一种水作为导热介质的热管功率测试装置及方法与流程

本发明涉及散热技术领域，提供一种水作为导热介质的热管功率测试方法，用于检测大批量热管功率性能的方法，是对现有水冷型热管功率测试方法的改进。

技术背景

热管是目前在工业中广泛使用的高效导热元件，其工作原理是：利用热传导原理与相变介质的快速热传递性质，透过热管将发热物体的热量迅速传递到热源外，其导热能力超过任何已知金属的导热能力，热管具有高导热性和优良的等温性，因此被广泛应用各种散热领域。据MIC统计，单单在计算机领域其需求已经超过6亿支/年。因此，其市场需求量巨大。

热管的广泛应用在国民经济建设中，需要确保可靠稳定，那么热管功率测试作为衡量热管性能最主要的标准则显得更加重要。但是市场的广泛需求又要使得功率测试高效快捷方便。现有的水冷型热管功率测试法在测试过程中，需要在热管与加热块及水冷块涂抹导热介质以填充热管与铜块和水冷块的间隙而减少接触热阻，但是在涂抹过程以及测试完毕擦拭热管上粘沾的导热膏会耗费大量时间及人工资源。

工厂在大批量测试过程中，所用的导热膏导热系数在0.8-4.5W/(m·K)内，一般情况下，导热系数越大，成本越高。因此，大多数情况下热管生产厂商会选用1W/(m·K)的导热介质，如TM801。去离子水在10℃-100℃时，导热系数为0.575-0.683W/(m·K)，略低于 工厂大量测试用的导热膏，而空气导热系数约为0.023W/(m·K)，前两者均远比空气的导热性能好，理论上去离子水代替导热膏作为热管功率测试导热介质是可行性的。本发明旨在保障热管功率性能检测标准可靠性的前提下，提高测试效率同时降低成本，提供一种水作为导热介质用于大批量热管功率测试的方法，具有环保清洁、生产成本低的优点，并进行实验验证其可行性。

技术实现要素：
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本发明的目的在于克服现有测试方法的不足之处，提出一种水作为导热介质的热管功率测试装置及方法，提高测试效率，降低生产成本，环保清洁。

本发明实现其目的采用的技术方案是：

一种水作为导热介质的热管功率测试装置，包括加热系统、冷凝系统、夹持机构、温度采集与控制系统，

所述加热系统包括内设直流电加热棒的加热铜块、与所述直流电加热棒电路连接的程控直流电源，用于提供热源，以特定功率对待测热管加热端进行加热；

所述冷凝系统包括内设冷却水回路的冷却铜块、恒温水机,所述恒温水机通过管路与冷却铜块相连接，形成冷却水循环回路，所述管路上还设置有流量计，用于控制冷却水的流量及温度对待测热管进行冷却，冷却水在冷却铜块内循环，将热管传递过来的热量带走，通过管道、流量计的组合，控制进入冷却铜块的流量，使得系统的冷却量可控；

所述夹持系统通过控制气缸实现待测热管的加热端与冷凝端分别与加热铜块和冷却铜块的紧密接触，采用气动夹紧机构，便于测试热管的夹持和自动控制，通过保证气缸的进气压力，保证每次的气动夹紧的力度保持一致，保证测试结果的一致性；

所述温度采集与控制系统包括由计算机、数据采集卡、若干温度传感器，所述温度传感器用于采集热源温度、热管加热端温度、热管冷凝端温度、冷却铜块温度，所述数据采集卡用于将各温度传感器采集的温度数据传输至计算机，所述计算机还通过电路连接程控直流电源。

