Měření tepelného odporu chladičů Možnosti

[Vědátor]

Potřeboval jsem zjistit jak na tom jsou chladiče prodávané na eBayi. Proto jsem dva koupil a změřil jejich tepelný odpor.

V prvé řadě jsem potřeboval vytvořit nějakou definovanou zátěž. Měřit to s LED je nemožné kvůli její "nedefinované" účinnosti, respektive kvůli nemožnosti zjištění tepelného výkonu. Proto jsem koupil dva kovové odpory 10 W / 15 ohm. Jeden z nich jsem zespodu obrousil pro lepší tepelný kontakt (druhý je v záloze). Udělal jsem do něj drážku pro umístění teplotního snímače Pt100.



Snímač jsem do díry vlepil levným silikonovým "teplovodivým" lepidlem a přívodní vodič zafixoval dvousložkovým epoxidem. Do chladiče jsem vyvrtal díry a udělal závity. Odpor jsem podmazal levnou teplovodivou pastou a přišrouboval k chladiči. Během několika zkušebních měření to vypadalo v pořádku, ovšem při jednom měření se teplem odpájely přívody k odporu (měřil jsem s příkonem až 30 W). Proto jsem je ještě zafixoval "teplovodivým" lepidlem a když už jsem byl u toho, tak jsem celý odpor lepidlem obalil. Od toho očekávám zmenšení vyzařování tepla mimo plochu chladiče. Měl by se tím zvětšit tepelný odpor samotného odporu, tudíž většina tepla má jedinou cestu a to na chladič.




Následně jsem provedl několik dalších měření, během kterých jsem si ověřil funkčnost celého zapojení (přípravek pro měření teplot, napájecího napětí a proudu). Měří se teplota odporu, teplota chladiče, teplota vzduchu (5 cm pod chladičem), proud na odporu a proud odporem > ztrátový výkon. Z toho se počítá teplotní odpor z topného odporu do vzduchu Rt_r_a a z chladiče do vzduchu Rt_h_a. Všechny informace se společně s časem měření ukládají do souborů a kreslí se graf. Zpočátku jsem měřil při jednom příkonu, ovšem zjistil jsem, že s větším příkonem klesá tepelný odpor. Je to způsobeno větším prouděním vzduchu mezi žebry teplejšího chladiče. Proto jsem provedl několik dalších měření při různých příkonech. Graf z programu vypadá nějak takto:


Během měření jsou chladiče umístěny na dvou ocelových izolovaných drátech v prostoru. Pod a nad chladičem je aspoň 50 cm volného prostoru. S každým chladičem jsem provedl dva měření. Jedno s volným prouděním vzduchu, kde mu téměř nic nebránilo v proudění (nosné dráty, přívody k odporu a měřícím čidlům) a druhé s papírem pod chladičem, který omezil proudění vzduchu zespodu. Papír má rozměry 10,5 cm x 10,5 cm.

První je 90 mm x 15 mm (jen kulatá část) a druhý je 90 mm x 30 mm:




Výsledné grafy jsem tradičně uložil do pdfka:
 Chladice.pdf ( 50.41k ) Počet stažení: 5921


Řádovou přesnost jsem ověřil z tepelné kapacity (časová konstanta tau z grafu), změřeného tepelného odporu, měrné tepelné kapacity a hmotnosti chladiče, kterou jsem také změřil. Takto zjištěná chyba je v řádu procent, což se 1. na tepelném odporu projeví až mezi 2. a 1. desetinným místem a 2. chyba je způsobena spíš odečtem hodnot z grafu, než nepřesností při měření.

Menší chladič s žebry dále od sebe má menší tepelný odpor při větších výkonech a volném proudění vzduchu. Větší chladič je kvůli hustějším žebrům paradoxně horší, právě kvůli tomu, že vzduch mezi takto blízko umístěněnými žebry špatně proudí.

Tento příspěvek byl editován Vědátor: 17.2.2013 15:45

[Benik3]

Hezké, ale nebylo by výhodnější použít peltierův článek?

[Vědátor]

Proč ?

[Benik3]

Myslím třeba vzhledem ke ztrátám do okolí nebo konstantnosti teploty...

[Vědátor]

On má menší ztráty do okolí ? Proč konstantnost teploty ? K čemu mi to bude ?

Jn, proč to dělat jednoduše, když to jde i složitěji ..

Tento příspěvek byl editován Vědátor: 17.2.2013 22:26

[Benik3]

Tak byla to otázka, se ptam

[Vědátor]

No a já se ptám na ty důvody, proč tak a ne jinak.

Zmínil jsi tam výhodnější, v dnešní době je výhodnější většinou myšleno cenově, což není. Konstantnot teploty mě je k ničemu, proč bych měl mít konstatní teplotu ? Vůbec nechápu, jak jsi myslel ty ztráty do okolí ?

Pro hlobavé mám ještě jeden předpoklad a to ten, že se všechna elektrická energie přemění v teplo a celé toto teplo se dostane na chladič.

[ajo]

Vedator zaujimavy test.Ono ten poznatok mensi tepelny odpor vacsich rebier s vacsou vzduchovou medzerou je potesujuci. Tiez v tomto duchu som dizajnoval moj chladic pre XML.
Ono tak prakticky,aky velky dural valec s axialnymi rebrami 3mm hlink- 3mm medzera by dokazal bezpecne uchladit XML na nejaych 3A aj v lete pri 30 stupnovych horucavach?
Moj taky hruby odhad,ze do XML ide cca 10 Watt prikonu pri 3A a pri nejakej 33% ucinnosti cca 6watt musi vyziarit moj chladic, co myslis vedatore?

