Brevet FR3120943A1 — publié le 20220923

Dispositif exerçant un impact thermique sous vide La présente invention concerne un dispositif exerçant un impact thermique sous vide pour la réalisation des essais et des mesures des caractéristiques techniques des articles et des appareils électroniques comportant une plateforme porteuse étanche (2) avec des canaux de mesure insérés dans son intérieur via un connecteur étanche, finissant par des broches pogo représentant l’interface de connexion des modèles testés ; un groupe thermique destiné au chauffage et au refroidissement des modèles testés et comportant un élément Peltier et une surface de contact (4); un système de refroidissement par air destiné à absorber la chaleur produite par les éléments Peltier; un chapeau levable (1) assurant la possibilité d’ouverture, de placement et de connexion du modèle testé ; un système à vide; des sources d’alimentation et un régulateur PID ; un corps de protection extérieur. Figure à publier avec l’abrégé : Figure 2 Dispositif exerçant un impact thermique sous vide Domaine technique auquel se rapporte l'invention La présente invention concerne le domaine des équipements utilisés pour la réalisation des essais et des mesures des caractéristiques techniques des articles et appareils électroniques (AAE). État de la technique En conformité avec GOST 16504-81 sous les essais il faut comprendre la définition des paramètres et des performances expérimentaux de la qualité du produit pendant son fonctionnement ou lors de la simulation des conditions d’exploitation. L’instabilité du fonctionnement des appareils est liée à l’impact environnemental produit sur eux et aux modifications qui ont lieu dans les appareils. Les facteurs climatiques tels que la température, l’humidité, la pression atmosphérique, le rayonnement du soleil, les charges dues au vent exercent un impact essentiel sur le fonctionnement des appareils électroniques. Les moyens techniques modernes sont exploités dans les conditions climatiques différentes. L’impact de la température élevée ou diminuée est l’un des facteurs principaux définissant l’instabilité et la dégradation des paramètres de tout appareil. Les températures limites de l’appareillage sont définies par l’impact environnemental, ainsi que par des sources de chaleur situées à l’intérieur de l’appareil. La plupart des systèmes modernes d'essais thermiques des AAE représentent des étuves (fours) thermiques et des chambres de refroidissement (réfrigérateurs). Les installations thermoélectriques sont connues utilisées pour le chauffage et le refroidissement pendant les essais des articles à l’air (brevet RU 2129745 C1 publié le 27/04/1999, brevet RU 2400723 C1 publié le 27/09/2010, par exemple). Les installations d’essai connues comportent une chambre isotherme à volume constant pour y placer l’article à essayer, dans laquelle sont installées les systèmes de refroidissement et de chauffage et un ventilateur, ainsi que les capteurs des paramètres de température de l’air dans la chambre. Les inconvénients des solutions connues sont : - givrage à des températures négatives lié à ce que les essais des AAE sont réalisés dans l’air du volume fermé à la pression atmosphérique normale, en résultat à des températures négatives du givre apparait et, comme une conséquence, la probabilité d’un court-circuit des sorties des modèles essayés ; - basse vitesse d’atteinte de la température de consigne ; - inégalité de répartition de la température dans tout le volume de service, donc, non-similitude de création des conditions d’essai des modèles. Selon l'état de la technique les thermocouples sont également connus reposant sur l’effet Peltier. Cet équipement peut fonctionner en assurant le refroidissement comme le chauffage sans application des moyens supplémentaires dans leur structure. L'effet Peltier est un processus de dégagement ou d’absorption de chaleur lors du passage d'un courant électrique à travers le contact de deux conducteurs divers. L'effet Peltier est un convertisseur thermoélectrique (СTE, МТ, ТЕС) dont le principe de fonctionnement repose sur l’effet Peltier — l’apparition de la différence de températures lors du passage d’un courant électrique. Le contact de deux matériaux conducteurs ayant des niveaux différents d’énergie des électrons dans la zone de conductibilité est à l’origine du fonctionnement des éléments Peltier. Lors du passage du courant à travers le contact de ces matériaux l’électron doit recevoir de l’énergie pour passer dans la zone de conductibilité avec une plus grande énergie de l’autre semi-conducteur. Les avantages des éléments Peltier sont : petite