进一步地，所述温度采集卡为NI9213。

进一步地，所述计算机通过RS232接口与程控直流电源相连。

一种采用如所述装置的热管功率测试方法，包括步骤：

a.设置并调试测试参数，包括环境温度、热管加热功率、冷却水温度及流量；

b.在待测热管与测试装置接触的位置，涂抹去离子水作为导热介质，以减少热管与测试装置接触部位的间隙，达到减少接触热阻的目的；

c.将待测热管的冷凝端和加热端通过夹持机构固定在测试装置上，实现待测热管的加热端与冷凝端分别与加热铜块和冷却铜块的紧密接触；

d.进行温度测试，在计算机的控制下对待测热管的加热端的直流电加热棒输入一定的功率，同时启动恒温水机对待测热管的冷凝端 进行水浴冷却；

e.通过温度传感器、数据采集卡和计算机记录并分析测试数据，包括热源温度Tj、热管加热端温度Te、热管冷凝端温度Tc、冷却铜块温度Tco，判定热管的传热功率是否达到设定值。

进一步地，所述判定热管的传热功率是否达到设定值具体包括：当待测热管两端的温差小于或等于4℃，并且热源温度Tj稳定在指定范围内时，则可认为待测热管达到平衡状态，即热管功率达到设定值。

进一步地，所述去离子水符合电子工业电子级水质标准EW-IV。

进一步地，所述的去离子水的参数为：Cu<50ppb、Fe<50ppb、Cl^-<0.1ppm、NO₃^-<0.3ppm、SO₄^2-<0.1ppm、电导率<0.5us/cm。

相比现有技术，本发明所述技术方案中的导热介质适合于在工业生产中对大批量热管进行功率测试，在保障热管功率性能检测标准可靠性的前提下，具有经济适用、环保快捷及测试效率高优点。一般情况下，热管功率测试达到平衡时间根据热管不同规格有所不同，一般在60S-200s左右，同时用导热膏为导热介质在测试完毕后清除热管表面附着的导热介质需要5-10S，有些复杂外形的热管甚至需要20s，而用去离子水作为导热介质则不需此操作，因此测试效率可以提升5％-17％；另外，去离子水基本上不需要成本，可以减少购买导热膏的费用同时不需要专职人工去清除导热膏，降低整个热管生产的成本，环保清洁。

附图说明

图1本发明实施例一的热管功率测试装置整体结构示意图。

图2本发明实施例一的热管功率测试装置的控制框图。

图中所示为：1-直流电加热棒；2-加热铜块；3-程控直流电源；4-数据采集卡；5-计算机；6-恒温水机；7-流量计；8-夹持机构；9-冷却铜块；10-待测热管；11-温度传感器。

具体实施方式：

下面结合具体实施案例及附图对本发明进一步说明。

实施例一

如图1所示，一种水作为导热介质的热管功率测试装置，包括加热系统、冷凝系统、夹持机构、温度采集与控制系统，

所述加热系统包括内设直流电加热棒1的加热铜块2、与所述直流电加热棒1电路连接的程控直流电源3，用于提供热源，以特定功率对待测热管10加热端进行加热；

所述冷凝系统包括内设冷却水回路的冷却铜块9、恒温水机6,所述恒温水机6通过管路与冷却铜块9相连接，形成冷却水循环回路，所述管路上还设置有流量计7，用于控制冷却水的流量及温度对待测热管进行冷却，冷却水在冷却铜块内循环，将热管传递过来的热量带走，通过管道、流量计的组合，控制进入冷却铜块的流量，使得系统的冷却量可控；

所述夹持系统通过控制气缸实现待测热管10的加热端与冷凝端分别与加热铜块2和冷却铜块9的紧密接触，采用气动夹紧机构，便于测试热管的夹持和自动控制，通过保证气缸的进气压力，保证每次的气动夹紧的力度保持一致，保证测试结果的一致性；

所述温度采集与控制系统包括由计算机5、数据采集卡4、若干温度传感器11，所述温度传感器11用于采集热源温度、热管加热端温度、热管冷凝端温度、冷却铜块温度，所述数据采集卡4采用NI9213，用于将各温度传感器11采集的温度数据传输至计算机5，所述计算机5通过RS232接口与程控直流电源3相连。控制加热输出功率，测试框图如图2所示，通过安装在LabVIEW上的程序，外部硬件采用USB接口和RS232接口与测试电脑连接，通过LabVIEW的驱动程序DAQMX与VISA与温度采集卡NI9213和程控电源相连。温度传感器来感知温度，并反馈到测试程序中，从而通过程控电源控制加热棒的加热功率。

