本發(fā)明涉及散熱技術(shù)領(lǐng)域，提供一種水作為導(dǎo)熱介質(zhì)的熱管功率測(cè)試方法，用于檢測(cè)大批量熱管功率性能的方法，是對(duì)現(xiàn)有水冷型熱管功率測(cè)試方法的改進(jìn)。

技術(shù)背景

熱管是目前在工業(yè)中廣泛使用的高效導(dǎo)熱元件，其工作原理是：利用熱傳導(dǎo)原理與相變介質(zhì)的快速熱傳遞性質(zhì)，透過(guò)熱管將發(fā)熱物體的熱量迅速傳遞到熱源外，其導(dǎo)熱能力超過(guò)任何已知金屬的導(dǎo)熱能力，熱管具有高導(dǎo)熱性和優(yōu)良的等溫性，因此被廣泛應(yīng)用各種散熱領(lǐng)域。據(jù)MIC統(tǒng)計(jì)，單單在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域其需求已經(jīng)超過(guò)6億支/年。因此，其市場(chǎng)需求量巨大。

熱管的廣泛應(yīng)用在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中，需要確?？煽糠€(wěn)定，那么熱管功率測(cè)試作為衡量熱管性能最主要的標(biāo)準(zhǔn)則顯得更加重要。但是市場(chǎng)的廣泛需求又要使得功率測(cè)試高效快捷方便?，F(xiàn)有的水冷型熱管功率測(cè)試法在測(cè)試過(guò)程中，需要在熱管與加熱塊及水冷塊涂抹導(dǎo)熱介質(zhì)以填充熱管與銅塊和水冷塊的間隙而減少接觸熱阻，但是在涂抹過(guò)程以及測(cè)試完畢擦拭熱管上粘沾的導(dǎo)熱膏會(huì)耗費(fèi)大量時(shí)間及人工資源。

工廠(chǎng)在大批量測(cè)試過(guò)程中，所用的導(dǎo)熱膏導(dǎo)熱系數(shù)在0.8-4.5W/(m·K)內(nèi)，一般情況下，導(dǎo)熱系數(shù)越大，成本越高。因此，大多數(shù)情況下熱管生產(chǎn)廠(chǎng)商會(huì)選用1W/(m·K)的導(dǎo)熱介質(zhì)，如TM801。去離子水在10℃-100℃時(shí)，導(dǎo)熱系數(shù)為0.575-0.683W/(m·K)，略低于 工廠(chǎng)大量測(cè)試用的導(dǎo)熱膏，而空氣導(dǎo)熱系數(shù)約為0.023W/(m·K)，前兩者均遠(yuǎn)比空氣的導(dǎo)熱性能好，理論上去離子水代替導(dǎo)熱膏作為熱管功率測(cè)試導(dǎo)熱介質(zhì)是可行性的。本發(fā)明旨在保障熱管功率性能檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)可靠性的前提下，提高測(cè)試效率同時(shí)降低成本，提供一種水作為導(dǎo)熱介質(zhì)用于大批量熱管功率測(cè)試的方法，具有環(huán)保清潔、生產(chǎn)成本低的優(yōu)點(diǎn)，并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證其可行性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
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本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有測(cè)試方法的不足之處，提出一種水作為導(dǎo)熱介質(zhì)的熱管功率測(cè)試裝置及方法，提高測(cè)試效率，降低生產(chǎn)成本，環(huán)保清潔。

本發(fā)明實(shí)現(xiàn)其目的采用的技術(shù)方案是：

一種水作為導(dǎo)熱介質(zhì)的熱管功率測(cè)試裝置，包括加熱系統(tǒng)、冷凝系統(tǒng)、夾持機(jī)構(gòu)、溫度采集與控制系統(tǒng)，

所述加熱系統(tǒng)包括內(nèi)設(shè)直流電加熱棒的加熱銅塊、與所述直流電加熱棒電路連接的程控直流電源，用于提供熱源，以特定功率對(duì)待測(cè)熱管加熱端進(jìn)行加熱；

所述冷凝系統(tǒng)包括內(nèi)設(shè)冷卻水回路的冷卻銅塊、恒溫水機(jī),所述恒溫水機(jī)通過(guò)管路與冷卻銅塊相連接，形成冷卻水循環(huán)回路，所述管路上還設(shè)置有流量計(jì)，用于控制冷卻水的流量及溫度對(duì)待測(cè)熱管進(jìn)行冷卻，冷卻水在冷卻銅塊內(nèi)循環(huán)，將熱管傳遞過(guò)來(lái)的熱量帶走，通過(guò)管道、流量計(jì)的組合，控制進(jìn)入冷卻銅塊的流量，使得系統(tǒng)的冷卻量可控；

