热分析的基本参数与概念
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<keywords>Executive SummaryTable of Contents1Introduction (3)1.1基本参数介绍 (3)2Activities (4)2.1Theta-ja (θja) Junction-to-Ambient (4)2.1.1测量方法 (4)2.1.2节温计算公式 (6)2.2Theta-jc (θjc) Junction-to-Case (6)2.2.1测量方法 (6)2.2.2节温计算公式 (6)2.2.3θjc与θja的关系 (7)2.3Theta-jb (θjb) Junction-to-Board (7)2.3.1测量方法 (8)2.3.2节温计算公式 (8)2.3.3θjc与θja的关系 (8)2.4Ψ的含义 (9)2.4.1Ψjb (9)2.4.2Ψjc (9)2.5各种封装的散热效果 (9)2.5.1TI PowerPAD封装的使用注意事项 (10)3Results (12)3.1关于θja θjc ΨJB, ΨJT使用问题 (12)4Discussion (12)4.1热仿真软件的使用 (12)5Conclusions (12)5.1 (12)6Abbreviations, Definitiones, Glossary (13)6.1 (13)7Version (13)Contents1 Introduction1.1 基本参数介绍一般包括三个参数 θ ja, θjc , θjb ,三种参数所指的散热图示如下。
Ta,Tb,Tc的测试点如下:Tc: 芯片外壳的温度(其中Tt指芯片顶部,Tp指芯片底部。
于Tc通用)Tb:芯片管脚接触于PCB处温度Ta: 芯片周围空气温度Tj: 芯片内部PN节温度,此温度一般<150℃,否则造成芯片烧毁。
2 Activities2.1 Theta-ja (θja)Junction-to-AmbientPN节到空气的热阻。
热分析动力学汇总热分析动力学是指研究物质在升温或降温过程中的热物性变化规律及其与化学反应动力学之间的关系。
它通过测量热量或温度随时间的变化,结合热学或动力学理论,从而揭示了化学反应的机理和动力学参数。
本文将对热分析动力学的概念、基本原理、应用领域及研究方法等方面进行详细阐述。
一、热分析动力学的概念和基本原理热分析动力学的实验方法主要有热量计法、差示扫描量热法(DSC)和热重法(TG)。
其中,热量计法通过测量材料的热量变化,得到热分解反应的热效应曲线,从而确定反应的速率等动力学参数。
差示扫描量热法是比较常用的实验方法,它通过比较样品和参比样品的热量变化,得到样品的热效应曲线,从而确定热分解反应的动力学参数。
热重法是通过测量材料在升温或降温时的质量变化,得到热分解反应的质量曲线,从而探索反应的动力学参数。
二、热分析动力学的应用领域热分析动力学在材料科学、化学工程、药学和环境科学等领域都有重要应用。
在材料科学中,热分析动力学可以用于研究材料的热性质、热稳定性和热分解反应等方面,从而指导材料的合成和加工。
在化学工程中,热分析动力学可以用于优化工艺参数、预测反应过程和评估化学工艺的安全性。
在药学中,热分析动力学可以用于研究药物的热性质和稳定性,从而指导药物的贮存和运输。
在环境科学中,热分析动力学可以用于研究污染物在环境中的分解和转化过程,从而指导环境监测和治理。
三、热分析动力学的研究方法热分析动力学的研究方法包括实验方法和理论方法。
实验方法主要是通过实验测定材料的热效应曲线或质量曲线,从而确定反应的动力学参数。
理论方法主要是通过热学和动力学理论进行模拟和计算,以预测热效应曲线或质量曲线,从而确定反应的动力学参数。
在实验方法方面,热分析动力学主要使用差示扫描量热法和热重法。
差示扫描量热法通过比较样品和参比样品的热量变化,得到样品的热效应曲线,从而确定反应的速率等动力学参数。
热重法通过测量材料在升温或降温时的质量变化,得到热分解反应的质量曲线,从而探索反应的动力学参数。
热力学系统分析热力学是研究热、功和能量转化关系的物理学分支,广泛应用于各个领域,包括能源工程、化学工程和生物医学等。
在热力学系统分析中,我们可以通过对系统的能量流和热流进行综合分析,以评估系统的热力学性能。
本文将重点讨论热力学系统的分析方法和应用。
一、热力学基本概念在进行热力学系统分析之前,我们需要了解一些基本概念。
首先是热力学系统的定义。
热力学系统是指由一定质量和能量所组成的物体或者物质集合,可以与外界进行能量和物质交换。
根据系统与外界的交换情况,热力学系统可以分为开放系统、封闭系统和孤立系统。
