液冷计算机固体污染度检测研究

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 液冷计算机固体污染度检测研究 摘要：随着微电子技术的发展， 芯片的功耗越来越高，计算机逐渐使用 液体冷却技术解决其散热问题。固体颗 粒污染物存在于计算机流体通道内部， 这些污染物在冷却液流动过程中对会冲 蚀计算机的流体通道甚至造成快速接头 故障。为了减少固体污染物对液冷计算 机的危害，应限制液冷计算机的固体颗 粒污染度水平，以保证液冷计算机在某 一污染度水平下能够正常工作。因此， 准确测试液冷计算机的固体颗粒污染度 指标就至关重要。本文对固体颗粒污染 度分级标准、污染度检测方法和检测要 求进行了介绍，最后提出了液冷计算机 固体污染度的检测方法。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 中国论文网 /1/view-12779454.htm 关键词：液冷计算机、污染物、 固体污染度、检测方法 中图分类号：X-652 0 引言 随着微电子技术的迅猛发展，芯 片功耗越来越高，传统的自然冷却和强 迫空气冷却的散热方式已经不能解决芯 片的散热问题。与空气相比，液体的散 热效率要高好很多。因此，液体冷却是 解决计算机上大功耗芯片散热的一个较 佳途径。液体在计算机板卡的散热壳体 的液体通道内流动，带走板卡的热量从 而达到对芯片进行冷却的目的。因此， 冷却液会充满板卡的散热壳体和计算机 机箱的液体通道。 液冷计算机使用的冷却液是由外 部液冷循环冷却设备提供。从液冷循环 冷却设备流出温度较低的冷却液进入液 冷计算机后与计算机进行热交换，冷却 液温度升高后从液冷计算机流出后进入 液冷循环冷却设备进行冷却，进入下一 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 个冷却循环。受现有工业水平的限制， 液冷计算机内部必然残存一些固体颗粒 污染物。固体颗粒污染物对电子设备带 来影响，如冲蚀液冷计算机的流体通道 或者卡死快速接头等。为了减少固体污 染物对机载计算机的危害，应限制液冷 计算机的固体污染度水平，以保证液冷 计算机在某一污染度水平下能够正常工 作。因此，准确检测液冷计算机的固体 污染度水平就至关重要。本文对固体污 染度的分级标准、污染度检测方法和检 测要求进行了介绍，最后提出了液冷计 算机固体污染度检测方法。 1 固体颗粒污染度分级 1.1 固体颗粒污染度分级标准 固体颗粒污染度分级标准是评定 冷却液污染度等级的尺寸标准，目前广 泛采用颗粒计数方法定级。如美国的 NAS1638，国际标准 ISO/DIS4406、ISO16889 和我国的军标 GJB420B 等。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 GJB420B-2006航空工作液固体 污染度分级以美国 AS4509（NAS1638 的新版）分级标准 为蓝本编制而成，按每 100ml 工作液中 所含的 6 个尺寸段最大极限颗粒数，从 00012 级共 15 个等级，如表 1 所示。 被测工作液污染度等级，按5m 粒径 范围累计颗粒数所对应的污染度等级确 定。例如，测得 100mL 工作液中 5m 粒径的累计颗粒数是 51234，处于 78 级，那么工作液的污染度是 8 级。其它 粒径的颗粒数不作为定级的依据，只作 为确定颗粒分布时参考使用，结果书写 为 GJB420B-8 级。 表 1 GJB420B-2006 固体污染度 分级 每 100ml 液量颗粒数/个 尺寸代码 A B C D E F 尺寸 1m 5m 15m 25m 50m 100m 4m（c ） 6m（c ） -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 14m（c） 21m（c ） 38m（c ） 70m（c） 000 195 76 14 3 1 0 00 390 152 27 5 1 0 0 780 304 54 10 2 0 1 1560 609 109 20 4 1 2 3120 1220 217 39 7 1 3 6250 2430 432 76 13 