CN107367655A - 一种检测行波管收集极散热特性的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种检测行波管收集极散热特性的方法和装置，属于微波真空电子器件检测技术领域。装置包括热阻测试仪、加热探头、测试探头和被测行波管收集极。将测试探头放在被测行波管收集极两侧的对称位置，加热探头放置在行波管收集极上方，在工作电源提供的电压与电流下工作时产生的热量经传热触头传递到行波管收集极，然后经收集极管壳散热到周围环境，两侧测试探头的电学温敏参数变化经采集卡采集，得到两侧测试探头温度上升曲线对比，并经计算得到行波管收集极整体热阻和两侧散热性能差异，从而得出行波管收集极焊接的好坏。本发明实现了非破坏性地检测行波管收集极的散热特性，测量无损伤、周期短、精度高、成本低。

Description

一种检测行波管收集极散热特性的方法和装置
技术领域
本发明公开了一种检测行波管收集极散热特性的方法及装置，属于微波真空电子器件检测技术领域。
背景技术
行波管作为一种微波功率器件，在国防、航空领域有广泛的应用。行波管的收集极是行波管的重要组成部件，起到收集电子的作用，其散热能力直接影响到行波管的工作性能。收集极的制造过程中，两侧焊料的不均匀会显著影响收集极的散热特性，因此，检测行波管收集极整体的散热特性和行波管两侧散热性能的区别是很有必要的。目前行波管散热特性的检测尚无有效的方法，多以经验判断和软件仿真为主，存在判断不准确、检测效率较低的情况。
本发明针对行波管收集极设计了专用的加热探头和测试探头，利用电学法，通过测量加热二极管和测试二极管的电学温敏参数的变化来获取其温度的变化，计算分析得到螺旋线行波管的热阻构成，并比较收集极两侧散热能力的差异，实现准确检测行波管收集极的散热特性。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于设计了专用的加热探头和测试探头，并提供了一种检测行波管收集极的散热特性的装置，一起实现快速、准确地测量行波管收集极的散热特性。
一种检测行波管收集极散热特性的装置，其特征在于：该装置包括热阻测试仪100、加热探头200、测试探头300和被测行波管收集极400；
所述热阻测试仪100包括计算机101、采集卡102、测试电流源103、工作电源开关104、工作电源105；工作电源105与工作电源开关104连接，工作电源105经工作电源开关104控制并为加热探头200提供工作电压电流，测试电流源103为加热探头200和测试探头300提供测试电流，采集卡102采集热探头200和测试探头300的电学温敏参数，计算机101处理采集到的电学温敏参数得到瞬态响应曲线和热阻数据；
所述加热探头200由大功率加热二极管201与传热触头202紧密接触构成，并由导线203引出；
所述测试探头由测试二极管301与传热触头302紧密接触构成，并由导线303引出；
将加热探头200放置在行波管收集极400顶端，传热触头202与收集极顶端充分接触，测试探头300放置在被测行波管收集极400两侧的对称位置，传热触头302与收集极两侧充分接触；
加热二极管201经导线202与热阻测试仪100的工作电源开关104、测试电流源103和采集卡102连接，工作电源105与工作电源开关104连接，测试二极管301经导线302分别与热阻测试仪100的测试电流源103和采集卡102连接。计算机101连接并控制工作电源开关104、测试电流源103和采集卡101；
加热探头传热触头202由铜制成，表面镀金，并定制成与被测行波管收集极400顶端完全贴合的形状。
传热触头302由铜制成，表面镀金，并将与行波管收集极接触面设计成圆弧形，以保证与行波管400侧面完全贴合。
应用上述装置测量行波管收集极散热特性的方法，其特征在于：
测量时，将加热探头200放置在行波管收集极400顶端，传热触头202与收集极400顶端充分接触，测试探头300放置在被测行波管收集极400两侧的对称位置，传热触头302与收集极400两侧充分接触；
