熱程序在新型分析儀器里的運用
在錄井電子設(shè)備中經(jīng)常采用的強迫通風冷卻和自然對流冷卻兩種冷卻方法。錄井儀系統(tǒng)中的烴組分分析機箱結(jié)構(gòu)簡圖如所示。該機箱中主要的熱耗元器件是：平均加熱功率為70 W的保溫箱、氫火焰檢測器、2塊耗散各1. 5 W的電源電路板、以及耗散為1 3W的變壓器。因為這些熱耗元器件的熱耗大部分以熱傳導(dǎo)、對流和和熱換輻射形式散發(fā)到周圍的介質(zhì)中去，所以該機箱采用的冷卻方法既有強迫通風冷卻也有自然對流冷卻。
當采用自然冷卻方法時，肋片散熱器是電子設(shè)備排散熱量必不可少的裝置，它能夠增加散熱的有效面積，提高散熱效能，以達到保證電子元器件電性能工作參數(shù)的穩(wěn)定和足夠功率輸出的目的。目前國內(nèi)常用的肋片散熱器主要有叉指型散熱器和型材散熱器兩個系列。中電源板上的晶體管采用就是的這種冷卻方法。以北京半導(dǎo)體器件五廠生產(chǎn)的CW7815晶體管為例，其在溫度60時的熱耗為0. 5 W，所用的肋片散熱器為宏研電子器材公司生產(chǎn)的亞泰牌718A型叉指型散熱器，叉指型散熱器的結(jié)構(gòu)圖如3所示。
因該機箱是放置在有空調(diào)設(shè)備的錄井儀器房內(nèi)使用，因此環(huán)境溫度取25 ，散熱器表面溫度取60 ，則通過自然對流散熱和輻射散熱所能帶走的熱量計算如下。
（ 1）自然對流散熱量計算肋片總面積： A 1 = 10 < （ 0. 0024+ 0. 0012）2 0. 011+ 0. 0024 0. 0012> = 8. 2 10 m 2散熱器底板面積： A 2 = 0. 0205 0. 0192= 3. 94 10 m 2散熱器總包絡(luò)面積：A r = （ 0. 0205+ 0. 0192）2 0. 011+ 0. 0205 0.
0192 2= 16. 61 10 m 2散熱器垂直放置散熱系數(shù)為：= 1. 49（t l） W/ （ m 2 K）式中， t散熱器表面溫度與周圍環(huán)境溫度的差值； l為散熱器的特征長度。
= 1. 49（60 - 25 0. 019 2） = 9. 736 W/ （ m 2 K）m = 2 / = 2 9. 376/ 164 0. 0012 = 9. 947其中鋁散熱器的導(dǎo)熱系數(shù)= 164 W/ （ m K）散熱器底板厚度= 0. 001 2 m md = 9. 947 0. 001 2= 0. 011 9其中， d為散熱器腳的長度。
散熱器效率< 3> = th（ md ）md代入具體數(shù)據(jù)后= 0. 994肋片的散熱量為：Q 1 = A 1 t = 0. 994 9. 736 8. 2 10 - 4（60 - 25） = 0. 28 W經(jīng)過同樣的計算，散熱器底板的散熱量為：Q2= 0. 135 W在自然對流狀態(tài)下，散熱器的散熱量為Q c = Q 1 + Q 2 = 0. 415 W（ 2）輻射散熱量計算取發(fā)射系數(shù)e= 0. 94，視野系數(shù)f = 0. 8，斯蒂芬-玻爾茲曼常數(shù)= 5. 67 10< W（ m 2. k4） >則輻射散熱量Q r = feA r（T 4 1 - T 4 2） = 5. 67 10 0. 8 0. 94 16. 61 10 < （60 + 273） - （25+ 273） > = 0. 312 W總的散熱量Q = Q c + Q r = 0. 415+ 0. 312 = 0. 727 W經(jīng)過計算驗證得出，叉指型散熱器在自然冷卻情況下是能夠滿足散熱要求的。
風機的確定
另外，機箱中還有150 W的保溫箱、熱耗為13 W的變壓器以及氫火焰檢測器。氫火焰檢測器氫氣燃燒流速為130 ml/min，其燃燒生成的功率計算后為23. 5 W.保溫箱的外形尺寸為210 mm 162 mm 145 mm（長寬高） ，得出其表面積為1 759. 2 cm 2，其表面散熱功率系數(shù)為0. 085 W/ cm.根據(jù)的參考，考慮到整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性以及溫升要求比較高等方面的要求，采用強迫通風冷卻的方法來為整個機箱的冷卻。其計算過程如下：
機箱內(nèi)部氣溫若大于40系統(tǒng)中某些電路會發(fā)生溫漂現(xiàn)象，因此要求風機出口溫度控制在40以內(nèi)，取出口溫度為35則：t= t out - t in = 35- 25= 10空氣的熱容C p = 1 005 J/ （ kg.K）機箱內(nèi)總的發(fā)熱功率Q n = 70+ 23. 5+ 3+ 13= 109. 5 W空氣的在27下的密度= 1. 177 kg/m 3可計算風機的風量：q m = Q tC p = 109. 5 10 1 006 = 10. 88 10 - 3 kg/ s= 9. 24 10 m/ s機箱在強迫風冷的情況下可散發(fā)的熱量為：Q = 1. 86（AS + 4 3 At + 2 3 Ab） t 1. 25 + 4 T 3 m A t + 1 000q m t式中，機箱尺寸為485 mm 414 mm 206 mm（長寬高） ，則：機箱內(nèi)側(cè)壁表面積A S = 0. 37m機箱內(nèi)頂壁表面積A t = 0. 10m機箱內(nèi)底壁表面積A b = 0. 10m A S + A t + A b = 0. 57 m 2機箱溫升t = 10 = 5. 67 10 - 8 < W（m 2 K 4） >機箱外表面黑度= 0. 32機箱表面溫度T = 273+ 50= 323 K環(huán)境溫度T a = 273+ 25= 298 K T m = 1 2（T + T a） = 303 K代入以上具體數(shù)值后， Q = 122. 75 W，大于機箱內(nèi)總的發(fā)熱功率Q n = 109. 5 W由以上計算得出，若風機選用9. 24 10 - 3 m 3 / s數(shù)值，就能夠滿足對整個機箱進行強迫通風冷卻的要求。因為軸流風機的體積和噪音相對離心風機都小得多，以及軸流風機大風量、低風壓的工作特點，本機箱采用軸流風機作為強迫通風冷卻風機。另外考慮到軸流風機在機箱中的安裝位置、風道的合理性以及周圍環(huán)境的不穩(wěn)定性等因素的影響，實際軸流風機通風量的取值應(yīng)大于理論計算值。最后選用RS公司的495 - 025軸流風機其通風量為13. 6 L/ s.
結(jié)論
從以上的理論分析和計算可以得出，烴組分分析機箱的熱設(shè)計是合理可行的。為了驗證上述的理論分析和計算的正確性，用溫度計對機箱內(nèi)部氣溫進行測量。在烴組分分析系統(tǒng)工作正常后每1h進行1次溫度記錄如4所示。
4溫度記錄曲線圖從4可以看出，實際溫度值小于系統(tǒng)要求的溫度值，驗證了該機箱熱設(shè)計的正確性。http://www.de147.cn
