Pam Mae'n rhaid i Drafodaethau Gosodiad Ddechrau gyda'r Elfen Wresogi
Mae'r rhan fwyaf o drafodaethau am osodiad gwifrau mewn blancedi trydan yn trin y wifren wresogi fel newidyn generig - fel pe bai'r patrwm llwybro yn unig yn pennu perfformiad thermol. Yn ymarferol, mae'r math o elfen wresogi yn cyfyngu'n sylfaenol ar ba strategaethau gosodiad sydd hyd yn oed yn hyfyw.
Mae gwifren aloi watedd cyson (fel nicel-cromiwm neu gopr-nicel) yn darparu allbwn gwres sefydlog fesul uned o hyd, waeth beth fo'r tymheredd. Mae hyn yn golygu y bydd unrhyw groniad gwres lleol - boed o droadau tynn, llwybrau gorgyffwrdd, neu awyru gwael - yn parhau i ddwysau oni bai bod y gosodiad ei hun yn ei atal. Gyda gwifren aloi, mae gan y gosodiad gyfrifoldeb llawn am reoleiddio thermol ar draws yr wyneb.
Mae elfennau gwresogi ffibr carbon yn ymddwyn yn wahanol. Mae eu nodweddion gwrthiant a'u hyblygrwydd yn caniatáu proffiliau teneuach a geometregau llwybro mwy amrywiol, ond maent yn fwy sensitif i straen mecanyddol ar bwyntiau tro. Gall gosodiad sy'n gweithio'n ddibynadwy â gwifren aloi ddatblygu ymwrthedd anghyson - ac felly allbwn gwres anghyson - pan gaiff ei weithredu â ffibr carbon, yn enwedig ar droadau tynn lle mae cyfanrwydd ffibr yn diraddio dros gylchoedd ystwytho dro ar ôl tro.
Mae elfennau PTC (cyfernod tymheredd cadarnhaol) yn cyflwyno hunan-ymddygiad rheoleiddio: wrth i dymheredd lleol godi, gwrthiant yn cynyddu ac allbwn gwres yn disgyn. Mae'r ddolen adborth gynhenid hon yn golygu bod cynlluniau PTC-yn maddau mwy o anghysondebau bylchau cymedrol, gan fod mannau problemus yn rhannol hunan-cywiro. Fodd bynnag, nid yw hyn yn dileu'r angen am ddyluniad gosodiad ystyriol - mae'n newid y trothwy methiant yn unig. Deall yegwyddor gwresogitu ôl i bob math o elfen yw'r cam cyntaf angenrheidiol cyn unrhyw benderfyniad llwybro.
Y dewis oelfen wresoginid yw'n benderfyniad ar wahân i ddyluniad y gosodiad. Y cyfyngiad cychwynnol sy'n diffinio faint y mae'n rhaid i'r cynllun wneud iawn amdano, faint o oddefgarwch sydd gan y system ar gyfer amherffeithrwydd, a lle mae'r risgiau methiant gwirioneddol.
Gwifren{0}}Nid yw Unffurfiaeth Lefel yn Wyneb-Unffurfiaeth Lefel
Un o'r mannau dall mwyaf cyffredin yn natblygiad blancedi trydan yw'r rhagdybiaeth y bydd gwifrau sydd wedi'u gwasgaru'n gyfartal yn cynhyrchu arwyneb wedi'i gynhesu'n gyfartal. Ni fyddant yn - ac mae deall pam yn hanfodol er mwyn osgoi gosodiadau sy'n profi'n dda ar bapur ond sy'n methu â'u defnyddio mewn gwirionedd.
Rhwng y wifren wresogi a chroen y defnyddiwr, mae yna haenau deunydd lluosog fel arfer: y swbstrad cludwr (yn aml ffabrig heb ei wehyddu y mae'r wifren wedi'i osod arno), ffabrig allanol y flanced, ac weithiau haen llenwi neu inswleiddio canolradd. Mae gan bob un o'r haenau hyn ei ddargludedd thermol ei hun, a gyda'i gilydd maent yn ffurfio'r llwybr dargludiad sy'n trosi allbwn gwres lefel gwifren i'r tymheredd arwyneb y mae'r defnyddiwr yn ei deimlo mewn gwirionedd.
