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CN109406573A - 一种用于测试导热硅胶垫导热率的测试装置及测试方法 - Google Patents

一种用于测试导热硅胶垫导热率的测试装置及测试方法 Download PDF

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CN109406573A CN201811501792.5A CN201811501792A CN109406573A CN 109406573 A CN109406573 A CN 109406573A CN 201811501792 A CN201811501792 A CN 201811501792A CN 109406573 A CN109406573 A CN 109406573A
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Abstract

本发明涉及一种用于测试导热硅胶垫导热率的测试装置及测试方法,包括:测试装置本体、水冷温度控制系统和检测系统;所述测试装置本体用于承载多组导热硅胶垫;所述水冷温度控制系统与所述测试装置本体连接,用以同所述测试装置本体配合为导热硅胶垫的底面营造一个温度可控的加热源;所述检测系统与所述测试装置本体连接,用以检测位于所述测试装置本体上的导热硅胶垫上、下表面的温度数据;所述检测系统能够根据检测到的温度数据计算获取导热硅胶垫的导热率。本发明提供一种用于测试导热硅胶垫导热率的测试装置及测试方法,能够简单地同时检测到多个导热硅胶垫的导热系数。

Description

一种用于测试导热硅胶垫导热率的测试装置及测试方法
技术领域
本发明属于导热测试技术领域,尤其涉及一种用于测试导热硅胶垫导热率的测试装置及测试方法。
背景技术
导热硅胶垫是一种导热介质,用来减少热源表面与散热器件接触面之间产生的接触热阻,主要在高温产品中起到热传递的作用。导热硅胶片成品具有良好的高导热性、高绝缘性、机械性、密封性、不宜变形性、操作方便等优点,因此导热硅胶片是一种得到广泛的应用的导热介质材料。
导热率的大小是考量导热硅胶垫性能的重要参数之一,原则上能满足产品和成本需求的前提下,当然导热系数越高越好。目前市场上的导热硅胶垫种类繁多,甚至有一些很夸张的导热系数,给我们日常的导热硅胶的选型上造成了一定难度。为了能够更快更准确的挑选到导热系数满足使用要求的导热硅胶垫,并且能够方便在日常生产中能够比较方便检测导热硅胶垫导热系数这个指标;需要一套简单、方便、快速、高效率的测试导热硅胶垫导热系数的测试装置和方法。
发明内容
(一)要解决的技术问题
针对现有存在的技术问题,本发明提供一种用于测试导热硅胶垫导热率的测试装置及测试方法,能够简单地同时检测到多个导热硅胶垫的导热系数。
(二)技术方案
为了达到上述目的,本发明采用的主要技术方案包括:
一种用于测试导热硅胶垫导热率的测试装置,包括:测试装置本体、水冷温度控制系统和检测系统;
所述测试装置本体用于承载多组导热硅胶垫;
所述水冷温度控制系统与所述测试装置本体连接,用以同所述测试装置本体配合为导热硅胶垫的底面营造一个温度可控的加热源;
所述检测系统与所述测试装置本体连接,用以检测位于所述测试装置本体上的导热硅胶垫上、下表面的温度数据;
所述检测系统能够根据检测到的温度数据计算获取导热硅胶垫的导热率。
优选地,所述装置本体包括:底部承台和设置在所述底部承台上的多个上部顶盖;
所述底部承台为长方体形结构体;
所述底部承台的顶面设有多组底部螺纹孔;
每一所述上部顶盖上均设有顶盖螺孔;
所述顶盖螺孔与所述底部承台上的其中一组底部螺纹孔对应;
所述上部顶盖通过所述顶盖螺孔、底部螺纹孔和塑料螺钉固定设置在所述底部承台上。
优选地,每一所述上部顶盖均为一槽盒形结构体;
所述槽盒形结构体的盒口面扣设于所述底部承台的顶面,并通过所塑料螺钉固定设置在所述底部承台上;
所述槽盒形结构体与所述底部承台的顶面之间构成用于设置导热硅胶垫的容置空间;
所述导热硅胶垫的上表面和下表面分别与所述上部顶盖的内顶面和所述底部承台的顶面紧密接触。
优选地,每一所述上部顶盖的顶部设有顶盖穿孔;
