4.4.2 Расчет теплового режима.

Оценку теплового режима работы прибора в целом можно осуществить, рассчитав, тепловой режим для наиболее теплонагруженных элементов, т.к. нарушение работы этих элементов, в первую очередь, приведет к нарушению работы самого прибора.

В конструкции пульта контроля наиболее теплонагруженной, а, следовательно, и тепловыделяющей частью является микросхема 286ЕП3. По расчету, проведенному разработчиками схемы, максимальная рассеиваемая мощность микросхемы составляет 8 Вт. Согласно техническим условиям на микросхему (бКО.347.017ТУ), применение их при рассеиваемой мощности свыше 4,5 Вт без теплоотвода не допускается. Максимальная допустимая температура корпуса микросхемы не должна превышать 85ºС.

Исходя из этого, было принято решение установить микросхему 286ЕП3 на теплоотводящий кронштейн, который, помимо конструктивного назначения, является элементом передачи тепла на металлическую панель прибора. Кронштейн закреплен на лицевой панели с помощью двух винтов АМ3-6g×10.36.026. Для улучшения теплопроводящего эффекта применяется паста КПТ-8.

В связи с тем, что объем внутренней полости ПК незначителен и герметичен, перенос тепла от микросхемы конвекцией, т.е. естественной отдачей тепла в воздух и излучением, затруднен. Для проведения расчета примем, что передача тепла происходит лишь за счет кондукции на кронштейн, а от него на панель и корпус ПК.

Определим допустимую среднеповерхностную температуру радиатора. Расчет выполним согласно [13]:

(4.68)

g – коэффициент неравномерности температурного поля по радиатору,

T – среднеповерхностная температура радиатора, °С;

T_пер – максимально допустимая температура корпуса микросхемы, °С;

P_рас – рассеиваемая мощность микросхемы, Вт;

R_к-р – тепловое сопротивление корпус-радиатор, Град/Вт;

R_п-к – тепловое сопротивление переход корпус. Град/Вт;

Коэффициент неравномерности температурного поля по радиатору найдем с помощью графика зависимости коэффициента от определяющего размера (рисунок 13.3 [18]), так как определяющий размер, в нашем случае толщина крышки, L=4 мм, то g=0,97.

Тепловое сопротивление переход корпус R_п-к=5 Град/Вт;

Тепловое сопротивление корпус-радиатор определим по формуле:

, (4.69)

, (4.70)

где R_уд – удельное сопротивление пасты КПТ-8 ГОСТ 19783-74, R_уд=0,83·10^-4 (Град*м²)/Вт, паста используется для уменьшения теплового сопротивления перехода корпус-радиатор;

S_м– площадь теплового потока, в нашем случае площадь основания корпуса микросхемы,

, (4.71)

где l, b – соответственно длина и ширина микросхемы, взяты из ТУ

.

Тепловое сопротивление радиатора R_{радиатора}, определим по формуле:

(4.72)

δ – толщина радиатора,

λ – теплопроводность материала.

δ=2·10^-3 м, λ=121 Вт/(м*град).

Таким образом, допустимую среднеповерхностную температуру радиатора можно вычислить, подставив значение параметров в выражение (4.68):

.

Перегрев радиатора определяется исходя из максимальной температуры эксплуатации.

Коэффициент теплообмена радиатора с окружающей средой при естественной конвекции вычисляется по формуле:

, (4.73)

t_m– средняя температура перепада, °С;

А₁(t_m) – коэффициент зависящий от t_m;

L – определяющий размер, м.

,

(таблица 1.5 [13]).

.

Так как радиатор способен передавать тепло и посредством излучения, то учтем коэффициент теплообмена излучением:

, (4.74)

где ε- степень черноты материала,

φ- коэффициент облученности,

f(T₁,T₂) – функция температур поверхности радиатора и окружающей среды.

ε=0,4 – для алюминиевых сплавов (таблица 13.4 [18]),

φ=1 – для прямого излучения,

f(39,2;35)=7,7 – определена по номограмме (рис. 2-10 [13]).

Суммарный коэффициент теплообмена будет равен:

Площадь теплоотводящей поверхности радиатора, необходимая для отвода тепла от микросхемы 286ЕП3, работающей в заданном режиме, равна:

, (4.75)

где Р_р – мощность рассеиваемая радиатором,

ΔТ – перепад температур между теплоотводящей поверхностью радиатора и окружающей средой.

Р_р=8 Вт,

ΔТ=43,027 °С.

Определим площадь теплоотводящей поверхности ПК для микросхемы 286ЕП3 в разработанной нами конструкции.

, (4.76)

где S_кр – площадь кронштейна,

S_пан – площадь панели,

S_кор-площадь корпуса

Так как S> S_р, то можно сделать вывод о том, что тепловой режим работы микросхемы соответствует требованиям, предъявляемым в ТУ, а, следовательно, ПК при функционировании в заданном режиме не будет подвержен перегреву.