DE vermogen/temperatuur-vraag

Bij eenzelfde warmtestroom (100 W) en omgevingstemperatuur (? °C) zal de temperatuur van het koellichaam ook hetzelfde zijn ongeacht het aantal transistoren. De junktie- en behuizingstemperatuur zal wel lager zijn. Ook zal de temperatuurverdeling van het koellichaam bij meerdere transistoren gunstiger uitvallen, maar dit zal geen zeer grote verschillen veroorzaken.

Je zegt de temperatuur te meten met een "laser thermometer". Ik denk dat je een "IR thermometer" bedoeld. Deze bestaan ook in uitvoeringen met laserpointer. Ik heb ook zo'n ding, maar dan met LED pointer. Bij de Testo 850 zit het verschil tussen de LED en de laserversie in de grootte van de meetspot. De LED versie heeft de meetspot de kleinste diameter (2,5 mm) op een afstand van 30 mm. Dit is handig om temperaturen op kleine oppervlakken te meten zoals transistoren. de laserversie heeft een veel groter meetspot: 14 mm aan de sensor, en 40 mm op een afstand van een halve meter.
Bij de laserversie is het lastig om de temperatuur van het component te meten zonder ook het koellichaam mee te nemen in de meting.

Een ander belangrijk aspect bij IR-thermometers is de stralingsconstante. Deze moet goed ingesteld zijn voor het te meten oppervlak. Een blank metalen oppervlak 0,23...0,29 W/m²*K4⁴ heeft een hele andere emmissieconstante dan een plastic oppervlak 4,82...5,37 W/m²*K4⁴. En ook de toestand van het oppervlak is van belang. Zo heeft geoxideerd koper een stralingsconstante van 4,54 W/m²*K4⁴ en gepolijst koper 0,29 W/m²*K4⁴. Grote verschillen dus. Het maakt bij een TO220 dus uit of je aan het plastic oppervlak meet of aan het metalen lipje.

Omdat jij meet met een IR-thermometer met een grote meetspot zul je niet aan een eenduidig oppervlak meten. Ik vermoed dat de door jou opgegeven temperaturen onbetrouwbaar zijn.

Op 18 september 2004 02:19:06 schreef Freddy:
Ik vermoed dat de door jou opgegeven temperaturen onbetrouwbaar zijn.

Over de meetmethode of kwaliteit van de meting hadden we inderdaad onze twijfels.

De TS mag zijn huiswerk nog eens overdoen en eindelijk eens antwoorden op de vraag of hij de schakeling zelfs wel heeft opgebouwd.

Anders blijft het maar bij vrijblijvend foutief gesteld theoretisch geblaat.

Een meting gedaan om te laten zien welke afwijkingen er ontstaan in de geregistreerde temperatuur bij het niet correct instellen van de stralingsconstante van een IR-thermometer.

De gebruikte transistor is een TIP142 in een TO218 behuizing gemonteerd op een voorgeboord zwart geeloxeerd SK18/75 koellichaam met een warmteweerstand van. Het koellichaam stond zoals aangegeven op een houten tafelblad (dit beinvloed de luchtstroom negatief, en daarmee de warmteweerstand). De warmtestroom bedroeg 15,2 W. Omgevingstemperatuur 24 °C. De emmissieconstante van de thermometer was bij alle metingen ingesteld op 0,9. Deze instelling komt overeen voor metingen aan oppervlakken met een stralingsconstante van 5,1 W/m²*K⁴

Hieronder de een schets van de opstelling met de meetpunten.

a. plastic deel transistor          83 °C
b. metalen lip transistor           48 °C
c. schroefkop (M4)                  36 °C
d. koellichaam bij transistor       78 °C
e. blank gemaakt deel koellichaam   36 °C
f. direct naast het blanke deel     75 °C
g. buitenste rib                    74 °C
h. onderkant koellichaam            74 °C
het gestippelde vlak                56 °C

De grootte van de meetspot's zijn in je juiste grootte verhouding hetekend met de constructie. Het meetpunt "e" ligt in een klein stuk blank geschuurd koellichaam. Het overige deel is zwart geeloxeerd.
Hier is ook het grote verschil te zien in de geregistreerde temperatuur. Blank: 36 °C, zwart: 75 °C. Als je dit relativeerd aan de omgevingstemperatuur dan krijg je een goede indruk van de afwijkingen die ontstaan. Blank: 12 K, zwart 51 K. Een enorme afwijking in meetwaarde's.

