一套基于定标量热法的量热法装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术提出一套基于定标量热法的量热法装置，所述测量装置包括装有热交换工质的绝热罐，其罐口处覆有以绝热材料成型的罐盖，当进行定标作业时，罐内的测量位处设有向电热元件供电的定标供电线缆；当进行热损耗测量时，测量位处设有向磁性元件供电的待测件供电线缆；所述定标供电线缆、待测件供电线缆均从罐盖穿出；所述定标供电线缆经第二开关与直流电源相连；所述待测件供电电缆经第一开关与高频交流激励电源相连；所述罐盖处还穿置有温度传感器；所述温度传感器的测量端浸于热交换工质中；本实用新型专利技术能精确测量磁芯元器件的热损耗。耗。耗。

【技术实现步骤摘要】
一套基于定标量热法的量热法装置


[0001]本技术涉及测量
，尤其是一套基于定标量热法的量热法装置。

技术介绍

[0002]新一代半导体器件——宽禁带半导体器件(SiC和GaN)的出现把功率变换器推向更高频和更高功率密度。半导体器件功率变换器高频化和小型化后，其中磁性元件的体积、重量和损耗占比更大，因此磁性元件性能严重影响整体系统性能的优劣。磁心损耗的精确量化是磁性元件优化设计的必备条件。现有的磁心损耗测量方法都无法精确测量频率MHz级激励磁心损耗(损耗非常小)。
[0003]目前磁心损耗(热损耗)的测量方法主要有电气法和量热法，量热法的测量误差来源有三种：热量散失、额外的热量、温度测量误差。热量散失有传导、对流和辐射三种途径。固定的热工质装在固有隔热容器内，辐射散热可忽略。采用液体热工质，则容器里剩余的气体与热工质的对流使热量不完全被热工质吸收。传导散热包括：被测件产生的热量通过被测件与激励的连接线散热；绝热容器不能完全绝热，被测件产生的热量通过绝热容器的散热；热工质通过温度传感器的散热。传导散热与容器内、外的温度差成正比。为了均匀热工质中的热分布所添加的搅拌器将带来额外的热量。温度传感器的精度会带来温度测量的误差。
[0004]量热法工作的整个过程中，除了热工质吸收热量以外，绝热罐、搅拌磁子、温度计和被测磁性元件都吸收热量，因此仅仅利用热工质的比热容计算损耗会产生很大误差，且热工质的比热容很难精确获得。总之，量热法装置的建立和实现非常困难。
[0005]本技术建立量热法装置可以精确测量50mW至5W的损耗，对宽禁带器件功率变换器中磁性元件磁心损耗的量化研究具有重要的理论指导意义和实用价值。