所述夾持系統(tǒng)通過(guò)控制氣缸實(shí)現(xiàn)待測(cè)熱管的加熱端與冷凝端分別與加熱銅塊和冷卻銅塊的緊密接觸，采用氣動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)，便于測(cè)試熱管的夾持和自動(dòng)控制，通過(guò)保證氣缸的進(jìn)氣壓力，保證每次的氣動(dòng)夾緊的力度保持一致，保證測(cè)試結(jié)果的一致性；

所述溫度采集與控制系統(tǒng)包括由計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)采集卡、若干溫度傳感器，所述溫度傳感器用于采集熱源溫度、熱管加熱端溫度、熱管冷凝端溫度、冷卻銅塊溫度，所述數(shù)據(jù)采集卡用于將各溫度傳感器采集的溫度數(shù)據(jù)傳輸至計(jì)算機(jī)，所述計(jì)算機(jī)還通過(guò)電路連接程控直流電源。

進(jìn)一步地，所述溫度采集卡為NI9213。

進(jìn)一步地，所述計(jì)算機(jī)通過(guò)RS232接口與程控直流電源相連。

一種采用如所述裝置的熱管功率測(cè)試方法，包括步驟：

a.設(shè)置并調(diào)試測(cè)試參數(shù)，包括環(huán)境溫度、熱管加熱功率、冷卻水溫度及流量；

b.在待測(cè)熱管與測(cè)試裝置接觸的位置，涂抹去離子水作為導(dǎo)熱介質(zhì)，以減少熱管與測(cè)試裝置接觸部位的間隙，達(dá)到減少接觸熱阻的目的；

c.將待測(cè)熱管的冷凝端和加熱端通過(guò)夾持機(jī)構(gòu)固定在測(cè)試裝置上，實(shí)現(xiàn)待測(cè)熱管的加熱端與冷凝端分別與加熱銅塊和冷卻銅塊的緊密接觸；

d.進(jìn)行溫度測(cè)試，在計(jì)算機(jī)的控制下對(duì)待測(cè)熱管的加熱端的直流電加熱棒輸入一定的功率，同時(shí)啟動(dòng)恒溫水機(jī)對(duì)待測(cè)熱管的冷凝端 進(jìn)行水浴冷卻；

e.通過(guò)溫度傳感器、數(shù)據(jù)采集卡和計(jì)算機(jī)記錄并分析測(cè)試數(shù)據(jù)，包括熱源溫度Tj、熱管加熱端溫度Te、熱管冷凝端溫度Tc、冷卻銅塊溫度Tco，判定熱管的傳熱功率是否達(dá)到設(shè)定值。

進(jìn)一步地，所述判定熱管的傳熱功率是否達(dá)到設(shè)定值具體包括：當(dāng)待測(cè)熱管兩端的溫差小于或等于4℃，并且熱源溫度Tj穩(wěn)定在指定范圍內(nèi)時(shí)，則可認(rèn)為待測(cè)熱管達(dá)到平衡狀態(tài)，即熱管功率達(dá)到設(shè)定值。

進(jìn)一步地，所述去離子水符合電子工業(yè)電子級(jí)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)EW-IV。

進(jìn)一步地，所述的去離子水的參數(shù)為：Cu<50ppb、Fe<50ppb、Cl^-<0.1ppm、NO₃^-<0.3ppm、SO₄^2-<0.1ppm、電導(dǎo)率<0.5us/cm。

相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明所述技術(shù)方案中的導(dǎo)熱介質(zhì)適合于在工業(yè)生產(chǎn)中對(duì)大批量熱管進(jìn)行功率測(cè)試，在保障熱管功率性能檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)可靠性的前提下，具有經(jīng)濟(jì)適用、環(huán)?？旖菁皽y(cè)試效率高優(yōu)點(diǎn)。一般情況下，熱管功率測(cè)試達(dá)到平衡時(shí)間根據(jù)熱管不同規(guī)格有所不同，一般在60S-200s左右，同時(shí)用導(dǎo)熱膏為導(dǎo)熱介質(zhì)在測(cè)試完畢后清除熱管表面附著的導(dǎo)熱介質(zhì)需要5-10S，有些復(fù)雜外形的熱管甚至需要20s，而用去離子水作為導(dǎo)熱介質(zhì)則不需此操作，因此測(cè)試效率可以提升5％-17％；另外，去離子水基本上不需要成本，可以減少購(gòu)買(mǎi)導(dǎo)熱膏的費(fèi)用同時(shí)不需要專(zhuān)職人工去清除導(dǎo)熱膏，降低整個(gè)熱管生產(chǎn)的成本，環(huán)保清潔。

