CN217276921U - 一种适用半导体水冷型制冷模组的制冷性能测试系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种适用半导体水冷型制冷模组的制冷性能测试系统，包括控温水箱，控温水箱分别连接有进出水管路、冷热水对冲管路、数据分析监控仪；控温水箱通过冷热水对冲管路与待测半导体制冷模组连接，数据分析监控仪与控温水箱和冷热水对冲管路通信连接，监测运行状态；控温水箱包括相连的加热组件和箱体，进出水管路与控温水箱双向水路连接；所述冷热水对冲管路连接控温水箱和待测半导体制冷模组，组成闭环水路，数据分析监控仪与控温水箱、进出水管路和冷热水对冲管路中的各数据测试传感器通信连接。本实用新型提供了一种切实可行的半导体制冷模组，测定模组的制冷量；制冷测试系统的测量误差小，测试结果具有高可重现性。

Description

一种适用半导体水冷型制冷模组的制冷性能测试系统

技术领域

本实用新型属于半导体制冷领域，具体涉及一种适用半导体水冷型制冷模组的制冷性能测试系统。

背景技术

半导体制冷是电流换能型制冷方式，又称热电制冷，既能制冷，又能加热，通过对输入电流的控制，可实现对温度的高精度控制，制冷过程不需要任何制冷剂，没有旋转部件，无噪音，无振动，广泛应用于武器装备、医疗实验仪器、专用测试仪器以及日常生活方面。

随着半导体制冷技术的飞速发展，半导体制冷技术得到广泛的应用和认可，当前提高半导体制冷器制冷性能参数成为了一个重点的发展方向，而相应的就需要一种能够准确测量半导体制冷器的制冷性能参数的测试装置。

目前国内外的研究重点主要集中在提高半导体制冷片两端的散热能力，然而关于半导体水冷模组制冷性能的相关评价及测试方式目前行业公开的资料极少，而且也多是半导体制冷片的制冷性能测试，并没有半导体制冷模组的相关的性能测试或评价方法，因此迫切需要一种切实可行的有效的半导体水冷模组制冷性能的方法和测试系统。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种有效的半导体水冷模组制冷性能测试系统和相关方法，可以对半导体水冷模组进行整体制冷性能测试，具有测量误差小，结果有高可重现性的优点。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案。

一种适用半导体水冷型制冷模组的制冷性能测试系统，其特征在于：包括控温水箱，所述控温水箱分别连接有进出水管路、冷热水对冲管路和数据分析监控仪；控温水箱通过冷热水对冲管路连接待测半导体制冷模组，所述数据分析监控仪与控温水箱和冷热水对冲管路通信连接，监测运行状态；所述控温水箱包括相连的加热组件和箱体，加热组件精确控制控温水箱水温；所述进出水管路与控温水箱双向水路连接，控制控温水箱的进出水流量；所述冷热水对冲管路连接控温水箱和待测半导体制冷模组形成闭环水路，使得待测半导体制冷模组的冷水与控温水箱中的热水对冲热量交互，并监测水温、流量、压力等状态；所述数据分析监控仪与控温水箱、进出水管路和冷热水对冲管路中的各数据测试传感器通信连接，记录数据并实时监控。

作为优选，所述控温水箱还包括控制水箱进水管口、控制水箱排水管口、第一循环管口、第二循环管口、两个液位计接口、水温传感器接口、加热组件接口和接地端，所述进水管口和排水管口连接进出水管路；第一循环管口和第二循环管口连接冷热水对冲管路；接地端连接地线。

作为优选，所述控温水箱的箱体包括保温夹层、内外壁隔离层，所述控温水箱还连接有测量水温的控温水箱水温传感器和直接显示液位的液位计。

作为优选，所述控温水箱的加热组件包括加热管，加热管与可调电压控制器组成闭环电路，所述加热管与可调电压控制器的电路中第一线路并联连接二线制的电压变送器，第二线路并联连接二线制的电流变送器。

作为优选，所述进出水管路包括进水水管和出水水管，所述进水水管中的水路流向为给水泵输送水流，水流经过第一流量控制阀后达到控温水箱进水管口进入控温水箱；所述出水水管中的水路流向为控温水箱排水管口经过第二流量控制阀后到达排水泵。

作为优选，所述冷热水对冲管路包括第一循环水路和第二循环水路，所述第一循环水路的水路流向为从控温水箱向待测半导体制冷模组供水口出发，经过第三流量控制阀后到达循环水泵，经过第二压力传感器、第二温度传感器后到达涡轮轮流量计，随后穿过第四流量控制阀到达待测半导体制冷模组入水口；所述第二循环的水路流向为从待测半导体制冷模组的出水口出发，经过第五流量控制阀、第一压力传感器、第一温度传感器、第六流量控制阀后到达待测半导体制冷模组向控温水箱供水口。