所述顶盖穿孔用于设置上部温度测试探头;
所述上部温度测试探头用于检测所述导热硅胶垫上表面的温度;
所述底部承台的侧面还设有与所述顶盖穿孔一一对应的底部穿孔;
所述底部穿孔用于设置底部温度测试探头;
所述底部温度测试探头用于检测所述导热硅胶垫下表面的温度。
优选地,所述水冷温度控制系统包括:水循环金属管、出水管、进水管和水冷机模块;
所述水循环金属管为一U形管;
所述U形管的两端口均设有水管转接头;
所述两端口通过所述水管转接头分别与所述进水管和所述出水管连通;
所述进水管和所述出水管还与所述水冷机模块的两个水循环接口连通。
优选地,所述水循环金属管位于所述底部承台的内部,用于调控所述底部承台上表面的温度。
优选地,所述检测系统包括:检测主机装置和多组检测单元;
所述检测主机装置分别与所述多组检测单元电连接;
所述多组检测单元分别与设置在所述底部承台上的多个导热硅胶垫一一对应,用于分别检测所述多个导热硅胶垫的上表面温度和下表面温度。
优选地,每一组所述检测单元均包括:上部检测单元和下部检测单元;
所述上部检测单元和下部检测单元的结构相同;
所述上部检测单元包括导线和上部温度测试探头;
所述导线的两端分别连接所述检测主机装置和所述上部温度测试探头;
所述上部温度测试探头通过导热胶固定设置在顶盖穿孔处,用于检测位于所述顶盖穿孔下的导热硅胶垫的上表面温度。
本技术方案还提供一种基于上述方案所述测试装置的测试方法,包括如下步骤:
101、将导热系数已知的标样导热硅胶垫和待测导热硅胶垫置于测试装置本体上的相应容置空间内;
102、启动水冷温度控制系统为所有导热硅胶垫的底面提供一个相同标准的热源;
103、检测系统获取所有导热硅胶垫在同一时刻的上表面温度和下表面温度数据;
104、检测系统根据检测获取的标样和待测样品温度数据,已知的标样导热硅胶垫的导热系数,采用热稳态法测试导热硅胶的基本公式建立方程等式计算获取待测导热硅胶垫的导热系数。
优选地,所述待测导热硅胶垫的数量为一个或多个;
步骤104中所述的方程等式为:
λ=λ*[(t1-t2)/(t1-t2)]
其中,λ为待测导热硅胶垫的导热系数,λ为标样导热硅胶垫的导热系数,(t1-t2)为检测到的标样导热硅胶垫的上表面温度和下表面温度的温差,(t1-t2)为检测到的待测导热硅胶垫的上表面温度和下表面温度的温差。
(三)有益效果
本发明的有益效果是:本发明提供的一种用于测试导热硅胶垫导热率的测试装置及测试方法,能够简单地同时检测到多个导热硅胶垫的导热系数。
其中,在快速且同时获得多种导热硅胶垫导热率,提高了测试效率。通过对测试装置的一致性设计,能够排除环境对测试装置的影响,提高了测试结果的准确率。同时还可以通过已知样本的不同温度下的导热率曲线,对比获得被测试导热硅胶垫在不同温度下的导热率曲线。
附图说明
图1为本发明一种用于测试导热硅胶垫导热率的测试装置及测试方法中的测试装置的结构示意图;
图2本发明一种用于测试导热硅胶垫导热率的测试装置及测试方法中的测试装置本体的正面示意图;
图3本发明一种用于测试导热硅胶垫导热率的测试装置及测试方法中的上部顶盖的结构示意图;
图4本发明一种用于测试导热硅胶垫导热率的测试装置及测试方法中的承台本体的结构示意图。
【附图标记说明】
1:测试装置本体;
101:底部承台;1011:底部螺纹孔;1012:底部穿孔;
102:上部顶盖;1021:塑料螺钉;1022:顶盖穿孔;
2:水冷温度控制系统;
201:进水管;202:出水管;203:水管转接头;2031:连接螺纹;204:水循环金属管;
3:检测系统;
301:上部温度测试探头;
A:标样导热硅胶垫;A’:待测导热硅胶垫。
具体实施方式
为了更好的解释本发明,以便于理解,下面结合附图,通过具体实施方式,对本发明作详细描述。
实施例1
如图1所示:本实施例公开了一种用于测试导热硅胶垫导热率的测试装置,包括:测试装置本体1、水冷温度控制系统2和检测系统3。
详细地,本实施例中所述测试装置本体1用于承载多组导热硅胶垫。所述水冷温度控制系统2与所述测试装置本体1连接,用以同所述测试装置本体1配合为导热硅胶垫的底面营造一个温度可控的加热源。
