专利名称：散热系统流体特性曲线的测量方法
技术领域：
本发明为一种散热系统流体特性曲线的测量方法。
在各种的家电装置、科技产品内部，散热系统往往是一个不可缺少的组成部分，而基于成本的考虑，绝大多数的散热系统都是采用风扇的气冷方式工作。当设计这种类型的散热系统时，该选择何种形式的风扇，包括该风扇的大小、转速、电压等性能参数，该如何搭配才能发挥出最大的功效，也往往是整个散热系统的散热效果优劣的关键。
在风扇的各项性能参数中，以电压来作为调整转速的参数，是最具有灵活性与便利性的，此方法被称为“风扇转速控制”。可借助调整风扇电压的方式来取得一散热系统的流体特性曲线组，再根据该流体特性曲线组来决定该散热系统与产品内部其他装置的搭配方式，以使得该散热系统能发挥最大的效益。
以电源供应器DPS-1001AB-1A内部的散热系统，与台达电子生产的风扇Delta AFB0612 Series为例，以AMCA 210-85风洞为测量仪器，其测量得的流体特性曲线组可分别如
图1与图2所示，在本例中所需要取样的特性是该电源供应器和该风扇在工作时产生的风压与气流量的关是。在两个图中的各实线即为在各种不同电压下，该装置的风压(纵轴)与气流量(横轴)的关是曲线，以下简称为「P-Q曲线」。在得到此P-Q曲线后，就可以针对该曲线的信息，来决定如何调整该散热系统的操作方式，以达到最佳的散热效果。
上面已说明揭示流体特性曲线组的形式下面将阐明流体特性曲线组的产生方式。在传统技术中，流体特性曲线组的绘制，是很直观地去测量全部范围内的每个数值，再记录、描绘而成。例如，使一散热系统的电压操作在5V到12V之间，每一个电压都要测量10个点的数据，并记录下后，再将如此得到的所有点描绘成曲线。假设测量10个点需要40分钟，则全部测量80个点，时间要花费320分钟，约为5.33个小时。其流程可参考图3，这是传统技术的测量流程图。
由图3的流程图中可看出，此种测量方式虽然简单，但是非常耗费时间。由于测量并不是件繁杂或是高精密度的工作，如此一再地重复类似的测量动作，是非常不值得的，因无形中也花费了许多不必要的成本。另外，若在一散热系统流体特性曲线测量阶段的这段漫长时间中，或是已经有了现成的流体特性曲线后，该散热系统又有新设计时，例如更改原先的配置方式或是变更某些电子元件等等，则先前完成的测量工作将全部白费，而需要再重新开始所有的调整电压、取样点数值等测量工作。因此，此传统方法显得非常没有效率也没有灵活性，更会浪费不少研发生产的成本。
本发明的目的是提供一种散热系统流体特性曲线的测量方法，用以获得一散热系统的一流体特性曲线组(第一性能参数与一第二性能参数的关系曲线组)，并可以减少测量时间与降低成本。
为实现上述目的，本发明的散热系统流体特性曲线测量方法包含下列步骤测量并取得该散热系统于一第一状况下的一第一流体特性曲线；由该第一流体特性曲线，得到一第一变数与一第二变数；以一数学方法处理该第一性能参数与该第二性能参数的相关数值，以及该第一变数与该第二变数，以得到构成一特性方程式的数个曲线是数；测量并取得该散热系统于一第二状况下，其一第二流体特性曲线的一第三变数与一第四变数；将该第三变数与该第四变数取代该第一变数与该第二变数，代入该特性方程式中，以求得该散热系统于该第二状况下的该第二流体特性曲线；该第二流体特性曲线，与该第一流体特性曲线，构成该流体特性曲线组。
所述该散热系统是为一风扇。
所述第一性能参数为气流风压或风扇转速，该第二性能参数为气流量。
所述第一变数为该第一性能参数于第一状况的最大值，该第二变数为该第二性能参数于第一状况的最大值，该第三变数为该第一性能参数于第二状况的最大值，而该第四变数为该第二性能参数于第二状况的最大值。
