CN202024974U - 一种均热板性能综合量测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种均热板性能综合量测装置。量测装置包括加热模块、冷凝模块、旋转平台、气缸以及测温模块。加热模块与冷凝模块通过气缸连接之后放置于旋转平台上。该方法将待测均热板平放于测试腔内，调节加热功率，通过温度传感器量测待测均热板的均温性、最大传热功率和热阻等传热性能；通过调节旋转平台的角度以及空调房的室温可量测均热板在不同工况下的性能。

Description

一种均热板性能综合量测装置

技术领域

本实用新型涉及均热板传热系能检测技术，尤其涉及一种均热板性能综合量测装置。 

背景技术

随着电子技术的发展，集成电路向着高密度大功率方向发展，使得芯片热流密度提高，散热空间减小，特别是电子计算机领域，散热问题已严重制约CPU主频的提高。为了电子器件的可靠运行，1984年Cotter首次提出微热管的概念，并提出采用这种微热管技术提高电子器件散热能力并改善其温度均匀性的思路。虽然管式微热管已在微电子冷却方面获得广泛的应用，但由于其受热面积和冷却面积的局限性而制约了更进一步的发展，均热板作为管式热管的改进结构已成为热管研究和开发的重点。 

由于质量轻、结构灵活、散热面积大以及极高的导热性能，未来均热板的运用领域将会越来越广泛。但目前国内外的文献中对均热板的传热传质机理仍然缺少深入而准确的了解，也没有建立起对均热板性能量测的标准及方法。而依据短期的应用经验摸索出的现有测试方法，还有很多不足之处。当热管的实际传热能力小于设计能力时，热管散热器将不能为CPU解决散热问题；在2005年，热管散热器业界中发生一起重大的品质问题：专业热管散热器甲公司设计生产的热管散热器销售给计算机专业制造公司Dell公司，因其中的一支热管达不到设计的CPU需要的散热能力，从而造成计算机用户的CPU因温度过高致其烧毁。后经过分析调查，主要是由于生产过程中的在线传热性能检测方法存在缺陷，不能完全分辨出不良品。这起品质问题在整个业界引起很大的轰动和反思。现有测试装置大都工作效率低下、测试误差大。为 此，如何用有效的量测装置及方法快速检测均热板的散热性能成为当前迫切需要解决的问题，其对开发设计新型性能更优的均热板有重要意义。 

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种可以准确快速地量测各种工况下的均热板的起动功率、最大传热功率、热阻传热性能的综合量测装置。 

本实用新型通过下述技术方案实现： 

一种均热板性能综合量测装置，包括冷凝模块、加热模块、旋转平台、气缸以及测温模块；加热模块通过铝型材底座与桌面连接，并通过气缸与冷凝模块连接，测温系统通过热电阻分别与冷凝模块和加热模块连接；测试时，均热板平放于加热模块与冷凝模块之间所形成的测试腔内，并与加热铜块以及热电阻保持良好接触。 

所述冷凝模块包括冷凝端电木、弹簧、挡片、风扇以及直流电源，冷凝端电木四周设有均布分布的通气孔，其顶部横向设有2个散热风扇，纵向通过挡片固定有5个热电阻，且热电阻与冷凝端电木之间设有弹簧，热电阻可在冷凝端电木上沿竖直方向移动，风扇风速随直流电源输出电流大小的改变而改变。 

所述加热模块包括加热铜块、热电阻、加热端上电木、加热端下电木、加热板、弹簧以及铝型材底座，加热端下电木与加热板之间安装有弹簧，加热端上电木的上端面设有与被测均热板外形一致的凹槽，其中心嵌有圆柱形加热铜块，4个热电阻中心对称均布其中，加热铜块中心设有一个热电阻，加热端上、下电木之间通过螺钉紧密连接。 