应说明的是:这里所述的加热源为可控的,且能够为放置在测试装置本体1上的任一导热硅胶垫的底部提供相同的热量;当然,这里的热量是能够控制的,比如温度的高低,在这里采用相同温度下检测所有导热硅胶垫的导热性能。
本实施例中所述检测系统3与所述测试装置本体1连接,用以检测位于所述测试装置本体1上的导热硅胶垫上下面的温度数据。
所述检测系统3能够根据检测到的温度数据计算获取导热硅胶垫的导热率。
如图2所示:本实施例中所述的测试装置本体1包括:底部承台101和设置在所述底部承台101上的多个上部顶盖102。
其中,所述底部承台101为长方体形结构体;所述底部承台101的顶面设有多组底部螺纹孔1011。
应说明的是;本实施例中每一所述上部顶盖102上均设有顶盖螺孔。
所述顶盖螺孔1022与所述底部承台101上的其中一组底部螺纹孔1011对应。
所述上部顶盖102通过所述顶盖螺孔、底部螺纹孔1011和塑料螺钉1021固定设置在所述底部承台101上。
具体地,本实施中所述的底部承台101上能够同时设置多个上部顶盖102和多个导热硅胶垫同时进行导热率的检测。
当需要检测三个导热硅胶垫的导热率时,在所述底部承台101上设置四个上部顶盖102,其中一个设置导热率已知的标样导热硅胶垫A,剩余三个上部顶盖102处对应设置导热硅胶垫。
如图3所示:本实施例中每一所述上部顶盖102均为一槽盒形结构体。
所述槽盒形结构体的盒口面扣设于所述底部承台101的顶面,并通过所塑料螺钉1021固定设置在所述底部承台101上。
所述槽盒形结构体与所述底部承台101的顶面之间构成用于设置导热硅胶垫的容置空间。
所述导热硅胶垫的上表面和下表面分别与所述上部顶盖102的内顶面和所述底部承台101的顶面紧密接触。
这里应说明的是本实施例中所述的塑料螺钉1021应当采用导热率低的材质,以避免因塑料螺钉1021对本实施例中的测试装置的准确性造成较大的误差。
本实施中每一所述上部顶盖102的顶部设有顶盖穿孔1022,所述顶盖穿孔1022用于设置上部温度测试探头301。
所述上部温度测试探头301用于检测所述导热硅胶垫上表面的温度。
所述底部承台101的侧面还设有与所述顶盖穿孔1022一一对应的底部穿孔1012。
所述底部穿孔1012用于设置底部温度测试探头。
所述底部温度测试探头用于检测所述导热硅胶垫下表面的温度。
如图4所示:本实施例中所述的水冷温度控制系统2包括:水循环金属管204、出水管201、进水管202和水冷机模块。
所述水循环金属管204为一U形管。
所述U形管的两端口均设有水管转接头203。
所述两端口通过所述水管转接头203分别与所述进水管201和所述出水管202连通。
所述进水管201和所述出水管202还与所述水冷机模块的两个水循环接口连通。
应说明的是:本实施例中所述的水循环金属管204位于所述底部承台101的内部,通过通温度可调的恒温水调控所述底部承台101上表面的温度。
本实施例中所述的检测系统3包括:检测主机装置和多组检测单元。
所述检测主机装置分别与所述多组检测单元电连接。
所述多组检测单元分别与设置在所述底部承台101上的多个导热硅胶垫一一对应,用于分别检测所述多个导热硅胶垫的上表面温度和下表面温度。
本实施例中每一组所述检测单元均包括:上部检测单元和下部检测单元。
所述上部检测单元和下部检测单元的结构相同。
所述上部检测单元包括导线和上部温度测试探头301。
所述导线的两端分别连接所述检测主机装置和所述上部温度测试探头301。
所述上部温度测试探头301通过导热胶固定设置在顶盖穿孔1022处,用于检测位于所述顶盖穿孔1022下的导热硅胶垫的上表面温度。
最后应说明的是:本实施例中所述的每一检测单元均代表一路温度检测电路,上部温度测试探头301为热敏电阻探头。
本实施例还提供一种基于上述实施例中所述的测试装置的测试方法,包括如下步骤:
101、将导热系数已知的标样导热硅胶垫A和待测导热硅胶垫A’置于测试主体装置上的相应容置空间内。
应说明的是:本步骤中所述的容置空间为上部顶盖102和底部承台101之间构成的容置空间,其中导热硅胶垫能够借助于上部顶盖102的内顶壁和底部承台101的上顶面之间的挤压力固定,当然本步骤中的每一导热硅胶垫所承受的挤压力应当保持一致。
102、启动水冷温度控制系统为所有导热硅胶垫的底面提供一个相同标准的热源。
这里所述的热源的温度是可控的,靠温差控制导热速度和能量的多少。
