风冷设备内部温度检测方法

摘 要：文章使用热电偶对风冷散热实时监测的方法，通过该检测可以快速来确定产品的风道设计是否合理，产品哪个部位出现问题，是否是设计不合理导致的的共性还是单台工艺缺失或工人安装失误导致的偶然故障，哪种型号的风扇可以胜任冷却，从而大大提高了效率，降低了成本，并积累了大量经验。

关键词：风冷系统；风道；温度传感器；风扇；温度记录

中图分类号：TG156. 4 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）33-0058-02

1 散热系统概述

散热系统对机器设备能否正常运行有着举足轻重的作用。在工业中，大到轮船飞机，小到电子芯片，在运作中都伴随着大量的热能，故合理的散热系统尤为重要。

设备的散热分为自然散热和强迫散热。自然散热需要设备在全力运行下温度不超过70 ？{C，这就需要设备有足够的空间与空气接触，或者金属等导热性好的媒介接触。比如低压变压器，它的设计就包含足够的空间将热量传递到空气中，手机则是通过石墨将芯片热量输送到机壳，再传递到空气中。而强迫散热则是通过外部设备辅助强制对发热设备散热，主要包括风冷、水冷、油冷散热等方式。风冷散热便携性好，结构简单，只要效果相符的风扇、适当的散热器和风道便可组成风冷系统，当然散热效果略差。而水冷散热需要构建水循环系统，简单的由水循环加风扇完成，复杂的则可能要构建多级水循环相互交互传递能量，最终传递到外部，由风扇或空气压缩机等制冷设备完成冷却。油冷亦与水冷相似。而水冷油冷的散热效果良好，适合给中大型、超大型设备提供良好的温度保障。

2 风冷系统的设计

由于风冷设备的便携性、廉价性，所以即便它的散热效率不高，还是被广泛运用于工业设备中。但是由于发热设备分布的不均匀性导致不同的风冷设计会有不同的散热效果。故对产品风道的设计要兼顾空间要求、空气的流量压力及工人安装误差等诸多因素，故增加了产品内部设计的复杂性。

一般来说，工程师从以下几点来设计风道[1]：一是工作热量计算；大体计算出台体满负荷运作的发热量的范围。二是风道压力流量；在保证不影响产品主要零部件工作性能的情况下，计算风道散热所需的空气压力和流量；三是根据领导给的空间要求，尽量放大散热空间，选择合适的风机参数。四是软件模拟；通过FloWizard软件来进行风道流量模拟，根据模拟结果不断修改风道设计，直到与预期的理论设计有很好的吻合。

3 风冷系统的检验问题

产品完成后一般会选择可靠性疲劳测试法来判断产品散热是否合理。即在不同环境温度下对许多同型号的产品进行长时间试验，在此期间不断改变试验条件，当每台产品都能顺利通过，则判断该产品的风冷设计是合理的。这便带来了些不确定性因素，一是故障判断；比如一些产品温度过高会影响其机械性能，当温度冷却后，性能又会慢慢变好，长久反复后会彻底产品零件。对于这种隐形慢性毛病，很难通过疲劳试验准确找到问题区域。二是生产成本的浪费；大量样品的疲劳性试验要花费大量的时间，人力，电能，但最终对产品冷却问题的把握不一定准确、快速，这便使得付出和得到呈现失衡。

为确保更好更快地完成风冷散热系统的检测，适应产业快节奏的发展，我们必须寻找新的检测方法。

4 风冷设备温度的检验方法

通过长期实践证实，在成品测试中添加温度检测传感器，可以大大缩减可靠性试验的时间，节约生产成本。

4.1 风道检验方法

该方法即为在风道内部粘贴温度传感器，外部用仪器监测，在整个测试过程中可以准确看到每个测试点的温度变化。当然，由于现在的工业产品越来越趋于小型化，对产品设计中留有的空间越来越小，所以传感器的尺寸要求越来越重要。对于空间足够大的设备，测试用传感器可以有很多选择，如热电偶、热电阻、IC温度传感器等[2]。但如果空间很小，那就需要寻找极其细小的传感器来做试验。在此以热电偶为例。

