PL225429B1 - Sposób i układ do pomiaru własnych i wzajemnych rezystancji termicznych dławika - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób i układ do pomiaru własnej i wzajemnej rezystancji termicznej dławika, mający zastosowanie przy kontroli jakości elementów indukcyjnych dla przemysłu elektronicznego.

Znany jest z amerykańskiego opisu patentowego US nr 2 021 491 „Elektryczny pirometr rezystancyjny”. Pirometr według wynalazku zawiera miedzianą elektrodę pokrytą tlenkiem miedzi, umieszczoną wewnątrz obudowy w kształcie metalowego walca. Przestrzeń między elektrodą a obudową jest wypełniona proszkiem grafitowym. Temperatura jest wyznaczana w oparciu o pomiar rezystancji między elektrodą a obudową za pomocą multimetru lub w mostku rezystancyjnym.

Niedogodnością rozwiązania według wynalazku jest konieczność stykowego wykonywania pomiaru, tzn, pirometr musi dotykać powierzchni, której temperatura jest mierzona.

Znane jest z brytyjskiego opisu patentowego GB nr 719 485 „Udoskonalenie do urządzeń mierzących promieniowanie”. W znanym rozwiązaniu zmodyfikowano konstrukcję pirometrów wykorzystujących bolometry lub fotorezystory do detekcji promieniowania. W znanym układzie zastosowano kondensator włączony szeregowo i detektorem promieniowania, dzięki czemu możliwe jest rejestrowanie fluktuacji temperatury mierzonej powierzchni. Napięcie z kondensatora jest wzmacniane i filtrowane przez filtr dolnoprzepustowy.

Niedogodnością układu według wynalazku jest ograniczony zakres jego zastosowania jedynie do detekcji promieniowania emitowanego przez inny obiekt i brak możliwości pomiaru rezystancji termicznej

Znane jest z brytyjskiego opisu patentowego GB nr 1 412 449 pt. „Udoskonalenie w radiometrii”. W znanym rozwiązaniu wykorzystano bezstykowy detektor promieniowania podczerwonego, który przetwarza promieniowanie podczerwone na napięcie stałe o wartości proporcjonalnej do różnicy czwartych potęg temperatury elementu i temperatury otoczenia. Do wyjścia detektora dołączony jest układ elektroniczny przetwarzający to napięcie na sygnał proporcjonalny do temperatury wyrażonej w stopniach Celsjusza lub Fahrenheita. Wartość tej temperatury jest wskazywana na wyświetlaczu. Temperatura otoczenia mierzona jest za pomocą termopary dołączonej do urządzenia według wynalazku.

Niedogodnością znanego rozwiązania jest ograniczenie zakresu zastosowania jedynie do w yznaczania chwilowej wartości temperatury badanego obiektu i brak możliwości pomiaru rezystancji termicznej elementów elektronicznych.

Znany jest z brytyjskiego opisu patentowego GB nr 1 507 367 „Automatyczny pirometr radiometryczny”. Pirometr według wynalazku zawiera dwa detektory promieniowania optycznego o zróżnicowanym paśmie częstotliwości mierzonego promieniowania, chłodnicę o regulowanej temperaturze umieszczoną w torze optycznym fotodetektorów oraz układ dzielący sygnały uzyskiwane na wyjściach fotodetektorów. Wyjście układu dzielącego jest połączone z elementem magazynującym, gdy odbiorniki rejestrują promieniowanie z badanego obiektu lub z wejściem komparatora, gdy odbiorniki rejestrują promieniowanie z chłodnicy. W znanym rozwiązaniu temperatura chłodnicy jest regulowana w taki sposób, aby iloraz sygnałów z detektorów uzyskiwanych przy pomiarze natężenia promieniowania badanego obiektu i chłodnicy były równe.

Niedogodnością znanego rozwiązania jest długi czas trwania pomiaru i konieczność regulacji temperatury chłodnicy.

Znane jest z brytyjskiego opisu patentowego GB nr 1 515 611 pt. „Udoskonalenie do obwodów elektrycznych”. W znanym układzie mostek rezystancyjny zawiera dwa czujniki termorezystancyjne oraz dwa rezystory, a w przekątną mostka włączony jest wzmacniacz różnicowy. Wyjście tego wzmacniacza steruje prądem płynącym przez termorezystory. Dwa rezystory w mostku mają rezystancję ponad pięciokrotnie większą od rezystancji termorezystora w punkcie rosy. W oparciu o wartość rezystancji termorezystora wyznaczana jest jego temperatura oraz temperatura otaczającej go przestrzeni przy uwzględnieniu mocy cieplnej wydzielanej w termorezystorze na skutek przepływu prądu.