其次是热力学的基本定律。
根据热力学的基本定律,能量守恒是热力学系统分析的基础。
热力学第一定律表明了能量不会被创造和消失,只能从一种形式转换为另一种形式。
热力学第二定律则描述了能量转换的方向性,即自然界中热量只能从高温物体传递到低温物体。
二、热力学系统的分析方法1. 通过热传导分析热传导是恒温系统内或不同温度区域之间的热量传递过程。
通过分析热传导路径和材料的热导率,可以评估系统的热量损失和节能潜力。
例如,在建筑工程领域,我们可以通过对建筑材料的热导率和墙体的结构进行分析,来评估室内外温差对于能源消耗的影响。
2. 通过热辐射分析热辐射是指热能以电磁波的形式传播的过程。
通过分析热辐射的频谱分布和辐射率,可以评估系统的辐射传热效果。
例如,在太阳能领域,我们可以通过对太阳辐射谱分析和太阳能电池的光电转换效率分析,来评估太阳能发电系统的热力学性能。
3. 通过热力学循环分析热力学循环是指将热能转换为功的过程。
通过分析热力学循环的效率和能量转换损失,可以评估系统的能源利用效率。
例如,在能源工程领域,我们可以通过对燃烧循环或蒸汽发电循环的分析,来评估燃料的利用率和电力损耗。
三、热力学系统分析的应用热力学系统分析在各个领域都有广泛应用。
以下是几个典型的应用示例:1. 能源系统优化通过热力学系统分析,我们可以评估能源系统的热损失和能量利用效率,从而优化系统运行参数和设备配置,提高能源利用效率。
热分析的原理
热分析是一种通过测量物质在温度变化过程中的热量变化来研究物质性质和组成的分析方法。
热分析的原理主要包括热重分析和热量分析两种方法。
热重分析是通过检测样品在升温过程中质量的变化来分析样品的组成和性质;热量分析是通过测量样品在升温或降温过程中释放或吸收的热量来分析样品的性质和反应特征。
热分析的原理基于热力学和动力学的基本理论,通过研究样品在不同温度下的热量变化来推断样品的组成、结构和性质。
热分析可以用于研究物质的热稳定性、热分解特性、相变特性、反应动力学等方面的问题,是一种非常重要的分析手段。
在热重分析中,样品在升温过程中发生质量损失或增加,可以推断出样品中的挥发分、水分、热分解产物等成分的含量和性质。
通过热重分析,可以得到样品的热重曲线,从中可以判断样品的热稳定性、热分解特性等信息。
在热量分析中,通过测量样品在升温或降温过程中释放或吸收的热量,可以推断出样品的热容、热导率、热稳定性等性质。
热量分析通常包括差示扫描量热法(DSC)、示差热分析法(DTA)等方法,通过这些方法可以得到样品在不同温度下的热量变化曲线,从中可以推断出样品的相变温度、热容变化、热反应特性等信息。
总的来说,热分析的原理是通过测量样品在温度变化过程中的热量变化来研究样品的性质和组成。
热分析是一种非常重要的分析手段,广泛应用于材料科学、化学、生物学等领域。
通过热分析,可以了解样品的热稳定性、热分解特性、相变特性、反应动力学等信息,为科学研究和工程应用提供重要的参考依据。
热分析技术的研究和应用热分析技术是一种重要的化学分析方法,其可以在不破坏分析物的情况下确定其物理和化学性质。
近年来,随着各种分析技术的不断发展,热分析技术也得到了广泛的关注和应用。
一、热分析技术的基本原理热分析技术是通过加热样品并测量其重量、热量等参数的变化以确定其物理和化学性质的方法。
其基本原理是根据分析物在加热过程中的化学反应或物理变化来分析其热学参数。
常见的热分析方法包括热重分析(TG)、差热分析(DSC)、热扩散分析(TMA)等。
其中,热重分析是通过连续记录样品重量的变化来确定样品的变化情况;差热分析是通过测量样品与参考物之间的热差来确定样品的热学参数;热扩散分析则是通过测量样品的热膨胀量和导热量来确定其物理参数。
二、热分析技术的应用领域热分析技术已被广泛应用于许多领域,包括化学、材料、生物、环境等。
在化学领域中,热分析技术可以用于定量分析、质量控制、物化性质的表征等;在材料领域中,其可用于分析材料的热学性质、稳定性等;在生物领域中,热分析技术可以用于分析蛋白质、核酸等生物大分子的热稳定性等;在环境领域中,热分析技术可以用于分析大气污染、水污染等。
三、热分析技术的最新研究进展随着分析技术的不断发展,热分析技术也不断进行新的研究和应用。
最近,一些学者将热分析技术应用于纳米材料的热学研究中,以探究其热力学特性及稳定性。
研究结果表明,纳米材料的热学性质和稳定性与其粒径、形状和表面修饰有关。
此外,还有一些学者将热分析技术与其他技术相结合,以实现更加精确的分析。
例如,研究者们将DSC和质谱联用,实现了对样品中有机物的定量分析;他们还将热重分析技术和X射线荧光分析相结合,可以实现对金属样品的分析。
