Высокая температура, выбор комплектуюших и не только Опции

[bullit]

Всем Здравствуйте!

Стоит задача по разработке устройства, которое будет работать в широком диапазоне температур - от минус 40 до 180 градусов.
Есть необходимость в применении МК, ОУ и т.д.
Сейчас ставят PIC рассчитанные на 125 градусов. В принципе работают, но говорят надежность флешпамяти после однократного перегрева до 175 градусов существенно снижает её ресурс.
Операционники наши: 140 серию. Уход как по смешению так и по усилению.

Кто как выходит из положения? Какие МК, ОУ, сердечники трансформаторов, материал для ПП, защитные покрытия и т.д. и т.п.

Может есть соответствующая литература? буду рад всему.

Для себя может я бы и не задумывался, взял бы что есть под рукой, а тут нельзя.

Слышал применяют сосуды Дьюара, и подобные термоса.

Заранее большое спасибо!

[Ilya_z]

К вышеизложенному добавьте ограничения, конструкция должна быть разбираема и ремонтопригодна практически в полевых условиях, диаметр охранного кожуха(корпуса )строго лимитирован.
применение эл Пельтье в основном и сдерживает их низкий кпд, к томуже перепад температур(между горячей стороной элемента и окр средой ) не велик получатеся, материал кожуха опять таки не произвольный(как правило определенные сорта нержавейки), по хорошему считать надо эффективность данного решения.

[Stanislav]

К вышеизложенному добавьте ограничения, конструкция должна быть разбираема и ремонтопригодна практически в полевых условиях...

Я бы не стал закладываться на возможность разборки и ремонта в поле. Более того, такую операцию лучше вообще запретить для пользователей. Аппаратура эта спец. назначения, и должна ремонтироваться и обслуживаться подготовленными специалистами в соответствующих условиях, а не прямо посреди тундры.

Элементы Плетье могут быть многоступенчатые. В качестве теплоносителя можно использовать к примеру пропан. Внизу он будет кипеть, на элекменте плетье охлаждаться и капать вниз, на схему. Как я понимаю длинна у вас не лимитированна? Ну так можно сделать сверху радиатор, потом куча элементов Плетье, и внизу уже схемма.

А не опасно пропан-то использовать? При 120-150 гр. давление внутри устройства будет значительным (десятки атм.), да и распределить капельки нужным образом по платам вряд ли удастся. Высокое внутреннее давление сильно усложнит конструкцию внутреннего кожуха - его тоже придётся делать герметичным, рассчитанным на большое внутреннее давление.
Можно попробовать что-нить навроде спирта или бензина. Только, мне кажется, вариант с маслом будет более простым и надёжным.

Сообщение отредактировал Stanislav - Apr 14 2008, 11:57

[Vacuum]

А не опасно пропан-то использовать? При 120-150 гр. давление внутри устройства будет значительным (десятки атм.), да и распределить капельки нужным образом по платам вряд ли удастся.

http://www.engineeringtoolbox.com/propane-...ure-d_1020.html


Плата может быть полностью погружена в него.

Высокое внутреннее давление сильно усложнит конструкцию внутреннего кожуха - его тоже придётся делать герметичным, рассчитанным на большое внутреннее давление.
Можно попробовать что-нить навроде спирта или бензина. Только, мне кажется, вариант с маслом будет более простым и надёжным.

Масло нужно перекачивать. Кипящий бензин, ИМХО наилучший вариант - его не нужно перекачивать, легко найти, все знают как с ним работать итд. Но если в него намешали всякой гадости, может электронике плохо стать. Может и спирт.

Vacuum
Такую частоту придётся "гнать" по коаксиалу... плюс вылезут помехи. А с кабелями у "навигаторов" как правило проблемы

Достаточно чтобы у кабеля было какое-то волновое сопротивление. А чтобы помех не было, можно вниз гнать на одной частоте, а вверх, информацию, на другой.

