WEDGELOCK TERMISK OG KLEMMEKRAFTE LIVSSYKKEL TESTMETODOLOGI

Hver SolidWedge er testet under en 100 syklustest bestående av fire termiske tester og 96 spenningsanalyse (klemmekraft) tester. Nedenfor ser du hvordan WaveTherm går frem for å gjennomføre disse testene. 

Termisk testmetodikk

Termisk testing utføres for å bestemme den totale termiske motstanden over kontaktflatene til en testplate og kilelås til en kald vegg. 

Det er et målbart temperaturfall når termisk energi strømmer over kontaktområdet til to overflater. Ved å måle temperaturforskjellen mellom de to overflatene og kjenne til den termiske energien som settes inn i testplaten, kan en beregning av den termiske motstanden til skjøten beregnes.


Parallell motstandsteori
Det er tre måter varmen fra testplaten kan ledes bort på. Av de tre er det to parallelle baner å vurdere ved beregning av den totale termiske motstanden til testplaten og kilelåssystemet:

• Ledning til kald vegg antas å stå for 70 % av varmeavgivelsen fra prøveplaten.
• Ledning gjennom kilelåsen til den kalde veggen antas å stå for 30 % av varmeavgivelsen fra prøveplaten.
• Konvektiv- og strålingstap fra testplaten antas å være ubetydelige på grunn av isolasjonen beskrevet i oppsettsprosedyren og luftstrømsskjerming som kan plasseres rundt enheten som testes under testprosessen.

Terminologi

Følgende termer brukes gjennom denne testprosedyren:

• Kilelås – Den mekaniske enheten som låser en varmeramme eller PCB i en kald vegg og gir den klemkraften som er nødvendig for å lette varmeoverføring og motstå forskyvning på grunn av støt eller vibrasjoner
• Varmeramme – En metallplate eller ramme som festes til et PCB og er designet for å lede termisk energi fra de aktive komponentene på kretskortet (heretter kalt PCB).
• Testplate – En representativ varmeramme med en kilelås på den ene kanten, termoelementer ved siden av kilelåsen, og motstander montert på den for å simulere effekten av aktive komponenter på en kombinasjon av PCB/varmeramme.
• Cold Wall – En kjøleribbe med en eller flere kortkantkanaler dannet i seg for å støtte varmerammen, og som bruker aktiv kjøling for å fjerne den termiske belastningen som genereres av PCB/varmerammen.
• Testarmatur – En representativ kald vegg med aktiv kjøling, typisk ribbede kjøleribber og vifter.
• Termoelement – Et par forskjellige ledninger som brukes til å bestemme en temperatur ved kontaktpunktet.
• Data Reader – En analog-til-digital omformer som konverterer mikrospenningene generert av et termoelement til temperaturverdier.

Utstyrskrav

Kald vegg
Den kalde veggen er av tilstrekkelig størrelse til å tillate kombinasjonen av kjøleribber og vifte å effektivt kjøle ned wattstyrken som er planlagt å forsvinne under testing. Det er en spilleautomat maskinert i den kalde veggen som er produsert i henhold til en passende spesifikasjon som tilsvarer kilelåsprøven (VITA 48, VITA 78, osv.) som skal testes. Kontaktflatene for kaldveggsspor har en overflateruhet på 16 µin (RMS) eller bedre. Det er termoelementer plassert på hver side av sporet for å bestemme temperaturen på den kalde veggen ved siden av sporet. Den kalde veggen er belagt med Clear Chromate i henhold til MIL-C-5541m klasse 3 for å representere et typisk chassis.

For å forhindre at varmerammen som testes kommer i kontakt med "bunnen" av kanalen og dermed gir en tredje overflate for å overføre termisk energi, er det en avstandsholder som er omtrent 0,5 tommer bred og omtrent 0,040 tommer tykk laget av en ikke-termisk ledende plast slik som ABS eller lignende, og plassert ved bunnen eller den berøringsfrie siden av den kalde veggspalten. Denne avstandsstykket fjernes etter at testplaten er låst på plass.

Figur 1: Kald vegg for termisk analyse
Testplate
Testplaten er lang nok til å romme kilelåsen som skal testes, og omtrent 2,50" bred for å romme de motstandselementene som skal brukes. Tykkelsen på kilelåsens monteringskant bestemmes av kilelåshøyden og kaldveggsporet:

𝑇𝑒𝑠𝑡 𝑃𝑙𝑎𝑡𝑒 𝑇ℎ𝑖𝑐𝑘𝑛𝑒𝑠𝑠 = 𝐶𝑜𝑙𝑑 𝑊𝑎𝑙𝑙 𝑆𝑙𝑜𝑡 𝐻𝑒𝑖𝑔ℎ𝑡 - 𝑊𝑒𝑑𝑔𝑒𝑙𝑜𝑐𝑘 𝐻𝑒𝑖𝑔ℎ𝑡 - 𝑊𝑒𝑑𝑔𝑒𝑙𝑜𝑐𝑘 𝑁𝑜𝑚𝑖𝑛𝑎𝑙 𝐸𝑥𝑝𝑎𝑛𝑠𝑖𝑜𝑛

Her er et eksempel på beregning ved bruk av en standard VITA 48 kaldvegg med en 0,225" høy kilelås som har en nominell utvidelse på 0,025":