Niedogodnością znanego rozwiązania jest konieczność kontaktowego pomiaru temperatury oraz konieczność równoważenia mostka rezystancyjnego.

Znany jest z polskiego opisu patentowego PL nr 120 091 „Sposób pomiaru rezystancji termicznej monolitycznych półprzewodnikowych układów scalonych”, który polega na wyznaczeniu wartości rezystancji termicznej z jej definicji po pomiarze temperatury wnętrza układu przy wykorzystaniu naPL 225 429 B1 pięcia na diodzie podłożonej przy wydzielaniu mocy w obszarze kolektora tranzystora bipolarnego zawartego w strukturze badanego układu scalonego.

Niedogodnością znanego sposobu jest możliwość zastosowania go tylko do bipolarnych układów scalonych z izolacją złączową.

Znany jest z polskiego opisu patentowego PL nr 132 113 „Sposób pomiaru rezystancji termicznej tranzystorów bipolarnych” polegający na pomiarze dwóch wartości napięcia baza-emiter przy dwóch wartościach napięcia kolektor-emiter i ustalonej wartości prądu kolektora oraz temperatury otoczenia, a następnie wyliczeniu wartości rezystancji termicznej według znanego wzoru.

Niedogodnością znanego sposobu jest mała dokładność pomiaru spowodowana nieuwzględnieniem w metodzie wpływu rezystancji szeregowych bazy i emitera na napięcie baza-emiter.

Znana jest z japońskiego opisu patentowego JP nr 57 094 668 metoda pomiaru rezystancji termicznej. W metodzie tej wykorzystuje się liniową zależność temperaturowego współczynnika zmian napięcia przewodzenia złącza p-n zawartego w tranzystorze polowym złączowym od wartości tego napięcia. Wartość rezystancji termicznej wyznaczana jest ze wzoru definicyjnego, przy czym zmianę wartości temperatury wnętrza badanego tranzystora wyznacza się poprzez pomiar czasowych zmian napięcia przewodzenia złącza p-n w czasie nagrzewania tranzystora.

Niedogodnością znanej metody jest ograniczenie zakresu jej zastosowania tylko do tranzystorów polowych złączowych wykonanych z arsenku galu i pracujących przy niewielkich wartościach prądu złącza. Dodatkowo, pomiar wykonywany jest w nietypowych warunkach pracy badanego tranzystora.

Znana jest z japońskiego opisu patentowego JP nr 59 092 364 metoda pomiaru rezystancji termicznej tranzystora polowego. Znana metoda przeznaczona jest do pomiarów mikrofalowych tranzystorów unipolarnych. W metodzie tej wykorzystuje się napięcie progowe badanego tranzystora w charakterze parametru termoczułego. Wartość rezystancji termicznej wyznaczana jest ze wzoru definicyjnego, a badany tranzystor jest zasilany impulsowo sygnałem o współczynniku wypełniania równym 0,99.

Niedogodnością znanej metody jest konieczność przełączania układu pomiarowego i złożony układ pomiarowy niezbędny do realizacji znanej metody.

Znany jest z japońskiego opisu patentowego JP nr 59 1089 68 pomiar rezystancji termicznej przyrządu półprzewodnikowego. Pomiar ten wykonywany jest przy wykorzystaniu w charakterze parametru termoczułego wzmocnienia prądowego G wzmacniacza zawierającego tranzystor unipolarny. Tranzystor ten pobudzany jest sygnałem wielkiej częstotliwości, a pomiar rezystancji termicznej wykonywany jest w 6 etapach, obejmujących pomiary napięć zaciskowych badanego tranzystora w różnych warunkach jego zasilania oraz obliczenie wartości rezystancji termicznej ze wzoru analitycznego.

Niedogodnością znanej metody jest konieczność przeprowadzenia kalibracji charakterystyki termometrycznej G(T) w sposób wymagający pomiaru temperatury wnętrza badanego tranzystora oraz wymaganie zastosowania w pomiarach sygnałów wielkiej częstotliwości i potrzeba przełączania badanego tranzystora w czasie wykonywania pomiarów.

