【视频监控产品测试的温升测试模型建立分析案例5100字】

视频监控产品测试的温升测试模型建立分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u6888视频监控产品测试的温升测试模型建立分析案例 1238591.1温升与环境温度的关系 1142651.2温升与大气压强的关系 715051.3温升与产品结构的关系 10318551.4产品温升测试模型 10视频监控产品在发布之前需要进行温升测试，而温升测试需要拆开设备外壳将测温线焊接在需要测试的芯片上，之后记录设备稳定运行两个小时后的温升值。同时由于视频监控产品销售的区域较广，产品需要在不同的环境温度和气压下进行温升测试。过程非常繁琐且必须人工手动进行，测试效率极低。因此通过研究产品温升与环境温度、大气压、结构等的关系，建立产品温升测试模型。在测试中，只需要测试典型产品的温升值，带入到温升模型中，就可以得出不同产品在不同环境温度和大气压下的温升结果。极大的节约了测试资源，提升了测试效率。1.1温升与环境温度的关系全球因为极地和赤道的存在，温度分布范围很广，很难通过单一的值来界定。例如利比亚、沙特阿拉伯等国家的夏季的平均气温可以达到55摄氏度。产品的温升也受产品周围的环境温度影响，环境温度越低，散热就越快，反之，环境温度越高，散热就越慢。高温会造成产品机械强度降低、焊点易脱落、电性能和绝缘性能受影响。研究表明元器件的故障率随温度的升高呈指数升高的趋势，如图1.1所示。图1.1元器件故障率（10万小时）与温度（℃）的关系当前电子设备的散热方式主要有：自然冷却法、强迫空气冷却法、与机械设计过程结为一体的方法REF_Ref28103\r\h[22]。1、自然冷却法：不使用任何外部辅助能量的情况下，实现传热。适用于小型化部件的散热。1）传导：热传导是由于分子在固体里震动和气体里的弹性碰撞行程的。通用的热传导基本定律的如下：（1.1）热流密度∂q/∂A（1.2）根据热流公式，流入闭合区域的净热量等于单位时间内该区域产生的与吸收的热量之差：（1.3）E是内部产生的热量。采用面积分和体积分间的高斯公式：（1.4）p=∂E/∂t表示内部产生的热量。从公式（1.2）得：（1.5）综合1.4.4和1.4.5两个公式，可得出区域内温度分布的矢量微分方程（1.6）参数kρcp热流通过恒定面积A的区域时，公式（1.2）可以简化为：（1.7）因此可以定义热阻。2）对流：靠流体的流动进行热传递的过程。高温物体表面附近的流体将热吸走，并通过流动，把热量带到温度低的地方，从而使表面温度降低。对流分为强迫对流和自然对流。当流体流动是由于受热密度小而产生的浮升力所致时，这个过程叫做自然对流；当流体流动是由于外界装置的作用强迫流动时，就是强迫对流。热传导的基本公式是：（1.8）hc是对流热系数，As是换热表面的面积，3）辐射：热体以电磁波的形式进行热辐射，其波长范围是从红外线到紫外线。辐射可以无衰减到穿过真空，在穿过气体传播时衰减也很小，当它受到气体物体的阻拦时，辐射的一部分被吸收并被转换成热能，一部分可能被表面反射回去，而另一部分就可能仍以电磁波的形式穿过物体。用辐射系数表示就是：τ+α+ρ＝1（1.9）式中：τ＝透射率α＝吸收率ρ＝反射率2、强迫空气冷却法当自然冷却无法解决产品的热耗问题时，就需要对它进行人为的强化传热措施，从而使热传递到散热终端，这就意味着我们需要消耗多余的能量来驱动传热系统。在很多环境中空气是可以获得的流体，它有很强的吸热能力，所以空气经常被用来实现强迫空气冷却。流体的研究已经相对比较完善了。流体流动遵守：质量守恒定律、动量守恒定律、能量守恒定律。通过上面的散热分析可以看出来，环境温度的高低直接影响到了电子产品的散热，那么必将影响到设备内部的温升。为了找出当前产品温升与环境温度的具体关系，现抽取部分产品在不同环境温度下测试其关键器件的温升数据。样品的选取选取了应用场景较广泛的视频设备和存储设备，应用场景遍及室内、室外、机房及岗亭等场所，需要适应的外部环境气温变化较大。