[SIA]

Плата может быть полностью погружена в него.
Масло нужно перекачивать. Кипящий бензин, ИМХО наилучший вариант - его не нужно перекачивать, легко найти, все знают как с ним работать итд. Но если в него намешали всякой гадости, может электронике плохо стать. Может и спирт.
Достаточно чтобы у кабеля было какое-то волновое сопротивление. А чтобы помех не было, можно вниз гнать на одной частоте, а вверх, информацию, на другой.

Частоты выше нескольких кГц по километровым геофизическим кабелям гнать не получится - у них очень большие потери. На практике для питания мощных потребителей используют постоянный ток напряжением под киловольт и более, снижая ток. Внизу ставят преобразователь (это еще та задача). Мы делали зонды для нейтронного каротажа, там небольшой ускоритель и источник нейтронов, а под ним висит спектрометр гамма-отклика. Все вместе во время работы потребляло под 200 Вт. Объем данных был большой, поэтому они накапливались и снимались только после подъема. По кабелю вместе с питанием шли только медленные команды и диагностика.

[Vacuum]

Частоты выше нескольких кГц по километровым геофизическим кабелям гнать не получится - у них очень большие потери. На практике для питания мощных потребителей используют постоянный ток напряжением под киловольт и более, снижая ток. Внизу ставят преобразователь (это еще та задача).

А в чем проблема? Мосфеты есть на киловольт и больше.

Мы делали зонды для нейтронного каротажа, там небольшой ускоритель и источник нейтронов, а под ним висит спектрометр гамма-отклика. Все вместе во время работы потребляло под 200 Вт. Объем данных был большой, поэтому они накапливались и снимались только после подъема. По кабелю вместе с питанием шли только медленные команды и диагностика.

Так значит можно без проблем 200вт Передать. Значит хватит скорее всего на Плетье.

Конечно, в испарительной системе процессы переноса тепла происходят более интенсивно. Однако, думается, что вариант с маслом всё же более надёжен.
Масло само по себе является не таким уж плохим проводником тепла (теплопроводность порядка 0,15 Вт/м*К). Если обеспечить условия для конвекции, отвести столь небольшую тепловую мощность не составит труда - тепловым сопротивлением заполнения можно будет пренебречь. Трансформаторное масло можно выбрать жидкое, для более интенсивной конвекции.

Бензин более жидкий. А недостаток у него разве что он горит. Но зато он и испаряется: вытащил плату, и через пару минут она чистая, можно паять. Мне видится некая труба, внутри другой трубы. на внутренней трубе вверху элементы Плетье. Внутренняя труба на внешнюю тепло передает. Внутри внутренней бензин кипит, на элементах Плетье конденсируется, обратно падает.

[Stanislav]

Бензин более жидкий. А недостаток у него разве что он горит. Но зато он и испаряется: вытащил плату, и через пару минут она чистая, можно паять. Мне видится некая труба, внутри другой трубы. на внутренней трубе вверху элементы Плетье. Внутренняя труба на внешнюю тепло передает. Внутри внутренней бензин кипит, на элементах Плетье конденсируется, обратно падает.

По-моему, такая схема ничем не лучше "масляной" - будучи погруженными в бензин или спирт, платы будут отдавать тепло за счёт прямой теплопередачи и конвекции, как и в масле.
Для эффективного охлаждения, нужно, чтобы агент испарялся непосредственно с поверхностей плат, чего можно достичь только при равномерном покрытии их тонким слоем испаряемого вещества, типа как из пульверизатора. Сами понимаете, реализовать такое весьма затруднительно.
Мне, например, такая штука представляется в виде тех же цилиндров, с Пельтье непосредственно между ними, и, очень желательно, с внешним наружным радиатором на месте горячей обкладки элемента.

Здесь: 1 - электронные платы, 2 - стенка наружного кожуха, 3 - крышка внутреннего кожуха с внутренним оребрением, 4 - крышка наружного кожуха, 5 - наружный радиатор, 6 - элемент Пельтье, 7 - внутренний кожух, 8 - термоизоляция, 9 - масло.
Перенос тепла к холодной стороне элемента Пельтье во внутреннем контейнере осуществляется через масло (в т.ч., и путём конвекции), а также через стенки внутреннего кожуха, которые должны иметь высокую теплопроводность.

