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NTC Teststand

Anwendung

Aufbau

Konstruktion

Notizen aus Phase 1: phase_1_ntc_teststand.pdf

finale Arbeitsphase - Die Zeichnungen für Inventor2018 befinden sich unter: \\afs\iqo.uni-hannover.de\user\jwolf\work\NTC Teststand

Mechanische Komponenten

Baugruppenzeichnung: baugruppe.pdf

Material

Zunächst war geplant die “Kupferplatten 1 bis 3” aus Kupfer fertigen zu lassen. Grund ist die hohe thermische Leitfähigkeit des Werkstoffes. Aufgrund von Wirtschaftlichkeit hat man sich allerdings nach der Konstruktion für den preiswerteren Werkstoff Aluminium entschieden.

Elektronische Komponenten

Relevante Aspekte

  1. Peltierelemente definieren den Abstand von 1,05 mm zwischen Kupferplatte 1 und 2, daher werden sie in Kupferplatte 1 nur 2,2 mm eingelassen
  2. sofern der Abstand nach Fertigung zu gering ausfallen sollte, ist es möglich den Abstand mithilfe von Wärmeleitfolie zu vergrößern
  3. Peltierelemtene sollen in Reihe geschalten werden, damit sich das Ausführen der Kabel auf zwei beschränkt
  4. am Punkt des Drahtkontakts wurde in der Konstruktion eine größere Fräsnut realisiert
  5. das Abmaß der Fräsnuten in denen die NTC-Widerstände eingelassen werden, richtet sich nach Toleranzangabe des Herstellers
  6. wichtig sei hierbei, dass die elektrischen Komponenten sowohl Kontakt zur Kupferplatte 1 und 2 haben (Nutzung von Wärmeleitpaste)
  7. zur Ausführung der Drähte ∅1mm ist zu beachten, dass die Frästaschen beabsichtigt nach außen hin größer dimensioniert ausfallen
  8. Positionierung der Schraubverbindungen, so dass Fräsnuten wie konstruiert übereinander passen (Notiz: Geringer Versatz nach Herstellung in Werkstatt auffällig, daher notwendig ggf. Fräsnuten nachträglich zu vergrößern)

Installation

Messungen

Grundsätzliche Funkionsanalyse

Temperaturmessung

Messgerät:

Versuchsaufbau: Darauf achten, dass keine externe Strahlung (Körper; Geräte) von blanker Alu-Fläche reflektiert wird, daher schräge Positionierung des NTC-Teststands zum Messgerät erforderlich (siehe Abb.)

1. Messung_Einfluss Betriebspannung Peltierelemente

Temperatur in °C Messsituation
Messpunkt Kühlkörper Seitlich Kühlkörper Fläche Platte 1 Platte 2 Platte 3 U in V Strombegrenzung in A Wartezeit in Min. Isolierung
22,6 22,6 22,6 22,6 22,6 0 0 0 unisoliert
25,4 - 23,9 23,9 23,9 3 1/ 0,331 ca 1 unisoliert
27,9 - 23,8 23,3 23,0 6 1/ 0,67 ca 2 unisoliert
31 bis 33,9 - 23,9 22,6 22,5 9 1/ 0,966 ca 3 bis 4 unisoliert
62,9 63,7 26 23,4 22,6 31 1,8 / 1,797 ca. 25 unisoliert

Auswertung: für einen effizienteren Kühleffekt durch Peltierelemente ist eine niedrigere Temp.differenz zw. Warm- und Kaltseite zu realisieren, daher wird im zweiten Durchlauf ein Lüfter (12V/ 0,08A) auf das Kühlelement gesetzt.

2. Messung_Einfluss Lüfter

Messpunkt Kühlkörper Seitlich Platte 3 Spannung in V Strombegrenzung in A Isolierung
Temperatur in °C 36,3 23,4 *¹ 31 1,8 unisoliert

*¹ Vermutung, dass es ein Problem mit IR-Messung an blanker Alu-Oberfläche gibt, da die Temp. der Platten 2 und 3 spürbar kälter sind als im ersten Versuchsdurchlauf! Daher wird im 3. Versuch ein NTC-Sensor (10k Typ:EPCOS B57861S-103F045) zw. Platte 2 und 3 positionieren und System Stabilisieren mit Verpackungsmaterial/ demgegenüber IR-Messung der eloxierten Alu-Oberfläche ist realistisch - Kühleffekt mit Ventilator ist demnach erfolgreich

3. Messung_Einfluss Isolierung

Fig. 1: Versuchsaufbau grobisoliert Fig. 1: Versuchsaufbau feinisoliert

Messgerät: IR-Kamera NTC 10k Messsituation
Messgröße: T in °C R in kΩ
Messpunkt: Kühlkörper zw Platte 2 und 3
36,8 13.5 grob isoliert 31V /1,8A
- 14,31*² feinisoliert*² t1
36,1 14,68*² feinisoliert*² t2
- 14,94*² feinisoliert*² t3
- 15,02*² feinisoliert*² t4

Auswertung:

4. Messung_Einfluss Zeit

Messsituation: Isolierung an Aluplatten/ Kühlkörper frei, 31 V eingestellt, Strombegrenzung 1.8A
Messgröße: T(Spitzenwert) in °C R in kΩ Wartezeit
Messgerät: IR-Kamera NTC 10k
Messpunkt: Kühlkörper zw Platte 2 und 3
37,0 *³ 16,4 kΩ 30 Min.
37,5 *³ 17,29 kΩ 35 Min.
36,8 *³ 17,82 kΩ 40 Min.
37,5 *³ 18,05 kΩ 45 Min.
35,5 *³ 18,38 kΩ 50 Min.
36,5 *³ 18,64 kΩ 55 Min.
35,2 *³ 18,87 kΩ 60 Min.
38,8 *³ 19,91 kΩ 90 Min.
37,1 *³ 20,26 kΩ 110 Min.
- 20,35 kΩ 120 Min.
- 20,46 kΩ 135 Min.

Auswertung:

5. Messung

Messaufbau:

Messsituation: Isolierung an Aluplatten/ Kühlkörper frei, 31 V eingestellt, Strombegrenzung 1.8A
(NTC) R in kΩ Wartezeit in min
Kühlkörper zw. Platte 2 und 3
12,03 12,75 0
12,15 11,40 1
12,11 10,78 2
12,02 10,13 3
11,94 9,56 4
11,85 9,04 5
11,72 8,56 6
11,58 8,13 7
11,43 7,72 8
11,30 7,36 9
11,18 7,02 10
11,06 6,70 11
10,94 6,40 12
10,84 6,13 13
10,71 5,88 14
10,59 5,63 15
10,48 5,41 16
10,38 5,173 17
10,26 4,984 18
10,17 4,806 19
10,07 4,636 20
9,97 4,477 21
9,87 4,323 22
9,65 4,053 24
9,47 3,808 26
9,29 3,590 28
9,16 3,395 30
9,01 3,219 32
8,87 3,061 34
8,72 2,918 36
8,62 2,788 38
8,51 2,670 40
8,39 2,562 42
8,29 2,463 44
8,21 2,373 46
8,12 2,290 48
8,05 2,217 50
7,96 2,147 52
7,90 2,083 54
7,82 2,020 56
7,74 1,969 58
7,68 1,918 60

Vergleich Messung4+5: