热分析工程师必看—热分析思路流程.
热分析原理与测试技巧
热分析原理与测试技巧热分析是一种常见的物质分析方法，它利用物质在受热过程中吸收、释放或转化热量的特性来确定其组成成分和性质。
热分析的原理有多种，如热重分析（TGA）、热差示扫描量热分析（DSC）、差示热分析（DTA）等。
下面将分别介绍这些热分析原理及测试技巧。
热重分析（TGA）是一种测定物质在受热过程中质量的变化的方法。
TGA的原理是利用一定温度范围内物质的质量变化来判断其组分和热稳定性。
在TGA实验中，样品通常置于一定温度下的恒温炉中，通过记录样品质量的变化来研究样品的热稳定性及化学反应过程。
在进行TGA实验时，需要注意以下几点：1）选择合适的样品量，保证测得的曲线具有一定的信噪比；2）选择合适的加热速率，避免样品过快地升温或过慢地升温导致实验结果不准确；3）分析之前需要充分干燥样品，以消除水分等因素对实验结果的影响。
热差示扫描量热分析（DSC）是一种通过测量样品在受热过程中与参比品之间的温度差异来确定样品吸放热过程的方法。
DSC的原理是利用样品与参比品在相同的加热条件下的温度差异来分析材料的相变、反应活性以及物性参数。
在进行DSC实验时，需要注意以下几点：1）选择合适的样品量和参比品，保证实验结果的准确性和可靠性；2）选择合适的加热速率和测量范围，避免样品过快或过慢地升温导致实验结果不准确；3）对于吸放热峰进行适当的分析和解释，包括确定吸放热值、相变温度和反应活性等参数。
差示热分析（DTA）是一种通过测量样品和参比品在相同的加热条件下的温度差异来分析材料的相变、反应活性以及物性参数的方法。
DTA的原理是利用样品与参比品在受热过程中产生的温度差值来研究样品的相变和化学反应过程。
在进行DTA实验时，需要注意以下几点：1）选择合适的样品量和参比品，保证实验结果的准确性和可靠性；2）选择合适的加热速率和测量范围，避免样品过快或过慢地升温导致实验结果不准确；3）对于吸放热峰进行适当的分析和解释，包括确定吸放热值、相变温度和反应活性等参数。
热分析方法
实验装置图：
若将参比物(r)和样品(s)的温度分别记录下来，图 形如下：
T＝Q/C，CS≠Cl
若将炉体以一定的速率(Ф)升温，由于Cr≠Cs，图 中Tr和Ts两条升温线并不重合，若要两线接近，参比物 可采用与样品化学性质相似的物质，或用参比物将样品 稀释。
当样品发生相变或化学变化时，将会有热量产生 (吸热或放热)，Ts曲线的斜率会发生变化，由于炉体持 续升温，样品的升温速度将会加快(放热时)或减慢(吸 热时)。当相变或化学变化完成后，样品温度回到炉温， 以一定的速度(Ф)继续升温，由于样品变化前后的热容 发生了变化，所以反应前后曲线不在一条直线上。Ts曲 线的形状与普通热分析中Ts曲线的形状是不同的，原因 如上。
(3)参比物的选择：参比物应尽量选择与样品化学 性质相似、且在实验温度下不发生物理和化学变化的物 质作参比物。常用的有：α－Al2O3、MgO、煅烧SiO2、 Ni等。
(4)粒度：粒度影响样品的传热效果。太大，会使 样品产生温度梯度，影响差热峰；太小，会破坏样品的 晶格结构，使样品提前分解。通常采用200目粒度的样 品(每英寸200孔，1英寸＝2.54cm)。
在合金上方覆盖一层石墨 粉或硅油。目的：防止合金氧 化和挥发。
电势测量仪可用电位差计或自动记录仪。因为热电 偶的接线方式为自由端温度校正法，使用电位差计测温 时，需加上室温；使用自动记录仪或计算机时，因仪器 已自动将室温与0℃的差进行了补偿，不需再加室温。
实验方法：将合金放入电炉内加热至熔化，关闭电 炉，将合金搅拌均匀，将热电偶插入试样中部，保温下 使合金逐步冷却，记录合金的温度与时间的关系，作出 步冷曲线。进而绘出相图。
一、普通热分析 直接研究试样本身的温度(T)随时间(t)的变化关系。 在普通热分析中，被测体系必须时时处于或接近热 力学平衡状态，因此，温度变化必须非常缓慢。由于升 温过程中温度不易控制，通常采用缓慢降温的方法，即 做步冷曲线的方法。由于降温并不是无限缓慢的，所以 体系处于(准)热力学平衡状态。
综合热分析仪热重分析法试验步骤
综合热分析仪热重分析法试验步骤分析仪器工要懂得仪器的日常维护和对重要技术指标的简易测试方法，自身常常对仪器进行维护和测试，以保证仪器工作在较佳状态。
