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热时间常数vs 比热:不容忽略的“热”现实

2021-08-03 John Dunn 阅读:
请不要忽略根据环境温度变化的热时间常数;一般来说,该常数越大表示热阻性能越好。但测量热时间常数所需的时间可能出乎你意料之外的长久...

几年前,我曾经研究过如何估算某种特定对象经历热偏移的时间常数(如果已知该特定对象的比热容量)——请参考“热时间常数和比热”(Thermal Time Constant and Specific Heat)一文。不过,我认为有必要为此补充更多说明。aYXednc

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1:在散热表面上安装散热片的热阻和热容。aYXednc

请想象如果您刚好有一些特定的对象,例如由某些特定材料与质量(mass)组成的散热片(heat sink),它可能连接到一些发热来源,例如耗电的电子组件。aYXednc

让我们简化此假设来看:该散热片本身在体积部份之间的热阻(thermal resistance)为零,因此总质量的所有小部份温度始终相同——换句话说,在整个散热过程中,散热片的热梯度均为零。aYXednc

以此描述的质量将表现为热容(thermal capacitance)。现在,先记住这个想法。aYXednc

该质量也将连接到某种安装表面,而且二者之间的连接接口将会具有一定的热阻值。同样地,也记住这个想法。aYXednc

散热片的材料通常选择铝。铝金属的比热为每克(g)每摄氏度0.9焦耳(j),或表示为0.9 j/°C/g。如果以克为单位取质量并将其乘以比热,就可以得到热容量。aYXednc

假设每瓦热阻为0.1°C,铝的质量为1千克(kg),那么将会得到以下数值结果:aYXednc

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2:此表显示热时间常数计算的数值计算结果,假设热阻为0.1°C/Watt,铝的质量为1kgaYXednc

如果我们将热阻加倍,将会得到两倍的热时间常数:aYXednc

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3:如果热阻改为每瓦0.2°C (是原先计算的两倍),则热时间常数也将增加一倍。aYXednc

在我之前写的那篇文章中,一个未能着墨的议题是,如果您在测量某个散热片的温度升高状况时,很可能会漫不经心地说:“喔,已经过一分钟左右了,情况看起来还不错耶,”那么您最后很可能由于过早停止观察而忽略掉一次关键的温度上升。aYXednc

因此,请不要忽略根据环境温度变化的热时间常数;一般来说,该常数越大表示热阻性能越好。测量热时间常数所需的时间可能出乎你意料之外的长久。aYXednc

(原文发表于ASPENCORE旗下EDN美国版,参考链接Thermal time constant versus specific heat编译Susan Hong)aYXednc

责编:DemiaYXednc

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John Dunn
John Dunn是资深电子顾问,毕业于布鲁克林理工学院(BSEE)和纽约大学(MSEE)。
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