Znane są z amerykańskiego opisu patentowego US nr 4 840 495 „Metoda i urządzenie do pomiaru rezystancji termicznej takich elementów jak układy scalone LSI”. Znana metoda polega na tym, że rezystancję termiczną określa się na podstawie pomiaru różnicy temperatur między obiema stronami układu scalonego przy przepływie przez niego strumienia ciepła o znanej wartości. Znany układ pomiarowy składa się ze źródła ciepła, źródła zimna, badanego układu, miernika różnicy temperatur oraz układu sterującego.

Niedogodnością znanego rozwiązania jest złożona konstrukcja źródeł ciepła i zimna oraz wyk onywanie pomiaru w nietypowych warunkach pracy układu scalonego.

Znany jest z polskiego zgłoszenia patentowego PL nr P 277 168 „Sposób pomiaru rezystancji termicznej scalonych układów cyfrowych TTL i CMOS” polegający na wydzielaniu mocy o dwóch wa rtościach określonych przez dwie wartości obciążenia włączonego między wyjście bramki a zasilanie. Pomiar temperatury wnętrza jest realizowany za pośrednictwem występującej na dowolnym wejściu bramki, przewodząco spolaryzowanej diody, przez którą płynie prąd o ustalonej wartości.

Niedogodnością znanego sposobu jest możliwość pomiaru rezystancji termicznej tylko podstawowych bramek TTL i CMOS.

Znana jest z amerykańskiego opisu patentowego US nr 5 027 064 „Metoda pomiaru temperatury pracy przyrządów półprzewodnikowych wraz z monitorowaniem charakterystyk częstotliwościowych”. Znana metoda pomiaru wykorzystuje jako parametr termoczuły małosygnałowe wzmocnienie badanego elementu.

PL 225 429 B1

Niedogodnością znanego rozwiązania jest mała powtarzalność charakterystyki termometrycznej i brak możliwości pomiaru rezystancji termicznej znanych układów scalonych.

Znany jest z japońskiego opisu patentowego JP nr 61 155 775 pomiar rezystancji termicznego potowego tranzystora MOS. W pomiarze tym wykorzystuje się w charakterze parametru termoczułego napięcie u_GS między bramką a źródłem tranzystora przy ustalonej wartości prądu drenu.

Niedogodnością znanej metody jest to, że w czasie pomiaru wykorzystywany jest skomplikowany układ pomiarowy, a we wzorze metody występuje nachylenie charakterystyki termometrycznej, której wyznaczenie wymaga podgrzewania badanego elementu.

Znane jest z niemieckiego opisu patentowego DE nr 3 833 334 A1 „Urządzenie do pomiaru temperatury w piecu systemu HIP”. Znane urządzenie mierzy temperaturę wewnątrz pieca przy wyk orzystaniu pirometru, a między głowicą pomiarową a pirometrem występuje połączenie optyczne wykonane za pomocą światłowodów.

Niedogodnością znanego urządzenia jest ograniczenie zakresu jego zastosowań jedynie do pomiaru wysokich temperatur występujących wewnątrz pieca.

Znany jest z polskiego opisu patentowego PL nr 173 206 „Sposób pomiaru rezystancji termicznej diod półprzewodnikowych ze złączem p-n w zakresie przebicia”, polegający na pomiarze napięcia na diodzie pracującej w zakresie przebicia przy dwóch wartościach temperatury otoczenia i ustalonej wartości prądu, a następnie wyliczeniu wartości rezystancji termicznej według znanego wzoru.

Niedogodnością znanego sposobu jest ograniczony zakres punktów pracy diod, dla których można wykonać pomiar oraz konieczność wykonania jednego z pomiarów napięć natychmiast po przełączeniu sygnału zasilającego badaną diodę.

Znany jest z polskiego opisu patentowego PL nr 173 831 „Układ do pomiaru przejściowej impedancji termicznej tranzystora bipolarnego”, w którym emiter tranzystora pracującego w układzie wspólnej bazy jest połączony z wyjściem źródła małego prądu oraz z wyjściem źródła prądu grzejnego poprzez przełącznik, który jest sterowany sygnałem prostokątnym .Tranzystor jest usytuowany w termostacie, a kolektor jest połączony z wejściem źródła napięciowego.

Niedogodnością znanego układu jest ograniczenie zastosowania go tylko do tranzystorów bipolarnych pracujących w zakresie aktywnym normalnym.

Znany jest z amerykańskiego opisu patentowego US nr 5 781 075 „Przyrząd do pomiaru temperatury”, posiadający dwukońcówkowy czujnik, do którego końcówek są dołączone źródło prądu polaryzującego oraz źródło napięciowe, przy czym wydajności tych źródeł są programowane układowo. Znany czujnik zawiera spolaryzowane przewodząco złącza półprzewodnikowe umożliwiające pomiar temperatury otoczenia.