一、温度和湿度是影响仪器性能的紧要因素。
他们可以引起机械部件的锈蚀，使金属镜面的干净度下降，引起仪器机械部分的误差或性能下降；造成光学部件如光栅、反射镜、聚焦镜等的铝膜锈蚀，产生光能不足、杂散光、噪声等，甚至仪器停止工作，从而影响仪器寿命。
维护保养时应定期加以校正。
应具备四季恒湿的仪器室，配置恒温设备，特别是地处南方地区的试验室。
二、环境中的灰尘和腐蚀性气体亦可以影响机械系统的快捷性、降低各种限位开关、按键、光电偶合器的牢靠性，也是造成必须学部件铝膜锈蚀的原因之一、因此必须定期清洁，保障环境和仪器室内卫生条件，防尘。
三、仪器使用肯定周期后，内部会积累肯定量的灰尘，可以由维护和修理工程师或在工程师引导下定期开启仪器外罩对内部进行除尘工作，同时将各发热元件的散热器重新紧固，对光学盒的密封窗口进行清洁，必须时对光路进行校准，对机械部分进行清洁和必须的润滑，最后，恢复原状，再进行一些必须的检测、调校与记录。
注意事项1．该仪器应放在干燥的房间内，使用时放置在坚固平稳的工作台上，室内照明不宜太强。
热天时不能用电扇直接向仪器吹风，防止电灯泡灯丝发亮不稳定。
2．使用本仪器前，使用者应当首先了解本仪器的结构和工作原理，以及各个控制旋钮之功能。
在未按通电源之前，应当对仪器的安全性能进行检查，电源接线应坚固，通电也要良好，各个调整旋钮的起始位置应当正确，然后再按通电源开关。
3．在仪器尚未接通电源时，电表指针必须于“0”刻线上，若不是这种情况，则可以用电表上的校正螺丝进行调整。
综合热分析仪热重分析法试验步骤综合热分析仪重要测量与热量有关的物理、化学变更，如物质的熔点、熔化热、结晶与结晶热、相变反应热、热稳定性（氧化诱导期）、玻璃化变更温度、吸附与解吸、成分的含量分析、分解、化合、脱水、添加剂等变更进行讨论。
怎样进行热分析
怎样进行热分析
热分析是一种研究材料或化学反应中热力学特性的方法。
以下是进行热分析的一般步骤：
1. 选择适当的热分析技术：常见的热分析技术包括差示扫描量热法（DSC）、热重分析法（TGA）、热导法、热膨胀法等。
根据具体的研究对象和需要选择合适的技术。
2. 准备样品：将样品准备成适当的形式，如粉末、片状、颗粒等。
确保样品质量和形式的一致性，以确保准确的测试结果。
3. 设置实验条件：根据样品的性质和所需测试的参数，设置合适的实验条件，如温度范围、升温速率、气氛等。
确保实验条件的稳定性和可控性。
4. 进行实验：将样品放入热分析仪器中，根据设定的实验条件进行测试。
记录样品的温度、质量变化、热流量等数据。
5. 数据分析：根据实验数据进行分析。
可以通过绘制曲线、计算热力学参数等方法，分析样品在不同温度下的热性质，如热容量、热分解温度、相变温度等。
6. 结果解释：根据数据分析的结果，解释样品的热性质和热力学行为。
根据需要，可以对实验结果进行定量或定性的解释和讨论。
需要注意的是，在进行热分析时，要保证实验条件的一致性和准确性，避免外界因素对实验结果的影响。
同时，根据具体的研究目的，可以采用多种热分析技术的组合，以获取更全面的热性质信息。
热设计及热分析
热设计及热分析一、热设计热设计是随着通讯和信息技术产业的发展而出现的一个较新的行业，且越来越被重视。
随着通讯和信息产品性能的不断提升和人们对于通讯和信息设备便携化和微型化要求的不断提升，信息设备的功耗不断上升，而体积趋于减小，高热流密度散热需求越来越迫切。
热设计便是采用适当可靠的方法控制产品内部所有电子元器件的温度，使其在所处的工作环境条件下不超过稳定运行要求的最高温度，以保证产品正常运行的安全性，长期运行的可靠性。
此外，低温环境下控制加热量而使设备启动也是热可靠性的重要内容。
目前，热设计在电动汽车动力系统热管理和热仿真、高科技、医疗设备、军工精密装备等行业中越来越被重视，成为产品研发中不可缺少的重要领域。
二、热分析软件介绍FLOTHERM是一套由电子系统散热仿真软件先驱----英国FLOMERICS软件公司开发并广为全球各地电子系统结构设计工程师和电子电路设计工程师使用的电子系统散热仿真分析软件，全球排名第一且市场占有率高达80%以上。
三、电子行业热分析电子行业是有限元分析应用的一个重要领域。