所述的数学方法为数据正归化分析(Data NormalizedAnalysis)。
所述的第二状况是由改变该第一状况的电压而形成。
如上所述，其中更可改变该第二状况，以得到一第三状况，并进行类似步骤以得到一第三流体特性曲线，其中该第三流体特性曲线与该第一流体特性曲线、该第二流体特性曲线，构成该流体特性曲线组。采用该测量方法可减少测量时间、降低测量成本并具有极大的灵活性。
为了更进一步深入了解本发明的测量方法的目的、特点和优点，以下结合附图进一步具体说明。
图1是电源供应器DPS-1001AB-1A的流体特性曲线组的特性曲线图；图2是台达(Delta)的AFB0612系列风扇的流体特性曲线组的特性曲线图；图3是传统技术测量流程图；图4是本发明的一较佳实施例的测量流程图；图5是测量结果比较表。
本发明为一种散热系统流体特性曲线的测量方法，用以取得一散热系统的流体特性曲线组，以便于运用该散热系统时能依据该流体特性曲线组适当地调整该散热系统的搭配方式，而使整个系统能够发挥出最大的效益。
本发明的工作流程可以参考图4，图4是本发明的测量流程图。本发明的测量方式为，在某一电压下，例如12V下，先测量10点数据，接着以P/Pmax，Q/Qmax或风扇转速为变数，将刚测量得到的12V电压下的P-Q曲线做数学上的正归化运算(normalized)，求出其回归曲线的是数，以得到一个回归曲线的方程式。其中，P为该散热系统的气流风压，Pmax为该P-Q曲线中气流风压的最大值；Q为该散热系统的气流量，Qmax为该P-Q曲线中气流量的最大值。
接着，再测量在其他不同电压下，该散热系统的Pmax、Qmax或风扇转速的数值，代入的前得到的回归曲线方程式，则可获得一曲线，而此即为欲求电压下的P-Q曲线。
与传统技术的差异在于，本发明不需要在所有13个不同电压下都测量10点数据，而只要在某一电压下测量10点数据，即可建立起一数学模型；的后，在其他电压下只要测量2点数据，就可以利用数学运算的方式求得其P-Q曲线，可以减少不少测量的时间。如图4中所示的实用新型全程共花约90分钟，与传统技术的320分钟相比，节省了三分的二以上的时间。
在上述过程中，所建立起来的数学模型，即回归曲线的方程式如下y＝f(x)＝Ax2+Bx+C其中y为P/Pmax，x为Q/Qmax。该方程式的建立过程如下利用第一个电压下的P/Pmax代入y值，Q/Qmax或风扇转速代入x值，而得到A、B、C三个是数的实际值，建立起回归曲线的方程式。的后，只要代入其他电压下的Pmax、Qmax或风扇转速值，则可得到所要求的P-Q曲线。
本发明的方法是以风扇设计理论为基础，并配合实际测量修正与数学运算而获得，故所求的曲线的估计值与实际测量值之间存在一有限程度的误差。参考图1的电源供应器DPS-1001AB-1A的流体特性曲线组，以及图2的风扇Delta AFB0612 Series的流体特性曲线组。在图中的所示的曲线中，实线为实际的测量值，虚线为经由本发明方法数学运算所得的估计值，可以看到两者之间非常接近。
再参考图5，图5是测量结果比较表。表中所列是图1的电源供应器DPS-1001AB-1A在电压13V下的P-Q曲线上各点的数值。在比较实际的测量值与本发明运算所得估计值的后可发现，两者的误差皆在5％以内这在工程应用中已经是可以被接受的。
本技术的设计原理系依据1.风扇设计原理(Fan Design Principle)。
2.最小平方回归法(Least Squares Regression Method)。
3.数据正归化分析(Data Normalized Analysis)。
由于其运算所得的值具极高的准确度，故在工程中可以采用此方法。同时，本发明的方法更能省下大量的测量时间与测量的人力等成本，对于产品的研发设计、生产制造，都非常有帮助。尤其是在包含该散热系统的产品设计阶段，若需对产品的电子元件做些许变更，可省下更多成本。