加热探头200经导线202与热阻测试仪100的工作电源开关104、测试电流源103和采集卡102连接，工作电源105与工作电源开关104连接；
测试探头放置在被测行波管收集极两侧的对称位置，传热触头与收集极两侧充分接触，测试探头300经导线303分别与热阻测试仪100的测试电流源103和采集卡102连接；
计算机101连接并控制工作电源开关104、测试电流源103和采集卡102；
启动测量程序后，计算机101发出指令将测试电流源103一直加载到加热探头200的加热二极管201和两个测试探头300的测试二极管301，采集卡101采集到此时加热二极管201和测试二极管301两端电压V0；
然后，计算机101发出指令，将工作电源105经工作电源开关104加载到加热二极管201，计算机101发指令使采集卡102采集到加热二极管201的工作电压V和电流I，并计算出测试二极管的工作功率P＝VI，同时，采集卡采集测试二极管301的工作电压变化；
待整个收集极400的温度不再变化，达到稳态，计算机101发出指令，经工作电源开关104关断工作电源105，采集卡102采集加热二极管201上电压随时间变化的V(t)；
加热二极管201的温度系数为α，其温升随时间变化ΔT(t)＝[V(t)-V0]/α，工作时加载的功率P＝VI，计算机对ΔT(t)曲线进行计算，得出行波管收集极400热阻构成，即收集极400整体散热性能；
两个测试二极管301的温度系数为β，其温升随时间变化ΔT(t)＝[V(t)-V0]/β，比较两侧测试二极管301温度上升的差异，即可得出行波管收集极400两侧散热性能的差异。
附图说明：
图1是检测行波管收集极散热特性装置的示意图；
其中，100：热阻测试仪；101：计算机；102：采集卡；103：测试电流源；104：工作电源开关；105：工作电源；200：加热探头；201：加热二极管；202：传热触头；203：导线；300：测试探头；301：测试二极管；302：传热触头；303：导线；400：被测行波管收集极；
图2是行波管收集极整体热阻测量结果；
图3是行波管收集极两侧散热性能差异测量结果；
图4.1是顶部传热触头设计图一；
图4.2是顶部传热触头设计图二；
图5是侧面传热触头302设计图；
图6是检测示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明：
选用SiC二极管作为加热探头200和的加热二极管201和测试探头300的测试二极管301，SiC二极管具有功率大，导热性能好的特点，芯片面积为1.4×1.4mm，芯片电极由两端引出，使用金作为电极材料，测试的电学温敏参数为正向结电压；
传热触头202和302选用铜材料制成，表面抛光并镀金，以确保接触面有良好的传热效果，减小接触热阻；
加热二极管201和测试二极管301正向结电压由采集卡102采集，采集卡采样速度为1MHz；
测量时，将加热探头200放置在行波管收集极400顶端，传热触头202与收集极400顶端充分接触，测试探头300放置在被测行波管收集极400两侧的对称位置，传热触头302与收集极400两侧充分接触；
加热探头200经导线202与热阻测试仪100的工作电源开关104、测试电流源103和采集卡102连接，工作电源105与工作电源开关104连接并由其控制；
测试探头放置在被测行波管收集极两侧的对称位置，传热触头与收集极两侧充分接触，测试探头300经导线303分别与热阻测试仪100的测试电流源103和采集卡102连接；
计算机101连接并控制工作电源开关104、测试电流源103和采集卡102；
启动测量程序后，计算机101发出指令将测试电流源103一直加载到加热探头200的加热二极管201和两个测试探头300的测试二极管301，采集卡101采集到此时加热二极管201和测试二极管301两端电压V0；