随着全球电子工业的飞速发展，电子产品的设计愈来愈精细、复杂，市场竞争要求电子产品在性能指标大幅度提高的同时，还要日趋小型化。
电子产品跌落、新型电子材料的研发和制造、音频设备声场特性的设计和评估、电子产品的热力仿真、芯片封装的热分析等的力学仿真是电子领域中很深入、复杂并极具挑战性的课题，需要多门学科的理论和方法的综合应用。
电子产品热分析：众所周知，电子元件在运作的时候，无法达到100%的效率，所流失的能量绝大部分都转换成为热量发散，但是对于电子元件来说，温度每上升10℃，其寿命就减少到原来的一半甚至更短，这就是其随温度而变的特性。
所以进行电脑等各种设备的热仿真有助于提高器件的使用寿命。
1.显卡的散热器仿真显卡热管散热器，通过添加热管能有效的降低热源到散热器的热阻，进而显著提高显卡散热性能。
2. LED封装仿真以及散热片散热性能详细的LED封装模型，通过仿真验证和考察电路板及散热片的散热性能。
solidwork热分析教程
solidwork热分析教程Solidworks是一款功能强大的3D建模软件，可以用于各种工业和工程应用。
其中，热分析是Solidworks的一个重要功能，可以帮助工程师评估产品的热传导性能、温度分布以及热应力等。
下面是一个简单的Solidworks热分析教程，帮助初学者了解如何进行热分析。
第一步：载入模型首先，打开Solidworks软件，并通过菜单栏选择“打开”命令将需要进行热分析的模型导入到软件中。
确保您的模型是完整的并且没有任何错误。
第二步：创建材料在进行热分析之前，需要为模型定义材料属性。
通过选择“工具”菜单中的“材料”命令，您可以打开材料属性对话框。
在对话框中，您可以选择已有的材料库或者自定义新的材料。
第三步：定义边界条件接下来，您需要定义热分析的边界条件。
通过选择“工具”菜单中的“加载边界条件”命令，您可以选择要应用的不同边界条件类型。
例如，固定温度和固定热流是常见的边界条件，您可以直接指定相关数值。
第四步：设置网格在进行热分析之前，需要对模型进行网格划分。
网格的密度和精确性会直接影响热分析的准确性。
通过选择“工具”菜单中的“划分网格”命令，您可以选择不同的网格划分算法和参数，并预览网格布局。
第五步：定义热分析类型和参数在设置好网格后，您可以通过选择“工具”菜单中的“热分析设置”命令来定义热分析类型和相关参数。
在热分析设置对话框中，您可以选择不同的热传导模型、热辐射模型和热对流模型，并设置其他相关参数，如时间步长等。
第六步：运行热分析当所有设置完成后，您可以通过选择“工具”菜单中的“运行热分析”命令来开始运行分析。
在分析过程中，软件会计算各个节点的温度分布，并生成不同类型的热分析结果，如温度云图、热流线图等。
第七步：结果分析和后处理在热分析运行完成后，您可以通过选择“工具”菜单中的“结果后处理”命令来查看和分析分析结果。
后处理功能可以让您查看温度分布、热通量分布以及热应力等相关结果，并生成对应的报告。
热分析工程师必看—热分析思路流程
如果遵从热设计的基本原则进行设计，经过热设计之后的电子系统性能更好、可靠性更高，并且使用寿命更长。
作者：Byron Blackmore, Mentor Graphics Corp. Mechanical Analysis 部门FloTHERM.PCB产品经理，在加拿大Technical University of Nova Scotia获得机械工程学士学会，在加拿大University ofAlberta获得传热工程硕士学位。
Robin Bornoff, Mentor Graphics Corp. Mechanical Analysis 部门FloTHERM和FloVENT产品市场经理，1992年在英国Brunel University获得机械工程学士学位，并于1995年继续攻读了该校计算流体力学博士学位。
个人博客：/robinbornoff/John Parry, Mentor Graphics Corp. Mechanical Analysis 部门研发经理，他在英国University of Leeds获取化学工程一级荣誉学士学位，之后在英国Birmingham University 获取博士学位。
个人博客：/johnparry/热设计方面有两条基本原则：尽早尽简。
