摘 要：文章使用熱電偶對風冷散熱實時監(jiān)測的方法，通過該檢測可以快速來確定產(chǎn)品的風道設(shè)計是否合理，產(chǎn)品哪個部位出現(xiàn)問題，是否是設(shè)計不合理導(dǎo)致的的共性還是單臺工藝缺失或工人安裝失誤導(dǎo)致的偶然故障，哪種型號的風扇可以勝任冷卻，從而大大提高了效率，降低了成本，并積累了大量經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞：風冷系統(tǒng)；風道；溫度傳感器；風扇；溫度記錄

中圖分類號：TG156. 4 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）33-0058-02

1 散熱系統(tǒng)概述

散熱系統(tǒng)對機器設(shè)備能否正常運行有著舉足輕重的作用。在工業(yè)中，大到輪船飛機，小到電子芯片，在運作中都伴隨著大量的熱能，故合理的散熱系統(tǒng)尤為重要。

設(shè)備的散熱分為自然散熱和強迫散熱。自然散熱需要設(shè)備在全力運行下溫度不超過70 ？觷C，這就需要設(shè)備有足夠的空間與空氣接觸，或者金屬等導(dǎo)熱性好的媒介接觸。比如低壓變壓器，它的設(shè)計就包含足夠的空間將熱量傳遞到空氣中，手機則是通過石墨將芯片熱量輸送到機殼，再傳遞到空氣中。而強迫散熱則是通過外部設(shè)備輔助強制對發(fā)熱設(shè)備散熱，主要包括風冷、水冷、油冷散熱等方式。風冷散熱便攜性好，結(jié)構(gòu)簡單，只要效果相符的風扇、適當?shù)纳崞骱惋L道便可組成風冷系統(tǒng)，當然散熱效果略差。而水冷散熱需要構(gòu)建水循環(huán)系統(tǒng)，簡單的由水循環(huán)加風扇完成，復(fù)雜的則可能要構(gòu)建多級水循環(huán)相互交互傳遞能量，最終傳遞到外部，由風扇或空氣壓縮機等制冷設(shè)備完成冷卻。油冷亦與水冷相似。而水冷油冷的散熱效果良好，適合給中大型、超大型設(shè)備提供良好的溫度保障。

2 風冷系統(tǒng)的設(shè)計

由于風冷設(shè)備的便攜性、廉價性，所以即便它的散熱效率不高，還是被廣泛運用于工業(yè)設(shè)備中。但是由于發(fā)熱設(shè)備分布的不均勻性導(dǎo)致不同的風冷設(shè)計會有不同的散熱效果。故對產(chǎn)品風道的設(shè)計要兼顧空間要求、空氣的流量壓力及工人安裝誤差等諸多因素，故增加了產(chǎn)品內(nèi)部設(shè)計的復(fù)雜性。

一般來說，工程師從以下幾點來設(shè)計風道[1]：一是工作熱量計算；大體計算出臺體滿負荷運作的發(fā)熱量的范圍。二是風道壓力流量；在保證不影響產(chǎn)品主要零部件工作性能的情況下，計算風道散熱所需的空氣壓力和流量；三是根據(jù)領(lǐng)導(dǎo)給的空間要求，盡量放大散熱空間，選擇合適的風機參數(shù)。四是軟件模擬；通過FloWizard軟件來進行風道流量模擬，根據(jù)模擬結(jié)果不斷修改風道設(shè)計，直到與預(yù)期的理論設(shè)計有很好的吻合。

3 風冷系統(tǒng)的檢驗問題

產(chǎn)品完成后一般會選擇可靠性疲勞測試法來判斷產(chǎn)品散熱是否合理。即在不同環(huán)境溫度下對許多同型號的產(chǎn)品進行長時間試驗，在此期間不斷改變試驗條件，當每臺產(chǎn)品都能順利通過，則判斷該產(chǎn)品的風冷設(shè)計是合理的。這便帶來了些不確定性因素，一是故障判斷；比如一些產(chǎn)品溫度過高會影響其機械性能，當溫度冷卻后，性能又會慢慢變好，長久反復(fù)后會徹底產(chǎn)品零件。對于這種隱形慢性毛病，很難通過疲勞試驗準確找到問題區(qū)域。二是生產(chǎn)成本的浪費；大量樣品的疲勞性試驗要花費大量的時間，人力，電能，但最終對產(chǎn)品冷卻問題的把握不一定準確、快速，這便使得付出和得到呈現(xiàn)失衡。

為確保更好更快地完成風冷散熱系統(tǒng)的檢測，適應(yīng)產(chǎn)業(yè)快節(jié)奏的發(fā)展，我們必須尋找新的檢測方法。

4 風冷設(shè)備溫度的檢驗方法

通過長期實踐證實，在成品測試中添加溫度檢測傳感器，可以大大縮減可靠性試驗的時間，節(jié)約生產(chǎn)成本。

4.1 風道檢驗方法

該方法即為在風道內(nèi)部粘貼溫度傳感器，外部用儀器監(jiān)測，在整個測試過程中可以準確看到每個測試點的溫度變化。當然，由于現(xiàn)在的工業(yè)產(chǎn)品越來越趨于小型化，對產(chǎn)品設(shè)計中留有的空間越來越小，所以傳感器的尺寸要求越來越重要。對于空間足夠大的設(shè)備，測試用傳感器可以有很多選擇，如熱電偶、熱電阻、IC溫度傳感器等[2]。但如果空間很小，那就需要尋找極其細小的傳感器來做試驗。在此以熱電偶為例。