Dan zou het kunnen dat die metingen niet juist zijn, maar dat betwijfel ik. 'k ga eens even kijken welk merk en type van thermometer ik gebruikt heb. Maar ik geloof niet dat het infrarood is, want de temperatuur van een halogeenlampje verschilt van mm tot mm, vanop 30 cm afstand gemeten.
Vervolg komt straks, ben nog "aan het werk" tot 22u.

Groeten!

Wiebo

Een heel mooi nauwkeurig meetinstrument zijn je vingers. De pijngrens ligt voor iedereen vast op 55 °C. Stook een koellichaam lekker op terwijl je je vingers hierop houdt. Op het moment dat je denkt "dit trek ik niet meer" meet je op de plek waar je je vinger hield. Als je tevens een zwart en blank stuk maakt naast elkaar, zou je bij een ideale thermometer hier geen verschil mogen zien.

Een halogeenlamp is een hele slechte referentie temperatuur. Dat gloeidraadje is over de 1000 °C en het glas is ook niet echt koud. Tevens is het glas zowel een warmte straler als enigzins doorzichtig voor IR. Volstrekt onbetrouwbaar dus.

Het blijft weer eens erg stil.

Heb je het merk en typenummer al kunnen achterhalen?

Even een Google onderzoekje gepleegd op "laser thermometer". Het blijken dus stuk voor stuk IR-thermometers te zijn die voorzien zijn van een laserpointer. De term "laser thermometer" verkoopt waarschijnlijk beter. Ik vond het ook al raar klinken "laser thermometer". Met een laser meet je niks, dit is namenlijk geen sensor!

Verder even gekeken naar de eigenschappen: Ze hebben zover ik heb gekeken allemaal een vrij grote openingshoek. Niet echt geschikt op te temperatuur op kleine vlakken te meten. Verder zijn er slechts enkelen waarbij je de emissiecoefficient kunt instellen. Bij de meesten is deze vast ingesteld op 0,95.
Tja, dat is vragen om meetfouten.

De denkfout zit heel ergens anders.

Als jij 20v 5A over een tor laat lopen, wil dat niet zeggen dat hij 100W aan warmte maakt. Ik neem aan dat er ook een signaal uitkomt, het grootste vermogen zal in dat signaal gaat zitten.

Wat je ziet is heel eenvoudig het bewijs dat de temperatuur van een electrisch component niet lineair is tov. de belasting ervan.

Bij CPU's zie je dit ook heel goed. Een CPU die bij 2Ghz 80 graden wordt, is niet bij 1 Ghz 40 graden.

//edit

althans, bovenstaande is mijn theorie

Hezik, als een element 100 W elektrisch vermogen dissipeert, betekent dat per definitie een omzetting tot 100 W warmtevermogen.

Op 24 september 2004 02:51:11 schreef hezik:Bij CPU's zie je dit ook heel goed. Een CPU die bij 2Ghz 80 graden wordt, is niet bij 1 Ghz 40 graden.

Dààr is een eenvoudige verklaring voor:
het verband tussen het vermogenverbruik van een synchroon werkend IC en zijn klokfrequentie is kwadratisch.

Maar dat staat los van het verband tussen de vermogendissipatie en temperatuurontwikkeling en heeft in dit vraagstuk geen belang.

[Bericht gewijzigd door Wim P. op vrijdag 24 september 2004 09:18:04 ]

Op 24 september 2004 08:27:28 schreef Wim P.:
Hezik, als een element 100 W elektrisch vermogen dissipeert, betekent dat per definitie een omzetting tot 100 W warmtevermogen.

Dat ben ik met je eens, alleen daar is hier geen sprake van. Het element dissipeert geen 100W. Dat is nu juist mijn punt. Het zijn de luidsprekers die het vermogen dissiperen, althans het grootste deel ervan.

[Bericht gewijzigd door hezik op vrijdag 24 september 2004 16:45:35 ]

Toch niet hoor, als de CE overgang 20V meet en de stroom 5A is zegt dat over de transistor dat ie 100W verstookt.