Niedogodnością znanego rozwiązania jest możliwość pomiaru tylko temperatury otoczenia, bez możliwości wyznaczenia temperatury wnętrza elementu półprzewodnikowego.

Znane jest z chińskiego opisu patentowego CN nr 2 269 589 Y „Zabezpieczone wewnętrznie wysoko temperaturowe urządzenie rejestrująco-mierzące”. Znane urządzenie jest przeznaczone do pracy w przyrządach pomiarowych pracujących w zakresie wysokich temperatur (1000-2000°C). Znane urządzenie zawiera sondę temperatury, światłowody, wielozakresowy pirometr, analizator danych współpracujący ze specjalnym oprogramowaniem. Głównym element jest sonda temperatury zawierająca kryształ tlenku metalu, a obudowa sondy zabezpieczona jest specjalną ceramiką. Informacja o wartości temperatury jest przetwarzana na światło, które światłowodem jest transmitowane do pirometru.

Niedogodnością znanego urządzenia jest zbyt wysoki, z punktu widzenia pomiarów parametrów cieplnych dławika, zakres mierzonych temperatur.

Znany jest z polskiego opisu patentowego PL nr 187 668 „Sposób i układ do pomiaru rezystancji termicznej inteligentnego unipolarnego układu scalonego mocy”. Znany sposób pomiaru obejmuje trzy etapy: kalibrację charakterystyki termometrycznej złącza p-n, zawartego w strukturze wyjściowego tranzystora MOS przy jednej wartości temperatury otoczenia oraz przy prądzie wymuszonym przez źródło prądu pomiarowego Im i wyznaczenie nachylenia tej charakterystyki, pobudzenie badanego układu scalonego falą prostokątnego mocy i pomiar w stanie ustalonym wartości napięcia w węźle napięciowym przy wysokim poziomie mocy i napięcia przy niskim poziomie mocy oraz wyznaczenie wartości rezystancji termicznej ze wzoru analitycznego.

Niedogodnością znanego sposobu jest konieczność pobudzania badanego układu scalonego mocą o kształcie fali prostokątnej, przez co niemożliwy jest pomiar tą metodą rezystancji termicznej regulatorów impulsowych w ich typowych warunkach zasilania.

PL 225 429 B1

Znane są z polskiego opisu patentowego PL nr 191 944 „Sposób i układ do pomiaru rezystancji termicznej elementów półprzewodnikowych zawierających złącze p-n”. W znanym sposobie pomiar wykonywany jest w trzech etapach. Pierwszy etap obejmuje pomiary współrzędnych czterech punktów leżących na izotermicznych charakterystykach spolaryzowanego w kierunku przewodzenia złącza p-n, zawartego w badanym elemencie, drugi etap polega na pomiarze współrzędnych jednego punktu na nie izotermicznej charakterystyce tego złącza, w trzecim etapie obliczana jest wartość rezystancji termicznej przy wykorzystaniu znanego wzoru. Znany układ pomiarowy zawiera badany układ scalony, wzmacniacz pomiarowy, przełącznik, źródło prądu pomiarowego i grzejnego, przetwornik oraz komputer.

Znany jest z amerykańskiego opisu patentowego US nr 6 095 682 „Multimetr pirometryczny”. W znanej metodzie jest wykorzystywany przyrząd pomiarowy zawierający laser wskazujący mierzony punkt, rejestrujący promieniowanie podczerwone za pomocą detektora umieszczonego w uchwycie trzymanym w ręku operatora. Pomiar wykonywany jest bezstykowo, a wynik prezentowany jest na wyświetlaczu przyrządu. Znany przyrząd jest wykorzystany do pomiaru emisyjności powierzchni mierzonego obiektu. Przy tym pomiarze do przyrządu pomiarowego dołączona jest dodatkowo sonda do rezystancyjnego pomiaru temperatury.

Niedogodnością znanego rozwiązania jest ograniczenie możliwości pomiarowych przyrządu pomiarowego do pomiaru temperatury powierzchni elementów oraz brak możliwości wyznaczenia wartości rezystancji termicznej elementu elektronicznego.

Niedogodnością znanego sposobu jest skomplikowana i czasochłonna procedura pomiarowa oraz konieczność pracy badanego układu scalonego w nietypowych dla niego warunkach zasilania.

Znane są z polskiego opisu patentowego PL nr 194 602 „Sposób i układ do pomiaru rezystancji termicznej scalonych regulatorów zasilaczy impulsowych”. Znany sposób obejmuje trzy etapy: pomiar napięcia na spolaryzowanym w kierunku przewodzenia złączu p-n zawartym w bloku oscylatora przy odłączonym zasilaniu badanego regulatora i w ustalonej temperaturze otoczenia. W drugim etapie mierzy się w stanie ustalonym, przy włączonym zasilaniu regulatora, napięcie na tym samym złączu oraz napięcie i prąd zasilania regulatora w tej samej temperaturze otoczenia. W trzecim etapie wylicza się wartość rezystancji termicznej przy użyciu znanego wzoru. Znany układ zawiera badany regulator, zawierający oscylator ze złączem p-n, którego katoda jest uziemiona, a anoda połączona z woltomierzem i źródłem prądu pomiarowego. Wyprowadzenie zasilania regulatora połączone jest z amperomierzem. Przełącznik łączy lub rozłącza amperomierz ze źródłem zasilania. Źródło prądu pomiarowego polaryzuje w kierunku przewodzenia złącze p-n zawarte w oscylatorze badanego regulatora. Napięcie na tym złączu mierzone jest przez woltomierz.

Niedogodnością znanej metody jest konieczność przełączania układu zasilania badanego regulatora, co utrudnia jego badania w typowym układzie aplikacyjnym Znany układ pomiarowy zawiera źródła prądu pomiarowego i grzejnego, dwa przełączniki, wzmacniacz pomiarowy, przetwornik oraz komputer. W czasie realizacji pomiaru, na wejście sterujące badanego układu scalonego podawane są odpowiednie sygnały cyfrowe, których sekwencja jest zależna od typu badanego układu scalonego.

Niedogodnością znanego rozwiązania jest ograniczenie zakresu stosowalności znanej metody tylko do układów scalonych typu SMART-POWER.

Znane są z polskiego opisu patentowego PL nr 197 351 „Sposób i układ do pomiaru rezystancji termicznej scalonych regulatorów PWM”. W znanym sposobie pomiar rezystancji termicznej odbywa się dwuetapowo, przy czym pierwszy etap realizowany jest przy zmianach temperatury termostatu i wymaga pomiaru czasu trwania impulsu na wyjściu regulatora PWM natychmiast po włączeniu zasilania regulatora, natomiast drugi etap realizowany jest w stanie ustalonym. W etapie tym mierzone są napięcie i prąd zasilania oraz czas trwania impulsu. Po odczytaniu z charakterystyki termometrycznej wartości temperatury wnętrza odpowiadającej czasowi trwania impulsu, wartość rezystancji termicznej stanowi iloraz nadwyżki temperatury wnętrza elementu ponad temperaturę otoczenia przez iloczyn napięcia zasilającego oraz prądu zasilania, przy czym wartość temperatury wnętrza jest odczytywana z charakterystyki termometrycznej dla czasu trwania impulsu wyznaczonego w drugim etapie pomiaru. Znany układ zawiera zasilacz napięciowy, który poprzez amperomierz połączony jest z wejściem zasilającym badanego regulatora i woltomierz połączony równolegle z wejściem zasilającym regulatora, natomiast oscyloskop cyfrowy jest połączony z wyjściem regulatora, umieszczonego w termostacie.

Niedogodnością znanego sposobu jest ograniczenie zakresu jego stosowalności wyłącznie do scalonych regulatorów PWM.

Znane są z japońskiego opisu patentowego JP nr 2004 317432 „Regulator temperatury elementów półprzewodnikowych oraz urządzenie do badań elementu półprzewodnikowego”. Znany regulator

PL 225 429 B1 jest przeznaczony do skutecznego zapewnienia równomiernego rozkładu temperatury wewnątrz elementu półprzewodnikowego z kablem. Do regulacji tej wykorzystuje doprowadzany z zewnątrz płyn o ustalonej temperaturze, który przez doprowadzenia jest wprowadzany do struktury półprzewodnikowej elementu i w ten sposób utrzymuje jej stałą temperaturę.

Niedogodnością znanego rozwiązania jest brak możliwości zmierzenia wartości rezystancji termicznej.

