Устройство для измерения теплового сопротивления радиоэлектронных компонентов Советский патент 1984 года по МПК G01R21/02 

Изобре -ение относится к измерител ной технике и может быть использовано как при проведении научно-исследо вательских работ, так -и для измерения теплового сопротивления радиоэлектронных компонентов. Под тепловым сопротивлением образ ца R понимается коэффициент, связывающий нагрев данного образца Q с мощностью, рассеиваемой в нем Р,, , т,е. 9 где 6 - превьшение температуры теплового центра (наиболее нагретой точки) детали относителБ но температуры окружающей ( среды. Известно устройство для измерения теплового сопротивления радиоэлектронных компонентов, содержащее термометр, измеритель рассеиваемой мощности, источник питания и испытуемьй образец (в данном случае - конденсатор с вмонтированной в него тбф мопарой). При включении электрической нагрузки от источника вследствие потерь тепловьщеления в образце начинается его нагрев. По достижении установившегося теплбвого. режима производится измерение мощности потерь и превьшения температуры, теплового центра образца и по формуле ,(1) рассчитывается тепловое сопротивление R Однако данное устройство позволяет измерять R. только специально под готовленных образцов,-когда при их изготовлении в тепловой центр помещается термодатчик (термопара). Если имея в виду конденсаторы, трансформаторы или дроссели, термопару возможно вмонтировать в образец, то для силовых полупроводниковых приборов такая .операция невозможна. Кроме того, устройство непригодно для контроля R серийных деталей при их; массовом производстве. Известно также устройство,для измерения сопротивления радиоэлекг тронных компонентов, содержащее термостат, в который помещен испытуемый компонент, (конденсатор), измеритель емкости, выводы которого соединены с выводами конденсатора, источник питания (генератор синусоидальных колебаний) и ваттметр, соединенные последовательно с испытуемым компо нентом, позволякмцее косвенным спбсобом измерить К конденсатора. Вначале с использованием термостата и измерителя емкости снимается зависимость величины емкости конкретного конденсатора от температуры в установившемся тепловом режиме, используемая в дальнейшем в качестве градуировочной кривой. Затем на конденсатор подается синусоидальное напряжение от источника, под йоздействнем которого конденсатор нагревается вследствие потерь энергии в нем. После установления теплового режима снимается электрическая нагрузка и сразу же измеряется величина емкости конденсатора. С помощью градуировочной кривой определяется превышение температуры теплового центра в, а далее по измеренной мощности потерь с использованием форму:ш (1) определяется тепловое сопротивление 23. Известное устройство применимо только в лабораторных условиях для измерения Ry единичных образцов. Весь процесс измерения требует нескольких часов, необходимых для установления температурного режима внутри термостата, и поэтому неприменим в условиях массового производства. Цель изобретения - повьппение быстродействия. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения теплового сопротивления радиоэлектронных компонентов, содержащее термостат, в который помещен испытуемый компонент, и источник питания, выходы которого подключены к вьшодам испытуемого компонента, введены эталонный компонент, блок измерения скважности импульсов и дифференциальный термокомпаратор входы которого находятся в тепловом контакте с испытуемым .компонентом и эталонным компонентом, помещенным в том же термостате, а выход соединен с блока измерения скважности импульсов и управляющим входом ключа, причем один из вьшодов испытуемого компонента подключен к соответствующему выходу источника питания через ключ, а оба вьгоода эталонного компонента -К выходам источника питания, На фиг. 1 приведена блок-схема предложенного устройства; на фиг.2 временные диаграммы температур исследуемого и эталонного компонентов. Устройство содержит датчик 1 разности температур, испытуемый 2 и эталонный 3 компоненты, помещенные в термостате 4 и находящиеся в тепло вом контакте, блок 5 измерения скваж ности импульсов, вход которого чере последовательно соединенные реле 6 и усилитель 7 подключен к выходу да чика 1, Блок 5 содержит секундомеры 8 и 9 и переключатель 10, выполненный в виде первой группы контактов реле 6. Первый выход источника 11 питания подключен к первым выводам компонентов 2 и 3, а второй выход источника 11 - к второму выводу испытуемого компонента 2 через ключ 1 выполненный в виде второй группы контактов реле 6, Второй вывод эталонного компонента 3 соединен с вто рым выходом источника 11 через атте нюатор 13, введение которого позволяет применить в качестве эталонного компонента 3 элемент, идентичный испытуемому компоненту 2, После довательно соединенные датчик 1, усилитель 7,и реле 6 образуют дифференциальный термокомпаратор. Устройство работает следуюшдм образом. Датчик 1 представляет собой тер.моэлектрический преобразователь, сконструированный по типу вспомогательной стенки. На его-плоских поверхностях расположены несколько тысяч последовательно включенных термопар, обеспечивающих его высокую чувствительность« На эталонньй компонент 3 подается напряжение амплитудой и от источника 11, величина которого может изменяться скач кообразно с помощью аттенюатора 13. Компонент 3 находится под нагрузкой непрерывно. Компонент 2 в начальный момент времени отключен от источника 11. Управ тяющее напряжение через нормально замкнутые контакты реле 6 подается на секундомер 9, которьй измеряет интервал времени t.. „ При Достижении определенной разности температур дТ . корпусов эталонного 3 и испытуемого 2 компонентов, датчик 1 вырабатывает термоЭДС, которая после усиления в усили теле 7 обуславливает срабатывание реле 6, При этом через нормально разомкнутые контакты ключа 12 напря жение источника 11 амплитудой подключается к испытуемому компонен ту 2.. При любой величине U.,. значение амплитуды и. всегда остается ббльшим, чем и, , т.е. выполняется условиегде . Вследствие этого температура корпуса испытуемого компонента 2. изменяется быстрее, чем эталонного компонента 3 и к окончанию промежутка t/j превысит температуру корпуса эталонного компонента 3 на ДТ2. При этом напряжение датчика 1 станет таковым, что реле 6 возвратится в исходное состояние. Секундомер 8, на который управляющее напряжение подается через нормально разомкнутые контакты переключателя 10, измерит . интервал времени t . В следующем промежутке времени испытуемый компонент 2 остьгоает, температура его корпуса уменьшается. К окончанию этого промежутка термоЭДС датчика 1 станет таковой, что снова срабатывает реле 6, Испытуемый компонент 2 начинает нагреваться и т.д. Таким образом, описанная часть предложенного устройства представляет собой автоматический регулятор, поддерживающий примерно одинаковыми температуры корпусов эталонного 3 и испытуемого 2 компонентов. Превьшения температур тепловых центров компонентов 2 и 3 определяются в соответствии с (1) по форму- лам о р .р . исп -T.Kcn п.ис-т эт т-эт РП,ЭТ Индекс исп относится к параметрам испытуемого компонента 2, а индекс эт - к параметрам эталонного компонента 3. Мощность потерь тепловьщеления пропорциональна квадрату амплитуды переменного напряжения. Тогда с учетом (2) можно записать п.Р„, . (4) Из отношения формул (3) с уче iтом (4) имеек

