нужно термостатировать фрагмент платы, то есть датчик на pcb, в термостате 60С, при окружающей -20..+60 Опции

[yes]

я в вопросе совсем не разбираюсь, поэтому могу вообще все неправильно представлять

нагревать предполагается датчик (размер 2х1 высота 0.5 см SMD монтаж), термометр SMD (SOIC), и, возможно несколько LDO для питания датчика

вопрос как/чем расчитать утечки тепла, требуемую мощность нагревателя?

чем нагревать и как правильно сконструировать эту часть платы? наверно какие-то термобарьеры, но может еще что-то?

-----------------------------------

есть макетка, на которой стоит этот датчик+термометр, хочется проверить работу в термостатированом режиме (пусть не -20..60, но хотя бы при комнатной +25С температуре) чем лучше нагревать и как сконструировать?
предполагается, что макетка может кататься на транспорте, нужно чтобы не отвалилось.
питать нагреватель можно от 12В
конструкция может стоить денег, то есть если есть какие-то готовые нагреватели, пасты теплопроводящие диэлектрические, и т.п. то это лучше было бы купить, чем делать самому из подручных материалов

====================

upd: где еще спросить - я не знаю, не нашел более подходящего раздела

[Tanya]

работу в термостатированом режиме (пусть не -20..60, но хотя бы при комнатной +25С температуре)

Надо знать собственное тепловыделение примерно... и меняется ли оно.
А также сказать желаемую точность. Ведь термостатирование означает поддеражание какой-то температры
с какой-то точностью.

[yes]

предполагается какой-нибудь ПИД регулятор. я для экструдера писал в детстве - вроде как проблемы удержать температуру не было. но может и что-то не понимаю - как раз и хотелось бы осознать потенциальные проблемы.

датчик потребляет единицы милиампер (5-8) по 3В, то есть думаю пренебречь
точность - хотелось бы в градус +/- уложиться, но внешняя температура меняется медленно и можно предусмотреть состояние, когда температура не 60С, то есть процесс разогрева/охлаждения идет - фирмварь ждет

опять же нужна либо какая-то утечка, либо поднимать рабочую температуру выше 60, чтобы при 60С за бортом не выйти за диаппазон

я термодинамику сильно прогуливал, поэтому не то что практических, даже теоретических знаний совсем немного - на уровне теплорода
программки тоже взглянул - сложно так сразу и много параметров знать надо
....

из практических вопросов - а какая примерно мощность нагревателя должна быть при разумной теплоизоляции и разнице -20 +60 ???

[Vishv]

Когда-то давно испытывал систему термостатирования малого объема (~ 1 см3) и вроде бы даже получилось.
Описание на пальцах:
транзистор КТ819 подключался напрямую к источнику питания ( коллектор к "+" , эмиттер к "-") и выступал в качестве нагревателя
Управление температурой - изменение смещения базы с помощью терморезистора включенного цепь базы и ИМЕЮЩЕГО ХОРОШИЙ ТЕПЛОВОЙ КОНТАКТ с коллектором транзистора.
Понятно, что в этой схеме температура должна быть выше температуры окружающей седы, да и настройка каждого образца потребует определенных усилий.
Если хотите термостатировать объем при температуре НИЖЕ окружающей среды - элементы Пельтье Вам в помощь.
Я думаю, что 5-10 мм пенопласта или поролона решит Вашу проблему при приемлемых мощностях нагревателя/охладителя.

[rx3apf]

Я видел вариант любительской конструкции, где термостат кварцевого генератора как раз сделали на основной PCB. Зона термостата отделена сверловкой (без металлизации, само собой), по контуру нагреватель из SMD-резисторов, пенопластовые крышки. Полагаю, единиц ватт вполне будет достаточно. Ну, тепловое сопротивление проще, наверное, определить опытным путем.

