專利名稱：熱管測量系統(tǒng)及測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明系關(guān)于一種熱管測量系統(tǒng)，特別是關(guān)于分辨熱管質(zhì)量之熱 管測量系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
熱管是目前廣泛用于個人計(jì)算機(jī)、可攜式計(jì)算機(jī)、或游戲機(jī)用以 散熱之重要組件。想藉由熱管的外觀來判斷熱管的質(zhì)量是非常困難 的，應(yīng)該測量熱導(dǎo)系數(shù)以決定熱管的質(zhì)量。習(xí)知的熱管測量系統(tǒng)是在 凝結(jié)端利用水流循環(huán)控溫，在蒸發(fā)端以定功率加熱。如此需要較長的 時間來達(dá)到熱平衡以完成測量。往往由于水流循環(huán)次系統(tǒng)的不穩(wěn)定導(dǎo) 致測量的誤差，然而維持水流循環(huán)次系統(tǒng)的穩(wěn)定是相當(dāng)耗時且昂貴 的。于熱管測量系統(tǒng)中，特別是大量生產(chǎn)的生產(chǎn)線， 一般測量系統(tǒng)是 相當(dāng)耗時、不精確、難以維護(hù)且不符經(jīng)濟(jì)效益。因此，有必要提供一 個快速、準(zhǔn)確、易于維護(hù)且符合經(jīng)濟(jì)效益的測量系統(tǒng)模式。 發(fā)明目的
本發(fā)明的目的在于提供一測量系統(tǒng)以便在短時間內(nèi)決定熱管的 熱導(dǎo)系數(shù)。
本發(fā)明的另一目的在于提供一測量系統(tǒng)，藉由精確且穩(wěn)定地控制 冷卻的溫度，以精確的結(jié)果來決定熱管的熱導(dǎo)系數(shù)。
本發(fā)明的另一目的在于提供一易于維護(hù)且不需水流循環(huán)次系統(tǒng) 的測量系統(tǒng)。
為現(xiàn)實(shí)上述目的，本發(fā)明采用了下述技術(shù)方案該熱管測量系統(tǒng) 包含一熱管在于提供電子設(shè)備冷卻，該熱管包含連接至一第一溫度感應(yīng)計(jì)之一第一端及一第二溫度感應(yīng)計(jì)之一第二端； 一加熱器，連接至 該第一端及一加熱控制器； 一熱電冷卻器，連接至該第二端；以及一 熱電冷卻器控制器，電性連接至該第一溫度感應(yīng)計(jì)或該第二溫度感應(yīng) 計(jì)，其中該熱電冷卻器控制器包含一比例-積分-微分控制器，該加熱 控制器具備定溫控制或定熱功率控制，其中該電子設(shè)備具至少一產(chǎn)生 高熱量且熱量集中電子組件，該電子設(shè)備之高熱量電子組件種類例如 可包含一計(jì)算機(jī)、 一可攜式計(jì)算機(jī)、或一游戲機(jī)之一中央處理器或一 圖形處理器， 一計(jì)算機(jī)屏幕、 一液晶電視屏幕、或一高效率照明燈之 一高功率發(fā)光二極管等。
通過上述技術(shù)方案，從而該發(fā)明具有下述有益效果可以在在短 時間內(nèi)決定熱管的熱導(dǎo)系數(shù)；能精確、穩(wěn)定地控制冷卻的溫度，以精 確的結(jié)果來決定熱管的熱導(dǎo)系數(shù)以及易于維護(hù)且不需水流循環(huán)次系 統(tǒng)。


圖1為本發(fā)明測量系統(tǒng)之一實(shí)施例。 圖2為本發(fā)明熱電冷卻器控制器之一實(shí)施例。 圖3為本發(fā)明包含一多功能加熱控制器之一實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作出進(jìn)一步的詳細(xì)說明。 參考圖l，為本發(fā)明測量系統(tǒng)之一實(shí)施例。熱管110用以冷卻一 生熱組件，例如中央處理器，的冷卻模塊中的部分組成組件。熱管 110可能包含環(huán)繞熱管110凝結(jié)端之一熱管支撐平臺111，及環(huán)繞熱 管110蒸發(fā)端之另一熱管支撐平臺112。熱管支撐平臺111及112(具 夾持功能之平臺座)都是具有高熱導(dǎo)系數(shù)的物質(zhì)，例如金屬。熱管支撐平臺111及112也都是測量系統(tǒng)中重要的組成組件。