Mae'r swbstrad cludwr yn chwarae rhan arbennig o bwysig. Bydd swbstrad gyda dargludedd thermol ochrol uwch yn lledaenu gwres i'r ochr o bob gwifren, gan ehangu "ôl troed thermol" pob llinell wresogi i bob pwrpas a llyfnhau bylchau rhwng gwifrau cyfagos. Bydd swbstrad â dargludiad ochrol gwael yn cadw proffil tymheredd y gosodiad gwifren bron yn ddigyfnewid - sy'n golygu y bydd pob amherffeithrwydd bylchau, pob afreoleidd-dra llwybro, yn uniongyrchol weladwy ar yr wyneb fel amrywiad tymheredd cyfatebol.
Dyna pam y gall dwy flanced gyda chynlluniau gwifrau union yr un fath ond gwahanol ddeunyddiau swbstrad gynhyrchu unffurfiaeth arwyneb gwahanol yn fesuradwy. Mae'rstrwythur a deunydd y wifren gwresogiac mae ei gludwr gyda'i gilydd yn ffurfio system thermol. Dyluniad gosodiad sy'n anwybyddu nodweddion dargludiad yr haenau uwchben y wifren yw dylunio ar gyfer y wifren - nid ar gyfer y defnyddiwr.
Goblygiad ymarferol: wrth werthuso perfformiad unffurfiaeth cynllun, y fanyleb berthnasol yw'r map tymheredd arwyneb o dan amodau pentwr ffabrig realistig, nid bylchiad geometrig y wifren ei hun. Mae'r ddau yn perthyn ond nid yn gyfatebol, ac mae eu trin fel rhai y gellir eu cyfnewid yn aml yn ffynhonnell syndod o ddatblygu.
Pam mai bylchau gwifrau cyfartal yw'r targed dylunio anghywir
Yn reddfol, mae'n ymddangos y dylai bylchau cyfartal rhwng gwifrau gwresogi gynhyrchu'r tymheredd arwyneb mwyaf unffurf. Mae hyn yn anghywir am reswm thermodynamig syml: mae gwahanol ranbarthau o'r flanced yn colli gwres ar gyfraddau gwahanol.
Mae gan barthau ymyl a pherimedr gymarebau arwyneb -arwynebedd-i- uwch ac maent yn agored i aer amgylchynol ar fwy o ochrau. Maent yn pelydru ac yn darfudo gwres i ffwrdd yn gyflymach na'r rhanbarth canolog, sydd fel arfer yn cael ei inswleiddio ar o leiaf un ochr gan gorff y defnyddiwr neu'r fatres. Os yw'r bylchau gwifren yn unffurf ar draws y flanced gyfan, bydd yr ymylon yn rhedeg yn oerach yn gyson - nid oherwydd eu bod yn derbyn llai o bŵer fesul hyd uned, ond oherwydd eu bod yn colli mwy o wres nag y mae'r ganolfan yn ei wneud.
I gyflawni gwisgwynebtymheredd, rhaid i'r gosodiad gyflawniheb-wisgmewnbwn gwres - yn benodol, dwysedd thermol uwch ar y perimedr ac mewn rhanbarthau â mwy o amlygiad. Yn ymarferol, mae hyn yn golygu bylchu gwifrau cynyddol dynnach wrth i'r gosodiad agosáu at ymylon y flanced, neu ddwysedd pŵer llinellol uwch yn ddetholus mewn cylchedau perimedr.
Mae hwn yn bwynt lle mae llawerdyluniadau strwythurol blancedi trydansyrthio'n fyr. Mae cynllun sy'n "edrych yn unffurf" ar ddiagram llwybro gwastad yn aml yn gynllun a fydd yn cynhyrchu gwahaniaeth tymheredd 3-5 gradd rhwng canol ac ymyl o dan amodau gweithredu gwirioneddol. A chan y gall croen dynol ganfod gwahaniaethau tymheredd mor fach ag 1-2 gradd mewn senarios cyswllt uniongyrchol, nid dim ond - mesuradwy yw'r bwlch hwn, fe'i teimlir yn uniongyrchol.