作为优选，所述数据分析监控仪包括多个万能输入口、多个变送输出口，所述万能输入口的可组态选择电压、电流、热电偶、热电阻、频率、毫伏等，所述多个万能输入口连接冷热水对冲管路中的第一压力传感器、第一温度传感器、第二压力传感器、第二温度传感器；所述多个变送输出口连接控制水箱加热组件中的电压变送器和电流变送器。

作为优选，所述数据分析监控仪还包括RS232/485通讯接口、以太网接口、USB接口、打印机接口和存储器接口，所述数据分析监控仪上还可以外接上位机，通过与上位机双向数据传输来实现控制、报警、监控数据功能。

作为优选，所述控温水箱的保温夹层为47mm厚的聚氨酯保温层加工而成，所述内外壁隔离层为1.5mm不锈钢板。

本实用新型的有益效果是：1、提供了一种切实可行的半导体制冷模组，测定模组的制冷量。

2、制冷测试系统的测量误差小，测试结果具有高可重现性。

附图说明

图1 本实用新型的实施例中半导体制冷模组的制冷性能测试系统连接示意图。

图中：1-控温水箱，2-数据分析监控仪，3-待测半导体制冷模组，4-可调电压控制器，5-加热管，6-控温水箱水温传感器，7-液位计，8-控温水箱排水管口，9-控温水箱进水管口，10-待测半导体制冷模组供水口，11-控温水箱供水口，12-第二流量控制阀，13-排水泵，14-给水泵，15-循环水泵，16-第一温度传感器，17-第一压力传感器，18-涡轮流量计，19-待测半导体制冷模组出水口，20-待测半导体制冷模组入水口，21-电压变送器，22-电流变送器，23-地线，24-第一流量控制阀，25-第三流量控制阀，26-第二压力传感器，27-第二温度传感器，28-第四流量控制阀，29-第五流量控制阀，30-第六流量控制阀。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。

实施例1：如图1所示，本实施例为一种适用半导体水冷型制冷模组的制冷性能测试系统，包括控温水箱1，所述控温水箱1分别连接有进出水管路、冷热水对冲管路、数据分析监控仪2；其中控温水箱1通过冷热水对冲管路与待测半导体制冷模组3连接，所述数据分析监控仪2与控温水箱1和冷热水对冲管路通信连接，监测运行状态；控温水箱1为整个系统的控温核心目标组件，通过控温水箱1分别连接有用于管理进排水的进出水管路、用于实现冷热交换水流对冲的冷热水对冲管路以及显示系统测试数据的数据分析监控仪2。

所述控温水箱1包括相连的加热组件和箱体，所述加热组件用于精确控制控温水箱1的水温；所述加热组件的加热功率等于待测半导体制冷模组的制冷量，其中加热组件连接有一个可调电压控制器4来调节电压，进而控制加热组件的加热功率。

所述进出水管路与控温水箱1双向水路连接，用于控制控温水箱1的进出水流量；进出水管路仅在测试事件的前后开启或关断。在测试功能开启前，需要开启给水泵14和第一流量控制阀24，进水水管给控温水箱1充水，通过直接显示控温水箱1液位的液位计7来判断水位是否达到标准值，当满足水位标准后开启冷热水对冲管路中的第三流量控制阀25、循环水泵15和第四流量控制阀28，用于给待测半导体制冷模组3充水直至水位到达控温水箱1和待测半导体制冷模组3的标准水位。

所述冷热水对冲管路连接控温水箱1和待测半导体制冷模组3，组成闭环水路，使来自待测半导体制冷模组3的冷水与控温水箱1中的热水对冲，监测水温、流量、压力等状态；所述冷热水对冲管路为制冷性能测试的主要场所，其中包括第一压力传感器17、第一温度传感器16、第二压力传感器26、第二温度传感器27、涡轮流量计18和循环水泵15，在测试阶段打开第三流量控制阀25、第四流量控制阀28、第五流量控制阀29和第六流量控制阀30，通过循环水泵15驱动水流在控温水箱1和待测半导体制冷模组3之间循环流动，使得冷热水对冲平衡，当达到平衡时，所述各个温度传感器的温度恒定且与环境温度相同，所述环境温度由实验室或恒温箱等保持。

所述数据分析监控仪2与温水箱1、进出水管路和冷热水对冲管路中的各数据测试传感器通信连接，记录数据并实时监控。数据测试显示及数据处理机构包括数据分析监控仪2、及通过导线相连接的压力传感器17，温度传感器16，涡轮流量计18，电压变送器21，电流变送器22，其中数据分析监控仪2可提供48 路万能输入。可带18 路报警输出，12 个变送输出，RS232/485 通讯接口，以太网接口，微型打印机接口和USB 接口，SD 卡插座；可提供传感器配电；同时具有强大的显示功能，其中包括实时曲线显示、历史曲线、棒图显示和报警列表显示等。

