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热量管理第二部分:多热才是太热

2006-12-12 Extron工程副总裁 Steve Somers InfoAV China


    自从热量管理第一部分与读者见面之后,有多少人开始使用手指热量检测方法呢?我有几次都看见别人用绑带缠住手指头进行测试。我想,你们当中很多人都有关于过热的设备和系统的故事讲讲吧。当然,这些故事也许都只能成为工程师们周末饭后的谈资。对于某些人来说,任何关于亲身经历的故事都总是显得非常有趣,但是,我们不得不承认,往往具有悲剧性结局的故事更能够吸引更多的观众。

    拿我自己来说吧,当年我还是工程学学生时候,就在父亲的电视机销售和维修店修理电视机、收音机以及其他的音频系统设备。告诉别人我经常把出现毛病的设备修理好,不是什么特别有意思的事情,但是,当我在客户面前,当面让坏掉得具有5根显现管的闹钟收音机正常工作时,那又是另外一种心情了。这些烧坏的融丝和短路的交流电整流器是设备出现问题的症结所在,这些收音机没有电源变压器,仅仅通过有线保险丝,把一系列的串联电容器连接到电源线较热的一端,然后向前放置到半波整流器中,产生150伏的直流电,半波整流器比主流电解电容器充电所耗费的时间要短一半,这就是热量管理的故事。

    为了修理到线路保险丝,我把机箱打开,把盒子翻转过来,然后用导线替代了保险丝(现在不要在家里这样做),再把音频收音机插到交流电插头上,并打开开关。眨眼工夫,交流电点燃的主要的电解器全部涌入,一排火焰闪耀直上天空,并较慢地嗡嗡作响,这种情况只有负荷的交流电线才能产生。我和客户惊讶的表情被僵定在了照片上。在我们面前的就是在产生压力的情况下,热量管理不充分的初次试验。能量的传输就在短短的几毫秒中。

    严格地讲,对我们来说,热量管理的真正意义在于热能量传输过程,但是速度比较慢,这也正是我们对功能的集成系统的期望所在。在热量管理第一部分中,我们讨论了一些能量产品和一些手指测试规则。这个系统安装的目的是描述在实际应用中采用热量管理的一些良好方法。在绝大多数敞开的房间中,我们几乎不考虑热量影响,因为房间里面的空气进出量远远大于电子产品所产生的热量上升量。当然,有两种情况下要例外:(1)房间本身过热;(2)产品产生的热量太多,不能通过散热或者空气流通排除热量。如果空间允许,较小的盒子型产品就搁置在拥挤的地方,如墙敦、桌子抽屉或者其他的阁子里面。这为稳定操作产生了新的挑战。我们把这种情形用我们熟悉的例子来做比较。当周围的环境能够吸收所有设备产生的能量(瓦特),周围环境就是一个散热器;如果产生的热量没有被吸收,那么周围环境就是一个散热器。为了方便讨论,我把安装好的设备所产生的能量称作输入能量,把较冷环境中的热传输功能称为输出能量。我们把输出能量与输入能量的对比率称为“传热率”。只要对比率大于1,那么周围环境就是一个吸热器,就有可能实现稳定操作。如果对比率小于1,周围环境就是散热器,那么我们就应该进一步注意环境中的设备情况。这个概念的具体解释请参见图1。另外,如果输出与输入的比率刚好等于1,目前所产生热量的大小(瓦特/小时)就是维持系统稳定操作的最高允许值。让我们来看看,如何使用这个概念,在安装系统之前,预先计算出封闭设备的真实吸热环境。

 热量管理第二部分:多热才是太热
    设想你要在某些没有通风口的封闭环境中(如木箱)放置一个电子设备,设备周围的空气非常有限。那么,我们如何预测这个设备是否能够在这个环境中正常工作呢?我将为你介绍一种简单的方法,来评估这个计算答案。首先,我们要以已经掌握的热力学知识为根据,做出一些假设和推断。以下是我们所作的假设。

    在最初的运作过程中,有限的内部空气将作为设备的吸热器,吸收热量,直至达到平衡为止。最后,设备、内部空气和外围设备的内壁将会在某个温度时,达到平衡,让设备的能量输入保持不变。但热量达到平衡时,热量将会通过木制容器的内壁传输到外界环境中。设备外部空气以及内壁的温度达到一致。[Page]

    为了继续我们的测试,我们必须了解傅立叶的热传导定律(见图1)以计算传输到设备外部环境中的热量。傅立叶定律里面将会告诉我们,设备会在传热中运作还是需要降温措施如空气压缩等。不过,千万不要被傅立叶的公式束缚了想法,它只是一些产品因素除以外围设备墙壁的厚度(这里是木柜而已)这样一个简单的公式。负数方向表示热量传输方向(从热到冷)。“q”代表每个小时通过木桌传输的热量的瓦特数,“k”表示我们从表格1里的热传导性(木=0.130 watts/m-°C),“A”表示往外传热的箱子内壁的区域(平方米)。测量内部箱子的空间,并转换成为立方米(假设体积为3"x10"x12",转换为表面积就是0.24平

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