四、热分析技术的发展前景随着科学技术的不断发展,热分析技术在各个领域中的应用也会越来越广泛。
未来,人们将会更加关注能源、环保等领域的绿色化学问题,热分析技术对其的解决都非常有前景。
同时,随着人们对于生物大分子和纳米材料等领域的研究深入,热分析技术在这些领域中也将提供更加精确的分析方法,并推动相关领域的发展。
热分析的原理
热分析是一种重要的热物性测试方法,用于研究物质在加热过程中的物化性质变化。
其原理基于物质在加热时对吸热或放热的反应,通过测定样品在加热或冷却过程中所产生的热量变化,可以推断出样品的热稳定性、相变特性、热储存能力等相关信息。
热分析实验常用的方法包括差示扫描量热法(DSC)、热重分析法(TGA)、动态热力学分析法(DTA)等。
这些方法在
原理上有所不同,但都是基于热量的变化进行分析。
在差示扫描量热法中,样品和对比样品(通常为惰性材料或纯金属)一同加热或冷却。
通过比较样品和对比样品之间的温度差异,可以计算出样品的吸热或放热量。
这种方法可以用于研究样品熔化、分解、相变等过程的特性。
热重分析法是通过测量样品在加热过程中的质量变化来得到有关信息的。
样品在加热时会经历失重或得重的过程,通过比较样品和空白容器的质量变化,可以推断出样品的热失重或热增重特性。
这种方法常用于研究样品的分解、氧化、脱水等过程。
动态热力学分析法是通过测量样品和参比样品之间的温差来得到有关信息的。
样品和参比样品一同加热或冷却,通过比较它们之间的温度差异,可以推断出样品的物理或化学变化。
这种方法常用于研究样品的相变、晶体结构变化、热化学反应等过程。
总之,热分析方法通过测量样品在加热过程中的热量变化来推断出其热物性特征。
它在材料科学、化学、生物学等领域中有着广泛的应用,对于理解和改进物质的热性质具有重要意义。
热⼒学基本状态全参数热⼒学基本状态参数功和热量1-1 ⼯质和热⼒系⼀、⼯质、热机、热源与冷源1、热机(热⼒发动机):实现热能转换为机械能的设备。
如:电⼚中的汽轮机、燃⽓轮机和燃机、航空发动机等。
2、⼯质:实现热能转换为机械能的媒介物质。
对⼯质的要求:1)良好的膨胀性; 2)流动性好;3)热⼒性质稳定,热容量⼤;4)安全对环境友善;5)价廉,易⼤量获取。
如电⼚中的⽔蒸汽;制冷中的氨⽓等。
问题:为什么电⼚采⽤⽔蒸汽作⼯质?3、⾼温热源:不断向⼯质提供热能的物体(热源)。
如电⼚中的炉膛中的⾼温烟⽓4、低温热源:不断接收⼯质排放热的物体(冷源)如凝汽器中的冷却⽔⼆、热⼒系统1、热⼒系统和外界概念热⼒系:⼈为划分的热⼒学研究对象(简称热⼒系)。
外界:系统外与之相关的⼀切其他物质。
边界:分割系统与外界的界⾯。
在边界上可以判断系统与外界间所传递的能量和质量的形式和数量。
边界可以是实际的、假想的、固定的,或活动的。
注意:热⼒系的划分,完全取决于分析问题的需要及分析⽅法的⽅便。
它可以是⼀个设备(物体),也可以是多个设备组成的系统。
如:可以取汽轮机的空间作为⼀个系统,也可取整个电⼚的作为系统。
2、热⼒系统分类按系统与外界的能量交换情况分1)绝热系统:与外界⽆热量交换。
2)孤⽴系统:与外界既⽆能量(功量、热量)交换,⼜⽆质量交换的系统。
注意:实际中,绝对的绝热系和孤⽴系统是不存在的,但在某些理想情况下可简化为这两种理想模型。
这种科学的抽象给热⼒学的研究带来很⼤的⽅便。
如:在计算电⼚中的汽轮机作功时,通常忽略汽缸壁的散热损失,可近似看作绝热系统。
状态及基本状态参数状态参数特点u状态参数仅决定于状态,即对应某确定的状态,就有⼀组状态参数。
反之,⼀组确定的状态参数就可以确定⼀个状态。
状态参数的变化量仅决定于过程的初终状态,⽽与达到该状态的途径⽆关。
因此,状态参数的变化量可表⽰为(以压⼒p为例):⼆、基本状态参数1.表压与真空表压⼒:当⽓体的压⼒⾼于⼤⽓压⼒时(称为正压),压⼒表的读数(pg),如锅炉汽包、主蒸汽的压⼒等。
R E P O R TProject name Project number Author Release DepartmentFile nameCreation date<keywords>Executive SummaryR E P O R TTable of Contents1Introduction .............................................................................................................. 3 1.1 基本参数介绍 . (3)2Activities ................................................................................................................... 