Znane są z polskiego opisu patentowego PL nr 206 218 „Sposób i układ do pomiaru rezystancji termicznej scalonego regulatora impulsowego”. Znany układ zawiera zawierający termostat, oscyloskop cyfrowy, przetwornik analogowo-cyfrowy i komputer. Układ ten charakteryzuje się tym, że źródło napięcia wejściowego połączone jest z wejściem badanego regulatora za pośrednictwem półprzewo dnikowego przełącznika mocy, sterowanego sygnałem cyfrowym z komputera. Do wejścia badanego regulatora jest podłączone także źródło ujemnego napięcia przez rezystor oraz wejście przetwornika analogowo-cyfrowego. Do zacisków, zawartego w strukturze badanego regulatora, półprzewodnikowego elementu kluczującego są podłączone wejścia dwukanałowego oscyloskopu cyfrowego, rezystor oraz elementy układu aplikacyjnego badanego regulatora. Oscyloskop cyfrowy i przetwornik analogowo-cyfrowy podłączone są do komputera sterującego. W znanym sposobie pomiar rezystancji termicznej scalonego regulatora impulsowego pracującego w konfiguracji przetwornicy BOOST, wykorzystujący w charakterze parametru termoczułego napięcie na diodzie podłożowej spolaryzowanej w kierunku przewodzenia prądem , realizowany w trzech etapach, obejmujących wyznaczenie nachylenia charakterystyki termometrycznej, pomiar napięcia na diodzie podłożowej w czasie kalibracji oraz w stanie ustalonym i obliczenie wartości rezystancji termicznej ze wzoru analitycznego. Sposób charakteryzuje się tym, że w drugim etapie pomiaru badany regulator pracuje w układzie aplikacyjnym i generuje impulsowy przebieg mocy, a wartość mocy P występującej we wzorze końcowym metody wyznaczana jest przez uśrednianie iloczynu zmierzonych przebiegów czasowych napięcia i prądu na zaciskach półprzewodnikowego elementu kluczującego mocy, zawartego w strukturze badanego regulatora. Wartość rezystancji termicznej obliczana jest ze znanego wzoru.

Niedogodnością znanego sposobu jest ograniczenie zakresu jego stosowalności wyłącznie do scalonych regulatorów impulsowych współpracujących z przetwornicą BOOST.

Znane jest z tajwańskiego opisu patentowego TW nr 2008 28 355 A „Urządzenie chłodzące do redukcji rezystancji termicznej uzwojeń transformatora”. Znane rozwiązanie posiada między każdą parą warstw uzwojenia umieszczaną warstwę izolacyjną ukształtowaną w cienki plasterek, która ma właściwości termoprzewodzące. Dzięki zastosowanej warstwie jest ułatwione przewodzenie ciepła generowanego w uzwojeniu na zewnątrz transformatora. Zapewnia to obniżenie wartości rezystancji termicznej transformatora.

Niedogodnością znanego rozwiązania jest brak możliwości wykonania pomiaru rezystancji termicznej.

Znane są z europejskiego zgłoszenia patentowego EP nr 2 194 386 A2 „Metody pomiarowe do wykrywania prądu cewki”. Pomiar wykonywany jest w układzie zawierającym badany dławik, dławik pomocniczy, diodę, tranzystor MOSFET, układ sterujący, dwa kondensatory i rezystor obciążający. Wymienione elementy są połączone w układ dławikowej przetwornicy podwyższającej napięcie. Pomiar jest wykonywany dwuetapowo przy sterowaniu przetwornicy sygnałem prostokątnym. W pierwszym etapie w układzie włączony jest dławik badany o znanej rezystancji szeregowej, a w drugim etapie - cewka pomocnicza. W oparciu o zmierzoną wartość różnicy napięć między końcówkami dławika i cewki pomocniczej wyznaczana jest wartość prądu dławika. W układzie według wynalazku proponowane jest również zastąpienie cewki pomocniczej układem RC.

Niedogodnością znanej metody jest brak możliwości zastosowania ich do wyznaczania rezystancji termicznej dławika.

Znane jest z chińskiego opisu patentowego CN nr 2016 53 950 Y „Urządzenie do pomiaru wewnętrznej temperatury złącza oraz rezystancji termicznej elementu elektronicznego”. Znane urządzenie zawiera moduł przetwornika analogowo-cyfrowego, komputer, źródło zasilania i źródło zasilania podgrzewającego badany element. Badany element, umieszczony w systemie próżniowym, połączony jest ze źródłem zasilania, a termoczuły rezystor A jest umieszczony w pobliżu źródła ciepła zlokalizowanego w badanym elemencie. Sygnał z tego rezystora jest przekazywany do modułu przetwornika analogowo-cyfrowego. Drugi rezystor termoczuły B umieszczony jest na dolnej stronie badanego el ementu, z którą styka się zewnętrzne źródło ciepła. Znane urządzenie jest stosowne do badania elementów w fabrycznych obudowach, a pomiar jest nieniszczący.