由元件结点至环境的热流通路（译注：也称热阻）决定了元件的温度，其中环境通常是指局部环境的空气温度。
因此元件温度的控制属于系统设计层面的问题。
在产品热设计过程中工程师应采用自上而下的方法来提升产品的可靠性(见下表)。
手工计算热交换过程广泛地存在于管内自然或强迫对流流动、气体外掠平板等其它现象中。
由于热交换的计算关联式很难给出比较精确的计算结果，并且使用时候很容易出现错误，所以通常情况下我们建议使用一些经验的数据1。
一块0.2m水平放置的平板，在自然对流情况下其与空气的对流换热系数大约为5W m-2K，在空气流速3 ms-1强迫对流情况下其与空气的对流换热系数大约为15W m-2K。
热分析PPT
【例2】P522，习题3 先由标准物质（In）的数据计算k：
H m 28.45J g 1 12.1 10 3 g k 3.70 10 3 J unit 1 A 93unit
再计算三十二烷的链旋转转变能：
k A 3.70 10 3 J unit 1 158unit 1 H 57 . 3 J g m 10.2 10 3 g
17.3
DTA和DSC的应用示例
由峰的位置、形状、 数目及其面积表征、鉴 定物质、测定热化学参 数。
高聚物的DTA曲线、 Tg为玻璃化转化温度， 微结晶化和氧化——放 热，熔化、分解——吸 热。
七种聚合物混合物的DTA曲线，利用它们各自的熔融吸热 峰的特征性，由峰顶温度鉴定。
ICTA 建议以外推起始温度 （ Te ）值为熔点，相应的熔化 热由峰面积求出。 DSC测定比热容（Cp）在同 样操作条件下 Cp· m ∝ dH dt
热 分 析 技 术 名 称
热重法（thermogravimetry, TG 差 热 分 析 （ differential thermal analysis, DTA）
物 理 性 质
质量 温度
差示扫描量热法（ differential scanning calorimetriy, DSC）
热量
17.1
17.2.2 DTA曲线和DSC曲线
DTA曲线和DSC曲线共同点是“峰”，即当试样因转变 dH （或反应）产生热效应时，ΔT（或 ）会偏离基线，逐 dt 渐达到峰顶，然后又回来。
典 型 的 DTA 曲 线 吸热峰朝下，放热峰 朝上外推起始温度 Te 峰温Tm
DSC曲线，峰的方向与热力学性质一致，吸热峰（焓 增）向上，放热峰（焓减）向下。这与DTA曲线恰好相反。
热分析方法
热分析方法热分析是科研表征中常见的手段。
所谓热分析，指通过控制样品温度的改变，来分析其相应物理化学性质的改变。
今天我们就只讲最为常见的热分析手段有三种热重分析（TG）、差热分析（DTA）和差示扫描量热法（DSC）。
首先我们来看怎么正确选择热分析的方法。
1、热分析方法的选择三种热分析方法各有所长，可以单独使用、也可以联合使用。
具体如何选择，我们首先从定义出发，了解这些表征手段。
TG：在程序控温下，测量样品的质量（m）随温度的变化。
如果你需要知道，样品在升温或者降温过程中，样品质量的变化（比如吸附、脱附、分解等），请选择TG。
比如工业催化剂中常会有积碳现象，通过TG表征可以确定积碳量。
DTA：在程序控制温度下，测量参比物和样品温差（△T）随温度（T）的变化。
DTA与TG的区别在于测量值从质量变为温差。
之所选择测试温差，是因为升温过程中发生的很多物理化学变化（比如融化、相变、结晶等）并不产生质量的变化，而是表现为热量的释放或吸收，从而导致样品与参比物之间产生温差。
DTA 能够发现样品的熔点、晶型转变温度、玻璃化温度等等信息。
DSC: 在程序控制温度下，测量给于参比物和给予样品的能量之差（△Q）随温度（T）的变化。
在整个测试过程中，样品和参比物温差控制在极小的范围内。
当样品发生物理或者化学变化时，控温装置将输入一定功率能量，以保持温度平衡。
可以简单的将DSC看成是DTA的升级版。
DSC也确实是从DTA发展而来。
传统的DTA仪器因为样品池材质的关系，只能测温差，无法准备测量热和焓的变化。
后期通过改变材质和结构，使得从温差转变为能量差成为可能（热流型）。
最后又出现一种直接测量输入热量差的DSC(功率补偿型)。
DSC的优点在于灵敏度高、可以定量测量焓、比热容等物理量。