所述旋转平台包括桌面、指针、角度盘、蜗轮蜗杆减速箱、轴承、转动轴、手轮以及支架，桌面固定在转动轴上，转动轴两端通过轴承座与轴承过盈配合，轴承与支架连接，蜗轮蜗杆减速箱与转动轴连接，角度盘固定在蜗轮蜗杆减速箱端部，转动手轮，通过固定在旋转轴上指针可以精确读出桌面的倾 斜角。 

所述测温模块包括采集卡、电脑以及热电阻，首先热电阻将温度信号转变成电压信号传送给采集卡，采集卡再把接受到的电压信号进行滤波、放大等处理之后传送给电脑，最后通过运行labview软件读出数据。 

所述热电阻温度传感器是将热电阻芯片放置于耐高温型工程塑料棒端部，并通过胶水连接，工程塑料棒的外形可根据应用场合做任意调整。 

所述加热模块中加热端上电木具有可更换性，加热端上电木的形状以其所形成的测试腔能宽松放置被测均热板为宜。 

所述蜗轮蜗杆减速箱的传动比可选用1∶10或1∶15，分别对应于手轮每转动一圈，桌面转动36°或24°。 

所述加热模块选用数显直流稳压电源供电。 

上述均热板性能综合量测装置的量测方法，包括如下步骤： 

(1)准备工作：分别检查电路和气路的连接情况，确定正确后闭合冷凝模块风扇开关、起动测试软件。调节空调，使室温稳定在试验要求范围内； 

(2)放板：闭合气缸阀门，在均热板的加热面和冷凝面均匀涂抹导热硅胶，将其放置于加热模块与冷凝模块之间所形成的测试腔内，并保证均热板与加热铜块以及温度传感器保持良好接触，断开气缸阀门； 

(3)测试：打开数显直流电源，从设定的起始功率(各种规格均热板的启动功率不同，因此需依经验值来设定其起始功率，通常测试起始功率低于均热板启功功率2-5W)开始每间隔5瓦测试一次并记录相应功率下的热阻。直到测试系统出现烧干报警(Labview程序中设定当Tmax＞100℃或ΔT)2℃时，报警指示灯亮，同时伴有报警音乐)时，返回上一个测试功率+1W作为现在的测试功率，并每次递增1W进行测量，直到再次出现烧干现象为止，采用最后一次测试均热板未烧干时的数显功率值作为该热管的最大功率，并将此时的温差与功率值作商从而得出被测均热板的热阻值。通过转动旋转手柄调节测试桌面至确定角度，重复以上测试步骤，从而得到被测均热板在不同工作角度情况下的最大传热功率以及热阻； 

(4)取板：闭合气缸阀门，取出所量测的均热板，为下一个热管的测量做准备。 

与现有技术相比本发明的有益效果在于： 

(1)本实用新型可以通过同一装置实现对任何形状的均热板进行准确、快速的起动功率、最大功率、热阻等多种传热性能量测；能对实际复杂工况下的均热板进行实况模拟量测。 

(2)本实用新型技术手段简便易行，而且测量精度高，具有积极的推广应用价值。 

附图说明

图1为本实用新型均热板性能综合量测装置的整体结构示意图。 

图2为本实用新型均热板性能综合量测装置的冷凝模块结构示意图。 

图3为本实用新型均热板性能综合量测装置的加热模块结构示意图。 

图4为本实用新型均热板性能综合量测装置的旋转平台结构示意图。 

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型作进一步具体详细描述，但本实用新型的实施方式不限于此，对于未特别注明的工艺参数，可参照常规技术进行。 

实施例 

如图1所示，本实用新型均热板性能综合量测装置，包括冷凝模块1、加热模块2、旋转平台3、测温模块4以及气缸5；加热模块2通过铝型材底座22与旋转平台3的桌面24连接，并通过气缸5与冷凝模块1连接，测温模块4通过热电阻6、7分别与冷凝模块1和加热模块2连接； 