附圖說(shuō)明

圖1本發(fā)明實(shí)施例一的熱管功率測(cè)試裝置整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2本發(fā)明實(shí)施例一的熱管功率測(cè)試裝置的控制框圖。

圖中所示為：1-直流電加熱棒；2-加熱銅塊；3-程控直流電源；4-數(shù)據(jù)采集卡；5-計(jì)算機(jī)；6-恒溫水機(jī)；7-流量計(jì)；8-夾持機(jī)構(gòu)；9-冷卻銅塊；10-待測(cè)熱管；11-溫度傳感器。

具體實(shí)施方式：

下面結(jié)合具體實(shí)施案例及附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。

實(shí)施例一

如圖1所示，一種水作為導(dǎo)熱介質(zhì)的熱管功率測(cè)試裝置，包括加熱系統(tǒng)、冷凝系統(tǒng)、夾持機(jī)構(gòu)、溫度采集與控制系統(tǒng)，

所述加熱系統(tǒng)包括內(nèi)設(shè)直流電加熱棒1的加熱銅塊2、與所述直流電加熱棒1電路連接的程控直流電源3，用于提供熱源，以特定功率對(duì)待測(cè)熱管10加熱端進(jìn)行加熱；

所述冷凝系統(tǒng)包括內(nèi)設(shè)冷卻水回路的冷卻銅塊9、恒溫水機(jī)6,所述恒溫水機(jī)6通過(guò)管路與冷卻銅塊9相連接，形成冷卻水循環(huán)回路，所述管路上還設(shè)置有流量計(jì)7，用于控制冷卻水的流量及溫度對(duì)待測(cè)熱管進(jìn)行冷卻，冷卻水在冷卻銅塊內(nèi)循環(huán)，將熱管傳遞過(guò)來(lái)的熱量帶走，通過(guò)管道、流量計(jì)的組合，控制進(jìn)入冷卻銅塊的流量，使得系統(tǒng)的冷卻量可控；

所述夾持系統(tǒng)通過(guò)控制氣缸實(shí)現(xiàn)待測(cè)熱管10的加熱端與冷凝端分別與加熱銅塊2和冷卻銅塊9的緊密接觸，采用氣動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)，便于測(cè)試熱管的夾持和自動(dòng)控制，通過(guò)保證氣缸的進(jìn)氣壓力，保證每次的氣動(dòng)夾緊的力度保持一致，保證測(cè)試結(jié)果的一致性；

所述溫度采集與控制系統(tǒng)包括由計(jì)算機(jī)5、數(shù)據(jù)采集卡4、若干溫度傳感器11，所述溫度傳感器11用于采集熱源溫度、熱管加熱端溫度、熱管冷凝端溫度、冷卻銅塊溫度，所述數(shù)據(jù)采集卡4采用NI9213，用于將各溫度傳感器11采集的溫度數(shù)據(jù)傳輸至計(jì)算機(jī)5，所述計(jì)算機(jī)5通過(guò)RS232接口與程控直流電源3相連?？刂萍訜彷敵龉β剩瑴y(cè)試框圖如圖2所示，通過(guò)安裝在LabVIEW上的程序，外部硬件采用USB接口和RS232接口與測(cè)試電腦連接，通過(guò)LabVIEW的驅(qū)動(dòng)程序DAQMX與VISA與溫度采集卡NI9213和程控電源相連。溫度傳感器來(lái)感知溫度，并反饋到測(cè)試程序中，從而通過(guò)程控電源控制加熱棒的加熱功率。

實(shí)施例二

待測(cè)熱管10采用工廠(chǎng)一款大批量生產(chǎn)的銅水熱管，熱管尺寸參數(shù)為6X0.3X275mm燒結(jié)式熱管，測(cè)試功率為30W。

一種采用如所述裝置的熱管功率測(cè)試方法，包括步驟：

a.設(shè)置并調(diào)試測(cè)試參數(shù)，包括環(huán)境溫度、熱管加熱功率、冷卻水溫度及流量，其中環(huán)境溫度26℃，冷卻水溫度30℃，水流量40L/h；

b.在待測(cè)熱管10與測(cè)試裝置接觸的位置，分別涂抹去離子水和TM-801作為導(dǎo)熱介質(zhì)，以減少熱管與測(cè)試裝置接觸部位的間隙，達(dá)到減少接觸熱阻的目的，同時(shí)用作對(duì)比分析去離子水代替導(dǎo)熱膏作為熱管功率測(cè)試的可行性；

c.將待測(cè)熱管10的冷凝端和加熱端通過(guò)夾持機(jī)構(gòu)固定在測(cè)試裝置上，實(shí)現(xiàn)待測(cè)熱管10的加熱端與冷凝端分別與加熱銅塊2和冷卻 銅塊9的緊密接觸；