2. 数据如何分析？TG：典型的TG图如下图1所示：其中最重要的信息是失重的温度点和失重的比例。
根据你所测试材料的性质和这些温度点、失重比例，可以推测所发生的物理化学变化。
热分析方法学习课件学习绪论
• 七十年代，热分析仪在自动化、微量化方面更为 完善。1971年Bradley等介绍了一种可把装有 试样的试样盘自动送入炉膛的热天平，使热天平 技 术 完 全 自 动 化 。 Duval 和 Wunderlich 相 继 发表了DTA进展和应用方面的总结报告。在这一 段时期内新型热分析和热分析联用技术发展较快， 研 制 出 的 各 种 类 型 热 分 析 仪 有 EGA 、 TMA 、 DMA 、 TG-DTA 、 TG-EGA 、 TG-MS （ 质 谱）、TG-GC（气相色谱）、DTA-MS等等。 我国的热分析技术从七十年代开始在研究和应用
加热速率曲线 （Heating Rate Curve）
测量物质的温度与程控温度之 间的函数关系
加热曲线对时间的一次微商曲 线即dT/dt对时间作图所得的 曲线
温 度
加热速率倒数曲线
加热曲线对温度的一次微商曲 线即dt/dT对时间或温度作图
差热分析 （Differential Thermal Analysis，DTA）
一、热分析及其研究对象
热分析是一种很重要的分析方法。通常用毛 细管测定有机化合物的熔点和在坩埚中测定 物质的冷却曲线都属于热分析方法。随着科 学技术的发展，这些简单的热分析方法目前 已逐步被现代精密的热分析仪 DSC、DTA 和带程序控温装置的热台偏光显微镜所取代。 近年来，随着电子和计算机等高科技的飞速 发展，各种精密的热分析仪不断的改进和完 善，热分析技术已在科学技术的各个领域中 得到了广泛的应用。
（Dynamic
模量）和损失角正切
Thermomechanic Analysis， （tan）随温度的函数
DMA）
热分析
热分析1.什么是热分析？热分析程序温度下，测物质的物理性质与温度关系的一类技术只要将总定义中的物理性质代换成诸如质量、温差等物理量，就很容易得到各种热分析方法的定义热重法程序温度下，测量物质的质量与温度关系的技术差热分析程序温度下，测物质和参比物的温度差与温度关系的技术2.热分析包括：差示扫描热量法差热分析热重法3.热重（TG）基本原理在程序温度（升／降／恒温及其组合）过程中,观察样品的质量随温度或时间的变化过程。
应用：质量变化热稳定性分解温度组分分析脱水腐蚀/氧化还原反应动力学4.同步热分析的优势样品的TG(质量变化) 和DSC(热量) 效应可以在一次测量中完成•缩短测试时间•确保了测试结果的可比性不会受测试条件的影响不会受样品制备的影响不会受材料的不均一性的影响5.常规 DTA测量方法恒定加热速率时，测样品温度的变化速率通常T稳速上升，熔化或吸/放热反应T平台参比物：在所测范围内不发生任何热效应记录样品与参比物之间的温差Al2O36.DSC 基本原理及应用在程序温度（升／降／恒温及其组合）过程中，测量样品与参考物之间的热流差，以表征所有与热效应有关的物理变化和化学变化。
7.第一次升温 ：● 玻璃化转变在转变区域往往伴随有应力松弛峰● 热固性树脂：若未完全固化，第一次升温Tg 较低，伴有不可逆的固化放热峰 ● 部分结晶材料：计算室温下的原始结晶度 ● 吸水量大的样品（如纤维等）：往往伴有水分挥发吸热峰，可能掩盖样品的特征转变高分子材料的二次升温● 玻璃化转变：消除了应力松弛峰，曲线形状应用：• 玻璃化转变 • 熔融、结晶 • 熔融热、结晶热 • 共熔温度、纯度 • 物质鉴别 • 相容性• 热稳定性、氧化稳定性 • 反应动力学 • 热力学函数 • 液相、固相比例典型而规整●热固性树脂（未完全固化）：玻璃化温度一般会提高。
●部分结晶材料：经过特定冷却条件（结晶历史）研究结晶度、晶体熔程／熔融热焓与结晶历史关系。
第三章热分析法
第三章热分析法第三章热分析法在不同温度下，物质有三态：固、液、气，固态物质又有不同的结晶形式。
对热分析来说，最基本和主要的参数是焓（ΔH），热力学的基本公式是：ΔG=ΔH-TΔS 存在三种情况：ΔG<0，ΔG=0，ΔG>0常见的物理变化有：熔化、沸腾、升华、结晶转变等；常见的化学变化有：脱水、降解、分解、氧化，还原、化合反应等。
