УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕПЛОВЫХ ИСПЫТАНИЙ РАДИОЭЛЕМЕНТОВ

Полезная модель относится к области электротехники, а именно контрольно-испытательному оборудованию изделий электронной техники и может найти применение при испытании и настройке радиоэлектронной аппаратуры (РЭА), когда требуется определить влияние изменения (в том числе циклического) температуры отдельного элемента на работу РЭА. Полезная модель может быть использована при производстве и испытаниях элементов РЭА, в том числе и уже установленных на печатной плате; а также, для снятия вольт-амперных характеристик элементов РЭА при отрицательных и положительных температурах.
Из уровня техники известен экспериментальный стенд, позволяющий реализовать неравномерное охлаждение заданных элементов РЭА на печатной плате [1. Т.А. Исмаилов, О.В. Евдулов, И.А. Габитов. Экспериментальный стенд для исследования системы неравномерного охлаждения электронных плат 2011 г., ж. Ползуновский вестник №3/1. - С. 148-151, рис. 1]. Стенд выполнен в виде теплоизолированной климатической камеры, имеющей емкость, заполненную рабочим веществом - парафином. Верхняя поверхность емкости имеет два паза для размещения регуляторов температуры, выполненных в виде элементов Пельтье (как указано в [1] ТЭМ типа DRIFT-08). Верхняя поверхность элементов Пельтье имеет возможность контакта с испытуемыми элементами электронных плат. Однако этот стенд имеет ограниченные возможности, потому что он способен изменять температуру выбранных элементов РЭА только для той платы, для которой он был спроектирован.
Из уровня техники известно устройство, которое описано в патенте на полезную модель РФ [2. Патент РФ №122202, МПК H01L 21/66, опубликован 20.11.2012 г.], оно является наиболее близким к заявляемой полезной модели по технической сути и назначению и взято за прототип. В [2] описано контактирующее устройство для измерения внешним измерителем вольт-амперных характеристик пластин фотопреобразователя. Контактирующее устройство [2] содержит подвижное удерживающее устройство с предметным столиком, на котором размещаются пластины (испытуемый элемент РЭА), датчик температуры, регулятор температуры в виде элемента Пельтье, расположенного в основании предметного столика. Предметный столик снабжен вакуумируемой полостью, сообщающейся с регулятором вакуума и опорной поверхностью предметного столика посредством каналов. Подвижное удерживающее устройство, контактирующее с элементом Пельтье, по существу выполняет функцию теплообменника. По своему назначению контактирующее устройство [2] является специализированным устройством и предназначено для проведения тепловых испытаний только пластин фотопреобразователя. Это устройство позволяет обеспечить положительную или отрицательную температуру на пластине фотопреобразователя и регулировать ее в заданных пределах. Однако это устройство не позволяет изменять и регулировать температуру на других элементах РЭА, имеющих конфигурацию, отличающуюся от пластин. Кроме того испытания будут невозможны, если испытуемый элемент РЭА уже установлен на печатную плату, потому что трудно будет обеспечить необходимый контакт элемента РЭА с регулятором температуры из-за других элементов РЭА, установленных на этой печатной плате. Кроме того в контактирующем устройстве [2] не обеспечено охлаждение теплообменника (подвижного удерживающего устройства), что снижает мощность охлаждения, снимаемую с испытуемого элемента, и сужает область применения этого устройства.
Задачей и техническим результатом полезной модели является создание универсального устройства для проведения тепловых испытаний радиоэлементов, позволяющего провести тепловые испытания для отдельных элементов РЭА с различной конфигурацией корпуса, а также для элементов РЭА, уже установленных на печатной плате, при одновременном расширении диапазона тепловой мощности, снимаемой с испытуемого элемента РЭА.
Поставленная задача и технический результат достигаются следующим образом. Заявляемая полезная модель, как и прототип, содержит контактирующее устройство, содержащее регулятор температуры, выполненный в виде элемента Пельтье, датчик температуры и теплообменник.
