Sensor zur direkten Bestimmung der Verlustleistung

Anbieter zum Thema

Micro-Epsilon Messtechnik GmbH & Co. KG

ET System electronic GmbH

CTX Thermal Solutions GmbH

Adamietz Elektronik-Entwicklung

Bild 4 zeigt den Sensor eingefügt zwischen einen MOSFET im Isotop-Gehäuse und seinem Kühlkörper aus Kupfer. Da die Temperatursensoren in der Lage sind präzise Temperatur und vor allem Temperaturdifferenzen zu erfassen, werden Sie auch in einer Sensor-Einheit zur Erfassung von Wärmeverlusten eingesetzt, die mit Kühlflüssigkeit abgeführt werden. Dazu wird die Einheit, die aus zwei Temperatursensoren und einem Durchflussmesser besteht, in den zu messenden Kühlkreislauf eingefügt. Bekanntermaßen wird dann aus der Temperaturdifferenz des in den Kühler hinein laufenden kalten und des vom Kühler heraus laufenden warmen Kühlmediums und des Durchflusses auf die abtransportierte Energie geschlossen. Mit dieser Methode lassen sich Leistungen von einigen W bis mehreren kW messen.

Details zu den Messwerten der Tabelle

Alle drei Prototypen haben nahezu den gleichen Footprint von 22 mm x 25 mm, besitzen aber zwei unterschiedliche Höhen und Kernmaterialien. Alle Messungen erfolgten auf einem Kupferkühler. Zwar erscheinen die Werte für den Wärmewiderstand hoch, doch sie sind vergleichbar mit den Messwerten, erzielt mit Klötzchen aus vollem Material entsprechender Abmessungen positioniert an der Stelle der Sensoren.

Die Messungen zur Widerholgenauigkeit wurden durchgeführt, nachdem das Bauteil mehrmals abmontiert und abwechselnd nach Augenmaß wider positioniert und befestigt worden ist. Bei den Messungen zu Abhängigkeit von der Position der Wärmequelle wurde ein Bauteil in einem verkleinerten TO247-Gehäuse (Teil des Gehäuse ab dem Anfang der Befestigungsbohrung abgeschnitten) mit Footprint von 14 mm x 14 mm benutzt. Während dieser Messung wurden alle möglichen Positionen des 14 mm x 14 mm kleinen Bauteils auf dem 22 mm x 25 mm messenden Areal des Sensors durchgespielt.

Um gute EMI-Immunität zu erreichen sind der Sensor, das Kabel und das Gehäuse der Auswerteeinheit vollständig geschirmt. Zusätzlich werden die Signale vom Sensor am Eingang der Auswerteeinheit aufwendig gefiltert. Es besteht auch die Möglichkeit das System aus einer 6-V-Batterie zu betreiben.

Die Festkörper-Sensoren sind in diversen Footprint-Größen von 10 mm x 15 mm passend für TO220-Gehäuse bis 105 mm x 45 mm passend für große SEMITRANS-Gehäuse verfügbar. Den Abmessungen nach oben sind keine Grenzen gesetzt, sodass Footprint-Größen von 100 mm x 100 mm und darüber hinaus ohne weiteres herstellbar sind.

Erprobung und Weiterentwicklung

Die Einheit zur Messung der Verluste im Falle von Flüssigkeitskühlung ist für diverse Leitungsdurchmesser im Bereich von 4 bis 12 mm und Durchflüsse von wenigen l/Minute bis 30 l/Minute erhältlich. Größere Durchmesser und größere Durchflüsse sind realisierbar. Die Messeinheit kann mit Schnellkupplungen ausgestattet werden. Die mit dem Kühlmedium in Kontakt tretenden Materialien bestehen aus Kunststoffen und Kupfer oder Edelstahl. Abhängig von der Kühlflüssigkeit kommen diverse Durchflussmesser zum Einsatz. Für partikelfreies Wasser und DI-Wasser (destilliertes Wasser) werden Turbinen-Durchflusssensoren bevorzugt.

Der Autor ist an der Zusammenarbeit mit potenziellen Anwendern zur Erprobung und Weiterentwicklung der Sensoren interessiert. Aus momentaner Sicht, gilt es im wesentlichen Fragen zu beantworten zum Verhalten bei sehr starken EM-Störfeldern, zur Form und zu brauchbaren Außenabmessungen des Sensorkörpers und zur Anordnung des Kabelabganges. Von Interesse sind aber auch allgemeine Erfahrungen wie zur Genauigkeit oder Handhabung.

* * Hubert Adamietz ist Inhaber der Firma Elektronik-Entwicklung Adamietz, Ochtendung

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