Hoe goed zijn CPU koelers?

blackdog

Golden Member

Hi Heren,

Dit is een zijsprongetje betreffende de "Dummy Load" die ik ook hier op CO presenteer.
Ik wil jullie en mijzelf laten zien hoe goed CPU koelers zijn en of deze voor b.v. een Dummy Load of een lineaire voeding bruikbaar zijn.

Wat ik heb gedaan is, een powerweerstand uit de bak gezocht die een bepaalde waarde had, zodat ik zeker 100-Watt kon dissiperen.
Ik bleek een 6,8-Ohm weerstand te hebben van 30-Watt die hiervoor goed bruikbaar was.

Met de Delta voeding die ik hier heb, kwam ik met deze weerstand uit op max 145-Watt te dissiperen vermogen uit.
Mijn uitgangspunt voor de Dummy Load was max. 60-Watt en ik had hiermee dus een ruime marge voor de testen.

De temperaturen zijn gemeten met een PT1000 sensor en deze wordt uitgelezen door een TEK DMM4050 Multimeter.

Als eerste even de mini PT1000 sensor die ik met een isolerend stokje net naast de powerweerstand op het koelblok druk en als de temperatuur stabiel is lees ik deze dan af.

Dit is de sensor.
http://www.bramcam.nl/koeling/PT1000-Sensor.gif

Even de koelelementen voorstellen, dit is de Spire aluminium CPU koeler.
http://www.bramcam.nl/koeling/Alu-01.gif

http://www.bramcam.nl/koeling/Alu-02.gif

http://www.bramcam.nl/koeling/Alu-03.gif

En dan nu een oudje uit een DELL computer, bijna geheel koper.
http://www.bramcam.nl/koeling/Copper-01.gif

http://www.bramcam.nl/koeling/Copper-02.gif

http://www.bramcam.nl/koeling/Copper-03.gif

En dan nummer drie, dit is ook een oudje, en het is een Heatpipe model en deze heb ik als eerste getest.
Zijaanzicht zodat jullie de ventilator kunnen zien zitten, en de ventilator neemt max 5-Watt op en is PWM stuurbaar.
http://www.bramcam.nl/koeling/HeathPipe-01.gif

Hier is goed te zien hoe ik de 6,8-Ohm 30-Watt weerstand met wat koelpasta op het koper heb gemonteerd.
http://www.bramcam.nl/koeling/HeathPipe-02.gif

Dit is de bovenzijde van de heatpipe koeler.
http://www.bramcam.nl/koeling/HeathPipe-03.gif

Op de laatste foto van deze heatpipe koeler zie je een kleine "hack", de bovenzijde van de ventilator is normaal open.
Dit geeft verlies van de druk door het koelelement en dus verlies van koelvermogen.
Eerst met mijn vinger het een stukje afgesloten en gekeken op te temperatuur meter of het iets uitmaakte.
Ja dat hielp, daarna twee stukjes tape er opgeplakt voor de metingen.
Als ik deze koeler ga gebruiken, maak ik hier wel een goede oplossing voor.
http://www.bramcam.nl/koeling/HeathPipe-04.gif

Ik heb pas één koeler gemeten en dat is de heatpipe koeler, en hoe is die zal je je misschien afvragen...
Ongelovelijk goed!!!
Ik heb hem een beetje "overclockt" naar 15V en had toen een Thermische weerstand van 0,092C/Watt!!!
Bij de max spanning van 13,8V dat op de ventilator vermeld staat, is de thermische weerstand net boven de 0,1C/Watt.

Ik heb ook gekeken als ik 60-Watt aan het dissiperen ben en de ventilator voed met maar 6V <= erg laag...
De Delta-t is hier dan net iets meer dan 10C, deze koeler is zeer ruim bemeten voor b.v. gebruik in de Dummy Load.
Hij kan makkelijk 150-Watt aan, het is alleen jammer dat het koperoppervlak te klein is voor meerdere transistoren.
Voor in de Dummy Load heb je wel het voordeel dat je de ventilator tot zo'n 50-Watt in het geheel niet hoort.

Ik ga kijken of ik morgen de twee andere koelelementen kan meten, dan hebben we een indruk van wat er goed bruikbaar is voor een voeding of Dummy Load.

Shoot @ it!

Gegroet,
Blackdog

Waarheden zijn "Illusies waarvan men vergeten is dat het illusies zijn"

Opmerking over die koelpasta: bedenk je dat er overal waar pasta zit een mindere overdracht van warmte is. Metaal op metaal is altijd het beste. De pasta moet alleen de oneffenheden in het metaal opvullen, maar niet voorkomen dat het metaal elkaar niet raakt. Het lijkt me dat je wat ruim aangebracht hebt.