Dylai'r targed dylunio gael ei ddatgan yn benodol fel manyleb unffurfiaeth tymheredd arwyneb (er enghraifft, Llai na neu hafal i amrywiad o 2 radd ar draws holl barthau cyswllt y corff ar gyflwr thermol cyson), nid fel manyleb bylchau gwifrau. Y bylchau yw'r modd peirianyddol; y map tymheredd arwyneb yw'r amcan gwirioneddol.
Beth sy'n Digwydd Mewn Gwirionedd mewn Pwyntiau Tro
Mae parthau tro mewn serpentine a chynlluniau llwybro crwm eraill yn aml yn cael eu disgrifio fel "mannau poeth oherwydd bod y gwifrau'n agosach at ei gilydd." Mae hwn yn orsymleiddiad sy'n methu'r mecanwaith mwy canlyniadol.
Pan fydd gwifren wresogi yn troi'n dynn, mae sawl peth yn newid ar yr un pryd. Mae radiws mewnol y tro yn profi cywasgu mecanyddol tra bod y radiws allanol o dan densiwn. Mewn gwifrau aloi, gall hyn newid y geometreg groestoriadol a gwrthiant lleol yn gynnil. Mewn elfennau ffibr carbon, gall ystwytho dro ar ôl tro ar radiysau tynn achosi difrod micro i ffibrau unigol, gan gynyddu ymwrthedd lleol yn raddol a symud proffil allbwn gwres y segment hwnnw dros amser.
Yn ogystal, mewn mannau tro, mae'r llwybr gwifren yn dyblu yn ôl arno'i hun, gan greu parth lle mae dwy segment gwifren agos yn pelydru gwres tuag at ei gilydd. Mae'r cyplu thermol cydfuddiannol hwn yn lleihau'r afradu gwres effeithiol o bob segment, gan godi'r tymheredd cydbwysedd lleol hyd yn oed os yw'r mewnbwn pŵer fesul hyd uned yn union yr un fath â rhannau syth.
Y canlyniad ymarferol yw bod rheolaeth thermol parth tro yn gofyn am fwy na dim ond cynnal bylchau digonol ar eu tro. Mae'n golygu rheoli radiws tro i aros o fewn goddefgarwch mecanyddol y wifren, gan sicrhau y gall y swbstrad cludo afradu'r llwyth thermol lleol ychwanegol, a - mewn diogelwch -dyluniadau critigol - lleolisynwyryddion amddiffyn gorboethigydag ymwybyddiaeth mai troadau yw'r safleoedd mwyaf tebygol i anomaleddau thermol ddatblygu dros oes y cynnyrch.
Gosodiad Gwifren a'r Effaith Pont Thermol Ddianamcanol
Anaml y caiff y dull a ddefnyddir i osod y wifren wresogi i'r swbstrad cludo ei drafod yng nghyd-destun unffurfiaeth thermol, ond mae'n cael effaith fesuradwy ar sut mae gwres yn trosglwyddo o'r wifren i'r wyneb blanced.
Mae pwytho - y dull gosod mwyaf traddodiadol - yn creu pwyntiau cyswllt cyfnodol rhwng y wifren a'r swbstrad. Ar bob pwynt pwyth, mae gwres yn dargludo'n effeithlon i'r swbstrad. Rhwng pwyntiau pwyth, gall bwlch aer bach fodoli rhwng y wifren a'r wyneb ffabrig, ac mae aer yn ddargludydd thermol gwael. Y canlyniad yw patrwm micro-o smotiau ychydig yn gynhesach (ar bwyntiau pwyth) a bylchau ychydig yn oerach (rhwng pwythau) ar hyd pob llwybr gwifren. Yn y rhan fwyaf o gynhyrchion, mae'r haenau ffabrig uwchben yn llyfnhau hyn o dan y trothwy canfyddiad. Ond mewn blancedi tenau heb fawr ddim llenwi, neu mewn-dyluniadau pŵer uchel lle mae tymheredd gwifrau'n rhedeg yn uwch, gall y patrwm thermol a achosir gan bwyth hwn ddod yn ganfyddadwy.
Mae bondio gludiog yn creu cyswllt thermol mwy parhaus rhwng gwifren a swbstrad, gan wella trosglwyddiad gwres ochrol yn gyffredinol a lleihau'r effaith patrwm micro. Gall weldio uwchsonig, lle bo'n berthnasol, sicrhau parhad tebyg gydag angori mecanyddol cryfach. Mae gan bob dull fasnachu mewn cyflymder cynhyrchu, cydnawsedd deunyddiau, gwydnwch o dan gylchoedd golchi, a hyblygrwydd - ond dylai'r goblygiadau thermol fod yn rhan o'r gwerthusiad, heb ei drin fel pryder eilaidd i'w ddarganfod yn ystod profion prototeip.