如图1所示，本实施例中所述控温水箱1还包括控制水箱进水管口9、控制水箱排水管口8、第一循环管口10、第二循环管口11、两个液位计接口、水温传感器接口、加热组件接口和接地端，所述进水管口和排水管口连接进出水管路；第一循环管口和第二循环管口连接冷热水对冲管路；接地端连接地线23。所述加热组件接口连接加热组件，加热组件在本实施例中为加热管5，在测试完成后保证所述加热管5的加热功率等于待测半导体制冷模组3的制冷量。

如图1所示，本实施例中所述控温水箱1的箱体包括保温夹层、内外壁隔离层，所述控温水箱1还连接有测量水温的控温水箱水温传感器6和直接显示液位的液位计7。所述控温水箱1的箱体包括保温夹层、内外壁隔离层可以避免加热管5产生的热量流失至外界，减少测试过程中系统误差。

如图1所示，本实施例中所述控温水箱1的加热组件包括加热管5，加热管5与可调电压控制器4组成闭环电路，所述加热管5与可调电压控制器4的电路中第一线路并联连接二线制的电压变送器21，第二线路并联连接二线制的电流变送器22，所述可调电压控制器4由测试工作人员调节控制加热管5的加热功率，所述电压变送器21和电流变送器22连接数据分析监控仪2，将测量的电流和电压值传输至数据分析监控仪2。

如图1所示，本实施例中所述进出水管路包括进水水管和出水水管，所述进水水管中的水路流向为给水泵14输送水流，水流经过第一流量控制阀24后达到控温水箱进水管口9进入控温水箱1；所述出水水管中的水路流向为控温水箱排水管口8经过第二流量控制阀12后到达排水泵13。

如图1所示，本实施例中所述冷热水对冲管路包括第一循环水路和第二循环水路，所述第一循环水路的水路流向为从控温水箱向待测半导体制冷模组供水口10出发，经过第三流量控制阀25后到达循环水泵15，经过第二压力传感器26、第二温度传感器27后到达涡轮流量计18，随后穿过第四流量控制阀28到达待测半导体制冷模组入水口20；所述第二循环的水路流向为从待测半导体制冷模组出水口19出发，经过第五流量控制阀29、第一压力传感器17、第一温度传感器16、第六流量控制阀30后到达待测半导体制冷模组向控温水箱供水口11。

如图1所示，本实施例中所述数据分析监控仪2包括多个万能输入口、多个变送输出口，所述万能输入口的可组态选择电压、电流、热电偶、热电阻、频率、毫伏等，所述多个万能输入口连接冷热水对冲管路中的第一压力感器16、第二压力传感器26、第二温度传感器27；所述多个变送输出口连接控制水箱1加热组件中的电压变送器21和电流变送器22。

本实施例中，所述数据分析监控仪2还包括RS232/485通讯接口、以太网接口、USB接口、打印机接口和存储器接口，所述数据分析监控仪2上还可以外接上位机，通过与上位机双向数据传输来实现控制、报警、监控数据功能。

本实施例中，所述控温水箱1的保温夹层为47mm厚的聚氨酯保温层加工而成，所述内外壁隔离层为1.5mm不锈钢板。

本实用新型实施例包括一种半导体制冷模组的制冷性能测试方法，包括以下步骤。S1：在开启测试前，开启进水水管中的第一流量控制阀24和给水泵14，使得控制水箱1中的水位达到设定值。

S2：关断进水水管，打开冷热水对冲管路中的各个流量控制阀、泵和传感器，测量和调节工作环境温度与流量。

S3：关闭冷热水对冲管路中的各个流量控制阀、泵，开启待测半导体制冷模组3和控温水箱1中的加热组件。

S4：打开冷热水对冲管路中的各个流量控制阀和泵，实现冷热水对冲管路自循环，冷热水对冲管路中和控温水箱1中的各个传感器实时监测系统数据，并将信号反馈给数据分析监控仪2。

S5：当水箱温度及环境温度恒定时，根据即热电压U和加热电流I计算得到，待测半导体制冷模组3在所设定条件下的制冷量为Qc=P=U*I。

综上所述，本实用新型实施例为一种适用半导体水冷型制冷模组的制冷性能测试系统，通过使用控温水箱1，控温水箱1通过冷热水对冲管路与待测半导体制冷模组3连接，所述数据分析监控仪2与控温水箱1和冷热水对冲管路通信连接，监测运行状态；提供了一种切实可行的半导体制冷模组，测定模组的制冷量；制冷测试系统的测量误差小，测试结果具有高可重现性。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型创造中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。在本实用新型创造的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型创造的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型创造中的具体含义。

