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低成本风速计对抗灰尘,可以检测降低的空气速度

来源:analog 发布时间:2023-11-16

摘要: 放置在底盘冷却风扇气流中的热风速计可以检测降低的空气速度,并可用于确定何时更换风扇的过滤器。

本应用说明描述了一种低成本电路,可以检测机箱风扇过滤器何时被灰尘堵塞。它通过使用温度传感器来确定冷却风扇风道中晶体管的冷却速率,从而实现一个简单的热风速计。

这篇文章的类似版本出现在2001年8月30日的经济日报杂志。

由于更高的功耗水平强调了对冷却(特别是处理器)的需求,越来越多的风扇正在寻找进入小型电子机箱的方式。然而,风扇进入这些机箱的灰尘可能会对高可靠性系统造成重大问题。通过涂层散热器和带电组件,它就像一个毯子,提高了这些组件和空气之间的有效热阻抗。

解决这个问题的一个简单方法是在进气口放置一个一次性过滤器。然而,如果用户没有定期更换过滤器,它就会堵塞,成为空气屏障。这种情况比原来的问题更糟。试图通过感应转速表信号的风扇旋转来感知堵塞的过滤器是无用的,因为风扇旋转与气流没有直接关系。

过滤器维护不良可以通过“热线”风速计确定实际气流来检测,但大多数电子风速计都是昂贵和笨重的。作为替代方案,SMBus /I²C风速计可以使用I/O扩展器,一些廉价的开关和低成本的远程温度传感器(图1)。该传感器利用晶体管基极到发射极的电压(Q3)来确定晶体管的结温。气流的确定方法如下:



图1所示。通过加热温度感测元件(Q3),然后注意到它在原始温度1°C内返回的时间,该风速计测量气流的速率。

使用SMBus I/O扩展器IC4,关闭mosfet Q1和Q2,并打开开关IC2和IC3。测量Q3上没有预热的环境空气温度。然后,为加热Q3施加电流,关闭IC2和IC3,打开Q1和Q2。让大约五分钟的“浸泡”达到温度平衡。(平衡所需的确切加热时间取决于设置,必须通过实验确定。)

当达到平衡时,通过关闭Q1和Q2从Q3移除电源,并打开开关IC2和IC3进行温度测量。气流与温度下降的速率直接相关,并且可以通过注意晶体管返回到其原始温度的1°C内所需的时间来确定。

温度传感器注入一个非常小的电流到基极结,所以布局是重要的,以保持噪声远离DXP和DXN线。如果远程晶体管要安装在一个空气通道中,使用绞线连接将允许距离达到12英尺。下表列出了在全速(12V)、中速(8V)、低速(6V)和零速(关闭)下,放置在距离风扇约12英寸处的传感器的气流与冷却时间。

风扇电压
冷却时间
12 v
30秒
8 v
47秒
6 v
60秒
没有风扇
84秒


较长的电源浸泡时间(长达30分钟)不会显著改变这些值。

当Q3加热时,电路消耗约200mA。如果功率耗散是一个问题,可以将测量频率降低到每小时甚至每天一次,因为气流的变化会随着时间的推移而缓慢发生。还可以在系统活动较低的时候安排测量,此时总体功耗较低。

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