加熱器130透過熱管支撐平臺111對熱管110的蒸發(fā)端加熱。加 熱器130根據(jù)多功能加熱器控制器150的設(shè)定，可能藉由電力產(chǎn)生熱 能來達(dá)到定溫(如第2,3圖之信號Stfb所示)或定熱功率(如第3圖 S切換至Spfb所示)加熱，多功能加熱器控制器150。藉由定熱功率 Q，或是動態(tài)調(diào)整熱功率以使溫度感應(yīng)計(jì)171所測量的蒸發(fā)端的溫度 為定值的方法來控制加熱器130。
熱電冷卻器控制器120控制熱電冷卻器模塊250且透過熱管支撐 平臺112冷卻熱管110的凝結(jié)端。熱電冷卻器模塊250其結(jié)構(gòu)可能包 含，但不限于，矩陣排列于基板上的熱電材塊。散熱器160連接到熱 電冷卻器模塊120以幫助散熱。散熱器160可能包含，但不限于，鰭
狀金屬結(jié)構(gòu)(熱交換結(jié)構(gòu))。任何可幫助熱電冷卻器模塊250散熱的 結(jié)構(gòu)皆在本專利所保護(hù)的范圍內(nèi)。此外，風(fēng)扇(未圖示)或是水流循
環(huán)皆可用來幫助散熱。溫度感應(yīng)計(jì)174監(jiān)測因熱電冷卻器模塊250及 散熱器160所達(dá)到的的溫度。
熱電冷卻器控制器120連接到熱電冷卻器模塊250，藉由溫度感 應(yīng)計(jì)174的回饋來控制散熱效率以產(chǎn)生穩(wěn)定的溫度。位于熱管110蒸 發(fā)端的溫度感應(yīng)計(jì)172 (為了 Tl的計(jì)算)及173 (為了 Tl的計(jì)算) 測量所對應(yīng)的溫度，前者靠近熱管110的端點(diǎn)，后者較遠(yuǎn)離熱管IIO 的端點(diǎn)。計(jì)算這兩個對應(yīng)的溫度得到蒸發(fā)端的第一平均溫度Tl。位 于熱管110凝結(jié)端的溫度感應(yīng)計(jì)175 (為了T2的計(jì)算)及176 (為了 T2的計(jì)算)測量所對應(yīng)的溫度，前者靠近熱管110的另一端點(diǎn)，后 者較遠(yuǎn)離熱管110的此另一端點(diǎn)。計(jì)算這兩個對應(yīng)的溫度得到蒸發(fā)端 的第一平均溫度T2。上述Tl及T2的計(jì)算只是舉例說明，不應(yīng)限定為蒸發(fā)端及凝結(jié)端溫度的惟一定義，Tl及T2，亦即蒸發(fā)端及凝結(jié)端 溫度的其它定義位置與方式，不應(yīng)被視為脫離本發(fā)明的范疇。
所測量的熱管的熱導(dǎo)系數(shù)K是由公式(^K(T1-T2)所得。凝結(jié)端 是藉由熱電冷卻器控制器120做定溫控制。蒸發(fā)端可給予定熱功率Q 控制或是做另一固定溫度的定溫控制。多功能加熱器控制器150具備 這兩種控制模式。前一控制模式中，K是藉由測量Tl及T2及給定的 Q計(jì)算所得。后一控制模式中，多功能加熱器控制器150會測量所需 的Q。 K是藉由測量Q、 Tl、 T2之后計(jì)算所得。
參考圖2,為本發(fā)明熱電冷卻器控制器200(即第1圖之熱電冷卻 器控制器120)之一實(shí)施例。熱電冷卻器控制器200包含一電壓設(shè)定電 路210， 一比例-積分-微分控制器220， 一雙向驅(qū)動電路230，及一溫 度對電壓轉(zhuǎn)換電路240。熱電冷卻器模塊250的溫度感應(yīng)器260傳送 所監(jiān)測的溫度的訊號到溫度對電壓轉(zhuǎn)換電路240。溫度對電壓轉(zhuǎn)換電 路240根據(jù)溫度的訊號以電壓設(shè)定電路210產(chǎn)生對應(yīng)電壓(Stfb，溫 度回饋訊號，temperature feed back signal)。對應(yīng)電壓和對應(yīng)于預(yù)設(shè)溫 度的預(yù)設(shè)電壓(V)相比，以產(chǎn)生比例-積分-微分控制器220的輸入 電壓。比例-積分-微分控制器220產(chǎn)生輸出電壓到雙向驅(qū)動電路230， 然后產(chǎn)生熱電冷卻器模塊250所需的電流。比例-積分-微分控制器220 藉由加總比例增益、輸入訊號的積分及微分部份，以及控制器內(nèi)部設(shè) 定的適當(dāng)?shù)谋壤?積分-微分參數(shù)的調(diào)整，計(jì)算出輸出訊號。雙向驅(qū)動 電路230伴隨預(yù)設(shè)的補(bǔ)償，接著轉(zhuǎn)換比例-積分-微分輸出訊號成電流。 由于在整個測量的過程中，熱電冷卻器模塊250可以加熱或冷卻熱管， 流過熱電冷卻器模塊250的電流可以是正極性或負(fù)極性。雙向驅(qū)動電 路230可以根據(jù)這樣的需求而運(yùn)作。對于提高驅(qū)動能量的效率，雙向驅(qū)動電路230常以脈沖寬度調(diào)變(PWM)的形式來實(shí)施，但本發(fā)明不 局限于該結(jié)構(gòu)。
