Измерение теплового сопротивления термопаст.

Вы можете провести их сами

на страницах сайта

www.electrosad.ru

Все рассказанное в статье позволяет оценить характеристики термопасты или выбрать из имеющихся у Вас лучшую. При наличии приборов с точностью до 1% можно оценить тепловое сопротивление с точностью до 5%. Что вполне достаточно для практического применения. Неоднократно проводя такие измерения ранее, сегодня вынужден был повторить их потому что попавшая мене в руки теплопроводящая (ТП) паста "Радиал" вызывала сильные сомнения.

Эти измерения провести несложно, имея некоторый опыт сборки схем и измерения их параметров.

Для сборки установки необходимо немного, это:

Мультиметр M890C+ - обеспечивает выполнение измерений напряжения, тока, сопротивления и температуры в схеме с точностью менее 1%. Не используйте при работе неисправный прибор.	Источник питания тепловыделяющего элемента - трансформатор 220/110в и мощностью более 100Вт (например, трансформатор ТА-178)	Тепловыделяющий элемент - резистор С5-47в-40Вт-180 ом-10% (имеет плоскую площадку в основании для установки на теплоотвод)	Кулер - Thermaltake Highest Performance SILENT VOLCANO 9 CoolMod Cooler, эффективный кулер способный отвести более 80 Вт.

Рисунок 1.

Можно использовать и другие детали.

Для измерения мощности можно использовать Ваттметр переменного тока (например типа Д5016), который позволяет выполнять непосредственный отсчет мощности. Или любой другой (исправный) измерительный прибор позволяющий измерять напряжение, ток, температуру (ЭДС термопары в диапазоне до 50-100 мв ы зависимости от применяемой термопары).

Измерять температуру можно только термопарой! Зная материал термопары, можно с помощью таблиц ЭДС, с максимальной точностью (обычно менее 1%) выполнить измерения. Кроме того термопара допускает непосредственный контакт с измеряемым объектом и имеет малую инерционность. Обычно время прогрева термопары до 10 сек.

Напоминаю!
Точность измерения температуры термопарой легко проверить по крайней мере в одной точке. Для этого в стеклянный сосуд с охлажденной водой закладываете лед. Когда на поверхности останется небольшое количество льда, вода среди плавающих кусочков будет иметь температуру ноль градусов.

В качестве тепловыделяющих элементов можно использовать любой нагревательный элемент имеющее обязательно плоскую площадку необходимых размеров (по размерам теплового контакта кулера) с возможностью тепловыделения до 100 Вт без его разрушения.

Для питания установки можно использовать любой трансформатор (обязательно изолирующий), а для регулировки напряжения можно включить в его первичную обмотку ЛАТР (Лабораторный АвтоТРансформатор) для установки необходимой мощности. Выходная мощность источника питания должна соответствовать требуемому тепловыделению.

Кулер должен обеспечивать нормальную работу при заданном тепловом потоке (мощности).

Схема установки

 Все перечисленные элементы собираем в соответствии со схемой показанной на рис.2.

Рисунок 2.

Красным цветом условно показан слой проверяемого образца термопасты.

Нельзя забывать про установочные изделия. Это выключатель, предохранитель, вилка, клеммы для подключения приборов. Они обеспечивают технику безопасности при работе устройства.

Сетевое напряжение 220 в через трансформатор понижается до 110 в и подается на нагревательный элемент установленный на основании кулера Thermaltake. Вентилятор которого питается от отдельного источника малой мощности 12 в.

При напряжении 110 в (действующее значение) на тепловыделяющем элементе R1 выделяется мощность около 70 Вт. Для точного измерения напряжения и тока применяется мультиметр M890C+, мощность можно вычислить имея эти данные. Конечно лучший вариант для измерения мощности - лабораторный Ваттметр. Его применение позволит не отвлекаться на измерения и расчеты.

Выполнять измерения необходимые для вычисления мощности необходимо непосредственно перед измерением температуры, потому что параметры сети определяющие мощность меняются с течением времени.

Допустимо измерять только напряжение и вычислять мощность тепловыделения из напряжения на R1 и его сопротивления, но в этом случае точность вычисления теплового сопротивления снижается.

Даже при мощности выделяющейся на резисторе 70 Вт, его температура не превышает допустимую, при включенном вентиляторе кулера.

Устройство

Внешний вид узла кулера с установленным тепловыделяющим элементом показана на рис. 3а

а

б

в

Рисунок 3.

Для фиксации тепловыделяющего элемента используется штатная прижимная пружина кулера, которая обеспечивает штатное усилие прижатия для процессора AMD. Которое составляет 9,2 кг (в 1,5 раза выше чем у процессора Intel) На рис.3а и 3в показаны разные варианты прижимного механизма. Вариант 3в предпочтительнее, он обеспечивает возможность регулировки усилия прижатия.

