Hallo liebe Forumskollegen, Ich wollte mal mein Problem zur Diskussion stellen. Ich möchte die Temperatur von meinen Elektronikbauteilen(Leiterplatte in Gehäuse) in Betrieb bestimmen (mittels Thermoelementen) bei einer bestimmen Umgebungstemperatur (mittels Klimaschrank). Nun haben ja die Klimaschränke Lüfter um im kompletten Klimaschrank eine einheitliche Temperatur zu erzeugen. Nun sehe ich aber das Problem, dass durch die Konvektion aufgrund von Kühlrippen am Gehäuse die Messung verfälscht wird. Leider ist es mir nicht möglich den Lüfter zu deaktivieren ohne an Temperatur zu verlieren. Drehe ich den Klimaschrank ab so steigt natürlich aufgrund der fehlenden Konvektion die Temperaturen der Bauteile im Gehäuse etwas an nur fällt leider die Umgebungstemperatur unter die Geforderte. Seht ihr eine Möglichkeit bzw Näherung eine Messung durchzuführen die die Temperatur der Bauteile ohne Konvektion (leider gefordert) bei einer bestimmten Umgebungstemperatur erfasst?gibt es Klimaschränke die ein anderes Prinzip verwenden? Hoffe ich habe euch genug verwirrt ;) Ware um Tipps dankbar.
Hallo, > Tester schrieb: > Hallo liebe Forumskollegen, > Nun haben ja die Klimaschränke Lüfter um im kompletten Klimaschrank eine > einheitliche Temperatur zu erzeugen. Nun sehe ich aber das Problem, dass > durch die Konvektion aufgrund von Kühlrippen am Gehäuse die Messung > verfälscht wird. Messe doch einfach diese Differenz. Also einmal Messung der Temp.-diff. Innen <-> Außen ohne forcierte Lüftung. Das kannst du auch ganz ohne Klimaschrank machen. Dann Messung mit forcierter Lüftung. Den Unterschied kannst du dann bei der Klimamessung einfach drauf legen. Im Zweifelsfall prüft man mit schärferen Bedingungen, als in Praxis notwendig. > Leider ist es mir nicht möglich den Lüfter zu > deaktivieren ohne an Temperatur zu verlieren. Aber du könnstet die Kühlrippen auch so abdecken, dass der Luftstrom kaum wirksam wird. > Seht ihr eine Möglichkeit bzw > Näherung eine Messung durchzuführen die die Temperatur der Bauteile ohne > Konvektion (leider gefordert) Wer fordert das und warum? Nur weil man physikalische Grundlagen nicht versteht, muß man nicht irgend einen Unsinn verzapfen. > bei einer bestimmten Umgebungstemperatur > erfasst? Ohne forcierte lüftung im Klimaschrank sind die Unsicherheiten bei der Messung wahrscheinlich größer als der Einfluss der Konvektion. Gruß Öletronika
Wie wäre es mit "Schrank im Schrank"? Also eine wärmeleitende (z.B. Kupfer oder Alu) und einigermaßen Luftdichte Kiste nehmen, dort Dein Gerät reinstelle und dann in den Klimaschrank. Der Klimaschrank hält jetzt mit seinen Lüftern die Außenhaut Deiner Kiste auf Solltemperatur. Innerhalb der Kiste hast Du dagegen nur Konvektion.
Wie wärs mit Messung außerhalb des Klimaschrankes bei "normalen" Laborbedingungen? Die Differenz zur maximal zulässigen Umgebungstemperatur kann man dann draufrechnen.