Koellichamen hebben een temperatuurcoefficient van x K/W. Dat betekent dus niks anders dan gemiddeld zover graden verschil met de omgevingstemperatuur per watt aan toegevoerde warmte bij normale omstandigheden.

In het geval van 10 tranistoren zal het koellichaam iets WARMER worden dan met één tor, de warmteoverdracht naar het koellichaam is namelijk beter! De juncties van de torren zullen wél koeler blijven!

Jouw berekening is als volgt neem ik aan? stel je koellichaam is 0,45K/W. Een transistor verstookt 100W dus 45 graden verschil met omgeving (stel 25 graden) is dus 70 graden...

10 transistoren stoken ieder 10W in dit koellichaam, betekent dus per transistor 4,5 graden temperatuurstijging dus 25 + (10 * 4,5) = 70! Niet 25 + 4,5 = 29,5 dus he!

EDIT: Meer transistoren voor minder verlies werkt alleen in schakeltoepassingen, dan wordt de Vce namelijk iets lager. Idealer is het dan om MOSFETs te gebruiken, een verdubbeling van het aantal MOSFETs betekent ongeveer de helft van het vermogen in het koellichaam!

[Bericht gewijzigd door Benadski op vrijdag 24 september 2004 17:40:12 ]

Op 24 september 2004 17:31:42 schreef Benadski:
In het geval van 10 tranistoren zal het koellichaam iets WARMER worden dan met één tor, de warmteoverdracht naar het koellichaam is namelijk beter!

De warmteweerstand mag dan wel lager zijn, maar de warmtestroom blijft gewoon 100 W. Wel is het zo dat de temperatuurverdeling over het hele koellichaam gelijkmatiger is. Maar veel maakt dit niet uit voor de uiteindelijke koellichaam temperatuur. En zeker geen verschil in koellichaam temperatuur van 40 °C

EDIT: Meer transistoren voor minder verlies werkt alleen in schakeltoepassingen, dan wordt de Vce namelijk iets lager. Idealer is het dan om MOSFETs te gebruiken, een verdubbeling van het aantal MOSFETs betekent ongeveer de helft van het vermogen in het koellichaam!

Dit doet nu niet ter zake.

Ik zou ook wel iets meer willen weten over de meetopstelling. Hoe is dat vermogen in die transistoren verstookt. Welke schakeling zit daar achter. En hoe is dit vermogen gemeten?

Ik vraag me af of Wiebo nu wel of niet geintereseerd is in zijn eigen topic. Die jongen houdt zich angstvallig stil.

Zijn leugens zijn doorprikt, me dunkt.

Op 24 september 2004 18:22:55 schreef Freddy:
[...]De warmteweerstand mag dan wel lager zijn, maar de warmtestroom blijft gewoon 100 W. Wel is het zo dat de temperatuurverdeling over het hele koellichaam gelijkmatiger is. Maar veel maakt dit niet uit voor de uiteindelijke koellichaam temperatuur. En zeker geen verschil in koellichaam temperatuur van 40 °C
[...]

De warmtestroom vanuit de transistor is gelijk inderdaad, alleen omdat de ene tor veel warmer is dan 10 torren en ook nog eens minder snel de warmte afstaat zullen enkele watts vanuit de behuizing van de transistor in de lucht worden verdeeld en niet vanuit 't koellichaam. 't Scheelt bijna niks, maar de gemiddelde koellichaam temperatuur is dus bij een enkele tor dus ietsje lager.

Op 24 september 2004 18:48:59 schreef Wim P.:
Zijn leugens zijn doorprikt, me dunkt.

Het gaat hier om onkunde of onwetendheid, niet om leugens.

Op 17 september 2004 15:09:09 schreef Sponcebert:
70 graden over het hele profiel ? Dat is dan dus niet zo groot. Passen er geen 10 op????????

Ze liggen als in een bolstapeling op elkaar, zeker ?

Op 17 september 2004 15:29:37 schreef Sponcebert:
Het uitgangspunt dat de hele koelplaat en transistor gelijkmatig 70 warm worden is niet zo overtuigend.

Ongeacht de ingestelde emissiecoëfficiënt.

Je moet een oude aap geen kuren (smoelen) leren (trekken).