откуда

исп

. (5)

R

nV6

т, вТ

эт у компонентов 2 и 3 одного типономинала при одинаковых температурах корпусов примерно одинаковы и температуры теловых центров. Разница в величине теплового сопроТивлекия может быть,скомпенсирована толь разным временем нагрева- компонентов 2 и 3. В установившемся тепловся режиме вследствие высокой чувствительности автоматического регулято ра колебания температур корпусов происходят в очень малом диапазоне (величины дТу илТ на фиг. 2 очень малы). Поэтому зависимость возраста ния (спаданияУ температуры Tj (t) , происходящая по экспоненциальному закону, мо)кно полагать линейной фун jjfieu времени. Тогда отношение превышения температур-тепловых центров будет пропорционально отношению времен нагрева компонентов 2 и 3, т.е. ч + ч Подставляя (6) в (5) получаем

t2

. (7)

ИРП Т.5Т n2(t + Ц) Изменение коэффициента п с помощью аттенюатора 13 позволяет измерять R компонентов при разных уровнях температуры. Таким образом, измерив в установившемся теловом режиме (по истечении нескольких минут после включения устройства) интервалы времени t и t2 с помощью секундомеров 8 и 9, и при известной величине R эталонного компонента 3 по формуле (7) рассчитываем Ry испытуемого компонента ,2. Данное- устройство позволяет быстро (в течение нескольких минут) произвести измерение теплового сопротивления радиоэлектронных компонентов, вследствие чего можно применять его в условиях массового производства, что способствует широкому использованию теплового сопротивления компонентов при проектировании радиоэлектронной аппаратуры. Таким образом, представляется возможность обоснованно подбирать компоненты для конкретных электрических и тепловых режимов,

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕПЛОВОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ КОМПОНЕНТОВ, содержащее термостат, в который помещен испытуемый компонент, и источник питания, выходы которого подключены к выводам ;испытуемого компонента отличающееся тем, что, С: целью повышения его быстродействия, в него введены эталонный компонент, ключ, блок измерения скважности импульсов и дифференциальный термокомпаратор, входы которого находятся .в тепловом контакте с испытуемьм компонентом и эталонным компонентсм, помещенным в том же термостате, а выход соединен с входом блока измерения скважности импульсов и управляюорш входом ключа, причем один из выводов испытуемого компонента подключен к соответствующему выходу источника питания через ключ, а оба вывода эталонного компонента - к выходам источника питания.