4 2.1Theta-ja (θja) Junction-to-Ambient (4)2.1.1 测量方法 .................................................................................................... 4 2.1.2 节温计算公式 (6)2.2Theta-jc (θjc) Junction-to-Case (6)2.2.1 测量方法 .................................................................................................... 6 2.2.2 节温计算公式 ............................................................................................. 6 2.2.3 θjc 与θja 的关系 .. (7)2.3Theta-jb (θjb) Junction-to-Board (7)2.3.1 测量方法 .................................................................................................... 8 2.3.2 节温计算公式 ............................................................................................. 8 2.3.3 θjc 与θja 的关系 .. (8)2.4Ψ的含义 (9)2.4.1 Ψjb ............................................................................................................. 9 2.4.2 Ψjc . (9)2.5各种封装的散热效果 (9)2.5.1 TI PowerPAD 封装的使用注意事项 (10)3Results ................................................................................................................... 12 3.1关于θja θjc ΨJB , ΨJT 使用问题 (12)4 Discussion .............................................................................................................. 12 4.1热仿真软件的使用 (12)5 Conclusions ........................................................................................................... 12 5.1 ............................................................................................................................. 12 6 Abbreviations, Definitiones, Glossary ..................................................................... 13 6.1 ............................................................................................................................. 13 7 Version . (13)R E P O R TContents1 Introduction 1.1 基本参数介绍一般包括三个参数θja , θjc , θjb ,三种参数所指的散热图示如下。
Ta ,Tb ,Tc 的测试点如下:R E P O R TTc: 芯片外壳的温度(其中Tt 指芯片顶部,Tp 指芯片底部。
于Tc 通用) Tb :芯片管脚接触于PCB 处温度 Ta: 芯片周围空气温度Tj: 芯片内部PN 节温度,此温度一般<150℃,否则造成芯片烧毁。
