OKTRES (Методы и отчеты по лабам РЭС), страница 8

При известных коэффициентах теплопроводности и геометрических размерах тела lx, ly, lz можно определить тепловое сопротивление между центром тела и его поверхностью:R0 = C·lz/4λzlxly .Здесь C – коэффициент, зависящий от отношений геометрических размеров тела и эквивалентных коэффициентов теплопроводности. Значение C47обычно представляют графически (приложение 3.1). Графики строят дляопределенных условий выбора направлений осей координат однородногоанизотропного тела. Такими условиями являются неравенстваlz < lx(λz/λx)1/2 и lz < ly(λz/λy)1/2.Значение R0 позволяет найти температуру в центре однородного тела t0 = tS + R0P, где tS – температура на поверхности тела; P – суммарныйтепловой поток источников, расположенных внутри тела.Для определения эквивалентных коэффициентов теплопроводностиконструкции λx, λy, λz необходимо: выделить в структуре конструкции элементарную тепловую ячейку, состоящую из однородных по теплофизическим характеристикам простейших тел правильной геометрической формы;составить схемы теплопередачи в ячейке по направлениям x, y, z и в результате преобразования схем найти тепловые проводимости ячейки σяx,σяy, σяz; через тепловые проводимости элементарной конструкции lx, ly, lzнайти тепловые проводимости эквивалентного анизотропного тела σx, яy, σzи коэффициенты теплопроводности λx, λy, и λz.Элементарная тепловая ячейка представляет собой наименьший объем,включающий один или несколькотепловыделяющих элементов, многократное повторение которого потрем направлениям позволяет воспроизвести исходную конструкцию(рис.

3.2). Если в конструкции с геометрическими размерами lx, ly, lz понаправлениям осей координат уклаРис. 3.2. Модель конструкциидываетсясоответственно k, m, nпометодуоднородногоэлементарныхтепловых ячеек, тоанизотропного тела.σx = (mn/k)σяx; λx= (lx/lylz) σx;σy = (kn/m)σяy; λy= (ly/lxlz) σy;σz = (km/n)σяz; λz= (lz/lxly) σz .Метод однородного анизотропного тела применим к конструкциямМЭА с регулярной структурой, т.е. к конструкциям, содержащим большое48число одинаковых в конструктивном отношении элементов, повторяющихся во всех трех измерениях.Для расчета показателей теплового режима конструкций МЭА используются методы последовательных приближений, тепловой характеристики и коэффициентный.Метод последовательных приближений основан на итеративномпроцессе вычисления перегрева Δtj или температуры tj.

Начальным значением перегрева Δt'j (температуры t'j) j-ой точки конструкции или изотермической поверхности задаются произвольно, после чего определяют суммарную тепловую проводимость σ'Σ и расчетное значение перегрева Δt'jP(температуры t'jP) в первом приближении:Δt'jP = P/ σ'Σ ;t'jP = tc + P/ σ'Σ .При выполнении неравенства |Δt'j - ΔtjP|< δ, где δ = 1...20С, за истинное значение перегрева принимают Δt'j или Δt'jP. Если неравенство невыполняется, то повторяют расчет, положив Δt"j = Δt'jP.Метод тепловой характеристики состоит в построении по расчетным данным зависимости Δtj = Δtj(P), по которой для любого значениятеплового потока P можно найти перегрев и температуру j-ой точки илиизотермической поверхности.Для построения тепловой характеристики задаются произвольнымзначением перегрева Δt'j, определяют σ'Σ и далее тепловой потокP'=σ'Σ·Δt'j, который способна рассеять конструкция при данных условияхтеплообмена.

Координаты Δt'j и Pjслужат одной точкой тепловой характеристики; второй точкой являетсяначало координат. Таким образом,тепловая характеристика представляетсобой прямую, проходящуючерезначало координат и точку скоорРис. 3.3. Тепловая характеристикадинатами Δt'j и P' (рис. 3.3).49В коэффициентном методе для определения перегрева используется теоретическое соотношениеnΔtj =Δt0j ∏ Kij ,i =1где Δt0j – значение перегрева в типовой конструкции при исходных значениях параметров конструкции и окружающей среды; Kj=Δtij/Δt0j– коэффициенты, характеризующие парциальное влияние отклонений параметров на показатели теплового режима, Δtij – значение перегрева j-ойточки конструкции при изменении i-го параметра; n – число влияющих наперегрев параметров.Значения Δt0j и Kj находят из графиков, построенных по экспериментальным или расчетным данным.Ввиду того, что коэффициенты Ki различны для разных классовконструкций, возможности коэффициентного метода ограничиваются применимостью его лишь к определённому классу конструкций.О п иса н ие об ъе кта исс ле до ва нияПроводится исследование теплового режима блока цифровой РЭСIV поколения.