"We cannot solve our problems with the same thinking we used when we created them" - Albert Einstein

Je kunt er een wat grotere dikke aluminiumplaat op zetten, dan heb je meer ruimte.
In mijn PC heb ik een Zalman CPNS10X, die kan max. 340W aan warmte wegpompen... ;)

http://www.alternate-b2b.nl/p/230x230/h/Zalman_CNPS10X_Optima__CPU_Koeler@@hxlz53.png

Arco - "Simplicity is a prerequisite for reliability" - hard en software ontwikkeling: www.arcovox.com
blackdog

Golden Member

Hi flipflop,

Dat vele pasta valt erg mee, wat ik doe is voldoende aanbrengen, flink drukken er op en dan een beetje bewegen/draaien zodat het te veel er aan de zijkant uit komt.
Dat "te veel" aan pasta heb ik laten zitten omdat ik dat dan weer gebruik om mijn sensor goed contact te laten maken.

Gegroet,
Blackdog

Waarheden zijn "Illusies waarvan men vergeten is dat het illusies zijn"

Heatpipes (zonder de "h"), zijn inderdaad indrukwekkend, zowel qua eenvoud als qua warmtetransport. En met 6 stuks en geforceerde koeling is 100 Watt afvoeren een peuleschil.

Mijn echte naam: Joris | Mijn elektronica website: Fuzzcraft.com
blackdog

Golden Member

Hi Fuzzbass,

Dank je, de tekst is nu aangepast, behalve dan de fotonamen, maar die zie je normaal toch niet :-)

Gegroet,
Blackdog

Waarheden zijn "Illusies waarvan men vergeten is dat het illusies zijn"

Hij kan makkelijk 150-Watt aan, het is alleen jammer dat het koperoppervlak te klein is voor meerdere transistoren.

Dan kan je toch een dik stuk aluminium aan het heatpipe blok zetten.

maartenbakker

Special Member

Zo uit de losse pols verwacht ik dat dat flink toevoegt aan de thermische weerstand. Misschien een dik stuk koper.

www.deficientie.nl | www.elba-elektro.nl | "The mind is a funny thing. Sometimes it needs a good whack on the side of the head to jar things loose."

Volgens mij heb je nu alsnog veel teveel pasta onder de weerstand zitten; mijn gebruikelijke methode is een beetje pasta aanbrengen, uitsmeren, en het oppervlak dan eigenlijk net niet helemaal schoonvegen, zodat er heel dun laagje, net iets meer dan een zichtbare waas achterblijft. Overigens wil ik zeker niet beweren dat dat perse de juiste methode is hoor.

Ik vind het lastig om in te schatten hoe dik de draden naar de PT1000 nu zijn, maar bedenken dat dikke draden aan zo'n temperatuursensor een meetfout veroorzaken, omdat de sensor wordt afgekoeld doordat er warmte wegstroomt naar de thermische massa van de draad, en vanuit de draad naar de omgeving. Voor een nauwkeurige meting is het dus belangrijk dat de draden dicht bij de sensor zo dun mogelijk zijn, en thermisch geïsoleerd.

Nu zal de afwijking in dit geval, door de kleine delta-T, vrij klein zijn, maar ik vind dit wel een grappig contrast tegenover de manier waarop je de elektrische metingen aanpakt.

Een manager is iemand die denkt dat negen vrouwen in één maand een kind kunnen maken

Het maakt niet veel uit hoeveel koelpasta je ertussen smeert. Als je de boel goed op elkaar klemt/schroeft, komt het overtollige er toch tussenuit.
Ik veeg wel al het overtollige weg (met een wattenstaafje), want als je dat laat zitten komt dat natuurlijk vol met vuil en stof te zitten op den duur.
Het is belangrijk dat er niet te weinig tussen zit; het moet alle (eventuele) oneffenheden helemaal opvullen.

Arco - "Simplicity is a prerequisite for reliability" - hard en software ontwikkeling: www.arcovox.com

Ik vind het lastig om in te schatten hoe dik de draden naar de PT1000 nu zijn, maar bedenken dat dikke draden aan zo'n temperatuursensor een meetfout veroorzaken, omdat de sensor wordt afgekoeld doordat er warmte wegstroomt naar de thermische massa van de draad, en vanuit de draad naar de omgeving.