这两类变化，首先有焓变，同时常常也伴随着质量、机械性能和力学性能的变化等。
几种主要的热分析法及其测定的物理化学参数几种主要的热分析法及其测定的物理化学参数第二节差热分析法一、基本原理与差热分析仪差热分析(DTA)：在程序控制温度条件下，测量样品与参比物之间的温度差与温度关系的一种热分析方法。
参比物（或基准物，中性体）：在测量温度范围内不发生任何热效应的物质，如?-Al2O3、MgO等。
在实验过程中，将样品与参比物的温差作为温度或时间的函数连续记录下来，就得到了差热分析曲线。
用于差热分析的装置称为差热分析仪。
图1差热分析仪结构示意图1-参比物；2-样品；3-加热块；4-加热器；5-加热块热电偶；6-冰冷联结；7-温度程控；8-参比热电偶；9-样品热电偶；10-放大器；11-x-y 记录仪差热分析仪的结构1.加热炉2.温度控制系统使炉温按给定速度均匀稳定地升温，以保证升温的直线性，微电脑控制。
3.信号放大系统直流放大器4.记录系统双笔记录仪5.差热系统由试样室、试样坩锅及热电偶组成，其中热电偶是关键性元件。
选择热电偶的条件能产生较高的温差电动势，并能与反应温度之间成直线变化关系。
热电偶的种类镍铬－镍铝：中温经常使用铜－糠铜：不超过400度，低温常用铂－铂铑（铑10％），1300度可长期使用，高温常用铂－铂铼合金（铼8％）和铂－铂铑合金（铑8％），可在19 00度高温使用铑－铂铑（铑20％），可在1800度高温使用铱－铱铑（铑60％），可在1800度高温使用DTA曲线的几何要素①零线：理想状态ΔT=0的线；②基线：实际条件下试样无热效应时的曲线部份；③吸热峰：TS＜TR，ΔT＜0时的曲线部份；④放热峰：TS＞TR，ΔT＞0时的曲线部份；⑤起始温度（Ti）：热效应发生时曲线开始偏离基线的温度；⑥终止温度（Tf）：曲线开始回到基线的温度；⑦峰顶温度（Tp）：吸、放热峰的峰形顶部的温度，该点瞬间d（ΔT）/dt=0；⑧峰高：是指内插基线与峰顶之间的距离；⑨峰面积：是指峰形与内插基线所围面积；⑩外推起始点：是指峰的起始边钭率最大处所作切线与外推基线的交点，其对应的温度称为外推起始温度（Teo）；根据ICTA共同试样的测定结果，以外推起始温度（T eo）最为接近热力学平衡温度。
热分析方法
热分析方法东方科技，结构设计室1.热分析的目的温度过高会造成电子产品的损坏。
任何元器件、封装在一定温度下都有一定的失效率，温度越高失效率越大，按指数增长。
通过热分析使分配给每一个元器件的失效率一致，并且使元器件工作在要求的温度范围之内。
换言之，热分析可以确保电子产品工作可靠，各个元器件温度分布均匀。
2.术语温升零部件、元器件温度与环境温度的差值。
热耗又叫损耗，指元器件或设备工作时产生的热量。
热耗不同于功耗，功耗是元器件或设备的输入功率。
一般电子器件效率比较低，大部分功耗转化为热量。
热流密度单位面积上的热耗，单位W/m2。
热阻1W热量引起的温升大小，反映介质传热能力的大小，单位℃/W。
导热系数1m厚的材料，两侧表面的温差为1℃，在1秒内，通过1平方米面积传递的热量，单位W/m∙K。
对流换热系数流体与壁面的温差为1℃时，在单位时间通过单位面积的热量，表示流体与固体表面之间的换热能力，单位W/m2∙K。
系统阻力流体经过设备或机柜风道、散热器风道、进风系统过滤网等通道产生的静压差，单位Pa。
风机特性表示风机主要性能参数（风量、风压、功率、效率）之间的关系的曲线。
风机运行点系统阻力曲线与风机特性曲线的交点。
表示风机实际的工作状态。
壳温指元器件安装接触面的温度，如IGBT与散热器接触底面的温度。
结温指元器件内部的温度，如IGBT芯片或二极管芯片的温度。
3.IGBT热耗热分析前必须计算元器件的热耗，热耗计算错误必将导致错误的分析结果，严重的会使设备温升过大，当环境温度较高时设备无法运行或损坏。
表1. IGBT热耗计算参数其中，壳温按80℃，最大结温查询IGBT手册。
此外，计算参数还包括环境温度T a，及每桥臂对应散热器热阻R th。
3.1.热耗计算根据[表1]中的数据可以算出IGBT芯片及二极管芯片的导通损耗P cond，开关损耗P SW，总损耗P cond+P SW；引脚损耗P RCC′EE′。