如图3所示，测试时，均热板16平放于冷凝模块1与加热模块2之间所形成的测试腔17内，并与加热铜块18以及热电阻6、7保持良好接触。 

如图2所示，冷凝模块1包括冷凝端电木10、弹簧14、挡板15、风扇12以及直流电源(图中未示出)，冷凝端电木10四周设有均匀分布的通气孔 13，其顶部横向设有2个散热风扇12，纵向通过挡板15固定有热电阻61、62、63，且热电阻61、62、63与冷凝端电木10之间设有弹簧14，热电阻61、62、63可在冷凝端电木10上沿竖直方向移动，可调直流电源与风扇12电气连接。所述挡板15上预留有至少5个安装热电阻的孔。 

如图3所示，加热模块包括加热铜块18、热电阻71、72、73、加热端上电木19、加热端下电木21、加热板20、铝型材底座22以及弹簧，加热端下电木21与加热板20之间安装有弹簧(图中未示出)，加热端上电木19的上端面设有与被测均热板16外形一致的凹槽，其中心嵌有圆柱形加热铜块18，2个热电阻73、71中心对称均布其中，热电阻72设置于加热铜块18中心，加热端上电木19、加热端下电木21之间通过螺钉紧密连接。 

如图4所示，旋转平台包括桌面24、指针25、角度盘26、蜗轮蜗杆减速箱27、轴承23、转动轴29、手轮28以及支架30，桌面固定在转动轴上，转动轴29两端与轴承23过盈配合，轴承23通过轴承座与支架30连接，蜗轮蜗杆减速箱27与转动轴29连接，角度盘26固定在蜗轮蜗杆减速箱27端部，转动手轮28，通过固定在旋转轴29上指针25可以精确读出桌面24的倾斜角。 

所述热电阻是将热电阻芯片放置于耐高温型工程塑料棒端部，并通过胶水连接，工程塑料棒的外形可根据应用场合做任意调整。所述加热模块2中加热端上电木19具有可更换性，加热端上电木19的形状以其所形成的测试腔能宽松放置被测均热板为宜。所述蜗轮蜗杆减速箱27的传动比可选用1∶10或1∶15，分别对应于手轮每转动一圈，桌面转动36°或24°。所述加热模块选用数显直流稳压电源供电。 

均热板性能综合量测装置的量测方法，可通过如下步骤实现： 

(1)准备工作：分别检查冷凝装置1、加热装置2、旋转平台3以及测温模块4的连接情况，确定正确后，调节直流电源，使其输出电流和电压分别为：12V、0.3A，闭合风扇12开关，起动labview测试软件。确定空调房室温稳定为17℃±0.4。本实施例中被测均热板16为烧结型边长为74mm，厚为5mm 的正方体，相应的加热端上电木19内的测试腔17为边长76mm、厚2.5mm的正方体凹槽。 

(2)放板：闭合气缸阀门，使气缸轴处于推出状态，在均热板16的加热面和冷凝面均匀涂抹导热硅胶，将其放置于加热端上电木19与冷凝端电木10之间所形成的测试腔17内，并保证均热板16与加热铜块18以及热电阻6、7保持良好接触，断开气缸阀门，使气缸夹紧。 

(3)测试：打开数显直流电源，从设定的起始功率Q＝5W(7.60V×0.66A)开始测量。一段时间后，待6个温度传感器的输出值趋于稳定时(1分钟内变化小于0.5℃)，通过测试软件读出系统温差ΔT＝0.1℃，Tmax＝22.04℃；将输入功率增加5W并按照同样的方法以此类推得到： 