:
Bearbeitet durch User
Hallo, > Gerd E. schrieb: > Wie wäre es mit "Schrank im Schrank"? > Also eine wärmeleitende (z.B. Kupfer oder Alu) und einigermaßen was versprichst du dir von dem wärmeleitenden Mat. > Luftdichte Kiste nehmen, dort Dein Gerät reinstelle und dann in den > Klimaschrank. Das ist phys. Unsinn. > Der Klimaschrank hält jetzt mit seinen Lüftern die Außenhaut Deiner > Kiste auf Solltemperatur. Auf Grund des sehr schlechten Wärmeüberganges von Festkörper zu Luft hat man so einen erheblichen zusätzlichen Wärmewiderstand im System. > Innerhalb der Kiste hast Du dagegen nur Konvektion. Und eine erhebliche Verfälschung der Messbedingungen, die größer sein wird, als der Einfluss der Konvektion auch die Kühlrippen. Gruß Öletronika
U. M. schrieb: >> Also eine wärmeleitende (z.B. Kupfer oder Alu) und einigermaßen > was versprichst du dir von dem wärmeleitenden Mat. Stell Dir die Kiste aus was stark isolierendem vor, z.B. dickem Schaumstoff. Dann würde es eine halbe Ewigkeit brauchen bis die Wärme des Klimaschranks innen in der Kiste und damit beim zu testenden Gerät ankommt. Daher wollen wir hier genau das Gegenteil, ein gut wärmeleitendes Material wie Kupfer oder Alu. >> Luftdichte Kiste nehmen, dort Dein Gerät reinstelle und dann in den >> Klimaschrank. > Das ist phys. Unsinn. Kannst Du das genauer ausführen? >> Der Klimaschrank hält jetzt mit seinen Lüftern die Außenhaut Deiner >> Kiste auf Solltemperatur. > Auf Grund des sehr schlechten Wärmeüberganges von Festkörper zu Luft hat > man so einen erheblichen zusätzlichen Wärmewiderstand im System. Klar, aber ich sehe nicht wie Du sonst den ständigen Luftzug durch den Lüfter wegbekommst. Dennoch wird sich die Temperatur der Kiste auf die Temperatur des Klimaschranks anpassen und diese Temperatur auch an die Luft in ihr abgeben. Man kann das noch verbessern in dem man innen und außen an der Kiste Kühlkörper mit Lamellen anbringt und damit den Wärmewiderstand der Kiste verringert.
Tester schrieb: > Ware um Tipps dankbar. Mach das so mit dem Lüfter, er muss sich ja nicht so schnell drehen. Wenn du den nicht nutzt, dann fließt die kalte Luft nach unten und sammelt sich dort, so dass die Temperaturunterschiede im Klimaschrank sehr hoch werden. Du musst die Luft ja nicht direkt auf die zu testende Leiterplatte pusten, sondern von ihr weg, nach oben. Du kannst die Platine ja in etwas ganz leichtes einpacken, eine netzartige Struktur, damit sich die Luft nicht so stark bewegt.
Tester schrieb: > Nun sehe ich aber das Problem, dass > durch die Konvektion aufgrund von Kühlrippen am Gehäuse die Messung > verfälscht wird. Hallo Tester, Du wirst in der normalen Anwendung auch immer ein gewisses Maß an Luftstrom haben das Du berücksichtigen musst. Ich habe das so gemacht, dass ich den Prüfling zumindest von der Seite des Lüfters her etwas abgeschirmt habe so dass der Luftstrom nicht direkt den Prüfling erreicht. Oder vor den Lüfter etwas gestellt. Oder 3/4 Seiten abgeschirmt. Und ich habe die Temperaturerhöhung bei Raumtemperatur gemessen. Auch das lässt Rückschlüsse zu. Hast Du also drei Ergebnisse: Mit Luftstrom, mit gedämpften Luftstrom und Delta bei Raumtemperatur. Und jetzt schieß Dir einen Wert. Und vergiss nicht die Messgenauigkeit deines Messgeräts :) BTW: wer braucht so eine Aussage? FIT-Berechnung? Dann mach das auf +/-5 Grad genau und schau Dir die Toleranz des Ergebnisses an. Mein Prof aus dem ersten Semenster: "Da vergessen wir mal die ganzen 3dimensionalen Hüllintegrale und nähern das in erster Näherung an, das macht das ganze einfacher." rgds
U. M. schrieb: >> Luftdichte Kiste nehmen, dort Dein Gerät reinstelle und dann in den >> Klimaschrank. > Das ist phys. Unsinn. So.So. Zitat: " P netto = A σ ε ( T 4 − T 0 4 ) {\displaystyle P_{\text{netto}}=A\sigma \varepsilon \left(T^{4}-T_{0}^{4}\right)} P_{\text{netto}}=A\sigma \varepsilon \left(T^{4}-T_{0}^{4}\right) Die gesamte Oberfläche A eines Erwachsenen beträgt etwa 2 m², der Emissionsgrad ε von menschlicher Haut im IR-Bereich ist annähernd 1, unabhängig von der Wellenlänge.[1] Die Hauttemperatur T liegt bei 33 °C,[2] an der Oberfläche der Kleidung misst man aber nur etwa 28 °C. Bei einer mittleren Umgebungstemperatur von 20 °C[3] errechnet sich ein Strahlungsverlust von P n e t t o = 100 W . {\displaystyle P_{\rm {netto}}=100\ \mathrm {W} .} P_{\rm {netto}}=100\ \mathrm {W} . Neben der Wärmestrahlung verliert der Körper Energie auch durch Konvektion und Verdunstung von Wasser in der Lunge und Schweiß auf der Haut. Eine grobe Abschätzung ergab, dass für einen stehenden Erwachsenen die Wärmeleistung durch Strahlung die durch natürliche Konvektion um einen Faktor zwei übersteigt.[4]" Quelle: https://de.wikipedia.org/wiki/W%C3%A4rmestrahlung
Herzlichen Dank für Eure Vorschläge und Tipps. Allgemein wird es gefordert, um nachzuweisen, dass bei einer bestimmten Umgebungstemperatur bei einem bestimmten Lastbetrieb die maximal zulässigen Bauteiltemperaturen nicht überschritten werden.