Tento příspěvek byl editován ajo: 18.2.2013 22:58

[jirik]

Zajímavé měření Vědátore. Palec nahoru

[vlkodlak]

Super Co si použil na to aby si ty hodnoty dostal do počítače?

[Vědátor]

Díky.

Ještě jedna věc - měřil jsem při teplotě okolí cca 20°C. Při výpočtu se s ní počítá, takže její změny a vliv na teplotní odpor se minimalizuje.

ajo: tak rozměry chladiče ti fakt neodhadnu, třeba to prostě zkusit. Ale podle výsledků je vidět, že i menší chladič uchladí výkon srovnatelný s větším chladičem. Větší teplota okolí by měla zvednout teploty lineárně, takže v grafech se křivka teploty prostě posune o x stupňů celsia nahoru nebo dolů.

XMLko při 3 A nebude mít takovou účinnost. Účinnost se dá vypočítat z lumenů a z maximálně dosažených (teoretických). Pro T6 XM-L mi to vychází přibližně 28%, takže příkon bude 9,6W a do tepla půjde 6,9W (94,7 lm/W). S tím už je třeba pomalu počítat, aspoň je možné použít o něco menší chladič.

Hodnoty dostávám do PC přes USB. Mám vývojový kit JMBadgeBoard, který má USB a nějaké blbosti okolo. Upravil jsem ho pro měření napětí a přes upravený ukázkový program posílám data do PC. Na počítači mám program, který využívá knihovnu (a vytvořený ovladač) libusb-win32. Ve Visual Studiu mám napsaný (naklikaný) program, který řeší čtení dat, ukládání do csv a malování grafu.

Tento příspěvek byl editován Vědátor: 23.2.2013 12:15

[Vědátor]

Před delší dobou jsem z ebaye koupil další chladiče, které jsou podobné jako u chladiče 90x15 mm jen s tím, že má výšku 25mm. Ten jsem včera proměřil a výsledky jsem přidal do grafů.

 Chladice_r01.pdf ( 56.21k ) Počet stažení: 5972

[zichis]

Co bys svým odborným odhadem řekl na myšlenku zaoblování hran žeber? Zmenší se tím tep.odpor chladiče který není aktivně ofukovaný ventilátorem? A budou to jednotky, nebo desítky procent?

V případě chladiče aktivně ofukovaného má to zaoblení vliv naprosto zásadní. Když totiž rychlý proud vzduchu jde na rovně zafrézovaný žebra (viz třeba tvoje fotka http://forum.fotonmag.cz/uploads/monthly_0...-1361108655.jpg tak se o ně rozbije, tlačí se do stran a dovnitř mezi žebra neproudí!
Chlaďáky na procáku se mi velice osvědčilo upravovat, ikdyž je to drbačka. Vezmu nůž a pásky šmirglu, žebro na straně u ventilátoru zaoblím do kulata a na druhé straně víc do špičky. Jak náběžnou a odtokovou hranu křídla éroplánu. Na úpravě odtokové strany žeber možná až tak nezáleží, ale ta náběžná dělá fakt hodně.

[eMpathier]

Myslíš, že aerodynamická úprava má až taký vplyv na efektivitu chladiča? Ak hej, hneď idem rozobrať kilový CoolerMaster z PC a zaobliť polmilimetrové rebrá.

[Vědátor]

Zase takový odborník nejsem. Ale myslím si, že pro pasivní chladič má větší vliv rozteč žeber než zaoblení hran. A taky chladič je kolikrát docela dobrý, ale tepelné odpory se naberou na LED (tam to už zlepšit moc nejde, leda použitím jiné LED nebo více LED) a hlavně na DPSce. Tu bych považoval za klíčovou.

U ostrých hran a pomalého proudění to zas nebude takový problém. Ale pokud chladíš větší výkony a chladič má větší teploty, pak se proudění zrychluje a odpor celkem pěkně klesá. Možná by to šlo vidět na grafech, kdy by se přestal tepelný odpor zmenšovat, ale to už by mohl být chladič docela rozehřátý. Myslím si, že ten problém s ostrými hranami bude způsobený turbulentním prouděním na hranách chladiče. Ale moc mě nenapadá, jak zjistit rychlost proudění u pasivního chladiče, aby se to dalo aspoň trochu odhadnout.

[eMpathier]

Ešte by IMHO bolo dobré otestovať aj "komínový chladič", či je to naozaj také dobré ako bolo opisované.

[Benik3]

Ten komínový chladič už jsem taky viděl. Největší problém bych viděl v přístupu studeného vzduchu, protože s teplým vzduchem ti jednak bude klesat odvedené teplo a jednak zeslábne ten komínový efekt...

Jinak zaoblení půlmilimetrových žeber bych asi neřešil

Tento příspěvek byl editován Benik3: 11.8.2013 16:36

[Skeidži]

Prozatím čistě teoreticky:

Když bych si koupit TUTO termokameru? (umí i natáčet video)

Dalo by se s tím nějak "od oka" zjišťovat reálný stav věcí. Např. jestli tělo svítilny lépe či hůře převádí teplo?

Tento příspěvek byl editován Skeidži: 14.11.2016 16:46

[Iggi]

ked uz kamerku tak tu od Flir... je ovela lepsia

Mna by zaujimalo, ako dlho sa ustálovala teplota chladica pri určitom výkone...


Tento příspěvek byl editován Iggi: 14.11.2016 17:24

[spachal]

To je desna cena za kameru, to uz existuje cely mobil, co bude mit, hadam, srovnatelnou termokameru (http://mobilni-telefony.heureka.cz/cat-s60/ ).
Jinak rucni 'pistole' s termokamerou a zaznamem na pametovku se daji zvenci sehnat okolo 6-7 tisic. Pokud by ji nekdo porizoval, nabizim snizeni nakladu, potrebuji si prohlednout svuj barak :))