По поводу конструкции: Внешний кожух, который закрывает электронику одевают непосредственно на скважине, потому как длина и вес большие. А электроника просто на шаси.
Масло, спирт ... - мне как-то не очень нравится такая идея. Покажу завтра конструкторам.

Собственно, всё, что можно было посоветовать, по моему, здесь уже обнародовано. Для того, чтобы говорить более конкретно, от Вас потребуется подробно описать задачу, с обязательным выкладыванием всех основных параметров устройства.

[Vacuum]

По-моему, такая схема ничем не лучше "масляной" - будучи погруженными в бензин или спирт, платы будут отдавать тепло за счёт прямой теплопередачи и конвекции, как и в масле.
Для эффективного охлаждения, нужно, чтобы агент испарялся непосредственно с поверхностей плат, чего можно достичь только при равномерном покрытии их тонким слоем испаряемого вещества, типа как из пульверизатора. Сами понимаете, реализовать такое весьма затруднительно.

Нет. Посмотрите как кипятильник работает. Пузыри образуются прямо на нем. У если Ткип. будет к примеру 60градусов, то можно быть уверенным что все что погружено в жидкость, имеет температуру меньше чем 60 градусов.

В остальном, прямо мои мысли читатете.

Может быть имеет смысл закачать в оболочку жидкость, которая будет выкипать во время работы изделия. Жидкости должно хватить с запасом на Ваши 6 часов. Для следующего сеанса надо будет снова заправлять.

Куда пар девать бум?
Вот плавиться, я еще могу понять.

[Stanislav]

Нет. Посмотрите как кипятильник работает. Пузыри образуются прямо на нем. У если Ткип. будет к примеру 60градусов, то можно быть уверенным что все что погружено в жидкость, имеет температуру меньше чем 60 градусов.

Это понятно. Однако, опять есть определённые сложности: чтобы гарантировать кипение при заданной температуре, нужно достаточно точно подобрать хим. состав жидкости. Давление насыщенных паров должно быть при этом низким, чтобы не испортить электронную начинку, что снизит эффективность испарительной системы переноса тепла.
Масло же имеет очень низкое давление насыщенных паров при данной температуре, поэтому, значительного увеличения давления внутри охлаждаемого объёма удастся избежать.
Кроме того, для эффективной конденсации потребуется радиатор специальной конструкции (чтобы эффективно сливать конденсат обратно), со значительной площадью поверхности (что неудобно).
В целом, конечно, можно подумать и о таком способе отбора тепла от электронных узлов, как более эффективном по сравнению с конвекцией в жидкой фазе. Только он однозначно посложнее будет.
Вообще-то, думается, отвести тепло собственно от электронных компонентов - не проблема. Основная сложность - вывести его наружу.
Считать счас неохота, но, сдаётся, тепловым сопротивлением внутреннего цилиндра в любом случае при тепловыделении в 10 Вт можно вообще пренебречь. Мне кажется, что в первую очередь следует уделить внимание надёжности устройства.

Stanislav, у легированной стали плохая теплопроводность,..

Думаю, тепловым сопротивлением толстой наружной крышки также можно пренебречь для данной величины отводимой тепловой мощности (правда, к ней ещё тепловыделение самого охладителя надо прибавить, но всё равно получается мало).

Внутреннюю же оболочку можно выполнить, например, из алюминия - материала с малой плотностью и хорошей теплопроводностью.

...а Пельте еще и не любят перепадов температур >15 градусов, ну очень резко падает эффективность.

Почему не любят?
Эффективность, конечно, падает с ростом разницы температур (при нагреве модулем горячей стороны и охлаждении холодной, разумеется), однако, ведёт себя вполне предсказуемым образом. И уж, во всяком случае, ни о каком резком падении эффективности речи идти не может - холодопроизводительность зависит от разности температур практически линейно при постоянной подводимой к модулю Пельтье электрической мощности.