[Orthodox]

Я видел вариант любительской конструкции, где термостат кварцевого генератора как раз сделали на основной PCB. Зона термостата отделена сверловкой (без металлизации, само собой), по контуру нагреватель из SMD-резисторов, пенопластовые крышки. Полагаю, единиц ватт вполне будет достаточно. Ну, тепловое сопротивление проще, наверное, определить опытным путем.

Топикстартер пару раз написал про диапазон температур <-20 +60 >,ну и на какую температуру рассчитывать "термостат в виде нагревателя из SMD-резисторов" ?

И сколько по времени будет длится выход на рабочую температуру ?

IMHO - только Пельтье

[Ydaloj]

топикстартер писал про окружающую среду -20...+60
а сам фрагмент платы ему нужен +60
так что резисторы пока рулят

[alexunder]

Зачем SMD резисторы? Можно сделать нагреватель на одном из слоев ПП в виде серпантина из меди. Какова должна быть ширина дорожки, длина и площадь нагревателя, можно прикинуть зная удельное сопротивление медного слоя. Еще с толщиной меди моиграться, если технология позволяет (35 или 70 мкм).

[yes]

при внутреннем обсуждении - от биполярного транзистора к питанию отказались, решили ключ (полевик) + резистор.
использовать медь - кажется не очень технологично - если какой-то подтрав или дефект - то может перегореть в том месте. ну и нужно ~20 Ом, что слишком длино 20*0.1*0.035/0.018=3.8м

[Vishv]

при внутреннем обсуждении - от биполярного транзистора к питанию отказались, решили ключ (полевик) + резистор.
использовать медь - кажется не очень технологично - если какой-то подтрав или дефект - то может перегореть в том месте. ну и нужно ~20 Ом, что слишком длино 20*0.1*0.035/0.018=3.8м

Простите что, пытаюсь "влезть в чужой монастырь", однако хочу заметить, что Ваше решение потребует дополнительных цепей управления со всеми вытекающими, в то время как предложенное мной является полностью законченным.
Еще раз извиняюсь....

[yes]

Простите что, пытаюсь "влезть в чужой монастырь", однако хочу заметить, что Ваше решение потребует дополнительных цепей управления со всеми вытекающими, в то время как предложенное мной является полностью законченным.
Еще раз извиняюсь....

спасибо за советы.
я же в вопросе совсем не разбираюсь, поэтому любые предложения могут быть полезны.

как быть без цепей управления, если нужно поддерживать температуру при внешних разных условиях?
может я не сказал, но есть процессор (и даже не один , температуру с термометра по I2C читать надо и т.д.
для меня это проще, чем подстраивать терморезистором

то есть меня интересовало в основном механика и термодинамика/статика, а не управление

[Vishv]

спасибо за советы.
я же в вопросе совсем не разбираюсь, поэтому любые предложения могут быть полезны.

как быть без цепей управления, если нужно поддерживать температуру при внешних разных условиях?
может я не сказал, но есть процессор (и даже не один , температуру с термометра по I2C читать надо и т.д.
для меня это проще, чем подстраивать терморезистором

то есть меня интересовало в основном механика и термодинамика/статика, а не управление

Так в том и фокус, что терморезистор установленный на коллектор транзистора на термопасту обеспечивает обратную связь
по температуре: чем выше температура коллектора транзистора (речь идет о транзисторе в корпусе ТО-220), тем меньше ток
коллектора и соответственно выделяемая на коллекторе мощность. И соответственно наоборот.
Таким образом температура коллектора поддерживается постоянной независимо от температуры окружающей среды.
Единственная сложность при серийном выпуске приборов - проверка/подстройка температуры стабилизации. Хотя я думаю, что
разброс в 2-3 градуса от прибора к прибору является вполне допустимым. Главное обеспечить стабильность температуры.

[V_G]

В передатчиках выводные кварцы в металлическом корпусе термостабилизровали, припаивая их к фланцу-коллектору мощного транзистора. Туда же можно подключить и термодатчик (тоже выводной). Таким образом, нагревалась не плата, а собственно корпус термостабилизируемого элемента, что является более эффективным и быстродействующим решением.
Тепло утекатет в плату при этом только через выводы.
Греть плату считаю нецелесообразным (либо обсверливать зону нагрева по периметру, как тут уже писали).