dimension, absence d’éléments mobiles, de gaz et de fluide. En modifiant la direction du courant il est possible de refroidir et de réchauffer l’élément. Selon l'état de la technique actuellement sont connues des solutions différentes permettant de réaliser les essais des composants électroniques et fonctionnant avec utilisation des éléments Peltier. Le dispositif d’essai pour la réalisation du moyen d’essai des composants électroniques décrit dans le brevet RU 2643239 C1 publié le 31/01/2018 est le dispositif le plus proche de la solution proposée d’après son caractère technique. Ce dispositif d’essai comporte une plateforme porteuse étanche avec les canaux de mesure insérés dans son intérieur pour la connexion des modèles à essayer ; un groupe thermique destiné au chauffage et au refroidissement des modèles essayés et comportant un élément Peltier et une surface de contact assurant l’échange thermique de l’élément Peltier et des modèles essayés , un évacuateur de chaleur ; un chapeau levable assurant la possibilité d’ouverture, de placement et de connexion du modèle essayé ; des blocs de commande électronique, de commutation et de liaison avec un ordinateur extérieur ; des sources d’alimentation ; un corps de protection extérieur. Les inconvénients de la solution connue sont : - givrage à des températures négatives lié à ce que les essais des AAE sont réalisés dans l’air du volume fermé à la pression atmosphérique normale, en résultat du givre apparait à des températures négatives et, comme une conséquence, la probabilité d’un court-circuit des sorties des modèles essayés ; - absence de contacts électriques durs à l’intérieur du volume de service du dispositif assurant la connexion des modèles essayés et n’altérant pas l’étanchéité du volume de service, en résultat le contact fiable du dispositif avec le modèle essayé pendant l’essai est absent. est un dessin de l’appareil. est une coupe verticale de l’appareil. Réalisation de l'invention Le dispositif exerçant un impact thermique sous vide représente un appareil de bureau dont la zone de service est située dessus, comportant : une plateforme porteuse étanche 2 avec les canaux de mesure insérés dans son intérieur via un connecteur étanche 7 finissant par des broches pogo 5 représentant l’interface de connexion des modèles testés ; un groupe thermique 6 destiné au chauffage et au refroidissement des modèles testés et comportant un élément Peltier et une surface de contact 4 assurant l’échange thermique de l’élément Peltier et des modèles testés, un système de refroidissement par air destiné à l’absorption de chaleur produite par les éléments Peltier composé d’une prise de chaleur 3, d’une pompe à eau, d’un radiateur à flux d’air de refroidissement avec des ventilateurs et des flexibles de raccordement ; un chapeau levable 1 assurant la possibilité d’ouverture, de placement et de connexion du modèle testé ; un système à vide composé d’une pompe à vide, d’un solénoïde de commutation, d’un vacuomètre électronique et des tubes de connexion ; des blocs de commande électronique, de commutation et de liaison avec un ordinateur extérieur ; des sources d’alimentation et un régulateur PID ; un corps de protection extérieur. Les particularités du dispositif sont : atteinte des températures de consigne dans le vide peu poussé ; moyen de transfert d’un impact thermique au modèle testé grâce au contact direct du transmetteur de chaleur, c’est-à-dire « corps physique – corps physique » ; petit volume de service pour y placer le modèle testé ; le même élément Peltier joue le rôle d’élément chauffant et d’élément de refroidissement ; connexion du modèle testé dans le volume de service au moyen des broches pogo. Le dispositif possède un volume intérieur étanche, dans lequel est disposé un module Peltier à quatre cascades, un circuit imprimé à broches pogo 5, un transmetteur de chaleur avec un capteur de température situé dans son intérieur. Pour assurer l’étanchéité du volume après l’ouverture du chapeau 1 et l’installation du modèle testé, la fermeture et l’adhérence à la plateforme 2 sont assurées par l’anneau d’étanchéité, ainsi que par une pince fixant le chapeau. La plateforme étanche 2 elle-même est composée de deux tôles : la tôle supérieure en polyoxyméthylène POMc avec une faible conductivité thermique et la tôle inférieure en alliage d’aluminium prenant part au processus d’échange de chaleur comme la « masse ». Un espace vide est prévu dans les tôles torsadées étroitement via un anneau d’étanchéité. Dans cet espace sont disposés : un élément Peltier à quatre cascades, un circuit imprimé avec les broches pogo 5 et un transmetteur de