实施例二

待测热管10采用工厂一款大批量生产的铜水热管，热管尺寸参数为6X0.3X275mm烧结式热管，测试功率为30W。

一种采用如所述装置的热管功率测试方法，包括步骤：

a.设置并调试测试参数，包括环境温度、热管加热功率、冷却水温度及流量，其中环境温度26℃，冷却水温度30℃，水流量40L/h；

b.在待测热管10与测试装置接触的位置，分别涂抹去离子水和TM-801作为导热介质，以减少热管与测试装置接触部位的间隙，达到减少接触热阻的目的，同时用作对比分析去离子水代替导热膏作为热管功率测试的可行性；

c.将待测热管10的冷凝端和加热端通过夹持机构固定在测试装置上，实现待测热管10的加热端与冷凝端分别与加热铜块2和冷却 铜块9的紧密接触；

d.进行温度测试，在计算机5的控制下对待测热管10的加热端的直流电加热棒1输入一定的功率，同时启动恒温水机6对待测热管10的冷凝端进行水浴冷却；

e.通过温度传感器11、数据采集卡4和计算机5记录并分析测试数据，包括热源温度Tj、热管加热端温度Te、热管冷凝端温度Tc、冷却铜块温度Tco，判定热管的传热功率是否达到设定值(见表1)。

具体来说，所述判定热管的传热功率是否达到设定值的步骤具体包括：当待测热管10两端的温差小于或等于4℃，并且热源温度Tj稳定在指定范围内时，则可认为待测热管11达到平衡状态，即热管功率达到设定值。

具体来说，所述去离子水符合电子工业电子级水质标准EW-IV。

具体来说，，所述的去离子水的参数为：Cu<50ppb、Fe<50ppb、Cl^-<0.1ppm、NO₃^-<0.3ppm、SO₄^2-<0.1ppm、电导率<0.5us/cm。

本发明所述的导热介质也即是去离子水在10℃-100℃时，导热系数为0.575-0.683W/(m·K)，其随温度的升高而增加，但是增幅不是很明显，可认定导热系数基本稳定，而工厂在大批量测试采用的导热膏TM801，导热系数是1W/(m·K)，这两种导热介质均远比空气0.023W/(m·K)导热性能好，因此从理论上去离子水代替导热膏作为热管功率测试导热介质是可行的。

将去离子水和TM801作为导热介质对热管功率性能进行测试对比，测试结果见表1。

表1 TM801与去离子水作为导热介质测试数据对比

从表1可以看出，用TM801导热膏和去离子水作为导热介质对热管功率性能进行测试中，两者均能达到平衡，即功率测试通过。用去离子水代替导热膏测试数据中，热源温度、热管加热端温度、热管冷凝端温度分别降低9-10℃、2-3℃、2-3℃，这是因为去离子水蒸发吸热所致；而热管温差增加了1-2℃，因为加热端温度相对于冷凝端温度高，水蒸发速度快而导致带走热量更多，冷凝端温度降低幅度小于加热端，形成热管温差增加。虽然用去离子水作为导热介质测试热管功率的方法测试热管温差增加1-2℃，在工厂批量测试过程中只需要将热管功率判断标准中，温差小于或者等于4℃调整为5℃即可，这样可以保障热管功率性能检测标准可靠性。

在用TM801和去离子水在测试过程中，相同的热管在70s都可以达到功率平衡，但前者人工擦除热管测试后的导热膏TM801需要6s左右，因此使用去离子水作为导热介质可以提高测试效率约8％。另外，去离子水基本上不需要成本，可以减少购买导热介质的费用同时不需要专职人工去清除导热膏，降低整个热管生产的成本。

本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而 并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。