103、检测系统获取所有导热硅胶垫在同一时刻的上表面温度和下表面温度数据。
这里所述的检测系统是通过检测单元获取的温度数据,其中,这里所述的检测单元的探头为热敏电阻。
104、检测系统根据检测获取的标样和待测样品温度数据,已知的标样导热硅胶垫A的温度系数,采用热稳态法测试导热硅胶的基本公式建立方程等式计算获取待测导热硅胶垫A’的导热系数。
本实施例中所述待测导热硅胶垫A’的数量为一个或多个。
步骤104中所述的方程等式为:
λ=λ*[(t1-t2)/(t1-t2)]。
其中,λ为待测导热硅胶垫A’的导热系数,λ为标样导热硅胶垫A的导热系数,(t1-t2)为检测到的标样导热硅胶垫A的上表面温度和下表面温度的温差,(t1-t2)为检测到的待测导热硅胶垫A’的上表面温度和下表面温度的温差。
实施例2
如图1所示,本实施例中公开的用于测试导热硅胶垫导热率的检测装置主要分为三部分,提供不同温度水源的水冷温度控制系2、测试装置本体1,监控温度的检测系统3。
其中,水冷温度控制系统2包括风冷式低温冷冻机组及输出水循环系统,
我们选用的水冷机组,为风冷式系统,制冷功率大于2KW,水容量大约23L,控温精度达到+/-0.1度。进水管和出水管分别连接测试设备的出水管和进水管,连接处加螺箍进行固定。
测试装置本体1采用导热率高的金属材料,如图2所示测试装置本体1底部内焊接了一体化的可通水的金属通水管,水管的顶端是带有螺纹的水管接头,通过和风冷式低温冷冻机组连接进行温度控制。侧面留有可放置热敏电阻探头的小孔图中5,热敏电阻通过导热胶和测试设备充分接触且固定牢固。
测试装置本体1上部分和导热硅胶垫接触面要求平整度满足要求,装置可放置四组或者更多的不同种类、厚度的导热硅胶垫,每个测试位置都要固定螺钉固定,采用塑料螺钉1021将测试设备、导热硅胶垫及上部顶盖102固定。
上部顶盖102的要求和测试装置本体101采用同一材质,且和导热硅胶垫接触面的平整度满足要求,侧面留有放置热敏电阻探测的小孔。上部顶盖102和底部承台101要求紧密配合。
检测系统3为多路温度巡检仪,可以通过热敏电阻探头同时检测多个位置的温度变化情况。
四个或者更多的测试组,其中组织一块已知导热系数的导热硅胶垫作为标样。
热稳态,即达到热传导平衡的状态,测试导热硅胶的基本公式:
Q=-λAdt/dx。
分离变量后积分(设定λ为某一热稳态t的情况下)。
得到Q=λ*A*(t1-t2)/δ。
则导热系数λ=Q*δ/[A*(t1-t2)]。
其中λ—导热硅胶垫导热系数,W/(m*℃)。
Q—热流量,W或者J/S。
δ—为测试物体的厚度,m。
A—为所测试物体的面积,m2。
t1,t2—为所测试物体的两层温度,℃。
在我们的测试装置中,标样导热硅胶垫A在不同温度下的导热率λ是已知的。所测导热硅胶垫的面积A、厚度m2都是完全一致的,我们的测试系统的设计保证了每个测试导热硅胶垫的热流量Q是一致的。而在测试系统中我们可以通过温度测试仪获得不同导热硅胶垫的t1、t2的值。
这样我们需要测试导热硅胶的系数
[λ*A*(t1-t2)/δ]测1=[λ*A*(t1-t2)/δ]
[λ*A*(t1-t2)/δ]测2=[λ*A*(t1-t2)/δ]
[λ*A*(t1-t2)/δ]测3=[λ*A*(t1-t2)/δ]
……。
则:λ测1=λ*[(t1-t2)/(t1-t2)测1]
λ测2=λ*[(t1-t2)/(t1-t2)测2]
λ测3=λ*[(t1-t2)/(t1-t2)测3]
……。
均质材料的导热系数与温度及时为直线关系,可用下式表示:λ=λ0(1+at)。
λ为物质在温度为t℃的导热系数,W/m*℃。
λ0为物质在温度为0℃的导热系数,W/m*℃。
a为温度系数,1/℃。
则可通过测试不同温度下的导热率获得导热硅胶垫的导热系数a测=[λt/λ0-1]/t。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理,这些描述只是为了解释本发明的原理,不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处解释,本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式,这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于测试导热硅胶垫导热率的测试装置,其特征在于,