Конструкция блока показана на рис. 3.4.Рис. 3.4: 1 – корпус блока; 2 – бобышка; 3 = пакет ФЯ; 4 – крышка;5 – разъем; 6 – винт; 7 – резиновая прокладкаБлок собран на пяти односторонних функциональных ячейках , накаждой из которых размещено по восемь бескорпусных резистивных ситалловых подложек типоразмера 24х30 мм. Металлическая рамка ячейки с50габаритными размерами 154х91х6 мм изготовлена из алюминиевого сплаваД 16. Коммутационная плата ПП выполнена из фольгированного стеклотекстолита СФ-1 толщиной 1,5 мм.

Печатные проводники платы обеспечивают параллельное соединение микросборок и входное сопротивление блока около 40 Ом. Крепление ПП к металлической рамке и подложек к теплоотводящим планкам производится с помощью эпоксидного клея ЭДП. Длязащиты от влаги ячейка покрывается одним слоем лака УР-231.ФЯ собираются в пакет с габаритными размерами 154х91х30 мм. Пакетячеек шестью латунными винтами 6 М 3х35 крепится к бобышкам основания корпуса, имеющим высоту 8 мм.Корпус микроблока с габаритными размерами 183х108х46 мм выполнен из алюминиевого сплава Д16. На передней стенке основания корпуса смонтирован разъем, на который с помощью жгута из проводниковМГТФ выведены цепи питания ФЯ и температурные датчики.

Для герметизации блока между основанием и крышкой устанавливается эластичнаярезиновая прокладка. Крепление крышки к основанию производится десятью винтами М 3х8. На внешнюю поверхность корпуса нанесено оксидноепокрытие.Те пло ва я мо дель микробло каДля составления тепловой модели блока пользуются методамиизотермических поверхностей и однородного анизотропного тела. Предполагается, что поверхность корпуса блока и поверхность нагретой зоны являются изотермическими соответственно со среднеповерхностными температурами tк и tз. Нагретая зона представляет собой однородное анизотропное тело с эквивалентными коэффициентами теплопроводности λx, λy, и λz.Тепло, выделяемое резисторами микросборок за счет теплопроводностинагретой зоны, передается на её поверхность.

С поверхности нагретой зонытеплопроводностью воздушных прослоек (в прослойках малой толщиныконвективный теплообмен мало эффективен), теплового контакта междунижней ФЯ и бобышками основания, теплопроводностью самих бобышек,а также излучением тепло передаётся на корпус, оттуда конвекцией и излучением – в окружающее пространство.51Тепловая схема микроблока приведена на рис.

3.5,где приняты следующие обозначения: σзо – тепловая проводимость между центром нагретой зоны и её поверхностью;σзкл, σзкв – тепловые проводимости между поверхностьюнагретой зоны и корпусом приРис. 3.5. Тепловая схема микроблокалучевой и кондуктивной теплопередаче через воздушные прослойки;σзкэ=σтк· σб/(σтк + σб) – эквивалентная тепловая проводимость теплового контакта и бобышек основания; σкск, σксл – тепловые проводимости между корпусом и окружающей средой при теплообмене конвекцией и излучением.Со держа н ие рабо ты1.2.3.4.5.6.Ознакомление с краткими теоретическими сведениями и порядкомвыполнения работы.Построение тепловой модели микроблока. Подготовка исходныхданных для расчета показателей теплового режима микроблока.Расчет на ЭВМ среднеповерхностной температуры корпуса нагретой зоны и температуры в центре нагретой зоны.Исследование связи показателей теплового режима с параметрамиконструкции.Экспериментальное исследование показателей теплового режимамикроблока.Оценка точности тепловой модели.О п иса н ие лабо ра торной у с та нов к иЛабораторная установка состоит из исследуемого микроблока,электронного термометра (ЭТ), источников питания микроблока (ИП1) иэлектронного термометра (ИП2).52С помощью источника ИП1 устанавливается заданный тепловойрежим блока.

Источник ИП2 обеспечивает питанием схему ЭТ. Датчикомтемпературы в ЭТ служит бескорпусной транзистор 2Т318 в диодномвключении. Обратное сопротивление коллекторного p-n перехода транзистора является элементом измерительного моста. Напряжение разбалансамоста усиливается операционным усилителем, на выходе которого включен измерительный прибор М262М. Шкала прибора проградуирована в оС,цена одного деления шкалы 2оС. В микроблоке установлено 10 датчиков.Датчики 1, 2, 3, 10 размещены на корпусе блока, датчики 4, 5, 6, 8, 9 – наповерхности нагретой зоны, датчик 7 – в центре нагретой зоны.

Опрос датчиков производится с помощью кнопочных переключателей, смонтированных на передней панели ЭТ. Структурная схема лабораторной установкиприведена в приложении 3 (выдается лаборантом).По рядо к выпо лн е ни я рабо ты1.Получить задание у преподавателя: значение теплового потока P,рассеиваемого блоком (Р=3…10 Вт), и список параметров конструкции, значения которых предстоит связать с показателями теплового режима блока. Полный список параметров блока и пределыизменения приведены в приложении 3.2.

Собрать лабораторную установку и получить у лаборанта разрешение на включение приборов.3. Включить источник питания электронного термометра. Приблизительно через 5 минут опросить датчики температуры и показанияЭТ занести в таблицу. Среднее значение показаний ЭТ принять затемпературу окружающей среды tc.4.