发热元器件的温度场及发热功率的测量方法

李建民（成都奥能知科技有限公司）

  高长青（二炮驻230厂军代表室）

刘波、钟钢钉（西南交大）

摘要：电子元件、电子系统、机械器件、机械系统及机电一体化元件及系统在正常工作状态都同时伴有热量的产生，本文介绍了对这些器件及系统进行温度场及发热量测试的原理及方法，同时本文介绍了测试设备系统，并利用本系统实现了对上述器件或系统的温度场或发热量的测试。

一、   前言

电子元件、电子系统、机械器件、机械系统及机电一体化元件及系统在正常工作状态都同时伴有热量的产生，对于温度场及发热量的测试是实现对其进行热管理的基础，同时也是进行热设计、热分析、热仿真、热测试、热实验、热控制的基础。

二、   测量内容及条件

1. 被测试物

发热元器件：在正常工作过程中有热量产生的器件，特别是电子器件在工作过程中产生的热量，包括电子器件或机械器件；

发热元器件及系统：含有多个热量产生的器件所组成的系统，特别是电子器件系统，如计算机主板、电源设备等，包括电子器件或机械器件；

2. 测量空间

本系统采用360度可旋转工作台，可以测量发热器件或发热系统在不同的空间角度时的发热量及温度场的变化。

3. 测温区间

可完成常温：0-40度；

高温：40-200度区间的各种测试；

低温区：-50-0度（需另加器件）；

4. 测温点的分布

        可实现8、16、32、64路测温点的并行测试；

5. 动、稳态温度场、发热量的测试。

动态温度场以电源接通开始到稳态为止，以观察温度的动态变化为主；

稳态温度场的测试，以观察温度场的梯度为主。稳态的判别方法以每一点的温度变化不超过+/-0.1℃为准；

三、   温度场测试原理及方法

3.1 硬件及软件测试系统结构图

 3.2  温度场测试原理

3.2.1温度场的测试系统的组成

1)       主要由调温箱、测量热源、热电阻传感器（分辨率０.005的Pt100）、测量仪,测试xxxx组成。

2)       测温箱用绝热材料做成，理想的情况下认为系统的热量是封闭的。用于模拟密闭弹体中温度场的分布。

3.2.2 温度场测试原理

1)       由电阻温度传感器直接将温度转换为电阻变化，再通过数据采集卡的A/D转换为计算机所能接受的数值信号，{zh1}由所编写的软件程序进行处理，在前面板显示相应的温度场，温度梯度。

2)       预热，自动校零及偏置补偿对精度的提高。

        为保证测量的稳定性及准确性，xx时漂和温漂，测量内部偏置电压（及零点）和放大增益，不断更新内部参考节点，用于计算输入信号的读数显示值。该过程被称为自动校零;

     3.2.3 误差补偿方法

由于热电动势(VEMF )的存在将明显影响低阻测量的准确性，可使用偏置补偿方法测量电阻。在进行偏置补偿测量时，要进行两次测量：一是通常的电阻测量，另一次是用最小的设定电流进行测量。

        偏置补偿欧姆测量的读数值按如下公式计算：

        偏置补偿欧姆测量的读数值=DV/DI

        其中：DV=V2-V1

                    DI=I2-I1

        V1是在电流源正常读数时的测量值

        V2是在电流源最小设定的测量值

        这样可xx由于VEMF的存在而带来的电阻测量误差。