PL 225 429 B1

Niedogodnością znanego rozwiązania jest konieczność stosowania zewnętrznego źródła ciepła w czasie pomiaru oraz błąd pomiaru spowodowany różnicą temperatury wnętrza badanego elementu i rezystora termoczułego.

Znane są z polskiego zgłoszenia patentowego PL nr 400 744 „Sposób i układ do pomiaru rezystancji termicznej tranzystora potowego mocy z izolowaną bramką”. Znany sposób wymaga zmierzenia współrzędnych czterech punktów pracy badanego tranzystora polowego pracującego w zakresie nasycenia oraz wyliczenia wartości rezystancji termicznej ze wzoru analitycznego.

Niedogodnością znanego sposobu jest ograniczenie zakresu jego stosowalności do tranzystorów potowych z izolowaną bramką.

Istotą wynalazku jest sposób pomiaru własnej rezystancji termicznej uzwojenia dławika i wzajemnej rezystancji termicznej między rdzeniem a uzwojeniem dławika, wykorzystujący w charakterze parametru termoczułego rezystancję uzwojenia, którego nachylenie charakterystyki termometrycznej opisuje temperaturowy współczynnik zmian rezystywności miedzi pc_u, jest realizowany w trzech etapach obejmujących kolejno pomiary i obliczenia ze wzorów analitycznych. Sposób ten charakteryzuje się tym, że w pierwszym etapie pomiaru jest mierzona rezystancja R₁ uzwojenia dławika przy małej wartości prądu dławika l₁ oraz temperatura rdzenia T_a za pomocą pirometru. W etapie drugim jest mierzona, w stanie termicznie ustalonym, rezystancja R2 uzwojenia dławika oraz temperatura T_r rdzenia dławika za pomocą pirometru przy dużej wartości prądu dławika l₂. W etapie trzecim wartość rezystancji termicznej uzwojenia jest obliczana z zależności analitycznej o postaci:

Wartość rezystancji termicznej wzajemnej między rdzeniem a uzwojeniem wyliczana jest z zależności analitycznej o postaci:

thur

T — T ^lr ¹ a il R₂

Korzystnym skutkiem zastosowania sposobu według wynalazku jest wyznaczanie własnej rez ystancji termicznej uzwojenia dławika i wzajemnej rezystancji termicznej między rdzeniem a uzwojeniem. Sposób według wynalazku jest prosty w realizacji poprzez stosowanie nieskomplikowanych procedur i aparatury pomiarowej. Uzyskane wyniki pomiarów umożliwiają wyznaczenie maksymalnej wartości prądu dławika, przy której nie zostanie przekroczona dopuszczalna temperatura uzwojenia ani rdzenia dławika.

Istotą wynalazku jest układ, zawierający dławik, zasilacz prądowy, woltomierz, amperomierz i pirometr. Układ charakteryzuje się tym, że zasilacz prądowy 1 połączony jest szeregowo z amperomierzem 2 oraz dwójnikiem stanowiącym równoległe połączenie woltomierza 3 i badanego dławika 4. Dławik 4 posiada styki Kelvina, a promieniowanie podczerwone emitowane przez rdzeń dławika jest poddawane detekcji przez pirometr radiometryczny 5.

Korzystnym skutkiem zastosowania układu według wynalazku jest możliwość wykonania pomiaru własnej rezystancji termicznej uzwojenia dławika i wzajemnej rezystancji termicznej między rdzeniem a uzwojeniem dławika, wyznaczających dopuszczalne wartości prądu dławika podczas jego ek sploatacji.

Przedmiot wynalazku wyjaśnia przykład wykonania sposobu pomiaru rezystancji termicznej uzwojenia oraz wzajemnej rezystancji termicznej między rdzeniem a uzwojeniem dławika.

Pomiar realizowany jest w trzech etapach.