Mae'r dull gosod hefyd yn effeithio ar sefydlogrwydd y cynllun dros oes y cynnyrch. Gall gwifren sy'n symud safle hyd yn oed ychydig filimetrau ar ôl golchi neu ddefnyddio dro ar ôl tro newid y bylchiad lleol - ac felly proffil tymheredd lleol - y flanced. Mae gosodiad sy'n cynnal trachywiredd geometrig dros amser yn rhagofyniad ar gyfer-cysondeb unffurfiaeth hirdymor. Am fanylion pellach ar sut mae'r elfennau strwythurol hyn yn rhyngweithio, gweler trafodaeth ehangach arcyfluniadau gwifrau blanced drydan.
Patrymau Llwybro: Diswyddiadau Masnach Beirianneg yn Ymarferol
Llwybro cyfochrog
Mae llwybro cyfochrog yn cynnig y gweithrediad gweithgynhyrchu symlaf a'r rheolaeth bylchiad mwyaf rhagweladwy. Mae'n addas iawn ar gyfer cynhyrchion lle mae parthau thermol yn hirsgwar ac wedi'u hamlinellu'n glir. Ei gyfyngiad yw anhyblygrwydd: mae addasu gosodiadau cyfochrog i wneud iawn am golledion ymyl neu i greu parthau thermol graddedig yn gofyn am naill ai bylchiad amrywiol (ychwanegu cymhlethdod gweithgynhyrchu) neu elfennau gwresogi atodol ar y perimedr.
Llwybr Serpentine
Mae gosodiadau serpentine yn darparu sylw parhaus gydag un llwybr gwifren, sy'n symleiddio dyluniad trydanol ac yn lleihau nifer y pwyntiau terfynu -, pob un ohonynt yn safle methiant posibl. Y fasnach -i ffwrdd yw bod pob tro yn y llwybr serpentine yn her rheoli thermol, fel y trafodwyd yn Adran 4. Mae llwybr serpentine yn gofyn am reolaeth radiws troad llym a sylw gofalus i ymddygiad thermol parthau tro. Dyma'r patrwm a ddefnyddir fwyaf wrth gynhyrchu blancedi trydan, ond hefyd y patrwm sydd fwyaf tebygol o gynhyrchu mannau poeth lleol pan gaiff ei weithredu heb ddisgyblaeth beirianyddol ddigonol.
Parth-Routing Seiliedig
Mae gosodiadau sy'n seiliedig ar barthau yn rhannu'r flanced yn ranbarthau thermol a reolir yn annibynnol, pob un â'i ddwysedd gwifren, lefel pŵer, neu hyd yn oed math o elfen ei hun. Mae'r dull hwn yn cyd-fynd âstrategaethau technoleg gwresogi uwchsy'n gwahaniaethu allbwn thermol yn ôl rhanbarth corff - er enghraifft, cynhesrwydd uwch yn y parth meingefnol ac allbwn is yn y coesau. Mae'r her beirianyddol yn gorwedd ar ffiniau parthau: os yw'r trawsnewid yn rhy sydyn, mae defnyddwyr yn gweld ymyl thermol amlwg, a all deimlo'n fwy anghyfforddus na blanced gymedrol gyffredinol heb unrhyw barthau o gwbl. Mae dylunio effeithiol ar sail parth yn gofyn am orgyffwrdd bwriadol neu fylchau graddedig ar bob ffin.
Gwerthuso Perfformiad Gosodiad mewn Datblygiad
Diffinio'r Targed fel Manyleb Tymheredd Arwyneb
Cyn i unrhyw werthusiad ddechrau, dylid nodi'r meini prawf derbyn yn nhermau perfformiad tymheredd arwyneb: yr amrywiad mwyaf a ganiateir rhwng-parthau cyswllt y corff ar gyflwr cyson, uchafswm canol{1} i{2}}gwahaniaeth ymyl, ac uchafbwynt lleol-i-cyfagos-gwahaniaeth tymheredd ardal. Heb y targedau meintiol hyn, mae "unffurfiaeth" yn parhau i fod yn oddrychol ac yn amhosibl ailadrodd tuag ato yn systematig.