В корпусе тепловыделяющего элемента в непосредственной близости к подошве сверлится отверстие минимальной глубины, которое нужно для фиксации точки касания термопары. Это позволяет облегчить измерения температуры потому что термопара попадая в отверстие не соскальзывает при небольших контактных усилиях.

Испытания

Перед подготовкой образца необходимо очистить от остатков старой термопасты. Для этого с помощью чистой салфетки, всухую, стираются остатки термопасты. После чего поверхности окончательно очищаются от следов ТП пасты с помощью чистой салфетки смоченной этиловым или изопропиловым спиртом, который применяется при монтаже электронных компонентов.

Теплопроводящая паста наносится в соответствии с рекомендациями описанными в статье "Рекомендации по нанесению теплопроводящих паст". Излишки термопасты - это лишняя грязь!

После нанесения образца термопасты, резистор (тепловыделяющий элемент) устанавливаем на основание радиатора кулера.

Включение установки осуществлять в следующей последовательности.

1. Включите вентилятор кулера,

2. Теперь можно включить питание тепловыделяющего элемента.

Внимание! При ином порядке включения возможен перегрев и разрушение тепловыделяющего элемента!

При измерениях теплопроводности с помощью описанной установки не забывайте, что иногда термопаста приобретает минимальное тепловое сопротивление через некоторое время и после многих циклов "включения - выключения". Почитайте "Свойства и особенности применения некоторых теплопроводящих паст".

Измерение температуры выполняется после того, как установится баланс между поступающим от тепловыделяющего элемента теплом и теплом отводимым радиатором кулера. Этот момент можно определить по прекращению роста температуры на подошве R1.

Совсем не обязательно проводить замер температуры в непосредственной близости от контактной поверхности. Поскольку теплопроводность алюминия и меди многократно превышает теплопроводность ТП пасты. Вполне достаточно 3-5 мм от контактной поверхности.

Температура измеряется непосредственным контактом (каснием) спая термопары с контролируемой поверхностью. Но не забывайте, температура термопары достигает температуры контролируемой точки через некоторое время. Это время называется - постоянная времени и оно может быть от 5 до 20 сек в зависимости от ее размеров. (Для примера - постоянная времени терморезистора КМТ-10 составляет 75 сек.)

По результатам измерения лучше построить таблицу, особенно если проверяется не одна ТП паста.

Например в таком виде:

Расчет

Если высокая точность измерения теплового сопротивления не нужна, то для вычисления мощности достаточно измерения напряжения на тепловыделяющем элементе. Мощность может быть определена по формуле:

P = U²/R

где:
U - напряжение на тепловыделяющем элементе - Вольт (у нас U=114 В),
R - Сопротивление тепловыделяющего элемента - Ом( у нас R=180 ом),
P - мощность выделяющаяся на R! - Ватт .(у нас P=72,2 Вт, что соответствует показаниям ваттметра)

Тепловое сопротивления определяется из формулы:

R_t=(t_R1 - t_кулера)/P

Где:
R_t - тепловое сопротивление ТП пасты в зазоре, t_R1, t_кулера и P смотрите выше.

Например для КПТ-8 (Табл.1) получим

Rt = (45-41)/72,2=0,055ºC/Вт.

или

Rt = h/λ*S   ºC/Вт

Где:

S — площадь области теплообмена м², 

h — толщина теплопроводящего слоя м,

λ — коэффициент теплопроводности Вт/(м·K).

Данная величина говорит о том, что при прохождении теплового потока мощностью 1 Вт через слой ПТ пасты, на этом слое создается перепад температур равный 0,055 град.С. Аналогично, при тепловом потоке 100 Вт на ТП пасту приходится перепад температур 5,5 град.С.

Заключение

Проведение данной работы требует некоторого практического опыта работы с радио и электрооборудованием и знаний техники безопасности, поэтому людям не имеющим практики такой работы лучше воспользоваться результатом работы специалиста!

Автор не несет ответственности за вашу безопасность!

Проведение этой работы показало, что ТП паста "Радиал" не выдерживает сравнения даже с ТП пастой КПТ-8, которая застряла по своим характеристикам на уровне 1980 года, прошлого века.

Сравните:
Rt (КПТ-8) = 0,055 град/Вт,
Rt (Радиал) = 0,13 град/Вт.

Это говорит, ТП паста КПТ-8 имеет тепловое сопротивление и теплопроводность в 2,4 раза лучше чем ТП пасты "Радиал".

О теплопроводности читайте здесь.

апрель 2009 года.

Сорокин А.Д.

<<назад>> <<в начало>> <<на главную>>

/Неизвестный процессор/Охлаждение ПК/Электроника для ПК/Linux/Проекты, идеи/Полезные советы/Разное/
/Карта сайта/Скачать/Ссылки/Обои/

При полном или частичном использовании материалов ссылка на "www.electrosad.ru" обязательна.
Ваши замечания, предложения, вопросы можно отправить автору почтой.

Copyright © Sorokin A.D.

2002 - 2020