...А вот если через торец цилиндра провести две медные трубки, р(на 100 МПа - это вполне себе доставаемое изделие) аз хватает стенок в 10 -15мм и внутри какое-то пространство для техники есть, и сделать на их основе радиатор, то с поршневым компрессором можно сделать эффективный холодильник на воде, причем регулируя давление компрессора, можно регулировать эффективную конденсацию при разных внешних температурах, как раз в диапазоне 150 - 180 градусов. На внутреннем радиаторе можно держать четко 100 С.

Не совсем понял, как это сделать конструктивно.
Конечно, регенеративный тепловой насос с микрокомпрессором будет эффективнее. Но и сложнее, дороже, габаритнее и ненадёжнее. Подойдёт ли это здесь - не знаю, а гадать не хочу.

...Это точно, работа для конструкторов, но это позволит использовать стандартную кремниевую элементную базу, а соответственно, сделать устройство "как надо", а не "как получится" из-за недостатка базы на 180 градусов.

Автор темы так и не привёл технических требований к устройству и его функциональное назначение, а компоненты просит. Думается, раздобыть элементную базу даже на 125 С можно без особых трудностей. Для 150 внешних, возможно, и холодильник Пельтье подойдёт.

ЗЫ. Вот ещё фирма, выпускающая термоэлектрические модули.
http://www.termiona.ru/
Правда, технической информации на сайте очень мало, что отнюдь не добавляет фирме репутации.

ЗЗЫ. Вот программа, позволяющая рассчитать холодильник на ТЭМ:
http://www.kryotherm.ru/index.phtml?tid=29

[DS]

Думаю, тепловым сопротивлением толстой наружной крышки также можно пренебречь для данной величины отводимой тепловой мощности (правда, к ней ещё тепловыделение самого охладителя надо прибавить, но всё равно получается мало).

Не совсем понял, как это сделать конструктивно.
Конечно, регенеративный тепловой насос с микрокомпрессором будет эффективнее. Но и сложнее, дороже, габаритнее и ненадёжнее. Подойдёт ли это здесь - не знаю, а гадать не хочу.

У легированной стали теплопроводность хреновая, на сантиметре может очень приличный тепловой перепад получится, ведь отводить надо будет 60 - 70 ватт.

Что с компрессором дороже - да, но вот насчет ненадежности - не согласен - поршневые компрессоры - почти вечные. Конструктивно - снаружи радиатор-конденсатор, после него (внутри) дроссельный капилляр, буферный объемчик, и радиатор- испаритель. После него компрессор, который выталкивает пар в конденсатор. В общем, как в домашнем холодильнике. Только теплоноситель - вода.

[Stanislav]

У легированной стали теплопроводность хреновая, на сантиметре может очень приличный тепловой перепад получится, ведь отводить надо будет 60 - 70 ватт.

Для 60-70 Вт и площади 0,01 м^2, по моим прикидкам, дельта получится не более 2-3 град.

Что с компрессором дороже - да, но вот насчет ненадежности - не согласен - поршневые компрессоры - почти вечные. Конструктивно - снаружи радиатор-конденсатор, после него (внутри) дроссельный капилляр, буферный объемчик, и радиатор- испаритель. После него компрессор, который выталкивает пар в конденсатор. В общем, как в домашнем холодильнике. Только теплоноситель - вода.

Если конденсатор наружу выводить - его конструкция будет сложной и дорогой.
Если внутри разместить - те же проблемы с теплопроводностью.

[DS]

Для 60-70 Вт и площади 0,01 м^2, по моим прикидкам, дельта получится не более 2-3 град.
Если конденсатор наружу выводить - его конструкция будет сложной и дорогой.
Если внутри разместить - те же проблемы с теплопроводностью.

По моему опыту работы с Пельте, больше получаться должно. Мне кажется, на меди такой перепад будет. Но я специально не мерил, хотя надо бы.
Не, конденсаторы с давлением под 100 МПа у "давильщиков" не дефицит, можно будет готовый купить. Внутри, конечно, бессмысленно.