Profwch y Cyfnod Cynnes-Ffyny ar wahân
Mae perfformiad sefydlog a pherfformiad cynhesu yn werthusiadau gwahanol. Mae llawer o gynlluniau sy'n cydgyfeirio i unffurfiaeth derbyniol ar ecwilibriwm thermol yn dangos anghydbwysedd parth sylweddol yn ystod y pump i ddeg munud cyntaf - yn union y ffenestr pan fydd canfyddiad y defnyddiwr o gysur yn cael ei ffurfio fwyaf gweithredol. Os yw parth cyswllt y corff craidd yn cyrraedd y tymheredd targed mewn tri munud ond bod yr ardal o'i amgylch yn cymryd deuddeg, bydd y cynnyrch yn teimlo'n anwastad waeth beth fo'i-fanyleb cyflwr cyson. Dylai unffurfiaeth cynnes-gynnes gario ei feini prawf llwyddo/methu ei hun.
Defnyddiwch Delweddu IR ar gyfer Diagnosis, Nid Dilysu yn unig
Mae delweddu thermol isgoch yn safonol wrth ddatblygu blancedi trydan, ond mae ei werth yn dibynnu ar sut y'i defnyddir. Fel offeryn dilysu - sy'n cadarnhau bod prototeip gorffenedig yn bodloni manyleb - mae'n ddefnyddiol ond yn gyfyngedig. Mae ei bŵer go iawn fel offeryn diagnostig yn ystod y cyfnod dylunio ailadroddol: gan ddatgelu lle mae graddiannau thermol yn fwy serth na'r disgwyl, lle mae parthau tro yn cronni gwres, a lle mae dargludiad swbstrad yn methu â phontio bylchau gwifrau. Mae'r defnydd mwyaf cynhyrchiol o ddelweddu IR ar brototeipiau cynnar, nid samplau terfynol.
Dilysu o dan Amodau Realistig
Nid yw blanced foel sy'n pelydru'n rhydd ar fainc brawf yr un system thermol â blanced ar fatres o dan duvet gyda chorff dynol yn darparu inswleiddio a ffynhonnell wres ychwanegol. Dylai'r gwerthusiad gynnwys profion cyswllt o dan amodau defnydd realistig - gan gynnwys llwyth corff efelychiedig - oherwydd bod yr amodau terfyn thermol sy'n gyrru dosbarthiad tymheredd arwyneb gwirioneddol yn gwahaniaethu'n ystyrlon rhwng senarios -mainc agored ac mewn{4}}defnyddio. Yn y pen draw, dylai cynhyrchion fodloni'r gofynion diogelwch a ddiffinnir gan sefydliadau fel yIEC, wedi'i brofi o dan amodau sy'n adlewyrchu defnydd gwirioneddol.
Casgliad
Nid yw cynllun gwifrau mewn blanced drydan yn ymarfer llwybro - mae'n broblem peirianneg thermol sydd wedi'i hymgorffori mewn system ddeunydd amlhaenog. Mae'r math o elfen wresogi yn gosod y cyfyngiadau. Mae'r haenau swbstrad a ffabrig yn cyfryngu'r allbwn. Rhaid i'r strategaeth bylchu wneud iawn am golli gwres nad yw'n unffurf. Mae parthau tro yn gofyn am reolaeth fecanyddol a thermol. Mae dulliau gosod yn effeithio ar berfformiad uniongyrchol a-cysondeb hirdymor fel ei gilydd.
Nid y gosodiadau sy'n cynhyrchu gwresogi gwirioneddol unffurf yw'r rhai sy'n edrych fwyaf hyd yn oed ar ddiagram gwifrau. Dyma'r rhai sydd wedi'u peiriannu i gyflwyno map tymheredd arwyneb rheoledig - sy'n cyfrif am ddargludiad deunydd, iawndal ymyl, ymddygiad parth tro, ac amodau defnydd byd go iawn. Y lefel honno o beirianneg yw'r hyn sy'n gwahanu cynnyrch technegol gadarn oddi wrth un sydd ddim ond yn cynhesu.