处穿过，再用矩形块20将外壳通孔堵住，保持外壳的密封性。针对不同传感器，只需换上有不同开孔21的矩形块20即可。

Claims (4)

1.一种耐高温高湿环境的无线传感器节点外壳，其特征在于：包括上壳体(1)和下壳体(2)，上壳体(1)由上壳体外层(3)和上壳体蓄热盒(4)组成，下壳体(2)由下壳体外层(5)、下壳体蓄热盒(6)和电池仓(8)组成；上壳体蓄热盒(4)和下壳体蓄热盒(6)位置为上下相对；

所述电池仓(8)顶端两个凸起为两个圆柱体(9)，两个圆柱体(9)各自的中心位置分别开有一螺孔A；在上壳体外层(3)内部与两个圆柱体(9)相对的位置有两个凸出的圆柱形的固定座(10)，所述两个固定座(10)顶端均分别开有一凹槽，所述各凹槽中间均开有一螺孔B；所述圆柱体(9)刚好被所述凹槽配合固定住；下壳体外层(5)与电池仓(8)相对的侧面有凸起(11)，上壳体外层(3)侧面有搭扣(12)，搭扣(12)能够扣住凸起(11)；上壳体(1)和下壳体(2)在边沿处贴合，用沉头螺丝在圆柱体(9)和固定座(10)处压紧，并用搭扣(12)扣住凸起(11)固定；

所述的耐高温高湿环境的无线传感器节点外壳，上壳体外层(3)内表面有四个柱形的上壳体凸台(13)；上壳体凸台(13)底面直径为4mm，高为2mm，且上表面开有直径为2mm深为1mm的圆形凹槽；上壳体蓄热盒(4)底面与上壳体凸台(13)对应的位置有四个柱形凸起(14)，柱形凸起(14)与所述圆形凹槽配合，并用强力胶粘固，使得上壳体蓄热盒(4)固定在上壳体外层(3)内部；下壳体蓄热盒(6)通过下壳体凸台(15)固定在下壳体外层(5)内部；

所述上壳体蓄热盒(4)与下壳体蓄热盒(6)之间使用H型密封件(18)弥补缝隙；

所述上壳体蓄热盒(4)、下壳体蓄热盒(6)和H型密封件(18)构成的空间大小与内部电路板大小和厚度配合。

2.根据权利要求1所述的一种耐高温高湿环境的无线传感器节点外壳，其特征在于：上壳体蓄热盒(4)内部空腔(7)填充吸热剂，吸热剂是固液相变吸热剂；吸热剂中添加有定量的石墨粉；上壳体蓄热盒(4)顶端开有向空腔(7)内填充吸热剂的填充孔(16)，填充孔(16)由可插拔的橡胶塞封堵住；上壳体蓄热盒(4)内部有两个凸出的L型薄片(17)，L型薄片(17)卡放袋装干燥剂以吸收节点内水蒸气。

3.根据权利要求1所述的一种耐高温高湿环境的无线传感器节点外壳，其特征在于：所述的H型密封件(18)由橡胶制成；下壳体蓄热盒(6)内部设有电路板卡槽(19)。

4.根据权利要求1所述的一种耐高温高湿环境的无线传感器节点外壳，其特征在于：所述下壳体外层(5)和下壳体蓄热盒(6)侧面有一矩形通孔，矩形通孔内塞有矩形块(20)，矩形块(20)由橡胶制成，中间有开孔(21)，用于测量温湿度、光照强度或基质电导率的传感器从开孔(21)处穿过。