Устройство для определения теплопроводности теплопроводящего основания силового полупроводникового прибора

Полезная модель направлена на повышение точности определения теплопроводности оснований силового полупроводникового прибора в условиях, максимально приближенных к условиям эксплуатации силовых полупроводниковых приборов. Технический результат достигается тем, что в устройстве измерители температур размещены в двух одинаковых медных измерительных цилиндрах, установленных относительно друг друга с зазором между рабочими торцевыми поверхностями для расположения в нем исследуемого теплопроводящего основания с диаметром равным диаметру медных измерительных цилиндров, размещенных между электрическим нагревателем и водяным охладителем. На боковых поверхностях медных цилиндрических цилиндров размещена теплоизоляция. Высота каждого медного измерительного цилиндра равна:

Н=(3-4)D

где: Н - высота медного измерительного цилиндра, мм;

D - диаметр медного измерительного цилиндра, мм.

Чистота обработки и неплоскостность рабочих торцевых поверхностей медных измерительных цилиндров аналогичны рабочей поверхности силового полупроводникового прибора. В каждом медном измерительном цилиндре количество измерителей температур должно быть не менее двух.

2 илл.

Полезная модель относится к области теплофизических исследований и может быть использована для определения теплопроводности теплопроводящего основания силового полупроводникового прибора.

Известно устройство для определения теплопроводности материалов, включающее измерители температур, установленные на нагревателе на противоположной от него поверхности исследуемого образца (Осипова В.А. Экспериментальное исследование процессов теплообмена, Москва: «Энергия», 1969, с.38).

Недостатками известного устройство являются низкая точность определения теплопроводности из-за неточности измерения температур, невозможности регулирования температур в исследуемом образце, невозможности контроля механического усилия сжатия исследуемого образца.

Технический результат заключается в повышении точности определения теплопроводности оснований силового полупроводникового прибора в условиях, максимально приближенных к условиям эксплуатации силовых полупроводниковых приборов.

Технический результат достигается тем, что в устройстве измерители температур размещены в двух одинаковых медных измерительных цилиндрах, установленных относительно друг друга с зазором между рабочими торцевыми поверхностями для расположения в нем исследуемого теплопроводящего основания с диаметром равным диаметру медных измерительных цилиндров, размещенных между электрическим нагревателем и водяным охладителем. На боковых поверхностях медных цилиндрических цилиндров размещена теплоизоляция.

Высота каждого медного измерительного цилиндра равна:

Н=(3-4) D

где: Н - высота медного измерительного цилиндра, мм;

D - диаметр медного измерительного цилиндра, мм.

Чистота обработки и неплоскостность рабочих торцевых поверхностей медных измерительных цилиндров аналогичны рабочей поверхности силового полупроводникового прибора. В каждом медном измерительном цилиндре количество измерителей температур должно быть не менее двух.

На фиг.1 изображено предлагаемое устройство, содержащее два медных одинаковых измерительных цилиндров 1 и 2, размещенных относительно друг друга с зазором между их рабочими торцевыми поверхностями для расположения в нем исследуемого теплопроводящего основания 3 с диаметром равным диаметру медных измерительных цилиндров 1 и 2, на боковых поверхностях которых размещена теплоизоляция 4. Медные измерительные цилиндры 1 и 2 размещены между электрическим нагревателем 5 и водяным охладителем 6. В медных измерительных цилиндрах 1 и 2 установлены измерители температур 7 не менее двух, например, в виде хромель-копеливых термопар T₁Т₃ и Т₄..Т₆. Высота каждого медного измерительного цилиндра 1 и 2 равна:

Н=(3-4) D

где: Н - высота медного измерительного цилиндра, мм;

D - диаметр медного измерительного цилиндра, мм.

Чистота обработки и неплоскостность рабочих торцевых поверхностей медных измерительных цилиндров 1 и 2 аналогичны рабочей поверхности силового полупроводникового прибора. Измерительные цилиндры 1 и 2 выполнены из меди, имеющей самую высокую теплопроводность.

Устройство работает следующим образом. Прежде всего выполняется условие, что диаметр исследуемого теплопроводящего основания 3 равен диаметру медных измерительных цилиндров 1 и 2. Исследуемое теплопроводное основание 3 помещают в зазор между рабочими торцевыми поверхностями медных измерительных цилиндров 1 и 2. Затем с помощью силы F медные измерительные цилиндры 1 и 2 сжимают, например, с помощью любого прижимного устройства, между электрическим нагревателем 5 и водяным охладителем 6. Теплопроводность исследуемого теплопроводного основания 3 определяется по формуле (Осипова В.А. Экспериментальное исследование процессов теплообмена. Москва: Энергия, 1969, с.194)

где: - искомая удельная теплопроводность, Вт/м°С;

- толщина теплопроводящего основания, м;

Q - тепловой поток в медных измерительных цилиндрах 1 и 2, Вт;

t -перепад температуры на основании, °С;

S - площадь теплопроводящего основания, м².

Перепад температуры t на исследуемом основании 3 определяется графоаналитическим методом (фиг.2).

Тепловой поток через медный измерительный цилиндр 1 определяется из выражения:

где: t_1,3 - перепад температур между термопарами Т₁-Т₃, °С;

_Cu - теплопроводность меди, 380 Вт/м, °С;

S - площадь сечения медных измерительных цилиндров 1 и 2, м;

L_1,3 - расстояние между термопарами Т₁ и Т₃, м.

Тепловой поток через медный цилиндрический цилиндр 2 определяется из выражения:

где: t_4,6 - перепад температур между термопарами Т₄-Т₆, °С;

_Сu - теплопроводность меди, 380 Вт/м, °С;

S - площадь сечения медных измерительных цилиндров 1 и 2, м;

L_4,6 - расстояние между термопарами Т₄ и Т₆, м.

Перепады температур t_1,3 и t_4,6 определяются по показаниям термопар

t₁-t₃ и t₄-t ₆

Устройство работает при условии:

Q=Q₁-Q₂,

которое обеспечивается теплоизоляцией 4 боковых поверхностей медных цилиндрических цилиндров 1 и 2.

Интервал эксплуатационных температур t ₃ и t₄ и усилие сжатия силы F соответствуют аналогичным значениям для силового полупроводникового прибора.

По сравнению с известным решением предлагаемое позволяет повысить точность определения теплопроводности основания силового полупроводникового прибора.

1. Устройство для определения теплопроводности теплопроводящего основания силового полупроводникового прибора, включающее нагреватель и измерители температур, отличающееся тем, что измерители температур размещены в двух одинаковых медных измерительных цилиндрах, установленных относительно друг друга с зазором между их рабочими торцевыми поверхностями для расположения в нем исследуемого теплопроводящего основания с диаметром, равным диаметру медных измерительных цилиндров, размещенных между электрическим нагревателем и водяным охладителем, при этом на боковых поверхностях медных цилиндрических цилиндров размещена теплоизоляция.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что высота каждого медного измерительного цилиндра равна:

Н=(3-4) D,

где Н - высота медного измерительного цилиндра, мм;

D - диаметр медного измерительного цилиндра, мм.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что чистота обработки и неплоскостность рабочих торцевых поверхностей медных измерительных цилиндров аналогичны рабочей поверхности силового полупроводникового прибора.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в каждом медном измерительном цилиндре количество измерителей температур должно быть не менее двух.