В отличие от прототипа контактирующее устройство дополнительно содержит второй регулятор температуры, второй и третий теплообменники, второй датчик температуры, съемное жало, и блок управления, гибко связанный с контактирующим устройством. При этом первый и второй регуляторы температуры размещены между первым и вторым, вторым и третьим теплообменниками соответственно. Первый и второй датчики температуры размещены соответственно на первом и втором теплообменниках. При этом съемное жало одной из своих сторон соединено с первым теплообменником, а другой стороной имеет возможность сопряжения с корпусом элемента РЭА. Контактирующее устройство имеет три входа и три выхода. Первый и второй выходы контактирующего устройства образованы электрическими контактами первого и второго датчиков температуры соответственно и служат для соединения с пятым и четвертым входами бока управления соответственно. Третий выход контактирующего устройства образован одним из гидравлических штуцеров третьего теплообменника и служит для соединения с третьим входом блока управления. Второй гидравлический штуцер третьего теплообменника образует первый вход контактирующего устройства и служит для соединения с первым выходом блока управления. Второй и третий входы контактирующего устройства образованы соответственно электрическими контактами второго и первого регуляторов температуры и служат для соединения со вторым и третьим выходами блока управления. Они предназначены для подачи питания соответственно на второй и первый регуляторы температуры.
В частном случае выполнения блок управления имеет систему управления (СУ), источник вторичного электропитания (ИВЭП), управляемый источник питания (УИП), систему охлаждения (СО) и панель оператора (ПО). Вход ИВЭП соединен с первым входом СО и образует второй вход блока управления. Выход ИВЭП соединен со вторым входом СО и первым входом УИП. Первый и второй выходы УИП образуют второй и третий выходы блока управления. Третий вход и первый выход СО образованы гидравлическими штуцерами и являются третьим входом и первым выходом блока управления соответственно. Первый вход БУ служит для связи с ПО. Выход ПО соединен с первым входом СУ, при этом второй и третий входы СУ образуют четвертый и пятый входы блока управления. Четвертый вход СУ соединен со вторым выходом СО. Пятый вход СУ соединен с третьим выходом УИП. Первый и второй выходы СУ соединены с четвертым и пятым входами СО. Пятый выход СУ соединен со вторым входом УИП.
В частном случае выполнения система охлаждения имеет первый и второй управляемые ключи, вентилятор, служащий для охлаждения жидкостного радиатора со встроенным третьим датчиком температуры и насос. Первый и второй входы первого управляемого ключа образуют соответственно первый и четвертый входы СО. Выход первого управляемого ключа соединен с вентилятором. Первый и второй входы второго управляемого ключа образуют соответственно второй и пятый входы СО. Выход второго управляемого ключа соединен с электрическими контактами привода насоса. Гидравлический вход жидкостного радиатора образует третий вход СО. Гидравлический выход жидкостного радиатора соединен с гидравлическим входом насоса, гидравлический выход которого образует первый выход СО. Электрические контакты третьего датчика температуры образуют второй выход СО.
Техническая суть заявляемой полезной модели поясняется чертежами: где на фиг. 1 показана структурная схема устройства тепловых испытаний радиоэлементов, на фиг. 2 показана структурная схема блока управления для устройства тепловых испытаний радиоэлементов, на фиг. 3 показана функциональная схема системы охлаждения для устройства тепловых испытаний радиоэлементов.