Klopt, ik gebruik daarom ook graag digitale sensors zoals de LM92, daar heb je dat probleem niet. Kan me herinneren dat Blackdog toen met z'n temperatuur gecompenseerde voltage referenties in oven de sensor wel met heel dun draad aansloot exact om bovenstaande reden.

<edit> Gevonden !

http://www.bramcam.nl/NA/NA-REF-M6126/NA-REF-M6126-31.jpg

http://www.circuitsonline.net/forum/view/107437/3/

Verder werken CPU koelers idd heel goed, heb er op m'n old skool voeding en dummy load ook een gebruikt. Als er PC's bij het vuil staan haal ik ze er ook altijd uit, zo kom je er goedkoop aan ;-)

It's the rule that you live by and die for It's the one thing you can't deny Even though you don't know what the price is. It is justified.

@Roland: een digitale sensor die je met een te dikke draad aansluit zal ook een afwijking geven hoor. De thermische weerstand van de sensor naar het te meten object en de thermische weerstand van de sensor via de draden naar de omgeving vormen een "thermische spanningsdeler", en dan maakt het dus niet uit of het een analoge of een digitale sensor is.

Een manager is iemand die denkt dat negen vrouwen in één maand een kind kunnen maken

Als je een vergroting van je oppervlak wil waar je transistoren kan bevestigen dan zou ik zeker geen aluminium tegen koper monteren want ik heb altijd al (3 jaar) geleerd dat twee verschillende metalen tegen elkaar een spanningsverschil geven en dat daardoor corrosie ontstaat.

Valt wel mee mi, bij CPU koelers doen ze dat al jaren. Aluminium met kern van koper. Spire QuadroFlow V Socket 775 CPU Cooler Thermal resistance: @ 2000 RPM 0.312 oC/W

http://lib.store.yahoo.net/lib/directron/sp512s701.jpg

[Bericht gewijzigd door Roland van Leusden op 21 augustus 2014 09:09:13 (21%)]

It's the rule that you live by and die for It's the one thing you can't deny Even though you don't know what the price is. It is justified.
blackdog

Golden Member

Hi Heren,

Ik heb de Alu versie ook nog gemeten, deze is ongeveer 0,3c/Watt bij 12V ventilator spanning.
Wat opvalt is dat deze ventilator zeer stil is, ook op 12V.
De rede is natuurlijk het vermogen van de ventilator, rond de 1,2-Watt t.o.v. de 6-Watt bij 15V van de heatpipe versie.
De termische weerstand van deze koeler is voldoende voor het gebruik in de Dummy Load.

SparkyGSX mode ON
Het is mij duidelijk dat je voldoende kennis en inzicht hebt, maar probeer het eens zonder al die negatieve aannamens...

Ik heb veel ervaring met het meten d.m.v. kleine PT1000 sensoren.
Ook ben ik op de hoogte van de thermische spanningsdeler.
Maar ik ga hier niet alles uitleggen, dit kost allemaal te veel tijd.
Verder spelen er nog meer dingen mee om de thermische weerstand te bepalen, dus de uiteindelijke waarde die ik jullie hier laat zien mag je ~5% nemen.

Wat dacht je van de temperatuur in mijn LAB, als ik een tijdje testen heb gedaan stijgt de temperatuur hier...
Het is makkelijker rekenen als ik 100-Watt in de weerstand duw, maar dat geeft ook verwarming van de omgeving.

En als je nu nog verder wilt gaan miereneuken hierover, omdat ik niet nauwkerig genoeg zou meten,
gaan we natuurlijk de luchtvochtigheid in het vervolg ook meten en natuurlijk een genormaliseert kastje waar de koeler dan inkomt,
dit samen met de energie van de andere electronica in het kastje en natuurlijk het koelend vermogen van het kastje zelf.
En als laatste, staat het kastje rondom zelf vrij van andere apparaten die warmte genereren of warmte onttrekken aan de omgeving...

Ik deed al thermische metingen aan IR LED's toen jij nog niet geboren was, en weet heel goed hoe ik met thermische pasta's om moet gaan.
De metingen aan deze koelers als diverse metingen aan ovenprojecten geven al aan, dat ik over het algemeen goed nadenk over wat ik aan het doen ben.
( ja, ik zie wel eens wat over het hoofd, ik ben net een mens... ).