热电偶价格较为低廉，在市面上，常见的最细热电偶直径可小于1 mm，价格大概在8元/m左右，热电偶外部参考设备日本横河温度记录仪以及高精度的美国Omega热电偶传感器，如图1（a）（b）所示，传感器实际测试误差在0.5 ？{C以内。

现行最细的热电偶直径可低于0.2 mm，如缝衣线一般，当然价格也很昂贵。

首先选出可能发热的部位，相隔一定距离接连安装两到三个热电偶。测试过程中，观察各个点的温度变化，对温度较高的测量点重点监测，有些部位如果温度长期较低，便可略去不考虑，而有些点的温度如果具有标杆作用则继续保留。另外，根据产品的大小及设计特征制定了一套针对各风冷台体热电偶安装的细则，以作为同一测试标准。某一产品内部零件热电偶安装位置指示图如图2所示。在安装热电偶的过程中必须注意对热电偶感温触头及台体内部热电偶部分与台体整个接触面的绝缘，以免设备短路等意外故障导致对温度记录仪的损毁[3]。

设置好温度记录仪，记录产品在不同量级，不同工作条件下工作到饱和温度的过程，测试样如图3所示。图3（b）所示为某产品开始工作温度到饱和温度的数据图，图中温度较高的四条线（褐、黄、草绿、紫）为产品四个方向上的温度，温度饱和后基本呈现一致性，即产品四个方向温差不大，说明该产品的工艺及工人安装都比较均匀，而总体温度在65 ℃左右，说明工程师设计的产品发热性能和风道通风效果良好，该产品为性能良好的合格品。图3（c）所示为某产品开始工作到温度饱和状态的数据图，图中所示的温度较高的六条线（黄、粉、褐、紫、天蓝、草绿）分别为产品四个方向上的温度。其中黄色温度线明显偏高，高于其他点20 ℃以上，并接近于产品的温度警戒线110 ℃，其他五个点温度走势集中于75 ℃左右，而粉线和天蓝线在部分时间段有跳水的现象，由上述现象可以初步判断：工程师在产品发热性能和风道通风上大体没有什么问题，而粉色和天蓝线两处监测点可能由于测温触点松动导致记录异常，黄线监测点处是否可能因产品工艺偏差或工人安装偏差导致一边风道过窄，空气流量变小，引起温度升高。

如果图3（c）中黄线温度未饱和，而是持续上升，那就必须立即停止机器工作，拆机检查原因。

通过上述分析可见用温度记录仪监测产品工作的办法便捷高效。一方面，可以大体判断出一些异常问题的位置和原因，帮助工程师有的放矢地去解决问题，并为后续产品积累经验和教训；另一方面提高了工作效率，不用再进行大规模的产品疲劳试验来测试风道效果；再有就是在产品过高温前发现问题，避免了机器的损毁，及时修理，减小损失。在实际工作中检测内部温度，有助于及时发现过高温度，检查修正，防止产品损坏。造成浪费。

4.2 风扇选择方法

风道的测试是通过对多台同型号的产品在同等环境下的测试来比较发现问题的。而对于提供冷却的风扇，同样需要严格的测试。

好的风扇机械能转换率高，噪音小。特别是大吨位风冷的设备，对高性能风扇的选择尤为迫切。多家厂商同型号风扇对同一台设备散热的温度记录见表1，表中通道指热电偶位置，温度都为除去当时环境温度的相对升温。从表中得知1号风机的散热效果最好。

5 结 论

风冷系统的检测对整个产品的稳定运行起到保障作用，其中，用实时温度测量监测的办法有助于快速、准确地发现排除机器故障，节省人力物力成本。而对合适的风扇的选择则能保障风冷系统的长期稳定运行。从而实现产品温度检测的有的放矢，并积累大量经验。

参考文献

[1] 许国良，邬田华，王晓墨，等.工程传热学[M].北京：中国电力出版社，2015，115.

[2] 陈杰，黄鸿.传感与检测技术[M].北京：高等教育出版社，2002.[3]戴焯.传 感与检测技术[M].武汉：武汉理工大学出版社，2003.