Wärmeableitung in Watt von Geräten in einer Box

Ihr Problem hier ist, dass Sie den falschen Teil der thermischen Gleichung betrachten. Die Wärmeableitung einer beheizten Metallbox wird durch den Wärmewiderstand der Metall/Luft-Grenzfläche dominiert, nicht durch die Wärmeleitfähigkeit der Box selbst. Die Charakterisierung des thermischen Widerstands dieser Grenzfläche wird schwierig sein, ohne viel mehr Messungen durchzuführen.

Aus praktischer Sicht ist die einfachste Lösung, die Heizung zu überdimensionieren und ein Thermostat zu verwenden, um das Gehäuse auf der Zieltemperatur zu halten - dies macht die genaue Größe der Heizung unwichtig und bedeutet auch, dass die Temperatur gleichmäßig bleibt wenn sich die Umgebungstemperatur ändert.

Die Wärmeleitfähigkeit von Aluminiumwänden hat sehr wenig mit dem Problem zu tun (die Wärmeimpedanz von Wänden ist wahrscheinlich vernachlässigbar). Dies ist eine Frage zu den thermischen Eigenschaften eines rechteckigen Kastens unter freier Konvektion im Feld der Schwerkraft. Wie formuliert, hat das Problem keine einfache Lösung und erfordert eine Einbeziehung von CFD - Computational Fluid Dynamics. Das Ergebnis hängt von der Ausrichtung der Box und davon ab, ob die Umgebungsluft ruht oder sich bewegt. Es gibt eine riesige Menge technischer Artikel, um die thermischen Bedingungen von Gehäusen wie diesem zu bewerten , obwohl es ziemlich ahnungslos ist (der Rippenabstand ist zu klein, um eine gute natürliche Konvektion zu entwickeln).

Hier ist ein besserer Artikel darüber, wie man auf die Wärmeübertragung durch hermetisch abgedichtete Elektronikgehäuse zugreifen kann, hier ist die allgemeine Skizze der problematischen Komponenten,

Auf der Außenseite müssen Sie die natürliche Konvektion um vertikale Oberflächen des Gehäuses, von oberen und unteren horizontalen Oberflächen (die Übertragungseigenschaften sind in allen drei Fällen unterschiedlich) und den Strahlungsaustausch berücksichtigen. Für die innere Konvektion gelten die gleichen Faktoren und müssen ebenfalls berechnet/geschätzt werden. Es spielen also viele Faktoren eine Rolle und es sind nur grobe Schätzungen möglich.

Sie verwenden die falschen Temperaturen in Ihrer Gleichung und die falsche Gleichung insgesamt. Damit diese Gleichung funktioniert, müssen Sie die Temperatur der inneren und äußeren Aluminiumoberflächen messen, nicht die Lufttemperatur. Aber angesichts der sehr geringen Differenz dort wäre diese Übung sinnlos.

Als Näherung erster Ordnung können Sie einfach die Dissipation eines Materialblocks mit 10 Grad Differenz und gleicher Oberfläche der Box berechnen. Die Gleichung ist sehr ähnlich, aber entscheidend ist nicht die Wärmeleitfähigkeit der Box, sondern der Wärmekonvektionskoeffizient für Luft und die Gesamtoberfläche.

$T_s$ist die Oberflächentemperatur,$T_a$die Außenlufttemperatur und A die Gesamtoberfläche. Für eine kleine Temperaturdifferenz und ruhige Luft kann h so niedrig sein wie$10 W/(m^2 K)$

Wenn Sie jedoch die Lufttemperatur verwenden, ist dies eine grobe Schätzung, da ignoriert wird, dass die Innentemperatur auch von der Luft an die Box gekoppelt werden muss und dass ein Teil der Wärme auch abgestrahlt wird.

Besser wäre es, wenn Sie direkt die Oberflächentemperatur der Box messen.

Aber in Ihrer Bewerbung würde ich zwei Dinge tun:

1. Fügen Sie etwas nicht brennbare Schaumisolierung in das Innere der Box ein. Selbst ein paar Millimeter, die die Innenflächen bedecken, würden viel ausreichen.
2. Wenn das nicht ausreicht, fügen Sie einen Widerstand hinzu, um ein paar zusätzliche Watt abzuleiten.

Sie könnten sich etwas Zeit sparen, wenn Sie einfach mit ein paar bekannten Leistungsstufen (ein paar Widerständen und einem Netzteil) experimentieren und den Wärmeübertragungskoeffizienten Luft zu Luft für Ihre spezifische Box direkt berechnen.

Wenn Sie die Temperatur regulieren möchten und relativ wenig Strom benötigen, können Sie direkt einen Thermistor mit positivem Temperaturkoeffizienten verwenden. Oder Sie können einen Thermistor mit einem Transistor koppeln, um die Verlustleistung zu erhöhen.