風冷設備內部溫度檢測方法

摘 要：文章使用熱電偶對風冷散熱實時監測的方法，通過該檢測可以快速來確定產品的風道設計是否合理，產品哪個部位出現問題，是否是設計不合理導致的的共性還是單臺工藝缺失或工人安裝失誤導致的偶然故障，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，并積累了大量經驗。

關鍵詞：風冷系統；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 散熱系統概述

散熱系統對機器設備能否正常運行有著舉足輕重的作用。在工業中，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，故合理的散熱系統尤為重要。

設備的散熱分為自然散熱和強迫散熱。自然散熱需要設備在全力運行下溫度不超過70 ？觷C，這就需要設備有足夠的空間與空氣接觸，或者金屬等導熱性好的媒介接觸。比如低壓變壓器，它的設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備輔助強制對發熱設備散熱，主要包括風冷、水冷、油冷散熱等方式。風冷散熱便攜性好，結構簡單，只要效果相符的風扇、適當的散熱器和風道便可組成風冷系統，當然散熱效果略差。而水冷散熱需要構建水循環系統，簡單的由水循環加風扇完成，復雜的則可能要構建多級水循環相互交互傳遞能量，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、超大型設備提供良好的溫度保障。

2 風冷系統的設計

由于風冷設備的便攜性、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設備中。但是由于發熱設備分布的不均勻性導致不同的風冷設計會有不同的散熱效果。故對產品風道的設計要兼顧空間要求、空氣的流量壓力及工人安裝誤差等諸多因素，故增加了產品內部設計的復雜性。

一般來說，工程師從以下幾點來設計風道[1]：一是工作熱量計算；大體計算出臺體滿負荷運作的發熱量的范圍。二是風道壓力流量；在保證不影響產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；三是根據領導給的空間要求，盡量放大散熱空間，選擇合適的風機參數。四是軟件模擬；通過FloWizard軟件來進行風道流量模擬，根據模擬結果不斷修改風道設計，直到與預期的理論設計有很好的吻合。

3 風冷系統的檢驗問題

產品完成后一般會選擇可靠性疲勞測試法來判斷產品散熱是否合理。即在不同環境溫度下對許多同型號的產品進行長時間試驗，在此期間不斷改變試驗條件，當每臺產品都能順利通過，則判斷該產品的風冷設計是合理的。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，長久反復后會徹底產品零件。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域。二是生產成本的浪費；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失衡。

為確保更好更快地完成風冷散熱系統的檢測，適應產業快節奏的發展，我們必須尋找新的檢測方法。

4 風冷設備溫度的檢驗方法

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，節約生產成本。

4.1 風道檢驗方法

該方法即為在風道內部粘貼溫度傳感器，外部用儀器監測，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，由于現在的工業產品越來越趨于小型化，對產品設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。

現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保留。另外，根據產品的大小及設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。某一產品內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部熱電偶部分與臺體整個接觸面的絕緣，以免設備短路等意外故障導致對溫度記錄儀的損毀[3]。

設置好溫度記錄儀，記錄產品在不同量級，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）所示為某產品開始工作溫度到飽和溫度的數據圖，圖中溫度較高的四條線（褐、黃、草綠、紫）為產品四個方向上的溫度，溫度飽和后基本呈現一致性，即產品四個方向溫差不大，說明該產品的工藝及工人安裝都比較均勻，而總體溫度在65 ℃左右，說明工程師設計的產品發熱性能和風道通風效果良好，該產品為性能良好的合格品。圖3（c）所示為某產品開始工作到溫度飽和狀態的數據圖，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象，由上述現象可以初步判斷：工程師在產品發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測點可能由于測溫觸點松動導致記錄異常，黃線監測點處是否可能因產品工藝偏差或工人安裝偏差導致一邊風道過窄，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測產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，并為后續產品積累經驗和教訓；另一方面提高了工作效率，不用再進行大規模的產品疲勞試驗來測試風道效果；再有就是在產品過高溫前發現問題，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部溫度，有助于及時發現過高溫度，檢查修正，防止產品損壞。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品在同等環境下的測試來比較發現問題的。而對于提供冷卻的風扇，同樣需要嚴格的測試。

好的風扇機械能轉換率高，噪音小。特別是大噸位風冷的設備，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 論

風冷系統的檢測對整個產品的穩定運行起到保障作用，其中，用實時溫度測量監測的辦法有助于快速、準確地發現排除機器故障，節省人力物力成本。而對合適的風扇的選擇則能保障風冷系統的長期穩定運行。從而實現產品溫度檢測的有的放矢，并積累大量經驗。

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