熱電偶價格較為低廉，在市面上，常見的最細熱電偶直徑可小于1 mm，價格大概在8元/m左右，熱電偶外部參考設(shè)備日本橫河溫度記錄儀以及高精度的美國Omega熱電偶傳感器，如圖1（a）（b）所示，傳感器實際測試誤差在0.5 ？觷C以內(nèi)。

現(xiàn)行最細的熱電偶直徑可低于0.2 mm，如縫衣線一般，當然價格也很昂貴。

首先選出可能發(fā)熱的部位，相隔一定距離接連安裝兩到三個熱電偶。測試過程中，觀察各個點的溫度變化，對溫度較高的測量點重點監(jiān)測，有些部位如果溫度長期較低，便可略去不考慮，而有些點的溫度如果具有標桿作用則繼續(xù)保留。另外，根據(jù)產(chǎn)品的大小及設(shè)計特征制定了一套針對各風冷臺體熱電偶安裝的細則，以作為同一測試標準。某一產(chǎn)品內(nèi)部零件熱電偶安裝位置指示圖如圖2所示。在安裝熱電偶的過程中必須注意對熱電偶感溫觸頭及臺體內(nèi)部熱電偶部分與臺體整個接觸面的絕緣，以免設(shè)備短路等意外故障導(dǎo)致對溫度記錄儀的損毀[3]。

設(shè)置好溫度記錄儀，記錄產(chǎn)品在不同量級，不同工作條件下工作到飽和溫度的過程，測試樣如圖3所示。圖3（b）所示為某產(chǎn)品開始工作溫度到飽和溫度的數(shù)據(jù)圖，圖中溫度較高的四條線（褐、黃、草綠、紫）為產(chǎn)品四個方向上的溫度，溫度飽和后基本呈現(xiàn)一致性，即產(chǎn)品四個方向溫差不大，說明該產(chǎn)品的工藝及工人安裝都比較均勻，而總體溫度在65 ℃左右，說明工程師設(shè)計的產(chǎn)品發(fā)熱性能和風道通風效果良好，該產(chǎn)品為性能良好的合格品。圖3（c）所示為某產(chǎn)品開始工作到溫度飽和狀態(tài)的數(shù)據(jù)圖，圖中所示的溫度較高的六條線（黃、粉、褐、紫、天藍、草綠）分別為產(chǎn)品四個方向上的溫度。其中黃色溫度線明顯偏高，高于其他點20 ℃以上，并接近于產(chǎn)品的溫度警戒線110 ℃，其他五個點溫度走勢集中于75 ℃左右，而粉線和天藍線在部分時間段有跳水的現(xiàn)象，由上述現(xiàn)象可以初步判斷：工程師在產(chǎn)品發(fā)熱性能和風道通風上大體沒有什么問題，而粉色和天藍線兩處監(jiān)測點可能由于測溫觸點松動導(dǎo)致記錄異常，黃線監(jiān)測點處是否可能因產(chǎn)品工藝偏差或工人安裝偏差導(dǎo)致一邊風道過窄，空氣流量變小，引起溫度升高。

如果圖3（c）中黃線溫度未飽和，而是持續(xù)上升，那就必須立即停止機器工作，拆機檢查原因。

通過上述分析可見用溫度記錄儀監(jiān)測產(chǎn)品工作的辦法便捷高效。一方面，可以大體判斷出一些異常問題的位置和原因，幫助工程師有的放矢地去解決問題，并為后續(xù)產(chǎn)品積累經(jīng)驗和教訓(xùn)；另一方面提高了工作效率，不用再進行大規(guī)模的產(chǎn)品疲勞試驗來測試風道效果；再有就是在產(chǎn)品過高溫前發(fā)現(xiàn)問題，避免了機器的損毀，及時修理，減小損失。在實際工作中檢測內(nèi)部溫度，有助于及時發(fā)現(xiàn)過高溫度，檢查修正，防止產(chǎn)品損壞。造成浪費。

4.2 風扇選擇方法

風道的測試是通過對多臺同型號的產(chǎn)品在同等環(huán)境下的測試來比較發(fā)現(xiàn)問題的。而對于提供冷卻的風扇，同樣需要嚴格的測試。

好的風扇機械能轉(zhuǎn)換率高，噪音小。特別是大噸位風冷的設(shè)備，對高性能風扇的選擇尤為迫切。多家廠商同型號風扇對同一臺設(shè)備散熱的溫度記錄見表1，表中通道指熱電偶位置，溫度都為除去當時環(huán)境溫度的相對升溫。從表中得知1號風機的散熱效果最好。

5 結(jié) 論

風冷系統(tǒng)的檢測對整個產(chǎn)品的穩(wěn)定運行起到保障作用，其中，用實時溫度測量監(jiān)測的辦法有助于快速、準確地發(fā)現(xiàn)排除機器故障，節(jié)省人力物力成本。而對合適的風扇的選擇則能保障風冷系統(tǒng)的長期穩(wěn)定運行。從而實現(xiàn)產(chǎn)品溫度檢測的有的放矢，并積累大量經(jīng)驗。

參考文獻

[1] 許國良，鄔田華，王曉墨，等.工程傳熱學[M].北京：中國電力出版社，2015，115.

[2] 陳杰，黃鴻.傳感與檢測技術(shù)[M].北京：高等教育出版社，2002.[3]戴焯.傳 感與檢測技術(shù)[M].武漢：武漢理工大學出版社，2003.