Контактирующее устройство 1 фиг. 1 содержит съемное жало 2, одна из поверхностей 3 которого сопряжена с корпусом элемента РЭА 4, установленного на печатное плате 5. Вторая поверхность 6 съемного жала 2 соединена с одной из поверхностей первого теплообменника 7. Вторая сторона теплообменника 7 соединена с первой стороной первого элемента Пельтье 8, вторая сторона которого соединена с первой стороной второго теплообменника 9. Вторая сторона второго теплообменника 9 соединена с первой стороной второго элемента Пельтье 10, вторая сторона которого соединена с первой стороной третьего теплообменника 11. На первом теплообменнике 7 установлен первый датчик температуры 12, на втором теплообменнике 9 установлен второй датчик температуры 13. Электрические контакты первого датчика температуры 12 образуют первый выход 14 контактирующего устройства 1. Электрические контакты второго датчика температуры 13 образуют второй выход 15 контактирующего устройства 1. Один из гидравлических штуцеров третьего теплообменника 11 образует третий выход 16 контактирующего устройства 1, а второй гидравлический штуцер третьего теплообменника 11 образует первый вход 17 контактирующего устройства 1. Электрические контакты второго элемента Пельтье 10 образуют второй вход 18 контактирующего устройства 1. Электрические контакты первого элемента Пельтье 8 образуют третий вход 19 контактирующего устройства 1. Блок управления 20 имеет пять входов и три выхода и гибко соединен с контактирующим устройством 1. Первый вход 21 предназначен для задания температуры оператором. Второй вход 22 предназначен для подключения к сети переменного тока. Третий вход 23 образован первым гидравлическим штуцером блока управления 20 и соединен с третьим выходом 16 контактирующего устройства 1. Четвертый вход 24 предназначен для приема электрического сигнала со второго датчика температуры 13 и соединен со вторым выходом 15 контактирующего устройства 1. Пятый вход 25 предназначен для приема электрического сигнала с первого датчика температуры 12 и соединен с первым выходом 14 контактирующего устройства 1. Первый выход 26 блока управления 20 образован вторым гидравлическим штуцером блока управления 20 и соединен с первым входом 17 контактирующего устройства 1. Второй и третий выходы 27, 28 предназначены для подачи питания соответственно на второй и первый элементы Пельтье, и соединены со вторым 18 и третьим 19 входами контактирующего устройства 1.
Блок управления 20 фиг. 2 содержит источник вторичного электропитания (ИВЭП) 29, управляемый источник питания (УИП) 30, систему охлаждения (СО) 31, панель оператора (ПО) 32 и систему управления (СУ) 33. Вход ИВЭП 29 соединен с первым входом 34 СО 31 и образует второй вход 22 блока управления 20. Выход 35 ИВЭП 29 соединен со вторым входом 36 СО 31 и первым входом 37 УИП 30. Первый и второй выходы УИП 30 образуют второй и третий выходы 27, 28 блока управления 20. Третий вход 38 и первый выход 39 СО 31 образованы гидравлическими штуцерами и являются третьим входом 23 и первым выходом 26 блока управления 20 соответственно. ПО 32 образует первый вход 21 БУ 20, а выход ПО 32 соединен с первым входом 40 СУ 33. Второй 41 и третий 42 входы СУ 33 образуют четвертый 24 и пятый 25 входы блока управления 20. Четвертый вход 43 СУ 33 соединен со вторым выходом 44 СО 31. Пятый вход 45 СУ 33 соединен с третьим выходом 46 УИП 30. Первый 47 и второй 48 выходы СУ 33 соединены с четвертым 49 и пятым 50 входами СО 31. Пятый выход 51 СУ 33 соединен со вторым входом 52 УИП 30.
Система охлаждения 31 фиг. 3 содержит первый 53 и второй 54 управляемые ключи, электро-вентилятор 55, служащий для охлаждения жидкостного радиатора 56 со встроенным третьим датчиком температуры 57 и насос 58. Первый и второй входы первого управляемого ключа 53 образуют первый 34 и четвертый 49 входы СО 31, а его выход соединен с электро-вентилятором 55. Первый и второй входы второго управляемого ключа 54 образуют второй 36 и пятый 50 входы СО 31, а его выход соединен с электрическими контактами привода насоса 58. Гидравлический вход жидкостного радиатора 56 образует третий вход 38 СО 31. Гидравлический выход жидкостного радиатора 56 соединен с гидравлическим входом насоса 58, гидравлический выход которого образует первый выход 39 СО 31. Электрические контакты третьего датчика температуры 57 образуют второй выход 44 СО 31.
Работа устройства для тепловых испытаний радиоэлементов осуществляется следующим образом.
