Розрахунок поверхні гольчасто-штиревого радіатора

При розрахунку гольчасто-штиревого радіатора приймається, що все тепло, яке необхідно відвести від напівпровідникового елементу, розсіюється штирями.

Тепловіддача штиря змінної товщини (Вт) знаходиться з виразу:

, (7.48)

де  - коефіцієнт тепловіддачі, Вт/(м²^оС);

h - висота штиря (рис. 7.14, а), м;

u - периметр поперечного перетину штиря (середнього по висоті), м;

f - площа поперечного перетину штиря (середнього по висоті), м²;

— коефіцієнт:

(рис. 7.14, a);

 - коефіцієнт теплопровідності матеріалу радіатора, Вт/( м²^оС).

Для штирів, що мають форму стрижнів з постійною товщиною, коефіцієнт 1,14 з формули (7.48) виключається.

а) - штир,

б) - розміщення штирів на основі радіатора

Рисунок 7.14 - Деталь гольчасто-штиревого радіатора

Для гольчасто-штиревого радіатора величина пов'язана з середньою температурою навколишнього повітря рівнянням:

(7.49)

Формула (7.49) вірна для вільної конвекції повітря. Загальна кількість штирів радіатора визначається з виразу:

(7.50)

Площа радіаторної плити знаходиться з формули:

, (7.51)

де - площа одного заштрихованого квадрату (рис. 7.14, б), м²;

- площа, яку займає напівпровідниковий елемент на радіаторі, м².

З конструктивних міркувань розміри радіаторної пластини для гольчасто-штиревого радіатора не повинні перевищувати розмір 150150 мм ,а висота штиря 40 мм.

При обмеженому об'ємі радіоелектронного пристрою, в якому встановлюється гольчасто-штиревий радіатор, рекомендується провести уточнюючий розрахунок радіатора з урахуванням поверхонь, не зайнятих штирями.

Ребристі радіатори рекомендується застосовувати при потужностях розсіювання більше 5 Вт і температурі навколишнього середовища вищій за 60 - 70 °С. При розрахунках слід приймати наступні оптимальні розміри ребристих радіаторів: товщина основи d = 3 5 мм; висота ребер h = 10 40 мм. товщина ребер  = 1,5 3 мм; відстань між ребрами b = 7 10 мм.

Для забезпечення рівномірного нагріву радіатора його довжину і ширину доцільно вибирати близькими по величині.

Матеріали для виготовлення радіаторів

Радіатори для напівпровідникових елементів можуть бути виготовлені із сталі, міді, алюмінію та інших сплавів, магнієвих сплавів і т.п. Простота і легкість обробки, можливість наносити хімічним і електрохімічним шляхом захисні покриття, висока теплопровідність (табл. 7.8) і ряд інших переваг зумовили широке застосування алюмінію і його сплавів для виготовлення радіаторів. Крім того, радіатори з алюмінію і його сплавів є дешевшими за мідні.

Таблиця 7.8 - Коефіцієнти теплопровідності різних матеріалів

Найменування матеріалу	, Вт/(м2оС)	Найменування матеріалу	, Вт/(м2оС)
Алюміній	210	Сталь У-12	45 - 46
Дюралюміній	100 - 180	Сталь 20	50
Латунь	100 - 120	Мідь	380 - 400
Свинець	36	Слюда	0,47 - 0,46
Срібло	390 - 4110	Бакелітовий лак	0,3

Контрольні запитання до теми “Розрахунок радіаторів для потужних напівпровідникових елементів ”

1. Що відноситься до потужних елементів?

2. Як змінюються параметри напівпровідникових потужних елементів від впливу температури?

3. Які існують способи передачі тепла від поверхні нагрітого елементу, і яка між ними різниця?

4. Яка різниця між вільною та вимушеною конвекцією?

5. Пояснити послідовність розрахунку коефіцієнта теплопередачі конвекцією.

6. Пояснити послідовність розрахунку коефіцієнта теплопередачі випромінюванням.

7. Чи змінюється значення коефіцієнта теплопередачі конвекцією при зміні форм випромінюючих поверхонь?

8. Чи змінюється значення коефіцієнта теплопередачі випромінюванням при зміні форм випромінюючих поверхонь?

9. Що таке тепловий опір і які вони бувають у потужних напівпровідникових елементах?

10. Пояснити теплову модель напівпровідникового елементу, встановленого на радіаторі.

11. Які бувають типи радіаторів і яка їхня ефективність?

12. Пояснити послідовність розрахунку поверхні пластинчастого радіатора.

13. Пояснити послідовність розрахунку поверхні ребристого радіатора.

14. Пояснити послідовність розрахунку поверхні гольчасто-штиревого радіатора.

15. Як змінюється ефективність ребристих радіаторів у залежності від їхніх геометричних розмірів?

16. Як змінюється ефективність ребристих радіаторів у залежності від їхніх геометричних розмірів?

Які бувають матеріали для виготовлення радіаторів і яка між ними різниця?

Л Е К Ц І Я № 12

Т Е М А 8: Конструювання засобів вимірювальної техніки у відповідності до вимог технічної естетики

Аналіз можливостей людини і машини показує, що машині слід віддавати перевагу при математичних розрахунках за певними залежностями, при виконанні стандартних одноманітних рухів, які часто повторюються, при необхідності зберігання в пам’яті великої кількості інформації, коли необхідна миттєва реакція, або значні силові зусилля в процесі керування реальним об’єктом. Проте, людині слід віддавати перевагу якщо необхідно приймати рішення на основі обмеженого числа факторів (неповної інформації), розпізнавати об’єкт при дії значних завад, реагувати на випадкові і непередбачувані обставини. З цього слідує, що машина і людина доповнюють один одного за своїми можливостями. Якщо при сумісній роботі параметри машини не відповідають параметрам людини, то підвищується втомлюваність людини, зростає кількість помилок і травм.