环境温度的设置结合产品应用场景的环境温度上限和下限及实验室方便模拟的环境温度，设置测试的环境温度为25℃、35℃、45℃、55℃。测试试验箱的要求（1）测试样品要放在热传导较低的材料上，使之与试验箱底部隔离，减少试验箱内表面的热传导影响。（2）试验箱要足够大，测试样本的体积与试验箱容积至少要满足1：5。（3）测试样品与试验箱的各面的距离要满足GB2423中的要求，以减少涡流，影响测试数据。测试数据及分析通过1-3的准备工作后，在视频设备1和视频设备2上各选取了三个关键测试点进行了温升测试，详细的测试结果如表1.1和表1.2所示，趋势图如图1.2和图1.3所示。（说明：温升=测试点的测试温度值-环境温度）表1.1视频设备1在不同温度下各测试点的温升测试结果环境温度（℃）测试点1（℃）测试点2（℃）测试点3（℃）25203941352242434526454755294950图1.2视频设备1在不同温度下各测试点的温升测试结果表1.2视频设备2不同温度下各测试点的温升测试结果环境温度（℃）测试点1（℃）测试点2（℃）测试点3（℃）25203537352238394525414255284445图1.3视频设备3在不同温度下各测试点的温升测试结果由测试数据可以看出，当环境温度在25～55范围内小幅增加的时候，电子产品的温升也在呈一定比例的增加。因此我们来分析，当环境温度按一定比例增加时，温升值会升高多少，以25℃为基准，计算出环境温度每升高10℃时温升值的变化量。视频设备1的测试结果如表1.3所示：表1.3视频设备1测试结果环境温度差值（℃）测试点1（℃）测试点2（℃）测试点3（℃）10232206763091010视频设备2的测试结果如表1.4所示：表1.4视频设备2测试结果环境温度差值（℃）测试点1（℃）测试点2（℃）测试点3（℃）102322056530898观察上述温升变化量可以看出，每升高10℃，温升的变化量是呈现一定比例的。设定温升变化值为y，测试环境温度差值为x，根据上述的折线图可以认为y与x之间满足y=kx+b的关系。通过最小二乘法对上述数据的平均值进行耦合，可以得出如图1.4和图1.5的关系。图1.4视频设备1的温升变化值y与环境温度差值的关系图1.5视频设备2的温升变化值y与环境温度差值的关系因此视频设备1的温升变化值y与环境温度差值x之间满足：y=0.35x−1.3333(1.10)同理，视频设备2的温升变化值y与环境温度差值x之间满足：y=0.3x−1(1.11)1.2温升与大气压强的关系在地球引力的作用下，地球周围形成大气层，使空气具有重量产生一定的大气压。大气压主要取决于海拔的高低，随着海拔的增高气压逐步减小。我国西部地区因为山脉的存在，平均海拔在4000米左右。低气压是典型的气候特征，对电子产品的影响不容小觑。低气压会破坏产品的密封性，影响产品的散热性能。大部分的电子产品都属于散热产品，即在外部温度达到稳定时，表面的最热温度高于环境温度5度以上的产品。散热产品的热耗散主要分为传导、对流和辐射。而大气压的降低将伴随着空气密度的降低，这将直接影响到强迫对流散热的效果，这是因为强迫对流散热是依靠空气流动带走热量的。由于空气密度的降低，相同体积下，空气的质量降低，而比热容是常数，因此空气吸收的热量将减少。因此高度越高，气压越低，空气密度越低，对流散热就越小，那温升就越高。《GB2423.21电子电工产品环境试验：低气压》中规定了低气压实验不同海拔高度对应的气压等级如表1.5所示：表1.5不同海拔高度下的气压等级海拔高度/m气压值/kpa31200126600222100417600813600151040025720040485055300070针对上述理论分析，选取产品进行测试数据验证。样品选取：选取一款应用场景会涉及到高原的视频存储设备进行测试。大气压的设置：结合当前视频监控产品可能使用到的海拔高度，结合GB2423中的限值规定，选取最高海拔为4850m，对应的气压值为55kpa；选取当前的标准大气压作为最低限值要求；再在两者之间挑选西安（411m，95kpa）、贵州（1071m，85kpa）作为测试补充。