Контактирующее устройство 1 соединено с БУ 20 гибкими шлангами для циркуляции теплоносителя, силовыми кабелями для питания элементов Пельтье 8, 10 и кабелями для снятия сигналов с датчиков температуры 12, 13 (шланги и кабели на чертежах не показаны). Контактирующее устройство 1 устанавливается жалом 2 на корпус элемента РЭА 4, в качестве которого в данном примере взята микросхема операционного усилителя. За счет сопрягаемой поверхности 3 съемного жала 2 обеспечивается эффективный теплообмен между поверхностью 3 съемного жала 2 и корпусом элемента РЭА 4. Оператор с помощью ПО 32 задает температуру съемного жала 2, в том числе в случае необходимости и ее циклическое изменение. Далее посредством элементов Пельтье 8, 10 и датчиков температуры 12, 13 устанавливается заданная температура съемного жала 2. При этом СУ 33, с помощью второго управляемого ключа 54 включает насос 58, обеспечивающий циркуляцию теплоносителя между контактирующим устройством 1 и БУ 20. Если съемное жало 2 имеет температуру выше или ниже заданной оператором в ПО 32, его соответственно охлаждает или нагревает первый элемент Пельтье 8. Температура второго теплообменника 9 задается вторым элементом Пельтье 10 и обеспечивает опорную температуру первого элемента Пельтье 8. Третий теплообменник 11 соединен с БУ 20 и служи для передачи мощности с помощью циркулирующего теплоносителя. Если температура циркулирующего теплоносителя выходит за заданные пределы СУ 33 с помощью первого управляемого ключа 53 включает электро-вентилятор 55 для охлаждения жидкостного радиатора 56. Далее элемент РЭА подключается к измерительным приборам (вольтметрам, амперметрам, осциллографам - на чертежах не показаны) для оценки его эксплуатационных характеристик.
При охлаждении элемента РЭА выделяемая им мощность передается через сопряженную поверхность 3 съемного жала 2 и поглощается первым элементом Пельтье 8 через первый теплообменник 7. В дальнейшем эта мощность складывается с потребляемой мощностью первого элемента Пельтье 8 и поглощается вторым элементов Пельтье 10 через второй теплообменник 9. Данная мощность складывается с потребляемой мощностью второго элемента Пельтье 10 и передается в третий теплообменник 11. Далее мощность передается в БУ 20, где она рассеивается в окружающую среду с помощью СО 31.
При нагреве элемента РЭА СУ 33 производит смену полярности тока элементов Пельтье 8, 10 с помощью УИП 30. Второй элемент Пельтье 10 по-глощает мощность СО 31 через третий теплообменник 11. В дальнейшем эта мощность складывается с потребляемой мощностью второго элемента Пельтье 10 и передается на первый элемент Пельтье 8, через второй теплообменник 9. Первый элемент Пельтье 8 поглощает полученную мощность, которая склады-вается с потребляемой мощностью первого элемента Пельтье 8 и передает её на элемент РЭА через первый теплообменник 7 и сопряженную поверхность 3 съемного жала 2.
Заявляемая полезная модель обеспечивает достижение технического резуль-тата, заключающегося в создании универсального устройства для проведе-ния тепловых испытаний радиоэлементов. Универсальность устройства за-ключается в том, что появляется возможность: проводить тепловые испыта-ния радиоэлементов, имеющих различные типы корпусов, которые в свою оче-редь имеют различную выделяемую тепловую мощность; проводить тепловые испытания радиоэлементов как установленных на печатной плате, так еще и не-установленных на ней, которые также имеют различную выделяемую тепловую мощность; проводить тепловые испытания радиоэлементов, имеющих различ-ные типы корпусов, как установленных на печатной плате, так еще и неустанов-ленных на ней, во всем диапазоне требуемых выделяемых тепловых мощностей за счет расширения диапазона тепловой мощности, снимаемой с испытуемого элемента РЭА. Вышеназванный технический результат обеспечивается сово-купностью признаков независимого пункта формулы полезной модели. Та-кими признаками являются: два регулятора температуры, выполненные в ви-де элементов Пельтье, три теплообменника, два датчика температуры, съемное жало и блок управления, гибко связанный с контактирующим устройством, а также необходимые связи этих конструктивных элементов, указанные в первом независимом пункте формулы полезной модели.