引脚损耗通过接线端子可以散发出去，为了使分析结果更接近真实值，一般热分析时不考虑这部分热量，但时，在极端条件下引脚损耗的热量也会进入IGBT基板，增加散热器的负荷。
热分析技术PPT课件
峰顶温度Tp：吸、 放热峰的峰形顶 部的温度，该点 瞬间
d（ΔT）/dt=0；
峰宽—— B′D′；
峰高—— CF；
峰面积——BCDB； 外推起始点(出峰点)一峰前沿最大斜率点与
基线延长线的交点(G)，对应温度最为接近 热力学平衡温度。
3、DTA数据的记录方式
理想
实际
K[Al3(OH)6](SO4)2 热重曲线
• 结晶硫酸铜的热分析
实验条件为试样质量为10.8mg，升温 速率为10℃/min，采用静态空气，在
mo=10.8mg。曲线bc为第一台
铝坩埚中进行
阶，质量损失率为：
曲线de 为第二台阶，质量损失 率为：
曲线fg为第三台阶，质量损失率:
推导出CuSO4·5H2O 的脱水方程如下：
4、影响TG曲线的主要因素
任何一种分析测量技术都必须考虑到测定结 果的准确可靠性和重复性。为了要得到准确性和复 现性好的热重测定曲线，就必须对能影响其测定结 果的各种因素仔细分析。
① 升温速度： ② 试样周围气氛：C02、空气中或N2气氛 ③ 坩埚和支架的影响： ④ 试样因素：试样量、粒度大小 ⑤ 走纸速度：
据。 ⑩ 标明试样重量和试样稀释程度。 ⑪ 标明所用仪器的型号、商品名称及热电偶的几何
形状、材料和位置。 ⑫ 纵坐标刻度用测定温度下每度的偏移表示，吸热
峰指向下方，放热峰指向上方。
2023/9/13
4、DTA曲线的影响因素
① 升温速率不同，得到的峰的形状会有些差异，升温速率不 稳，则会造成基线偏移、弯曲、甚至造成假峰。
(Differential Scanning Calorimetry)
3、 热分析应用范围
ansys热分析
ansys热分析ANSYS热分析引言热分析是一种在工程领域广泛应用的分析方法，它可以用来研究物体在不同温度条件下的热传导、热扩散和热辐射等问题。
ANSYS是一款被广泛应用于工程仿真的软件，其中包括了强大的热分析功能。
本文将介绍ANSYS热分析的基本原理、流程以及在不同工程领域中的应用。
一、ANSYS热分析的基本原理ANSYS热分析基于热传导和热辐射的基本原理，通过数学和物理模型来描述和分析物体在不同温度条件下的热行为。
热传导是指热能通过物质内部的分子运动传递的过程，而热辐射则是指物体通过电磁波的辐射传递热能的过程。
热分析可以帮助工程师预测和优化物体在真实工作环境下的热性能，从而提高产品的质量和可靠性。
二、ANSYS热分析的流程ANSYS热分析的流程通常包括几个基本步骤，下面将逐一介绍：1. 几何建模：在进行热分析之前，需要通过ANSYS软件进行几何建模，将待分析的物体建模成三维几何模型。
这一步骤可以使用ANSYS的几何建模工具来完成，如DesignModeler等。
2. 网格划分：在几何建模完成后，需要将几何模型分割成小的单元，如三角形或四边形等，以便进行数值计算。
这一步骤被称为网格划分或网格生成，通常使用ANSYS的网格划分工具进行。
3. 材料属性设置：在进行热分析之前，需要对物体的材料属性进行设置，如热导率、比热容等。
这些参数将影响热传导的速度和过程。
4. 边界条件设置：在热分析中，需要设置物体的边界条件，如温度边界条件、热通量边界条件等。
这些边界条件描述了物体在不同部位的热输入和输出。
5. 求解和结果分析：在完成前面的步骤后，可以使用ANSYS的求解器来求解热传导方程和辐射传热方程。
求解完成后，可以对结果进行分析，如温度分布、热流量等。
三、ANSYS热分析在不同工程领域中的应用1. 汽车工程：ANSYS热分析在汽车工程领域中有着广泛的应用。
例如，可以通过热分析来研究发动机的热耗散问题，优化散热系统的设计，提高发动机的工作效率和寿命。
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如果遵从热设计的基本原则进行设计，经过热设计之后的电子系统性能更好、可靠性更高，并且使用寿命更长。