2Activities2.1 Theta-ja (θja ) Junction-to-AmbientPN 节到空气的热阻。
单位℃ / W 。
2.1.1 测量方法R E P O R T器件说明书中的ΦJA 是根据JESD51标准给出的,其标准环境是指将器件安装在较大的印刷电路板上,并置于1立方英尺的静止空气中。
Θja 与PCB 叠层结构、芯片焊盘大小、高度等均有关系,故因此说明书中的数值(实验室数据)没有太大的参考价值。
但目前只能如此计算。
R E P O R T2.1.2 节温计算公式T junction = T ambient + (θ ja * Power );T ambient :环境温度T junction :芯片PN 节温度 Power :芯片消耗功率2.2 Theta-jc (θjc ) Junction-to-CaseθJC 是结到管壳的热阻,管壳可以看作是封装外表面的一个特定点。
此参数最是为预估有散热器的器件设计的。
2.2.1 测量方法2.2.2 节温计算公式 T junction =T case + ( θjc * Power )T case :芯片外壳温度T junction :芯片PN 节温度R E P O R TPower :芯片消耗功率一般有散热片的情况下计算公式:T junction =T ambient + ( ( θjc + θcs + θsa ) * Power )θcs :芯片外壳到散热片的热阻 θsa :散热片到空气的热阻 T ambient :环境温度T junction :芯片PN 节温度 Power :芯片消耗功率 其中θcs 的计算公式如下:2.2.3 θjc 与θja 的关系亦可认为存在如下公式θja =( θjc + θca )2.3 Theta-jb (θjb ) Junction-to-Board是指从结到电路板的热阻,它对结到电路板的热通路进行了量化。
θjb 通常的测量位置在电路板上靠近封装处,即1.1节图表所示。
R E P O R T2.3.1 测量方法2.3.2 节温计算公式T junction =T PCB + ( θjb * Power )T PCB :PCB 处温度T junction :芯片PN 节温度 Power :芯片消耗功率2.3.3 θjc 与θja 的关系亦可认为存在如下公式 θjb =( θjc + θbb +θba )R E P O R T2.4 Ψ的含义Ψ和θ之定义类似,但不同之处是Ψ 是指在大部分的热量传递的状况下,而θ是指全部的热量传递。
在实际的电子系统散热时,热会由封装的上下甚至周围传出,而不一定会由单一方向传递,因此Ψ之定义比较符合实际系统的量测状况。
2.4.1 ΨjbΨJB 是结到电路板的热特性参数,单位是°C/W 。
热特性参数与热阻是不同的。
与热阻θJB 测量中的直接单通路不同,ΨJB 测量的元件功率通量是基于多条热通路的。
由于这些ΨJB 的热通路中包括封装顶部的热对流,因此更加便于用户的应用。
T junction =T PCB + ( Ψjb * Power ) 2.4.2 ΨjcT junction =T case + ( Ψjc * Power ) (此时不能加散热片) 2.5 各种封装的散热效果R E P O R T由图可见,BGA 封装的散热效果最佳。
2.5.1 TI PowerPAD 封装的使用注意事项R E P O R TPCB Layout 如上。
R E P O R T由上图可见,背贴器件的封装上的过孔,将极大减少热阻,故PCB 设计中注意保证器件底部的过孔数量。
3 Results3.1 关于θja θjc ΨJB , ΨJT 使用问题θja 计算仅用于理想的PCB 理想的贴装,理想的环境。
θjc 只有那种特别大的封装才有意义TO220,同时附加有散热片因为直接传导占据最主要的比例。
ΨJB , ΨJT , 不同的模型:在正确使用的时候,是一个非常好的模型。
目前针对电路的芯片节温估算,由于环境温度为85℃,只能得到环境温度信息,PCB 板或者芯片的Case 的温度均不能得到,故只能使用θja 进行大致估算。
4 Discussion4.1 热仿真软件的使用(TBD)若使用热仿真软件,则可将各种参数输入,而不仅是只使用θja ,将会得到较精确的仿真参数。
5 Conclusions5.1R E P O R T6Abbreviations, Definitiones, Glossary6.1 7VersionVersion Comments Date Revision by 0001 Initial 18/12/2015 Bai。