Так что тут много зависит от конструкции объекта термостабилизации. SMD технологии в данном случае считаю вредными.

[Orthodox]

В передатчиках выводные кварцы в металлическом корпусе термостабилизровали, припаивая их к фланцу-коллектору мощного транзистора. Туда же можно подключить и термодатчик (тоже выводной). Таким образом, нагревалась не плата, а собственно корпус термостабилизируемого элемента, что является более эффективным и быстродействующим решением.
Тепло утекатет в плату при этом только через выводы.
Греть плату считаю нецелесообразным (либо обсверливать зону нагрева по периметру, как тут уже писали).

Так что тут много зависит от конструкции объекта термостабилизации. SMD технологии в данном случае считаю вредными.

Повторю вопрос из п.6 "И сколько по времени будет длится выход на рабочую температуру ?" при наружной <-20 C> и при температуре кварца допустим минимум <+ 60 C (это верхний диапазон рабочего диапазона по температуре) ну и ещё необходимое превышение градусов в 10 - 20 > ? И соответственно наоборот - при снижении внешней температуры от <+60 C> до например <0 C> ?

Знакомый оптик при похожей схеме термостабилизации и при всего лишь лабораторных условиях выходит на стабилизацию где-то за полтора часа

[V_G]

Повторю вопрос из п.6 "И сколько по времени будет длится выход на рабочую температуру ?" при наружной <-20 C> и при температуре кварца допустим минимум <+ 60 C (это верхний диапазон рабочего диапазона по температуре) ну и ещё необходимое превышение градусов в 10 - 20 > ? И соответственно наоборот - при снижении внешней температуры от <+60 C> до например <0 C> ?
Знакомый оптик при похожей схеме термостабилизации и при всего лишь лабораторных условиях выходит на стабилизацию где-то за полтора часа

1. Между термодатчиком и транзистором можно разместить PID, но уже на плате (ему температура по барабану). И правильно его (PID) настроить. Думаю, время измеряется максимум единицами минут. Если на плате уже есть микроконтроллер, задачу термостабилизации вполне можно повесить на него.
2. Термоудары интересны с точки зрения лабораторных испытаний. В реальных условиях температура меняется довольно плавно. Только если с носимой техникой вышли из дома на мороз (из +20 в -20).
3. Знакомый оптик, вероятно, не является знакомым инженером-электронщиком. Либо требуемая ему точность слишком высока для открытой системы, не заключенной в отдельный кожух.

[Orthodox]

...2. Термоудары интересны с точки зрения лабораторных испытаний. В реальных условиях температура меняется довольно плавно. Только если с носимой техникой вышли из дома на мороз (из +20 в -20).
3. Знакомый оптик, вероятно, не является знакомым инженером-электронщиком. Либо требуемая ему точность слишком высока для открытой системы, не заключенной в отдельный кожух.

1. Речь шла не о термоударах (интересовало только время выхода на режим при относительно стабильной "внешней" температуре),а о том,что при отсутствии Пельтье единственный способ термостабилизации при снижении температуры - это снижение мощности подогревателя. Соответственно выход на режим при снижении температуры окружающей среды требует значительно бОльшее количество времени.

2. Про оптика - прямо в точку ! Но схему ему делали профессионалы,уровень которых конечно обсуждается,но они были разными и соответственно схема получилась "не с первого раза". Так что вряд-ли все они по сути непрофессионалы

И про "слишком высокую точность" - прямо в точку,речь шла о десятых долях градуса, но в "закрытой пенопластом системе". При точности в градус,ежели память не изменяет, в "закрытой пенопластом системе" речь шла о чём-то вроде минимум 10 минут. Но всё сильно зависело от множества факторов,например от того,нужно "подогреть" или "охладить" образец

PS: по целому ряду причин "знакомый оптик" перешёл на Пельтье - радуется очень,поелику куча проблем исчезла !