此种散热系统的设计方式，更可广泛的应用在各式各样的有需要散热的仪器、产品的设计上。除了电源供应器外，例如LCD投影机、电脑、伺服器、交换机等大型机器也都可以应用。
而本方法更可应用于数值模拟软件上，对于电子仪器的散热设计能具有极大的助益，也能推广至各种流体机械的设计，与其他种种各领域的设计。
综上所述，我们可得以下二点结论一、本发明的散热系统流体特性曲线的测量方法，可以极有灵活性地应用在各种产品的设计上，满足各种需求，应用极为广泛。二、应用了本发明测量方法的产品，可以大幅减低设计生产各方面的成本。
权利要求
1.一种散热系统流体特性曲线的测量方法，用以获得一散热系统的一流体特性曲线组，其中该流体特性曲线组是为一第一性能参数与一第二性能参数的关是曲线组，特征在于，它包括下列步骤测量并取得该散热系统于一第一状况下的一第一流体特性曲线；由该第一流体特性曲线，得到一第一变数与一第二变数；以一数学方法处理该第一性能参数与该第二性能参数的相关数值，以及该第一变数与该第二变数，以得到构成一特性方程式的数个曲线是数；测量并取得该散热系统于一第二状况下，其一第二流体特性曲线的一第三变数与一第四变数；将该第三变数与该第四变数取代该第一变数与该第二变数，代入该特性方程式中，即可求得该散热系统于该第二状况下的该第二流体特性曲线；该第二流体特性曲线与该第一流体特性曲线构成该流体特性曲线组。
2.如权利要求1所述的散热系统流体特性曲线的测量方法，其特征在于，该散热系统是为一风扇。
3.如权利要求2所述的散热系统流体特性曲线的测量方法，其特征在于，该第一性能参数与该第二性能参数为气流风压与气流量。
4.如权利要求2所述的散热系统流体特性曲线的测量方法，其特征在于，该第一性能参数为风扇转速。
5.如权利要求1所述的散热系统流体特性曲线的测量方法，其特征在于，该第一变数为该第一性能参数于第一状况的最大值。
6.如权利要求5所述的散热系统流体特性曲线的测量方法，其特征在于，该第二变数为该第二性能参数于第一状况的最大值。
7.如权利要求1所述的散热系统流体特性曲线的测量方法，其特征在于，该第三变数为该第一性能参数于第二状况的最大值。
8.如权利要求7所述的散热系统流体特性曲线的测量方法，其特征在于，该第四变数为该第二性能参数于第二状况的最大值。
9.如权利要求1所述的散热系统流体特性曲线的测量方法，其特征在于，该数学方法为数据正归化分析(Data Normalized Analysis)。
10.如权利要求1所述的散热系统流体特性曲线的测量方法，其特征在于，该第二状况是由改变该第一状况的电压而形成。
11.如权利要求1所述的散热系统流体特性曲线的测量方法，其特征在于，该第二状况可改变以得到一第三状况，并进行类似步骤以得到一第三流体特性曲线。
12.如权利要求11所述的散热系统流体特性曲线的测量方法，其特征在于，该第三流体特性曲线与该第一流体特性曲线、该第二流体特性曲线构成该流体特性曲线组。
全文摘要
本发明为一种散热系统流体特性曲线的测量方法,是用以获得一散热系统的一阻抗特性曲线组,例如—风扇的流体特性曲线组。它是借助实际测量以取得该流体特性曲线组的少量信息数据,再配合该散热系统设计时的理论,经由数学方法的运算,进而模拟出该流体特性曲线组的其余信息,以缩短测量的时间与成本,并能获得较精确的流体特性曲线预估值。
文档编号G01F9/00GK1358985SQ0013638
公开日2002年7月17日 申请日期2000年12月15日 优先权日2000年12月15日
发明者陈盈源, 寥家坤, 陈智仁 申请人:台达电子工业股份有限公司