技术实现思路

[0006]本技术提出一套基于定标量热法的量热法装置，能精确测量磁芯元器件的热损耗。
[0007]本技术采用以下技术方案。
[0008]一套基于定标量热法的量热法装置，所述测量装置包括装有热交换工质的绝热罐，其罐口处覆有以绝热材料成型的罐盖，当进行定标作业时，罐内的测量位处设有向电热元件供电的定标供电线缆；当进行热损耗测量时，测量位处设有向磁性元件供电的待测件供电线缆；所述定标供电线缆、待测件供电线缆均从罐盖穿出；所述定标供电线缆经第二开关与直流电源相连；所述待测件供电电缆经第一开关与高频交流激励电源相连；所述罐盖处还穿置有温度传感器；所述温度传感器的测量端浸于热交换工质中。
[0009]所述绝热罐罐腔底部设有磁力搅拌器的磁子；所述磁子为带有翅膀结构的橄榄形磁子；所述绝热罐罐壁内设有用于隔热的真空结构。
[0010]所述电热元件为高频性能优秀、温度性能优秀的高精密电阻；所述磁性元件为半
导体装置内的磁芯器件；所述热交换工质为甲基硅油。
[0011]当量热法装置测量热损耗的量程为0.05W至0.5W时，绝热罐的容量为350ml；当量热法装置测量热损耗的量程为0.5W至5W时，绝热罐的容量为500ml。
[0012]所述温度传感器为水银温度计；当量热法装置测量热损耗的量程为0.05W至0.5W时，所述水银温度计为精度为0.01℃的水银贝克曼温度计；当量热法装置测量热损耗的量程为0.5W至5W时，所述水银温度计为精度为0.1℃的水银温度计。
[0013]一套基于定标量热法的量热法测量方法，采用上述的量热法装置，用于测量磁性元件工作时的热损耗，所述测量方法包括以下步骤；
[0014]步骤S1、以预设容量的隔热容器为测量容器，在测量容器内加入预设量的液态热交换工质；
[0015]步骤S2、把预设功率的电热元件置于隔热容器的测量位处并浸没于热交换工质中，以直流电压源对电热元件供电使之加热热交换工质达到定标时长，记录电热元件的电流值并计算其发热功率，并获取热交换工质在受热期间的温升量，以发热功率和温升量为定标的标定数据；
[0016]步骤S3、多次改变对电热元件的供电电压以改变其发热功率来获得多组标定数据，得出定标后的功率温升数学模型；
[0017]步骤S4、把磁性元件置于测量位并使其按定标时长工作，以热交换工质的温升量代入功率温升数学模型来计算其热损耗。
[0018]在步骤S3中，先画出功率温升曲线，并利用最小二乘法拟合出功率
‑
温升数学模型。
[0019]所述电热元件为高精密电阻；所述步骤S3还包括精度验证步骤，在精度验证步骤中，利用另外一个高精密电阻验证精度，向用于验证精度的该高精密电阻施加直流功率至定标时长，利用温升量和定标后的功率温升数学模型计算其损耗，并与该高精密电阻的直流功率相比较，以验证功率温升数学模型的测量精度。
[0020]所述测量容器为在工况不变的情况下散热为定值的绝热罐；所述磁性元件为半导体装置内的磁芯器件；设高精密电阻或磁芯器件在测量过程通电后，其形成的热源的功率为W，k1和k2是与绝热罐中热交换工质性质和热源加热时间有关的待定系数，则功率温升数学模型以公式表述为
[0021]W＝k1·
ΔT+k2。
[0022]在步骤S1中，加入预设量的热交换工质后，需进行热平衡步骤，在热平衡步骤中，绝热罐内的热交换工质静置预设时长后，对绝热罐内温度和环境温度进行测量，若三次以上的测温结果相同，则说明罐内温度与外界温度已经稳定，然后以搅拌器按预设转速对绝热罐内的热交换工质进行搅拌，在搅拌期间按固定时间间隔测量罐内工质的温升量，若连续三次以上的温升量测量结果相同，则进入步骤S2。
[0023]本技术建立的量热法装置、定标量热法通过定标的方式消除了装置散热，搅拌等带来的测量误差，其量程可以精确测量50mW至5W的损耗，其测量精度在10％以内，对宽禁带器件功率变换器中磁性元件磁芯热损耗的量化研究具有重要的理论指导意义和实用价值。
附图说明
[0024]下面结合附图和具体实施方式对本技术进一步详细的说明：
[0025]附图1是本技术所述量热法装置的示意图；
[0026]附图2是功率温升曲线的示意图；
[0027]图中：1
‑
第一开关；2
‑
第二开关；3
‑
高频交流激励电源；4
‑
直流电源；5
‑
温度传感器；6
‑
真空结构；7
‑
电热元件；8
‑
磁子；9
‑
磁性元件；10
‑
热交换工质；11
‑
绝热罐；12
‑
罐盖。
具体实施方式
[0028]如图所示，一套基于定标量热法的量热法测量方法，用于测量磁性元件工作时的热损耗，所述测量方法包括以下步骤；
[0029]步骤S1、以预设容量的隔热容器为测量容器，在测量容器内加入预设量的液态热交换工质；
[0030]步骤S2、把预设功率的电热元件置于隔热容器的测量位处并浸没于热交换工质中，以直流电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一套基于定标量热法的量热法装置，其特征在于：所述量热法装置包括装有热交换工质的绝热罐，其罐口处覆有以绝热材料成型的罐盖，当进行定标作业时，罐内的测量位处设有向电热元件供电的定标供电线缆；当进行热损耗测量时，测量位处设有向磁性元件供电的待测件供电线缆；所述定标供电线缆、待测件供电线缆均从罐盖穿出；所述定标供电线缆经第二开关与直流电源相连；所述待测件供电电缆经第一开关与高频交流激励电源相连；所述罐盖处还穿置有温度传感器；所述温度传感器的测量端浸于热交换工质中。2.根据权利要求1所述的一套基于定标量热法的量热法装置，其特征在于：所述绝热罐罐腔底部设有磁力搅拌器的磁子；所述磁子为带有翅膀结构的橄榄形磁子；所述绝热罐罐壁内设有用于隔热的真空结构。3.根据权利要求1所述的一套基于定...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪晶慧，黄福镔，陈为，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：新型
国别省市：