Het gaat mij meer om de verschillen tussen de koelblokken en wat goed bruikbaar zou zijn voor de Dummy Load.
SparkyGSX mode OFF ;-)

Ok, later vandaag ga ik de derde koeler testen, die grotendeels uit koper bestaat,
het is bij deze iets moeilijker een goede ventilator opstelling te vinden.
Deze koeler komt uit een oud DELL werkstation en er zat een plastic kap omheen die ik niet meer heb.

De rede dat ik er niet aan denk een stukje Alu tegen de heatpipe te monteren,
is wat andere hier al aan gaven, grote verschillen tussen de materialen.
En dat ze dit toch bij verschillende koelers doen (ik heb er hier diverse liggen die zo gemaakt zijn) begrijp ik ook niet goed.
Heb hier echter geen tijd voor, om dit te gaat uitzoeken.

Tot laters :-)

Blackdog

Waarheden zijn "Illusies waarvan men vergeten is dat het illusies zijn"
fatbeard

Honourable Member

In de iets-meer-dan-gemiddelde aluminium (koeken)pan zit ook een plak koper voor de warmteverdeling. Dat levert inderdaad een (thermo)spanningsverschil op, maar de corrosie daarvan valt reuze mee zolang er geen electrolyt bijkomt in de vorm van water. En dat is in die panne(n)bodem dus goed geregeld.
In de getoonde koelers is de feitelijke naad tussen de twee metalen zo te zien ook luchtdicht, en als de boel goed in het vet (lees warmtepasta) zit zul je over de levensduur van de koelvin en/of PC (en volgensmij ook lang daarna) geen enkel probleem ondervinden...

€0.02

Een goed begin is geen excuus voor half werk; goed gereedschap trouwens ook niet. Niets is ooit onmogelijk voor hen die het niet hoeven te doen.

Ik betwijfel trouwens of the thermo-elektrische spanning van invloed is op de corrosie. De warmte coefficient is bij een k-thermokoppel iets van 60 µV per °C. Dus bij 30 graden (blackdog meet 0.3 graden per Watt, we hebben het over ongeveer 100W), gaat het over 2mV. Dat is verwaarloosbaar tenopzichte van de electrolytische potentialen die in de ordegrootte van 1-2V liggen.

four NANDS do make a NOR . Kijk ook eens in onze shop: http://www.bitwizard.nl/shop/

60950-1 Annex J beschrijft een electrochemical potential van 0.65V tussen koper en aluminium. En zij houden een limiet aan van 0.6V.

maartenbakker

Special Member

Ik sluit mij aan bij fatbeard; toen ik las over aantasting dacht ik meteen: maar waar is het elektrolyt dan? En een moment later zag ik dat hij dat al schreef. Ik heb in mijn rol van computerboer ook de nodige koelsamenstellingen zien passeren, en ook na toevoegen van een derde metaal dat contact maakt met het koper (koelpasta met zilverdeeltjes ipv aluminiumoxide) blijven grote problemen doorgaans uit. De enige problemen die ik heb met te grote koelconstructies is dat ze de neiging hebben mechanische spanning te introduceren.

@blackdog: Ik lees altijd met plezier je verslagen, dat je erover nadenkt is goed te zien!

www.deficientie.nl | www.elba-elektro.nl | "The mind is a funny thing. Sometimes it needs a good whack on the side of the head to jar things loose."

Inderdaad, die grote koelconstructies, vooral die met koper, zijn zwaar.

Rew,
je bent vergeten dat je absolute temp moet gebruiken voor het berekenen van de spanning bij een thermokoppel.
Bij 30gr. is dit 273+30=303K
spanning is dan 303*60µV = 18.8mV, dus een maat 10 groter.

Het gaat om temperatuurverschillen die een spanningsverschil veroorzaken. Dus als er (max) 30 graden(*) temperatuurverschil is, kan ik voor de temperaturen natuurlijk wel de absolute temperatuur gebruiken, maar voor het verschil maakt het niet uit. Feit blijft dat 0.6V in mijn ogen "orde grootte 1V" is, en ruimschoots groter dan de thermo-elektrische spanningen, zelfs nog als ik me inderdaad een factor tien vergis.

(*) Merk op dat er max 30 graden temp verschil is tussen de plek waar de warmteproductie is aangesloten en de omgeving. Als het temperatuurverschil daar waar het koper van de koelvin contact maakt met het alu dan 3 graden zou zijn is dat ZEER slecht ontworpen door de koelvin-maker.....