Tester schrieb: > die Temperatur der Bauteile ohne > Konvektion (leider gefordert) Das ist von vornherein Unsinn. Ohne Abführung der Wärme steigt die Temperatur der Bauteile ins Unendliche. Möglicherweise ist in Wirklichkeit "ohne Zwangsbelüftung" gemeint. Beim normalen Betrieb von Elektronik tritt immer Konvektion auf, ganz von selbst durch die Erwärmung der Luft, und die warme Luft steigt nach oben. Das kann man praktisch nicht verhindern, und wenn man es könnte würde es zur Zerstörung der Schaltung führen. Oder handelt es sich um Geräte für den Weltraum, die rein durch Strahlung ihre Verlustwärme abgeben? Dann brauchst du einen Vakuumschrank, und die Angabe einer Umgebungstemperatur ist ohne physikalischen Sinn. Ausserdem muss der Schrank die Wärmestrahlung absorbieren... Das Ganze ist nicht einmal ansatzweise durchdacht. Georg
Georg schrieb: > Tester schrieb: >> die Temperatur der Bauteile ohne >> Konvektion (leider gefordert) Er meint damit doch nur dass er keine turbulenten Luftströmungen haben möchte, sondern nur laminare Luftströmungen wie sie bei einem stehenden Gerät im Normalfall auftreten. Wenn er die Platine durch die effektivere Kühlung durch den Lüfter stärker runter kühlt, dann verfälscht er das Ergebnis und sein Prof. wird die Messwerte anzweifeln. Ich würde eine netzartige Struktur (nicht zu feine Gage, Fliegengitter) bauen. Um zu zeigen dass diese Netz-Struktur die Werte selbst nicht noch verfälscht könnte man diese Struktur bei Raumtemperatur in einem großen Raum mit dem Lüfterbetrieb testen und dann noch mal ohne Lüfter und ohne Gage. Wenn die Messwerte nahezu identisch sind, dann neutralisiert die Netzstruktur die verfälschenden Einflüsse des Lüfters.
Wird das Rechnen schwierik, versuch es mit Empirik. Einfach den Klimaschrank lassen wie er ist (klarer, nachvollziehbarer und reprodizierbarer Versuchsaufbau) und bei Tmax messen, fertig, aus. Besonders Misstrauische messen halt bei Tmax + x. Was glaubst du, wie die max. zulässigen Bauteiletemperaturen ermittelt werden? Und was passiert, wenn diese ein bisschen überschritten werden? Fackelt alles gleich ab oder läuft das Teil ein bisschen ausserhalb der Spec? Viele Bauteile werden in verschiedenen Temperaturklassen (bei gleichem Gehäuse) angeboten. Die werden doch nicht in verschiedenen Prozessen hergestellt, bestenfalls werden die teuersten bei Extrem-Temperaturen geprüft. Gesund überdimensionieren und dann ist das gut.
Georg schrieb: > Das ist von vornherein Unsinn. Ohne Abführung der Wärme steigt die > Temperatur der Bauteile ins Unendliche. Wird jetzt schon das Lesen von vorhandenen physikalischen Zusammenhängen schwierig? "Wärmestrahlung" ist zweimal stärker als Konvektion plus *.