[V_G]

1. Речь шла не о термоударах (интересовало только время выхода на режим при относительно стабильной "внешней" температуре),а о том,что при отсутствии Пельтье единственный способ термостабилизации при снижении температуры - это снижение мощности подогревателя. Соответственно выход на режим при снижении температуры окружающей среды требует значительно бОльшее количество времени.

Это как это?
ТС нужно стабилизировать температуру объекта на уровне 60 градусов. Объект вынесли из комнаты на мороз: надо не снижать, а увеличивать мощность нагревателя!
Зачем Пельтье?

[HardEgor]

Зачем Пельтье?

Пельтье это обратимый тепловой насос - при смене знака напряжения питания пельтье, меняется знак градиента температуры между сторонами. Грубо говоря нагревающая сторона становится охлаждающей.

[Orthodox]

Это как это?
ТС нужно стабилизировать температуру объекта на уровне 60 градусов. Объект вынесли из комнаты на мороз: надо не снижать, а увеличивать мощность нагревателя!
Зачем Пельтье?

Насчёт повышения мощности просто проглядел про наборе текста - Sorry
Конечно-же максимальная мощность при максимальном "холоде" и выключенный нагреватель при максимальной температуре окружающей среды.

Тем не менее при отсутствии в схеме "теплового насоса" в виде Пельтье радикально уменьшить время выхода на рабочий режим (именно про это время и писал) не удастся: например при повышении температуры окружающей среды остаётся только уменьшить мощность нагревателя (или выключить нагреватель вообще) и ждать естественного охлаждения - вот как это скажется именно на времени выхода на рабочий режим ?

Опять-таки про время выхода на рабочий режим: даже с идеальным казалось-бы регулятором Пельтье в своё время столкнулся с проблемой - нагревает Пельтье куда эффективней,чем охлаждает,но эту проблему можно решить например просто увеличением мощности элементов Пельтье...

[GSV0]

Вот пример динамики выхода на режим довольно прецизионного термостата:

Масса объекта регулировки примерно 70 г, в основном металл, источник тепла/холода - элемент Пельтье, мощность 5 W max, теплоизоляция - два слоя самоклеящейся резины для изоляции труб(общяя толщина 5-6 мм).

[Orthodox]

Вот пример динамики выхода на режим довольно прецизионного термостата...

А чем конкретно температуру "довольно прецизионного термостата" измеряли (с точностью в тысячные градуса) ?

[GSV0]

А чем конкретно температуру "довольно прецизионного термостата" измеряли (с точностью в тысячные градуса) ?

На графике приведена "погрешность"(сигнал рассогласования, который далее поступает на ПИД-регулятор и на управление элементом Пельтье) отработки термостата, т.е. это не абсолютное измерение а относительное, разница с тем, что задали. Конечно, измерить фактическую температуру с точностью порядка милиКельвинов непросто, но в большинстве случаев это и не нужно, важно поддерживать стабильную температуру, а какую конкретно - не столь принципиально. Для стабильности(особенно долговременной) критичен выбор датчика, в упомянутом термостате это платиновый терморезистор(тонкоплёночный, не слишком дорогой ).

[yes]

небольшой отчет: может будет полезным

5Вт разогревало при комнатной температуре до 85С

при -30С разогрело до 5С

подняли мощность до 10Вт, при -30С до 20С

-------------

нагреватель был накрыт куском пенопласта, с обратной стороны платы тоже был кусок пенопласта, но видимо теплоотвод через плату был очень хороший - плата 2.5дм2 слоев 8 (а может и больше - уже не помню), пара земляных, да и питание полигоны...