2 4 12500 4860 864 152 26 4 5 25000 9730 1730 306 53 8 6 50000 19500 3460 612 106 16 7 100000 38900 6920 1220 212 32 8 200000 77800 13900 2450 424 64 9 400000 156000 27700 4900 848 128 10 800000 311000 55400 9800 1700 256 11 1600000 623000 111000 19600 3390 512 12 3200000 1250000 222000 39200 6780 1020 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 注：使用 ACFTD 标准物质校准 或使用光学显微镜测试的尺寸，计量单 位为微米，用 m表示；使用 ISOMTD 标准物质校准或扫描电镜测试的尺寸， 计量单位也为微米，用 m（c）表示。 1.2 固体污染度确定原则 被测工作液的固体污染度等级， 可根据工作要求在下列方法中选择： a） 按照（BE ）尺寸范围 100mL 工作液中颗粒数最高等级确定固 体污染度等级； b） 应测试单位要求，也可按照 大于任意制定尺寸 100mL 工作液中颗 粒数确定固体污染度等级。 1.3 固体污染度表示方法 根据固体污染度等级的确定原则， 固体污染度等级的表示方法如下： a） 若按（BE ）尺寸范围 100mL 工作液总颗粒最高等级确定固体 污染度等级，按测试大于 5m或大于 6m（c ） 、大于 15m或大于 14m（c） 、 大于 25m或大于 21m（c ） 、大于 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 50m或大于 38m（c ）的 4 个尺寸范 围 100mL 工作液中颗粒数的最高等级 确定固体污染度等级，应表示为 GJB420B-X 级。 b） 若测试单位要求按大于 1m 或大于 4m（c ） 、大于 5m或大于 6m（c ） 、大于 15m或大于 14m（c） 、 大于 25m或大于 21m（c ） 、大于 50m或大于 38m、大于 100m或大 于 80m中任意指定尺寸测试的 100mL 工作液总颗粒数确定固体污染度等级， 应表示为 GJB420B-XA/ XB/ XC/ XD/ XE/ XF 级对应的固体污染度等级。当 每 100mL 某工作液样品固体污染物的 尺寸5m 或大于 6m（ c）的颗粒数为 1702 个时，该工作液的固体污染度等级 应记为 GJB420B-3B 级。当每 100mL 某工作液样品固体污染物的尺寸5m 或大于 6m（c ）的颗粒数为 1380000 个、尺寸15m 或大于 14m（c ）的颗 粒数为 93440 个、尺寸50m 或大于 38m（c ）的颗粒数为 1500 个时，该工 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 作液的固体污染度等级应记为 GJB420B-12B/11C/10E 级。 2 冷却液固体颗粒污染度的检测方法 检测方法有：称重法、计数法、 塞阻法等多种方法，其中计数法又包括 自动颗粒计数法和显微计数法。由于称 重法现已基本淘汰，下面重点介绍自动 颗粒计数法、显微计数法和塞阻法三种 常用的固体颗粒污染度的检测方法。 2.1 自动颗粒计数法 自动颗粒计数法是采用自动颗粒 计数器直接测定冷却液中颗粒直径和数 量。该仪器采用遮光原理，其关键部件 是一个由光源和光电管组成的传感器， 当颗粒随同冷却液流通过传感器感光区 时，就会有一部分光被遮蔽和散射，因 此光强发生变化，由于被遮蔽光的量与 颗粒粒径成正比，这样传感器每通过一 个颗粒，光电管就会输出一个对应的脉 冲信号。根据脉冲信号的幅值和次数， 即可确定颗粒粒径和数量浓度。这种方 法被国际社会所认可，广泛应用。此法 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 优点是检测迅速、精确，重复性好，还 可以用于在线检测。缺点是当颗粒折射 率与冷却液折射率接近或者冷却液中有 气泡和水分时，会引起误差。