Claims (9)

1.一种适用半导体水冷型制冷模组的制冷性能测试系统，其特征在于：包括控温水箱（1），所述控温水箱（1）分别连接有进出水管路、冷热水对冲管路和数据分析监控仪（2）；控温水箱（1）通过冷热水对冲管路连接待测半导体制冷模组（3），所述数据分析监控仪（2）与控温水箱（1）和冷热水对冲管路通信连接，监测运行状态；所述控温水箱（1）包括相连的加热组件和箱体，加热组件精确控制控温水箱（1）水温；所述进出水管路与控温水箱（1）双向水路连接，控制控温水箱（1）的进出水流量；所述冷热水对冲管路连接控温水箱（1）和待测半导体制冷模组（3）形成闭环水路，使得待测半导体制冷模组（3）的冷水与控温水箱（1）中的热水对冲热量交互，并监测水温、流量和压力状态；所述数据分析监控仪（2）与控温水箱（1）、进出水管路和冷热水对冲管路中的各数据测试传感器通信连接，记录数据并实时监控。

2.根据权利要求1所述的一种适用半导体水冷型制冷模组的制冷性能测试系统，其特征在于，所述控温水箱（1）还包括控温水箱进水管口（9）、控温水箱排水管口（8）、待测半导体制冷模组供水口（10）、控温水箱供水口（11）、两个液位计接口、水温传感器接口、加热组件接口和接地端，所述进水管口和排水管口连接进出水管路；第一循环管口和第二循环管口连接冷热水对冲管路；接地端连接地线（23）。

3.根据权利要求2所述的一种适用半导体水冷型制冷模组的制冷性能测试系统，其特征在于，所述控温水箱（1）的箱体包括保温夹层、内外壁隔离层，所述控温水箱（1）还连接有测量水温的控温水箱水温传感器（6）和直接显示液位的液位计（7）。

4.根据权利要求1所述的一种适用半导体水冷型制冷模组的制冷性能测试系统，其特征在于，所述控温水箱（1）的加热组件包括加热管（5），加热管（5）与可调电压控制器（4）组成闭环电路，所述加热管（5）与可调电压控制器（4）的电路中第一线路并联连接二线制的电压变送器（21），第二线路并联连接二线制的电流变送器（22）。

5.根据权利要求2所述的一种适用半导体水冷型制冷模组的制冷性能测试系统，其特征在于，所述进出水管路包括进水水管和出水水管，所述进水水管中的水路流向为给水泵（14）输送水流，水流经过第一流量控制阀（24）后达到控温水箱进水管口（9）进入控温水箱（1）；所述出水水管中的水路流向为控温水箱排水管口（8）经过第二流量控制阀（12）后到达排水泵（13）。

6.根据权利要求1所述的一种适用半导体水冷型制冷模组的制冷性能测试系统，其特征在于，所述冷热水对冲管路包括第一循环水路和第二循环水路，所述第一循环水路的水路流向为从控温水箱出发，沿待测半导体制冷模组供水口（10）经过第三流量控制阀（25）后到达循环水泵（15），经过第二压力传感器（26）、第二温度传感器（27）后到达涡轮流量计（18），随后穿过第四流量控制阀（28）到达待测半导体制冷模组入水口（20）；所述第二循环的水路流向为从待测半导体制冷模组出水口（19）出发，经过第五流量控制阀（29）、第一压力传感器（17）、第一温度传感器（16）、第六流量控制阀（30）后到达控温水箱供水口（11）。

7.根据权利要求1所述的一种适用半导体水冷型制冷模组的制冷性能测试系统，其特征在于，所述数据分析监控仪（2）包括多个万能输入口、多个变送输出口，所述万能输入口的可组态选择电压、电流、热电偶、热电阻、频率和毫伏，所述多个万能输入口连接冷热水对冲管路中的第一压力传感器（17）、第一温度传感器（16）、第二压力传感器（26）、第二温度传感器（27）；所述多个变送输出口连接控温水箱（1）加热组件中的电压变送器（21）和电流变送器（22）。

8.根据权利要求1所述的一种适用半导体水冷型制冷模组的制冷性能测试系统，其特征在于，所述数据分析监控仪（2）还包括RS232/485通讯接口、以太网接口、USB接口、打印机接口和存储器接口，所述数据分析监控仪（2）上外接上位机，通过与上位机双向数据传输来实现控制、报警、监控数据功能。

9.根据权利要求1所述的一种适用半导体水冷型制冷模组的制冷性能测试系统，其特征在于，所述控温水箱（1）的保温夹层为47mm厚的聚氨酯保温层加工而成，所述内外壁隔离层为1.5mm不锈钢板。

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