chaleur représentant une surface de contact assurant l’échange de chaleur de l’élément Peltier et des modèles testés. À l’intérieur du transmetteur de chaleur un capteur de température de platine Pt-100 est disposé à distance de 1 mm au maximum de la surface de contact avec le modèle. Sur la tôle inférieure en aluminium de la plateforme sont également disposés un connecteur étanche des canaux de mesure, un connecteur étanche de l’alimentation de puissance, un raccord de passage pour le vide, ainsi qu’une prise de chaleur 3, des supports de fixation de la pompe à eau et du radiateur de refroidissement par air. La prise de chaleur 3 située juste sous l’élément Peltier est l’élément principal de prise de chaleur. Le fluide circulant dans un contours fermé diffuse le surplus de chaleur sur le radiateur à flux d’air de refroidissement. L’eau distillée est utilisée en qualité de fluide de circulation. La commande, la commutation et le réglage précis de la température établie sont assurés au moyen des ordres arrivant à partir de l’ordinateur extérieur au régulateur PID et aux blocs de commutation électronique. La gamme de températures réglées est comprise entre moins 65°С et plus 125°С. La précision de réglage est de ±0,5°С. Le temps d’établissement de la température de consigne est de 10 minutes. Le fonctionnement du dispositif exerçant un impact thermique sous vide est basé sur l’élément Peltier à quatre cascades appliqué ayant une grande réserve de pouvoir réfrigérant. En mettant l’élément Peltier sous tension via le commutateur électronique commandé par le régulateur PID, et modifiant la polarité d’alimentation, la température souhaitée est atteinte. La zone de service diminuée où le modèle est disposé et connecté avec utilisation des matériaux avec une faible conductivité thermique assure des faibles performances d’apports de chaleur parasites. Après la création dans le volume de service d’un vide peu poussé, le givre n’apparait pas lors de l’atteinte de basses températures. La chaleur est transmise au modèle testé au moyen de contact via le transmetteur de chaleur. Le capteur de température lié au commutateur électronique et situé à la proximité de la surface du modèle, juste dans le corps du transmetteur de chaleur, est utilisé pour contrôler la température. Le branchement et le débranchement du système à vide et du système de refroidissement par air sont effectués à l’aide des automatismes via le commutateur électronique lors de l’établissement de la température et du lancement du processus de refroidissement ou de chauffage du modèle. En même temps il est possible d’utiliser en qualité des automatismes mentionnés soit un ordinateur extérieur, soit un bloc analogique élémentaire assurant le branchement /débranchement du système à vide et du système de refroidissement par air au moment de branchement / débranchement du dispositif. De plus, la variante de réalisation est possible qui prévoit le branchement /débranchement du système à vide et du système de refroidissement par air sous la commande du régulateur PID après l’atteinte de la température de consigne. Dispositif exerçant un impact thermique sous vide pour la réalisation des essais et des mesures des caractéristiques techniques d’articles et d’appareils électroniques, AAE, comportant une plateforme porteuse étanche (2) avec des canaux de mesure insérés dans son intérieur pour la connexion de modèles à tester, un groupe thermique (6) destiné au chauffage et au refroidissement des modèles testés et comportant un élément Peltier et une surface de contact (4) assurant l’échange thermique de l’élément Peltier et des modèles testés, un évacuateur de chaleur, un chapeau levable (1) assurant la possibilité d’ouverture, de placement et de connexion des modèles testés, des blocs de commande électronique, de commutation et de liaison avec un ordinateur extérieur, des sources d’alimentation, un corps de protection extérieur, caractérisé par le fait qu’il comporte en complément un système de refroidissement par air destiné à absorber la chaleur produite par l’élément Peltier et comportant une prise de chaleur (3), une pompe à eau, un radiateur à flux d’air de refroidissement avec des ventilateurs et des flexibles de raccordement, un système à vide composé d’une pompe à vide, d’un solénoïde de commutation, d’un vacuomètre électronique et de tubes de connexion, un régulateur proportionnel-intégral-différentiel, PID, et avec cela les canaux de mesure sont insérés à l’intérieur de la plateforme étanche (2)par l’intermédiaire d’un connecteur étanche et finissent par des broches pogo représentant l’interface de connexion des modèles testés.