參考圖3，為本發(fā)明熱電冷卻器控制器200具多功能加熱控制器 205之一實(shí)施例。其中多功能加熱控制器205包含一電壓設(shè)定電路 210， 一比例-積分-微分控制器220， 一驅(qū)動電路235， 一溫度對電壓 轉(zhuǎn)換電路240，及一功率對電壓轉(zhuǎn)換電路245。加熱器255的溫度感 應(yīng)計(jì)260傳送所監(jiān)測的溫度的訊號到溫度對電壓轉(zhuǎn)換電路240。溫度 對電壓轉(zhuǎn)換電路240根據(jù)溫度以電壓設(shè)定電路210產(chǎn)生對應(yīng)電壓 (Stfb，溫度回饋訊號，temperature feed back signal )。對應(yīng)電壓和對應(yīng) 于預(yù)設(shè)溫度的預(yù)設(shè)電壓(V)相比，以產(chǎn)生比例-積分-微分控制器220 的輸入電壓。功率對電壓轉(zhuǎn)換電路245根據(jù)由驅(qū)動電路235之輸出電 壓與電流乘積產(chǎn)生對應(yīng)電壓(Spfb，功率回饋訊號，power feedback signal)。對應(yīng)電壓(S)和對應(yīng)于預(yù)設(shè)溫度的預(yù)設(shè)電壓(V)相比，以 產(chǎn)生比例-積分-微分控制器220的輸入電壓。比例-積分-微分控制器 220產(chǎn)生輸出電壓到驅(qū)動電路235，然后產(chǎn)生加熱器255所需的電流。 比例-積分-微分控制器220藉由加總比例增益、輸入訊號的積分及微 分部份，以及控制器內(nèi)部設(shè)定的適當(dāng)?shù)谋壤?積分-微分參數(shù)的調(diào)整， 計(jì)算出輸出訊號。驅(qū)動電路235伴隨預(yù)設(shè)的補(bǔ)償，接著轉(zhuǎn)換比例-積 分-微分輸出訊號成電流。由于在整個測量的過程中，加熱器255可 以加熱熱管，流過驅(qū)動電路235的電流可以任一方式連接。驅(qū)動電路 235可以根據(jù)這樣的需求而運(yùn)作。對于高效率的驅(qū)動能量，驅(qū)動電路 235常以脈沖寬度調(diào)變(PWM)的形式來實(shí)施，但本發(fā)明不局限于該 結(jié)構(gòu)。
比例-積分-微分控制器220使用眾所皆知的算法<formula>formula see original document page 9</formula>為了最佳化控制，u(t)為比例-積分-微分控制器220的輸出，e(t) 為誤差訊號，其定義為溫度以電壓設(shè)定電路210的輸入與溫度對電壓 轉(zhuǎn)換電路240的回饋(定溫控制模式)或是功率對電壓轉(zhuǎn)換電路245 的回饋(定功率控制模式)之差，Kp、 Ki、 Kd分別為比例、積分、 微分之時間常數(shù)。
本發(fā)明較佳具體實(shí)施例的前述說明系用于示范及說明目的。其非
旨于徹底或使本發(fā)明限于該精確形式或已揭示之范例性具體實(shí)施例。
因此，先前說明應(yīng)視為示范性而非限制性。顯然許多修正及變化對于
熟習(xí)此項(xiàng)技術(shù)人士將是很明顯的。具體實(shí)施例之選擇及描述是為了更 佳解釋本發(fā)明的原理及其實(shí)際應(yīng)用之最佳模式，從而允許熟習(xí)此項(xiàng)技