вообщем самый интересный вопрос с минимально необходимой мощностью и оказался критическим, а больше 10Вт деталей не было уже чтобы смастерить

[alexunder]

вообщем самый интересный вопрос с минимально необходимой мощностью и оказался критическим, а больше 10Вт деталей не было уже чтобы смастерить

Вот зря Вы отказываетесь от использования медных дорожек для нагрева. Почему именно ~20 Ом нужно в нагревателе? Для низкоомного решения ("медная змейка") нужен лишь источник тока на 10-20А.

[yes]

Вот зря Вы отказываетесь от использования медных дорожек для нагрева. Почему именно ~20 Ом нужно в нагревателе? Для низкоомного решения ("медная змейка") нужен лишь источник тока на 10-20А.

да мне нужно было к готовой плате, на которой это не предусмотрено было, прилепить нагреватель. свою делать - это следующий этап

[alexunder]

да мне нужно было к готовой плате, на которой это не предусмотрено было, прилепить нагреватель. свою делать - это следующий этап

Понял. Еще вариант, который вроде не обсуждался пока. Если подойдет конструктивно, то можно поставить лампу накаливания (лучше всего, "галогенку", т.к. есть отражатель для ИК) и греть ею плату со стороны. Мощность, напряжение лампы и расстояние подбираются, как говорится, по вкусу. Участок платы для нагрева выкрасить в черный матовый цвет для пущей эффективности. Лампа управляется PID-контроллером как и в случае с резистором-нагревателем. Высокая скорость нагрева и плавная регулировка обеспечены (такое решение популярно особенно когда требуется очень быстрый нагрев поверхности).

[Orthodox]

...такое решение популярно особенно когда требуется очень быстрый нагрев поверхности.

Ежели "требуется очень быстрый нагрев поверхности",то скорее всего потребуется и очень быстрое охлаждение поверхности, и что тогда ?

[alexunder]

Ежели "требуется очень быстрый нагрев поверхности",то скорее всего потребуется и очень быстрое охлаждение поверхности, и что тогда ?

С охлаждением сложнее, но диапазон температур не такой высокий (до +60С). Обычно ламповый нагрев используется в системах, где надо резко нагреть образцы кремниевые подложки, например), к примеру, за 1 сек до 1000 град. Для охлаждения там подается поток газа с высокой теплопроводностью (гелий), это помогает остыть, но все-равно не так быстро.

[Orthodox]

С охлаждением сложнее...

А зачем сложнее,ежели нет ну вот никаких проблем с Пельтье ? Тогда чем вариант "лампы накаливания + PID-контроллера" лучше "Пельтье + PID-контроллера" ?

Ну ежели только тем,что галогенка дешевле Пельтье.
Ладно - смотрим на цены и видим модуль Пельтье TEC1-12703 с <Umax-15.2V Qmax-28.3W Imax-3A 30*30mm> (этот чисто для примера под руку попался> - http://www.efind.ru/icsearch/?search=%CC%E...C%E5+TEC1-12703 за неподъёмные 400 - 600 руб...
Ну и так далее...

Так что всё-таки непонятно,зачем сложнее

[alexunder]

А зачем сложнее,ежели нет ну вот никаких проблем с Пельтье ? Тогда чем вариант "лампы накаливания + PID-контроллера" лучше "Пельтье + PID-контроллера" ?

Лампы (тепловые ламповые) решают в случае нагрева Пельте дороже выйдет, хоть и интересней. Ждем автора.

[yes]

с лампой вижу проблему в неравномерности нагрева - термометр и термостатируемый элемент - разные корпуса. то есть по любому к ним надо приклеивать общий "теплопровод". какие преимущества тут у лампы, в сравнении с резистором - непонятно. а лампа может и сгореть и вообще сильно горячей, чем нужно

с элементом Пельтье - непонятно, зачем нужен, если планирую только нагревать. заманчиво, конечно, нагревать/охлаждать и расширить диаппазон, но некуда скидывать лишнюю энергию с элемента Пельтье, то есть в любом случае эта система привносит больше сложностей.