d.進(jìn)行溫度測(cè)試，在計(jì)算機(jī)5的控制下對(duì)待測(cè)熱管10的加熱端的直流電加熱棒1輸入一定的功率，同時(shí)啟動(dòng)恒溫水機(jī)6對(duì)待測(cè)熱管10的冷凝端進(jìn)行水浴冷卻；

e.通過(guò)溫度傳感器11、數(shù)據(jù)采集卡4和計(jì)算機(jī)5記錄并分析測(cè)試數(shù)據(jù)，包括熱源溫度Tj、熱管加熱端溫度Te、熱管冷凝端溫度Tc、冷卻銅塊溫度Tco，判定熱管的傳熱功率是否達(dá)到設(shè)定值(見(jiàn)表1)。

具體來(lái)說(shuō)，所述判定熱管的傳熱功率是否達(dá)到設(shè)定值的步驟具體包括：當(dāng)待測(cè)熱管10兩端的溫差小于或等于4℃，并且熱源溫度Tj穩(wěn)定在指定范圍內(nèi)時(shí)，則可認(rèn)為待測(cè)熱管11達(dá)到平衡狀態(tài)，即熱管功率達(dá)到設(shè)定值。

具體來(lái)說(shuō)，所述去離子水符合電子工業(yè)電子級(jí)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)EW-IV。

具體來(lái)說(shuō)，，所述的去離子水的參數(shù)為：Cu<50ppb、Fe<50ppb、Cl^-<0.1ppm、NO₃^-<0.3ppm、SO₄^2-<0.1ppm、電導(dǎo)率<0.5us/cm。

本發(fā)明所述的導(dǎo)熱介質(zhì)也即是去離子水在10℃-100℃時(shí)，導(dǎo)熱系數(shù)為0.575-0.683W/(m·K)，其隨溫度的升高而增加，但是增幅不是很明顯，可認(rèn)定導(dǎo)熱系數(shù)基本穩(wěn)定，而工廠(chǎng)在大批量測(cè)試采用的導(dǎo)熱膏TM801，導(dǎo)熱系數(shù)是1W/(m·K)，這兩種導(dǎo)熱介質(zhì)均遠(yuǎn)比空氣0.023W/(m·K)導(dǎo)熱性能好，因此從理論上去離子水代替導(dǎo)熱膏作為熱管功率測(cè)試導(dǎo)熱介質(zhì)是可行的。

將去離子水和TM801作為導(dǎo)熱介質(zhì)對(duì)熱管功率性能進(jìn)行測(cè)試對(duì)比，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 TM801與去離子水作為導(dǎo)熱介質(zhì)測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)比

從表1可以看出，用TM801導(dǎo)熱膏和去離子水作為導(dǎo)熱介質(zhì)對(duì)熱管功率性能進(jìn)行測(cè)試中，兩者均能達(dá)到平衡，即功率測(cè)試通過(guò)。用去離子水代替導(dǎo)熱膏測(cè)試數(shù)據(jù)中，熱源溫度、熱管加熱端溫度、熱管冷凝端溫度分別降低9-10℃、2-3℃、2-3℃，這是因?yàn)槿ルx子水蒸發(fā)吸熱所致；而熱管溫差增加了1-2℃，因?yàn)榧訜岫藴囟认鄬?duì)于冷凝端溫度高，水蒸發(fā)速度快而導(dǎo)致帶走熱量更多，冷凝端溫度降低幅度小于加熱端，形成熱管溫差增加。雖然用去離子水作為導(dǎo)熱介質(zhì)測(cè)試熱管功率的方法測(cè)試熱管溫差增加1-2℃，在工廠(chǎng)批量測(cè)試過(guò)程中只需要將熱管功率判斷標(biāo)準(zhǔn)中，溫差小于或者等于4℃調(diào)整為5℃即可，這樣可以保障熱管功率性能檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)可靠性。

在用TM801和去離子水在測(cè)試過(guò)程中，相同的熱管在70s都可以達(dá)到功率平衡，但前者人工擦除熱管測(cè)試后的導(dǎo)熱膏TM801需要6s左右，因此使用去離子水作為導(dǎo)熱介質(zhì)可以提高測(cè)試效率約8％。另外，去離子水基本上不需要成本，可以減少購(gòu)買(mǎi)導(dǎo)熱介質(zhì)的費(fèi)用同時(shí)不需要專(zhuān)職人工去清除導(dǎo)熱膏，降低整個(gè)熱管生產(chǎn)的成本。

本發(fā)明的上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說(shuō)明本發(fā)明所作的舉例，而 并非是對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在上述說(shuō)明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無(wú)需也無(wú)法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。