此外，设 备费昂贵，对检测人员、环境要求较高。 此方法比较适合实验室使用。 2.2 显微计数法 把 100ml 冷却液样品进行真空过 滤，并把分离出的颗粒进行容积处理， 并且分在淤积在两位平面上，然后放在 显微镜下读出其尺寸和数量，再按表 1 确定该样品的污染度。显微计数法可以 直接观察颗粒污染物的大小和形貌，并 可大致辨别污染物的类型，但这种方法 计数时需要时间过长，操作人员易于疲 劳，并且技术的准确性在很大程度上取 决于造作人员的经验和技能，其重复性 偏差大约为 30%，只能提供近似的污染 度等级。 2.3 塞阻法 当颗粒随同冷却液流通过滤膜时， 使滤膜堵塞，若滤膜两端的压差一定， -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 10 则冷却液通过滤膜流量随这程度的加剧 而衰减。颗粒浓度不同，堵塞程度就不 同，流量衰减曲线也不同。因此通过检 测与流量和压差的相关的参数，可以半 定量评定冷却液的污染度。此法优点是 重复检测性好，不受水分和气泡影响， 便于现场使用。该方法的缺点是精确性 较差。 3 污染度检测的要求 液冷计算机交付用户前应进行污 染度检测，液冷计算机的污染度应达到 或者优于 GJB420B 规定的污染度等级。 准确检测出液冷计算机的污染度与冷却 液取样、测试冷却液等因素密切相关， 下面这些因素进行详细介绍。 3.1 冷却液采样要求 冷却液是否具有代表性，能否反 映客观实际，这是一个十分重要的问题。 为避免冷却液固体污染度检测过程中的 人为二次污染，应严格遵守取样要求与 操作规程。为使采样具有代表性，应重 点掌握以下几点： -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 11 a. 取样点的设定 设定取样点时要考虑两个因素： 一是必须使所取油样具有代表性， 即测量结果能够代表整个系统的污染状 况，二要考虑取样装置的安装方便。 通常应该在系统内污染最严重且 容易发生故障的部位附近设立取样点， 如液冷计算机冷却液进出口的位置。如 果需要检测外部液冷循环冷却设备储液 箱中冷却液的污染度，应确保取样管的 末端进入储液箱中冷却液深度的一半左 右，否则，由于冷却液分层可能使液样 没有代表性。 b. 取样时间和的间隔设定 为了使分析结果真正代表实际情 况，应在系统正在运行或刚刚停止工作 时进行取样，这样才能保证取样过程中 的样品不被污染。 在进行冷却液污染监测和故障诊 断过程中，一般以运行时间确定取样时 间，取样间隔由设备工作性质和系统压 力而定，并根据运行时间长短和技术状 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 12 态随时调整。 3.2 测试冷却液 注入液冷计算机进行测试的清洁 冷却液的污染度指标值应低于液冷计算 机验收水平 1 级或多级水平。如果液冷 计算机的污染度预期值应达到 8 级时， 注入液冷计算机中的冷却液的污染度指 标值应为 7 级或低于 7 级。 4 液冷计算机固体污染度检测 液冷计算机固体污染度检测应按 照如下步骤进行： 第一步，连接外部液冷循环冷却 设备与液冷计算机，在液冷计算机与外 部液冷循环冷却设备之间安装过滤装置， 保证进入液冷计算机内部冷却液的固体 污染度指标值应比液冷计算机预期指标 至少小一级。在液冷计算机冷却液进出 口位置各设置一个冷却液采样点，该采 样点应真实反映液冷计算机冷却液进出 口的污染度指标。 第二步，打开液冷循环冷却设备， 液冷循环冷却设备及液冷计算机至少工 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 13 作 30min，然后每隔 10min 从冷却液进 出口的采样点各采集一次冷却液样品， 采集 3 次共 6 个样品。 第三步，用自动颗粒度计数仪对 6 个样品的固体污染度进行检测。如果 液冷计算机进口的 3 个冷却液样品的污 染度指标小于液冷计算机预期的污染度 指标，这表明进入液冷计算机的冷却液 污染度满足测试要求。如果液冷计算机 出口的 3 个冷却液样品的污染度指标一 致并且与预期值一致，则表明液冷计算 机固体污染度指标