Hallo, > noreply@noreply.com schrieb: > Zitat: " > P netto = A σ ε ( T 4 − T 0 4 ) {\displaystyle > P_{\text{netto}}=A\sigma \varepsilon \left(T^{4}-T_{0}^{4}\right)} > P_{\text{netto}}=A\sigma \varepsilon \left(T^{4}-T_{0}^{4}\right) > Die gesamte Oberfläche A eines Erwachsenen beträgt etwa 2 m², der > Emissionsgrad ε von menschlicher Haut im IR-Bereich ist annähernd 1, > unabhängig von der Wellenlänge.[1] Das reine kopieren von paar Formeln, ohne deren Verständnis bringt nicht viel. Abgesehen davon macht es keinen Sinn, die Formatierungen hier rein zu kopieren, wenn der Editor nix damit anfangen kann. Das sind dann nur sinnlose Zeichenketten. > Neben der Wärmestrahlung verliert der Körper Energie auch durch > Konvektion und Verdunstung von Wasser in der Lunge und Schweiß auf der > Haut. Eine grobe Abschätzung ergab, dass für einen stehenden Erwachsenen > die Wärmeleistung durch Strahlung die durch natürliche Konvektion um > einen Faktor zwei übersteigt.[4]" > Quelle: https://de.wikipedia.org/wiki/W%C3%A4rmestrahlung Das sind Behauptungen, die sich kaum halten lassen. Es entspricht auch nicht meinen Erfahrungungwerten und kann mit einfachen Abschätzungen leicht widerlegt werden. 1. Die Oberfläche des Menschen kann man mit ca. 2m² annehmen. Für die Stahlungsbilanz ist aber nicht die gesamte Hautoberfläche wirksam, sondern nur die nach außen abstahlenden Fläche. Flächen, die anderen Oberflächen direkt gegenüber stehen oder sogar direkt Kontakt haben, sind wegen des Strahlungsgleichgewichts nicht wirksam (z.B. Inneseiten Beine und Innenflächen Arme gegen Körper). Der Emissionsfaktor ist auch in Praxis eher ca. 0,9 für viele Stoffe (auch organische Substanzen). Alles in allem wird die abgege. Strahlung geringer sein (ca. 20%). 2. Bei der Konvektion ist die effektiv wirksamer Oberfläche etwas größer als für die Strahlung. Für den Wärmeübergang Festkörper-Luft kann man den Konvektionswert nach folgenden Formel berechnen: Pv = (5,6 + 4v) W/ (m²xK) mit v in m/s Perfekt ruhende Luft kann man schon Wegen der üblichen Luftbewegung infolge der auftretende Wärmegradienten nicht erwarten. Ich nehme also mal ca. 7W/(m²x K) als Konvektionswert an. Q_k = 1,8m² x 8K x 7W/(m²K) = ca. 100W. Das liegt also genau in der gleichen Größenordnung wie die Strahlungswärme bei den von dir angenommene Obeflächentemp. Praktisch bedeutet es, dass gesamt über 200W abgegeben werden, was für die Gesamtbilanz eines ruhenden Menschen bei Zimmertemp. ziemlich hoch wäre. Ich gehe davon aus, dass die Oberflächentemp. der Bekleidung eher etwas niedriger sein wird. Am Verhältnis Strahlung-Konvektion ändert das aber kaum was. Hier gibt es etwas wissenschaftlichere Ergebnisse zu dem Thema: http://www.uni-magdeburg.de/isut/TV/Download/Der_Mensch_als_waermetechnisches_System.pdf Man beachte, dass auch diese Werte nur Durchschnittswerte sind. Während für Strahlung nur die von außen sichtbare Oberfläche wirksam wird, können bei Konvektion Effekte, welche die Oberfläche vergößern (Falten in Kleidung, Hinterlüftung der Kleidung, stärkere Luftströmungen als unten in der Abschätzung angenommen usw. die Verhältnisse auch ein gutes Stück zugunsten der Konvektion verschieben. ====================================================================== Die Frage ist aber, was da ganze mit dem obigen Thema zu tun haben soll. Dier Idee eine Klimamessung zu machen, indem man den Prüfling in eine Kiste aus Blech steckt, hat mit dem Modell Mensch bei Zimmertemp. wenig zu tun. Da gibt es dann auch noch ganz andere Aspekte, die zu Humbug führen, z.B. die unbekannten Emissionskeff. der Metaloberflächen (nicht nur der Kiste, sondern auch im Schrank (meist glänzenden Edelstahlbleche). Abgesehen davon sollte die Kiste eben bei einem Klimatest im eingeschwungenen Zustand genau die Temp. des umgebenden Raumes haben. Dann ist da nix mit Stefan-Boltzmann zu berechnen. Wenn da aber eine relevante Temperaturdiff. ist, dann trifft genau das zu, was ich oben schon geschrieben habe, nämlich dass der Fehler durch diesen Versuchsaufbau größer wird als der Effekt, den der Aufbau unterdrücken soll. Gruß Öletronika
U. M. schrieb: > Die Frage ist aber, was da ganze mit dem obigen Thema zu tun haben soll. Die Auflösung gibt es für 160 Euro die Stunde im Beratervertrag. ;-) Ok. Bauteile können nicht Schwitzen. :-)
@Mike J.: Danke. Natürlich darf Konvektion vorhanden sein nur natürlich keine Erzwungene wie durch einen Lüfter ;)
Thread beobachten
Seitenaufteilung abschaltenBitte melde dich an um einen Beitrag zu schreiben. Anmeldung ist kostenlos und dauert nur eine Minute.
Bestehender Account
Schon ein Account bei Google/GoogleMail? Keine Anmeldung erforderlich!
Mit Google-Account einloggen
Mit Google-Account einloggen
Noch kein Account? Hier anmelden.