[GSV0]

Про лампы накаливания vs. элементы Пельтье:
Ресурс ламп накаливания ограничен, у галогенок с этим лучше раза в два, но только в номинальном режиме, если температура колбы низкая то галогенный цикл не работает и тоже будет, наверное, 1000-2000 часов. Для термостатов, которые должны работать долго и надёжно, это может быть неприемлемо. К тому же элемент Пельтье - это тепловой насос, т.е. может "перекачивать" больше тепловой энергии, чем сам потребляет. Так что у Пельте все козыри , за минусом разве что цены ...

[Orthodox]

Про лампы накаливания vs. элементы Пельтье:
...Так что у Пельте все козыри , за минусом разве что цены ...

Уже писал п.29 "...смотрим на цены и видим модуль Пельтье TEC1-12703 с <Umax-15.2V Qmax-28.3W Imax-3A 30*30mm> (этот чисто для примера под руку попался> - http://www.efind.ru/icsearch/?search=TEC1-12703 за неподъёмные 400 - 600 руб."

При серьёзных объёмах выпуска любая копейка на счету,но IMHO вряд-ли это тот самый случай. Тогда вообще абсолютно все козыри у Пельтье, а уж с учётом потраченного времени (которое,раз уж начали считать, тоже денег стОит) на обсуждение - то абсолютно !

[GSV0]

Ну что-ж, давайте посчитаем:
Для Вашего примера "перекачиваемая" мощность 28,3W вместе с потребляемой 15.2V x 3A = 45.6W будут нагревать нагрузку(при должной теплоизоляции конечно), из них 28.3W мы извлекаем из окружающей среды совершенно "бесплатно". Т.е. по сравнению с лампочкой или резистором такой нагреватель будет потреблять меньшую мощность и окупится за: 400руб/(28,3W x 0,00468руб./Вт-ч) = 3020 часов или примерно за 4 месяца при непрерывной работе. Конечно, это очень грубая оценка, для максимальной мощности, идеальной теплоизоляции, однако же сути дела это не меняет .

[alexkok]

Уже писал п.29 "...смотрим на цены и видим модуль Пельтье TEC1-12703 с <Umax-15.2V Qmax-28.3W Imax-3A 30*30mm> (этот чисто для примера под руку попался> - http://www.efind.ru/icsearch/?search=TEC1-12703 за неподъёмные 400 - 600 руб."

При серьёзных объёмах выпуска любая копейка на счету,но IMHO вряд-ли это тот самый случай. Тогда вообще абсолютно все козыри у Пельтье, а уж с учётом потраченного времени (которое,раз уж начали считать, тоже денег стОит) на обсуждение - то абсолютно !

Вывод неправильный.

Если взять, для примера, теплопроводность теплоизоляции 0.2Вт/град и теплопроводность Пельтье 28.3 / 68 = 0.416 Вт/град,
то получаем разницу температур dT = (28.3 + 15.2 * 3) / (0.416 + 0.2) = 120град.
Если же приложить ту же мощность к резистору, получим dT = (15.2 * 3) / 0.2 = 228град.
Можно, конечно, и Пельтье использовать как резистор...

[alexunder]

с лампой вижу проблему в неравномерности нагрева - термометр и термостатируемый элемент - разные корпуса. то есть по любому к ним надо приклеивать общий "теплопровод". какие преимущества тут у лампы, в сравнении с резистором - непонятно. а лампа может и сгореть и вообще сильно горячей, чем нужно

Лампа как раз обеспечит более равноменый нагрев чем резистор, если правильно ее выбрать. Насчет того что она сильно горячая, так это следует отрегулировать, сильно зависит от расстояния нагреваемой поверхности. Неравномерность нагрева в таком случае может быть только из-за разных отражательных способностей платы и компонентов. В идеале нужно в один цвет все выкрасить.
Не хочу навязывать эту идею, но способ очень эффективный. У себя в лаборатории использую установку с лампами (см. PDF файл приаттаченный к посту) для быстрого отжига образцов.