测试要求：（1）试验箱要可以保持要求的气压值，同时容差满足±5%。（2）测试设备要在运行状态，且各项配置满足典型配置的要求。实验前后设备的功能和状态要满足对应的要求。（3）测试数据在试验箱气压稳定且设备稳定运行2个小时后采集。测试数据及分析：根据上述的准备工作，在之前选定的视频设备产品1上进行了不同气压环境下的产品温升测试，测试结果如表1.6所示，趋势图如图1.6所示：表1.6不同气压下的产品温升结果气压值\kpa温升值/℃5553.58544.69542.510139.5图1.6不同气压下的产品温升结果根据上述数据，参考101kpa时的温升值，计算和分析出大气压降低时，温升的变化量情况，如表1.7所示。表1.7不同气压下的产品温升变化量气压降低变化值/kpa温升变化量/℃451415451.5由表1.7的数据可以看出，气压在一定范围内降低时，产品的温升值是按一定规律增加的，温升值的变化量随气压的变化量呈线性的趋势下降。图1.7气压降低量x与温升增加值y之间的关系如图1.7中通过最小二乘法的耦合结果可以得出，气压的降低量x与温升增加值y之间的关系：y=0.3173x−0.375(1.12)1.3温升与产品结构的关系对于电子电工产品的结构设计，目前涉及到最多的是钣金产品的结构设计和塑料产品的结构设计。产品结构的设计直接影响到产品的散热。结构上的热设计，主要也是考虑热的传导、对流和辐射。常见的导热材料有导热胶、硅胶垫片、导热硅脂、云母片等；热辐射则要求温差较大，它的主要影响因素是材料、表面粗糙程度、波长等；对流是通过固体表面发生的换热现象，主要与换热面积有关。本文分析的温升测试产品主要是两类：1、视频设备1是塑料外壳的室外产品；2、视频设备2是金属外壳的室外产品。通过对同一平台不同结构的产品上的主要芯片进行温升测试（如表1.7所示），确定两类结构对产品温升的实际影响。表1.7视频设备1和视频设备2的温升视频设备1的温升（℃）视频设备2的温升（℃）3825422943314535由表1.7中的数据可以清楚的看到，平台相同、功耗相同的产品上相同的点位，因外部结构的材料不同，温升值明显不同。一般情况下塑料外壳的产品温升要高于金属外壳的产品温升。因此在后续温升模型的建立过程中应将不同结构的产品分开进行建模。1.4产品温升测试模型目前视频监控产品的类别和系列非常的多，同一款产品的更新迭代也非常的快。如果每一款产品在发布前都进行实际的产品温升测试，人力资源和实验室的测试资源都无法达到，而且通过对大量测试数据的分析也可以看出，大量的测试数据存在冗余的情况，也就导致了人力资源和测试资源的投入产出比非常的低。但是为了保证产品的安全性，以及很多国家标准对产品的温升都有各种限制和要求，理论上应该在不同的环境温度下测试每一款产品的温升情况，这样测试周期会大大扩大，影响产品发布；若在单一环境下测试又不能证明产品在不同温度环境下都能安全可靠。综合以上问题，结合对环境温度、大气压强和产品结构对产品温升影响的研究之后，计划通过建立温升模型，对同一类常规产品通过测试某一典型环境下的温升情况，进而可以预测出其他不同环境下的温升值，减少测试投入，提高测试效率，保障产品顺利发布。本文意在整理出温升模型建立的思路，且因视频监控产品类别实在太多，无法全部列举出来，因此选取前文中的视频设备1进行温升的模型建立。通过4.2和4.3的内容可以知道，针对视频设备1来说，环境温度和大气压强在一定范围内对其温度的影响可以用如下模型公式表述：对于环境温度在25～55℃范围内，环境温度每升高x℃（x取10、20和30），温升就变化y℃,则可得y=0.35x−1.3333；对于大气压强在55～101kpa范围内，大气压强每降低zkpa，温升就变化y℃，则可得y=0.3173z−0.375。通过对上述表达式的观察可以看出，对于视频设备1来说，环境温度和大气压强在限定范围内对其温升的影响都是线性，那么可以推测两者对其温升的共同影响也是线性，因此可以得出温升变化量y与环