包括:测试装置本体、水冷温度控制系统和检测系统;
所述测试装置本体用于承载多组导热硅胶垫;
所述水冷温度控制系统与所述测试装置本体连接,用以同所述测试装置本体配合为导热硅胶垫的底面营造一个温度可控的加热源;
所述检测系统与所述测试装置本体连接,用以检测位于所述测试装置本体上的导热硅胶垫上、下表面的温度数据;
所述检测系统能够根据检测到的温度数据计算获取导热硅胶垫的导热率。
2.根据权利要求1所述的测试装置,其特征在于,
所述测试装置本体包括:底部承台和设置在所述底部承台上的多个上部顶盖;
所述底部承台为长方体形结构体;
所述底部承台的顶面设有多组底部螺纹孔;
每一所述上部顶盖上均设有顶盖螺孔;
所述顶盖螺孔与所述底部承台上的其中一组底部螺纹孔对应;
所述上部顶盖通过所述顶盖螺孔、底部螺纹孔和塑料螺钉固定设置在所述底部承台上。
3.根据权利要求2所述的测试装置,其特征在于,
每一所述上部顶盖均为一槽盒形结构体;
所述槽盒形结构体的盒口面扣设于所述底部承台的顶面,并通过所塑料螺钉固定设置在所述底部承台上;
所述槽盒形结构体与所述底部承台的顶面之间构成用于设置导热硅胶垫的容置空间;
所述导热硅胶垫的上表面和下表面分别与所述上部顶盖的内顶面和所述底部承台的顶面紧密接触。
4.根据权利要求3所述的测试装置,其特征在于,
每一所述上部顶盖的顶部设有顶盖穿孔;
所述顶盖穿孔用于设置上部温度测试探头;
所述上部温度测试探头用于检测所述导热硅胶垫上表面的温度;
所述底部承台的侧面还设有与所述顶盖穿孔一一对应的底部穿孔;
所述底部穿孔用于设置底部温度测试探头;
所述底部温度测试探头用于检测所述导热硅胶垫下表面的温度。
5.根据权利要求4所述的测试装置,其特征在于,
所述水冷温度控制系统包括:水循环金属管、出水管、进水管和水冷机模块;
所述水循环金属管为一U形管;
所述U形管的两端口均设有水管转接头;
所述两端口通过所述水管转接头分别与所述进水管和所述出水管连通;
所述进水管和所述出水管还与所述水冷机模块的两个水循环接口连通。
6.根据权利要求5所述的测试装置,其特征在于,
所述水循环金属管位于所述底部承台的内部,用于调控所述底部承台上表面的温度。
7.根据权利要求6所述的测试装置,其特征在于,
所述检测系统包括:检测主机装置和多组检测单元;
所述检测主机装置分别与所述多组检测单元电连接;
所述多组检测单元分别与设置在所述底部承台上的多个导热硅胶垫一一对应,用于分别检测所述多个导热硅胶垫的上表面温度和下表面温度。
8.根据权利要求7所述的测试装置,其特征在于,
每一组所述检测单元均包括:上部检测单元和下部检测单元;
所述上部检测单元和下部检测单元的结构相同;
所述上部检测单元包括导线和上部温度测试探头;
所述导线的两端分别连接所述检测主机装置和所述上部温度测试探头;
所述上部温度测试探头通过导热胶固定设置在顶盖穿孔处,用于检测位于所述顶盖穿孔下的导热硅胶垫的上表面温度。
9.一种基于权利要求1-8任一项所述测试装置的测试方法,其特征在于,包括如下步骤:
101、将导热系数已知的标样导热硅胶垫和待测导热硅胶垫置于测试装置本体上的相应容置空间内;
102、启动水冷温度控制系统为所有导热硅胶垫的底面提供一个相同标准的热源;
103、检测系统获取所有导热硅胶垫在同一时刻的上表面温度和下表面温度数据;
104、检测系统根据检测获取的标样和待测样品温度数据,已知的标样导热硅胶垫的导热系数,采用热稳态法测试导热硅胶的基本公式建立方程等式计算获取待测导热硅胶垫的导热系数。
10.根据权利要求9所述的测试方法,其特征在于,
所述待测导热硅胶垫的数量为一个或多个;
步骤104中所述的方程等式为:
λ=λ*[(t1-t2)/(t1-t2)]
其中,λ为待测导热硅胶垫的导热系数,λ为标样导热硅胶垫的导热系数,(t1-t2)为检测到的标样导热硅胶垫的上表面温度和下表面温度的温差,(t1-t2)为检测到的待测导热硅胶垫的上表面温度和下表面温度的温差。
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