[Bericht gewijzigd door rew op 22 augustus 2014 10:58:18 (26%)]

four NANDS do make a NOR . Kijk ook eens in onze shop: http://www.bitwizard.nl/shop/
blackdog

Golden Member

Hi Heren,

Nog wat metingen van het koelfront!
Ik ben nog in keer in diverse doosjes, kastjes wezen kijken en ik heb veel meer koelelementen liggen dan dat ik dacht.

Eerst maar even deze koeler, die ik al eerder had laten zien.
Nu met ventilator, de zelfde ventilator als de Alu koeler, vastgemaakt met wat PA tape.
De thermische weerstand is maar iets lager dan de Alu koeler, rond de 0,28C/Watt, ik had het wat beter verwacht.
http://www.bramcam.nl/koeling/HeathPipe-10.gif

En dit is de andere zijde van de koeler.
http://www.bramcam.nl/koeling/HeathPipe-11.gif

De volgende koeler had ik nog op voorraad liggen, een Samurai Z van Scythe.
http://www.bramcam.nl/koeling/HeathPipe-12.gif

Mijn vriendin wou haar nieuwe camera Canon D5 even testen, waarvan acte...
http://www.bramcam.nl/koeling/HeathPipe-05.gif

Hier test ik de vlakheid van het processor oppervlak, niet echt super, maar wat moeilijk te zien op deze foto.
http://www.bramcam.nl/koeling/HeathPipe-09.gif

Dit is een andere koeler van Scynthe, de Kozuti, niet getest maar wel naar de vlakheid gekeken, ook niet zo best...
http://www.bramcam.nl/koeling/HeathPipe-08.gif

Dit is de onderzijde van de weerstand, je kan goed zien dat in het midden weinig pasta zit en aan de buitenzijde duidelijk meer.
De heeft meerdere oorzaken, wat ik hierboven al aangaf, de vlakheid van de koeler, hoe recht is de weerstand en hoe zijn de aandrukkrachten verdeeld...
http://www.bramcam.nl/koeling/HeathPipe-14.gif

Dit is de Samurai Z op te testbank, niet zo goed als mijn eerste heatpipe test, maar wel vrij stil en natuurlijk zeer goed bruikbaar, ongeveer 0,15C/Watt.
http://www.bramcam.nl/koeling/HeathPipe-13.gif

Als ik zou moeten kiezen, dan waarschijnlijk toch voor het slechtste model :-)
De Alu koeler, de reden hiervoor is deze, hij koelt voldoende voor deze toepassing, ruimte voldoende aan de onderzijde, ook voor een stukje print.
Zeer stil, en voldoende ruimte voor het aanbrengen van gaten voor de transistoren, weerstanden en de bevestigingsgaten voor in het kastje.

Mijn conclusie is, dat veel oude koelers uit sloopcomputers goed bruikbaar zijn.
Ik heb er hier een tiental uit oude DELL werkstations en de meeste zijn van zeer mooi materiaal.
Niet zo vreemd, veel van deze koelers zijn uit het einde van het Pentium-4 tijdperk, deze processoren waren eerste klas kachels :-)

De heatpipe modellen met een wat grotere ventilator zijn stiller en hebben een lagere thermische weerstand.
Voor het dissiperen van 50 a 60-Watt hoor je deze bijna niet, dit is dus een aanrader voor de mensen die een rustige werkomgeving willen.
Al mijn testen zijn gedaan met alleen een goede koelpasta en verder geen isolerende materialen.
Ik vind het geen probleem mijn koelelementen ge-isoleerd op te stellen, met als voordeel, veel beter gekoelde componenten.

Het volgende deel wat koeling betreft word de schakeling voor het aansturen van de ventilator.
Dat worden twee typen, een voor PWM en de andere voor een standaard ventilator.

Dat was het weer voor nu, Shoot @ It!

Gegroet,
Blackdog

Waarheden zijn "Illusies waarvan men vergeten is dat het illusies zijn"

Ik had verwacht dat die koelers vlakker waren :o heb zelf een Mugen 3B, en trouwens het koel vlak word toch meestal er tegen aangetrokken.

Ben Belg sowat :D :: plaatjes zijn meestal klikbaar
maartenbakker

Special Member

Dat verklaart dan weer waarom "tweakers" zo verzot zijn op "lappen".

Dell had inderdaad wel mooie koelers, maar sommige zijn belachelijk luid op volle toeren.

[Bericht gewijzigd door maartenbakker op 23 augustus 2014 01:05:16 (50%)]

www.deficientie.nl | www.elba-elektro.nl | "The mind is a funny thing. Sometimes it needs a good whack on the side of the head to jar things loose."