然后，计算机101发出指令，将工作电源105经工作电源开关104加载到加热二极管201，计算机101发指令使采集卡102采集到加热二极管201的工作电压V和电流I，并计算出测试二极管的工作功率P＝VI，同时，采集卡采集测试二极管301的工作电压变化；
待整个收集极400的温度不再变化，达到稳态，计算机101发出指令，经工作电源开关104关断工作电源105，采集卡102采集加热二极管201上电压随时间变化的V(t)；
加热二极管201的温度系数为α，其温升随时间变化ΔT(t)＝[V(t)-V0]/α，工作时加载的功率P＝VI，计算机对ΔT(t)曲线进行计算，得出行波管收集极400的整体热阻值为13.6℃/W；
两个测试二极管301的温度系数为β，其温升随时间变化ΔT(t)＝[V(t)-V0]/β，比较两侧测试二极管301温度上升的差异，即可得出行波管收集极400两侧散热性能的差异。
说明书附图：

Claims (4)

1.一种检测行波管收集极散热特性的装置，其特征在于：
该装置包括热阻测试仪、加热探头、测试探头和被测行波管收集极；
所述热阻测试仪包括计算机、采集卡、测试电流源、工作电源开关、工作电源；
所述加热探头由大功率加热二极管与传热触头紧密接触构成，并由导线引出；
所述测试探头由测试二极管与传热触头紧密接触构成，并由导线引出；
工作电源与工作电源开关连接，为被测器件提供工作电压电流，测试电流源为被测器件提供测试电流，采集卡采集被测器件的电学温敏参数，计算机处理采集到的电学温敏参数得到瞬态响应曲线和热阻数据；
将加热探头放置在行波管收集极顶端，传热触头与收集极顶端充分接触，测试探头放置在被测行波管收集极两侧的对称位置，传热触头与收集极两侧充分接触；
加热二极管经导线与热阻测试仪的工作电源开关、测试电流源和采集卡连接，工作电源与工作电源开关连接并由其控制，测试二极管经导线分别与热阻测试仪的测试电流源和采集卡连接；计算机连接并控制工作电源开关、测试电流源和采集卡。
2.根据权利要求1所述的一种检测行波管收集极散热特性的装置，其特征在于：加热探头传热触头由铜制成，表面镀金，并定制成与被测行波管收集极顶端完全贴合的形状。
3.根据权利要求1所述的一种检测行波管收集极散热特性的装置，其特征在于：传热触头由铜制成，表面镀金，并将与行波管收集极接触面设计成圆弧形，以保证与行波管侧面完全贴合。
4.利用权利要求1所述装置进行的一种检测行波管收集极散热特性的方法，其特征在于：
测量时将加热探头放置在行波管收集极顶端，传热触头与收集极顶端充分接触，测试探头放置在被测行波管收集极两侧的对称位置，传热触头与收集极两侧充分接触；
将加热探头放置在行波管收集极顶端，传热触头与收集极顶端充分接触，加热探头经导线与热阻测试仪的工作电源开关、测试电流源和采集卡连接，工作电源与工作电源开关连接并由其控制；
测试探头放置在被测行波管收集极两侧的对称位置，传热触头与收集极两侧充分接触；
计算机连接并控制工作电源开关、测试电流源和采集卡；
启动测量程序后，计算机发出指令将测试电流源一直加载到加热探头的加热二极管和两个测试探头的测试二极管，采集卡采集到此时加热二极管和测试二极管两端电压V0；
然后，计算机发出指令，将工作电源经工作电源开关加载到加热二极管，计算机发指令使采集卡采集到加热二极管的工作电压V和电流I，并计算出测试二极管的工作功率P＝VI，同时，采集卡采集测试二极管的工作电压变化；
待整个收集极的温度不再变化，达到稳态，计算机发出指令，经工作电源开关关断工作电源，采集卡采集加热二极管上电压随时间变化的V(t)；
加热二极管的温度系数为α，其温升随时间变化ΔT(t)＝[V(t)-V0]/α，工作时加载的功率P＝VI，计算机对ΔT(t)曲线进行计算，得出行波管收集极热阻构成，即收集极整体散热性能；
两个测试二极管的温度系数为β，其温升随时间变化ΔT(t)＝[V(t)-V0]/β，比较两侧测试二极管温度上升的差异，即可得出行波管收集极两侧散热性能的差异。
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