Простой измеритель теплового сопротивления радиаторов

Нагревательным элементом измерителя служит интегральный стабилизатор U1 типа LM317, вход которого питают напряжением Vcc=12 В от внешнего блока, способного развивать ток до 1 А. Вывод регулирования ADJ этой микросхемы заземлен, а выход подключен к одноваттным резисторам R1-R3, которые микропереключателем DIP3 можно поочередно заземлять. Такое включение U1 соответствует режиму стабилизатора тока, равного соответственно 1 А (если заземлен R1), 0,5 A (R2) или 100 мА (R3), при котором на самой микросхеме выделяется мощность соответственно 10 Вт, 5 Вт или 1 Вт.

Транзисторный ключ управляет красным светодиодом, индицирующим штатную работу подогревателя при замыкании выключателя   S1.  Датчиком   температуры   служит   ИМС   U2 типа LM35D, напряжение на выходе которой +Uwy изменяется от 0 до 1 В пропорционально изменению температуры ее корпуса от 0 до +100 °С (т.е. коэффициент преобразования 10 мВ/°С).

Список компонентов:

R1 ........1,2Ом 1Вт
R2 .........2.4Ом 1W
R3 .........12Ом 1Вт
R4.R6...........1кОм
R5.............100кОм
C1..............0.1мкФ
C2............ 220мкФ

D1 ..................LED

T1................ВС547

U1 ..............LM317

U2 ..............LM35D

Конструктивно измеритель состоит из печатной платы, к которой гибкими проводами подключены как подогреватель U1, так и датчик температуры U2. Радиатор зажимают между ними гайкой с болтом и сначала при разомкнутом S1 обычным мультиметром измеряют напряжение на выходе U2, соответствующее температуре окружающей среды; допустим, что оно будет равно 1)1 = 200 мВ, значит Токр=20 °С. Соединив с землей переключателем DIP3 резистор R1 и замкнув S1, включаем режим подогрева мощностью Рнагр=10 Вт и наблюдаем за увеличением напряжения на выходе U2 по замедляющемуся росту показаний мультиметра. Когда показания стабилизируются, например, на значении 0,8 В, фиксируем температуру нагретого радиатора Тнагр = 80 °С.

Далее по простой формуле вычисляем тепловое сопротивление радиатора Rtрад = (Тнагр - Токр)/ Рнагр = (80-20)/10 = 6 °С/Вт. Если напряжение на выходе датчика U2 превысит 1 В (что свидетельствует о разогреве радиатора свыше 100 °С и выходе за пределы допустимых для LM35D значений) или погаснет светодиод D1 (что свидетельствует о включении встроенной в U1 схемы защиты от перегрева), необходимо уменьшить мощность разогрева до 5 Вт или до 1 Вт, соединив с землей вместо резистора R1 резисторы R2 или R3.

Процедура измерения при этом не изменится, за исключением подстановки в формулу Rtрад значений Рнагр, равных 5 или 1 Вт. Зная тепловое сопротивление вашего радиатора, можно рассчитать его температуру Трад при любой подводимой мощности Ррасс, воспользовавшись формулой Трад = Ррасс • Rtрад + Токр. Если же вас интересует температура Ткр кристалла микросхемы или транзистора, смонтированного на радиатор, то формула расчета будет такой Ткр = Ррасс • (Rtрад + Rtкp + 0,2*) + Токр, где RtKp - тепловое сопротивление кристалл-корпус, указываемое изготовителем транзистора или микросхемы в даташите (в отечественной литературе его часто называют тепловым сопротивлением переход-корпус RTn-к, в английской - Rt]C (junction to case)); последнее слагаемое 0,2* представляет собой типовое тепловое сопротивление «корпус-радиатор»; для особо мощных конструктивов с тепло-проводящей пастой оно снижается до 0,1 °С/Вт, а при использовании слюдяных или керамических электроизолирующих прокладок - увеличивается.

Artur Piernikarczyk, «Elektronika dla Wszystkich» №7/2011, с58

Даташиты:

LM317

LM35D