Q＝10W时，ΔT＝0.37℃，T_max＝29.97℃；Q＝15W时，ΔT＝0.62℃，T_max＝37.32℃； 

Q＝20W时，ΔT＝0.85℃，T_max＝45.21℃；Q＝25W时，ΔT＝0.76℃，T_max＝52.58℃； 

Q＝30W时，ΔT＝0.77℃，T_max＝61.01℃；Q＝35W时，ΔT＝1.42℃，T_max＝68.68℃； 

Q＝40W时，ΔT＝1.53℃，T_max＝76.54℃；Q＝45W时，ΔT＝1.41℃，T_max＝82.82℃； 

Q＝50W时，ΔT＝1.02℃，T_max＝90.75℃；Q＝55W时，ΔT＝0.89℃，T_max＝101.08℃； 

此时测试系统出现烧干报警，返回上一个测试功率+1W，即以Q＝51W作为当前的测试功率继续测试，通过labview读出数据为： 

Q＝51W时，ΔT＝1.22℃，T_max＝92.75℃；Q＝52W时，ΔT＝1.03℃，T_max＝94.68℃； 

Q＝53W时，ΔT＝0.98℃，T_max＝97.45℃；Q＝54W时，ΔT＝1.12℃，T_max＝99.58℃； 

因此得出被测均热板最大功率Qmax＝54W，R0＝0.0207；此时Tmax＝99.58。 

通过转动旋转角度盘26调节测试桌面24的角度为5°，重复以上测试步骤，从而得到被测均热板在倾斜角为5°，工作温度为17℃的情况下，最大传热功率Qmax＝51W，R0＝0.019，此时Tmax＝98.96。 

ΔT＝(T4+T6)/2-(T1+T2+T3)/3； 

R0＝ΔT/Qmax； 

Tmax＝T5。 

(其中T1、T2、T3、T4、T5、T6分别表示热电阻61、热电阻62、热电阻63、热电阻71、热电阻72、热电阻73)。 

(4)取板：闭合气缸阀门，取出所量测的均热板16，为下一个热管的测量做准备。 

如上所述便可较好地实现本实用新型。 

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。 

Claims (7)

1.一种均热板性能综合量测装置，其特征在于：包括冷凝模块、加热模块、旋转平台、底座、气缸以及测温模块；所述旋转平台包括桌面，所述加热模块通过铝型材底座与桌面连接，所述加热模块通过气缸与冷凝模块连接，测温模块通过热电阻分别与冷凝模块和加热模块连接。

2.如权利要求1所述的均热板性能综合量测装置，其特征在于，所述冷凝模块包括冷凝端电木、弹簧、挡片、风扇以及直流电源，冷凝端电木四周设有均布分布的通气孔，其顶部横向设有2个散热风扇，纵向通过挡片固定热电阻，且热电阻与冷凝端电木之间设有弹簧。

3.如权利要求1所述的均热板性能综合量测装置，其特征在于，所述加热模块包括加热铜块、热电阻、加热端上电木、加热端下电木、加热板、弹簧以及铝型材底座，加热端下电木与加热板之间安装有弹簧，加热端上电木的上端面设有与被测均热板外形一致的凹槽，其中心嵌有圆柱形加热铜块，热电阻中心对称均布，且有一热电阻布置于加热铜块中心，加热端上、下电木之间通过螺钉紧密连接。

4.如权利要求1所述的均热板性能综合量测装置，其特征在于，所述旋转平台包括桌面、指针、角度盘、蜗轮蜗杆减速箱、轴承、转动轴、手轮以及支架，桌面固定在转动轴上，转动轴两端通过轴承座与轴承过盈配合，轴承与支架连接，蜗轮蜗杆减速箱与转动轴连接，角度盘固定在蜗轮蜗杆减速箱端部。

5.如权利要求4所述的均热板性能综合量测装置，其特征在于，所述蜗轮蜗杆减速箱的传动比为1∶10或1∶15，分别对应于手轮每转动一圈，桌面转动36°或24°。 

6.如权利要求3所述的均热板性能综合量测装置，其特征在于，所述加热模块选用直流稳压电源供电。

7.如权利要求1所述的均热板性能综合量测装置，其特征在于，所述热电阻是将热电阻芯片放置于耐高温型工程塑料棒端部，并通过胶水连接。 

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