𝑇𝑒𝑠𝑡 𝑃𝑙𝑎𝑡𝑒 𝑇ℎ𝑖𝑐𝑘𝑛𝑒𝑠𝑠 = 0,525 − 0,225 − 0,275 =𝑖275 = 0,025

Materiale for både den kalde veggen og testplatene er 6061-T6 aluminium med en overflatefinish spesifisert som 16 µin (RMS) i kontaktområdene til kilelåsen og mellom testplaten og den kalde veggen.
Figur 2: Testplate for termisk analyse
Temperaturmåling
Det kreves tre temperaturer for å beregne total termisk motstand:
  • Testplate (TP) – Testplatetemperaturen bestemmes ved å beregne gjennomsnitt av fire termoelementavlesninger. Termoelementplasseringene er jevnt fordelt langs lengden av testplaten, minst en tomme (1,0") fra hver ende. Termoelementene er plassert mellom varmekilden og kilelåsen, så nær kilelåsen som mulig (vanligvis 0,100" – 0,200" fra midten av termoelementhullet til kilelåskanten).

    • Cold Wall Frame Side (TCWF) – Den kalde veggrammens sidetemperatur bestemmes ved å beregne gjennomsnitt av to termoelementavlesninger. Termoelementplasseringene er sentrert langs lengden av den kalde veggen, minst en tomme (1,0") fra hver ende. Termoelementene er så nær grensesnittet mellom rammen og den kalde veggen som mulig (vanligvis 0,100" – 0,200" fra midten av termoelementhullet til det spesifiserte grensesnittet).

    • Cold Wall Wedge Side (TCWW) – Temperaturen på den kalde veggens kileside bestemmes ved å beregne gjennomsnitt av to termoelementavlesninger. Termoelementplasseringene er sentrert langs lengden av den kalde veggen, minst en tomme (1,0") fra hver ende. Termoelementene er så nær kilelås-kald vegggrensesnittet som mulig (vanligvis 0,100" – 0,200" fra midten av termoelementhullet til det spesifiserte grensesnittet).
    Beregning

    For å beregne den totale motstanden til systemet, beregnes først hver banes termiske motstand separat. Den totale motstanden til systemet kan deretter beregnes ved å bruke samme metode som parallelle motstander i en elektrisk krets:

    • Termisk motstand på rammesiden (RF) - Den termiske motstanden fra testplaten til rammesiden av den kalde veggen kan beregnes som temperaturforskjellen mellom testplaten og den kalde veggens rammeside, dividert med mengden kraft som forsvinner gjennom den veien.

    •  Termisk motstand på kilesiden (RW) -Den termiske motstanden fra testplaten til kilesiden av den kalde veggen kan beregnes som temperaturforskjellen mellom testplaten og den kalde veggens kileside, delt på mengden kraft som forsvinner gjennom. den veien. 


    • Total termisk motstand (RT) - Den totale termiske motstanden til de to parallelle banene kan beregnes på samme måte som to parallelle motstander i en krets.
              Denne beregningen resulterer i enheter på °C/W. 

    Starttemperaturer
    Systemstrømmen gir energi til kjøleviften eller -viftene, eller andre kjøleapparater, og datainnsamlingssystemet. Alle kanaler stabiliseres til romtemperatur før testing startes. Kanalene justeres slik at det numeriske gjennomsnittet av de fire avlesningene på den kalde veggen er innenfor 0,2°C av det numeriske gjennomsnittet av de fire avlesningene på testplaten. Merk: en nøyaktig absolutt temperatur er ikke nødvendig siden alle avlesninger vil bli tatt fra den samme kjente startverdien og kun differensialtemperaturen vil bli brukt til å beregne testresultater. 

    Effektnivåer
    Testdata innhentes med intervaller på 20 watt, opptil 100 watt med intervaller på 20 watt. For hvert effektnivå justeres strømforsyningen for å gi ønsket effekt på testplaten. Alle termoelementavlesninger stabiliseres, deretter registreres testplaten og termoelementavlesningene med kald vegg i en formatert excel-fil. Stabilitet er definert som ingen temperaturendring på mer enn 1°C i løpet av fem minutter.

    Klemkrafttest

    Abstrakt

    Testing av klemkraft utføres på WaveTherm SolidWedge så vel som andre forskjellige kilelåser for å sammenligne utgangskraften generert av et gitt inngangsmoment. Kilelåsene festes til de tilhørende monteringsplatene, og monteringsplaten settes inn i klemkrafttestenheten. Lasteceller i sammenstillingen brukes til å lese av klemkraften til enheten ved et spesifisert moment. Det er en spesifikk programvare som kobles sammen med dataleseren som benyttes (OM-DAQ-USB-2401, Omega Data Acquisition Module) som grafer opp poundene som brukes på belastningscellene til testarmaturen når testen starter.

     Testoppsett

    Testoppsettet krever en testplate med de riktige dimensjonene korrelert til størrelsen på testprøven og testfestet som vist nedenfor. Når de kombineres, må testprøven og testplaten være 0,525”. Bredden på testarmaturen med standard lastoverføringsblokk er 0,600”. Klemkrafttestfestet er ment å simulere et ekte chassis. Momentnøkkelen brukes til å etterligne virkelige anvendelse av en SvarIkant påført i et innebygd system. Hver prøve skal ha en syklus på 2-24, 26-49 og 51-99 klemkraftsykluser for totalt 96 sykluser. 1., 25., 50. og 100. syklus er de termiske testene. Alle data for hver test samles i separate excel-filer og konsolideres deretter i ett samlet regneark. 

    Figur 3: Stressanalyse-armatur