術(shù)人士理解用于各種具體實(shí)施例之本發(fā)明，且具有適合于特定使用或 所涵蓋實(shí)作之各種修改。本發(fā)明意于使其范疇由在此所附之申請專利 范圍及其等同者定義，其中除非另有說明，否則所有請求項(xiàng)均包含其 最廣泛之合理范圍。應(yīng)了解到，可由熟習(xí)此項(xiàng)技術(shù)者對于具體實(shí)施例 進(jìn)行改變，而不脫離由以下申請專利范圍所定義之本發(fā)明的范疇。再 者，本揭露書中沒有任何組件及組件系意以用于公眾，不管該組件或 組件是否在以下申請專利范圍中明確地提及。此外，本揭露書的摘要 系提供用以順應(yīng)摘要規(guī)則之要求，其允許搜尋者迅速地確定從此揭露 書發(fā)布的任何專利之技術(shù)揭露主題。應(yīng)要了解到其非用于解釋或限制 申請專利范圍的范疇或意涵。
權(quán)利要求
1.一種熱管測量系統(tǒng)，其特征在于包含；一熱管，包含連接至一第一溫度感應(yīng)計(jì)之一第一端及一第二溫度感應(yīng)計(jì)之一第二端；一加熱器，連接至該第一端及一加熱控制器；以及一控制器，電性連接至該第一溫度感應(yīng)計(jì)或該第二溫度感應(yīng)計(jì)，其中該控制器包含一比例-積分-微分控制器用以定溫控制或定熱功率控制。
2. 如權(quán)利要求1所述的熱管測量系統(tǒng)，其特征在于還包含連接至該 第二端之一熱電冷卻器模塊。
3. 如權(quán)利要求2所述的熱管測量系統(tǒng)，其特征在于其中該熱管用 于電子設(shè)備冷卻，該電子設(shè)備至少包含一產(chǎn)生高熱量電子組件，該電 子設(shè)備之高熱量電子組件種類包含一計(jì)算機(jī)、 一可攜式計(jì)算機(jī)、或一 游戲機(jī)之一中央處理器或一圖形處理器，或一計(jì)算機(jī)屏幕、 一液晶電 視屏幕、 一高效率照明燈之一高功率發(fā)光二極管。
4. 如權(quán)利要求2所述的熱管測量系統(tǒng)，其特征在于其中該熱電冷卻器連接至一散熱器(heat sink),該散熱器包含由金屬制成之一熱交 換結(jié)構(gòu)。
5. 如權(quán)利要求2所述的熱管測量系統(tǒng)，其特征在于其中包含環(huán)繞 該熱管第一端之第一金屬結(jié)構(gòu)以連接至該加熱器。
6. 權(quán)利要求2所述的熱管測量系統(tǒng)，其特征在于其中包含環(huán)繞該熱管第二端之第二金屬結(jié)構(gòu)以連接至該熱電冷卻器模塊。
7. —種熱管測量方法，其特征在于包含下述步驟提供一熱管；由一加熱器加熱該熱管之一第一端；以及由復(fù)數(shù)個溫度感應(yīng)計(jì)分別測量該第一端之一第一溫度，及測量一 第二端之一第二溫度。
8. 如權(quán)利要求7所述的熱管測量方法，其特征在于在測量溫度步 驟之前進(jìn)一步包含一步驟，藉由一熱電冷卻器冷卻該熱管之一第二 端。
9. 如權(quán)利要求7所述的熱管測量方法，其特征在于其中該熱電冷 卻器連接至一熱電冷卻器控制器，該熱電冷卻器控制器包含一比例-積分-微分控制器，提供定溫控制。
10. 如權(quán)利要求7所述的熱管測量方法，其特征在于其中該加熱器 連接至一多功能加熱器控制器，提供一定熱功率或定溫控制。
全文摘要
本發(fā)明提供一種熱管測量系統(tǒng)及測量方法，包含連接至一第一溫度感應(yīng)計(jì)之一第一端及一第二溫度感應(yīng)計(jì)之一第二端；一加熱器，連接至該第一端及一多功能加熱控制器；一多功能加熱控制器電性連接到該加熱器及該第一或第二溫度感應(yīng)計(jì)；一熱電冷卻器，連接至該第二端；以及一熱電冷卻器控制器，電性連接至該第一溫度感應(yīng)計(jì)或該第二溫度感應(yīng)計(jì)，其中該熱電冷卻器控制器包含一比例-積分-微分控制器，該加熱控制器具備定溫控制與定熱功率控制模式；從而可以在短時間內(nèi)決定熱管的熱導(dǎo)系數(shù)；且能精確、穩(wěn)定地控制冷卻的溫度，以精確的結(jié)果來決定熱管的熱導(dǎo)系數(shù)以及易于維護(hù)且不需水流循環(huán)次系統(tǒng)。
文檔編號G01M99/00GK101299030SQ200710167269
公開日2008年11月5日 申請日期2007年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月2日
發(fā)明者游本懋, 陳次郎 申請人:致惠科技股份有限公司