W pierwszym etapie mierzona jest rezystancja R₁ uzwojenia dławika odpowiadająca temperaturze otoczenia oraz temperatura rdzenia. W czasie trwania pierwszego etapu pomiaru wydajność zasilacza prądowego (1) jest ustawiona na małą wartość prądu, tak dobraną, aby nie powodowała ona jeszcze wzrostu temperatury uzwojenia, a jednocześnie była znacznie większa od prądu pobieranego przez woltomierz. Zalecana wartość tego prądu wynosi 10 mA. Amperomierz (2) mierzy wartość prądu dławika, a woltomierz (3) - napięcie na jego uzwojeniu. Wartość rezystancji R₁ jest wyliczana jako iloraz napięcia na woltomierzu (3) oraz amperomierzu (2). Temperatury rdzenia Ta jest mierzona za pomocą pirometru radiometrycznego (5). W celu wyeliminowania wpływu przewodów doprowadzających na wynik pomiaru wykorzystywane są styki Kelvina do podłączenia badanego dławika, przy czym zaciski napięciowe połączone są z woltomierzem (3), zaś zaciski prądowe z amperomierzem (2) oraz masą układu.

PL 225 429 B1

W drugim etapie pomiaru, zasilacz prądowy (1) wymusza przepływ przez uzwojenie dławika prądu grzejnego o wartości wystarczającej do podwyższenia temperatury uzwojeń o co najmniej 20°C. Wartość tego prądu jest mierzona za pomocą amperomierza (2), a napięcie na dławiku - za pomocą woltomierza (3). Iloraz wskazań woltomierza (3) i amperomierza (2) równy jest rezystancji uzwojenia. Wartość tej rezystancji rośnie w funkcji czasu aż do osiągnięcia stanu ustalonego. Stan ustalony w ystępuje wtedy, gdy chwilowa wartość rezystancji uzwojenia w ciągu 1 minuty nie zmienia się o więcej niż o 1%. Wartość tej rezystancji w stanie ustalonym jest rezystancją uzwojenia R2 w drugim etapie pomiaru. W stanie ustalonym mierzona jest również wartość temperatury rdzenia T_r za pomocą pirometru radiometrycznego (5).

Trzeci etap pomiaru obejmuje obliczenie wartości rezystancji termicznej uzwojenia R_rtu oraz wzajemnej rezystancji termicznej między rdzeniem a uzwojeniem R_thur ze wzorów o postaci:

Rthu ^2 Rl Pcu Ą ^2 thur

T — T ^lr ¹ a

Ą² ' ^2 w których p_cu oznacza temperaturowy współczynnik zmian rezystywności miedzi.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony na rysunku, przedstawiającym schemat blokowy układu do pomiaru rezystancji termicznej uzwojenia dławika oraz wzajemnej rezystancji termicznej między uzwojeniem a rdzeniem dławika.

Układ ten składa się z dławika (4), źródła prądowego (1), amperomierza (2), woltomierza (3) oraz pirometru radiometrycznego (5). Źródło prądowe (1), przez amperomierz (2), zasila dławik (4). Równolegle do zacisków dławika (4) jest włączony woltomierz (3). Dławik (4) posiada styki Kelvina. Pirometr radiometryczny (5) jest sprzężony z rdzeniem dławika przy wykorzystaniu promieniowania podczerwonego.

Claims (2)

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób do pomiaru własnych i wzajemnych rezystancji termicznych dławika, wykorzystujący w charakterze parametru termoczułego rezystancję uzwojenia, którego nachylenie charakterystyki termometrycznej opisuje temperaturowy współczynnik zmian rezystywności miedzi p_cu, realizowany w trzech etapach obejmujących kolejno pomiary i obliczenia ze wzorów analitycznych, znamienny tym, że w pierwszym etapie pomiaru mierzona jest rezystancja uzwojenia R₁ przy małej wartości prądu dławika l₁ oraz temperatura T_a rdzenia przy wykorzystaniu pirometru radiometrycznego, w drugim etapie mierzona jest, w stanie termicznie ustalonym, rezystancja R₂ uzwojenia oraz temperatura T_r rdzenia dławika za pomocą pirometru radiometrycznego przy dużej wartości prądu dławika l₂, w etapie trzecim wartości rezystancji termicznej uzwojenia dławika R_thu oraz wzajemnej rezystancji termicznej między rdzeniem a uzwojeniem dławika R_thur wyliczane są ze wzorów:

thu thur

Tr~T_a

2. Układ do pomiaru własnych i wzajemnych rezystancji termicznych dławika, zawierający woltomierz, amperomierz, zasilacz prądowy i pirometr radiometryczny, znamienny tym, że zasilacz prądowy (1) jest szeregowo połączony z amperomierzem (2) oraz dwójnikiem zawierającym równolegle połączony woltomierz (3) oraz dławik (4), posiadający styki Kelvina, a promieniowanie podczerwone emitowane przez rdzeń dławika (4) jest poddawane detekcji przez pirometr radiometryczny (5).