作者：Byron Blackmore, Mentor Graphics Corp. Mechanical Analysis 部门FloTHERM.PCB产品经理，在加拿大Technical University of Nova Scotia获得机械工程学士学会，在加拿大University ofAlberta获得传热工程硕士学位。
Robin Bornoff, Mentor Graphics Corp. Mechanical Analysis 部门FloTHERM和FloVENT产品市场经理，1992年在英国Brunel University获得机械工程学士学位，并于1995年继续攻读了该校计算流体力学博士学位。
个人博客：/robinbornoff/John Parry, Mentor Graphics Corp. Mechanical Analysis 部门研发经理，他在英国University of Leeds获取化学工程一级荣誉学士学位，之后在英国Birmingham University 获取博士学位。
个人博客：/johnparry/热设计方面有两条基本原则：尽早尽简。
由元件结点至环境的热流通路（译注：也称热阻）决定了元件的温度，其中环境通常是指局部环境的空气温度。
因此元件温度的控制属于系统设计层面的问题。
在产品热设计过程中工程师应采用自上而下的方法来提升产品的可靠性(见下表)。
手工计算热交换过程广泛地存在于管内自然或强迫对流流动、气体外掠平板等其它现象中。
由于热交换的计算关联式很难给出比较精确的计算结果，并且使用时候很容易出现错误，所以通常情况下我们建议使用一些经验的数据1。
一块0.2m水平放置的平板，在自然对流情况下其与空气的对流换热系数大约为5W m-2K，在空气流速3 ms-1强迫对流情况下其与空气的对流换热系数大约为15W m-2K。
为了考虑辐射换热的影响，我们建议自然对流的对流换热系数可以认为是10 W m-2K，强迫对流的对流换热系数可以是10~20 W m-2K。
首先，对于密闭的系统而言我们需要计算系统内的空气温度，对于强迫对流的系统而言可以假设进出口的温升为10~15°C，由此计算出强迫对流系统所需的空气流量。
其次，计算所得的空气温度可以用于PCB板温度的计算。
最后，通过类似Rjc等元件热阻计算元件的结温。
对于简单的系统，元件结点至环境的热阻可以认为是元件至PCB板、PCB板至内部空气、内部空气至环境的三部分热阻之和。
对于复杂的系统而言，元件结点至环境的热阻需要采用热阻网络模型，这需要比较丰富的经验，能够对热阻网络模做出一些假设，并且计算相应的热阻值。
热交换过程通常都是三维的，所以手工计算或经验数据都有很大局限性。
实际上由于热源分布和气流流动地不均匀性，PCB板上的温度并不一样。
因此，手工计算和经验数据最大的缺点是无法对系统散热性能的改善提供帮助。
计算流体力学我们建议采用自上而下的方法，在设计的早期阶段建立整个系统简单的计算流体动力学模型(CFD)：通过三维动态粒子流和可视化温度平面可以提供系统散热性能方面的信息在设计周期的早期探讨不同的散热方案将其作为设计发展过程中整合信息的平台随着热仿真模型的细化，增强设计的可行性概念设计概念设计阶段的时间非常短，有时仅需几天时间。
CFD软件也必须转换角色，在很短的时间内进行建模和获取仿真结果。
CFD软件将系统剖分成很多网格，并在这些网格控制体内计算流动和热交换的基本方程。
每一个网格都具有相应的温度、空气流速和压力值。
要使CFD工具在概念设计中起作用，其网格必须100%可靠，并且不需要用户个人控制网格质量和密度。
这种趋势导致那些使用自动网格技术的通用CFD工具在电子散热软件领域无所作为。
这个阶段的设计重点是分析热量从系统中去除的基本原理。
对于空气冷却的电子产品而言，这个阶段的目标是估计系统所需的空气流量。
那么，模型应该包含哪些元件呢？首先是采用一个简单的箱体来描述电子产品的外壳，其中通风孔采用2维的简化模型来描述。
二维简化模型的特性应由通风孔的开孔率和损失系数所确定。
专业的电子散热CFD软件应具备定义通风孔直径、角度以及分布的功能。
另外，产品内部的EMC屏蔽网也应考虑在内。
在某些情况下强迫风冷系统中自然对流也会影响空气流动，所以在这些系统中需要包括浮升力的影响。
此外，考虑浮升力的影响不应延长热仿真所需的时间。
鉴于轴流风扇的成本比较低，所以在强迫风冷的设备中普遍都是用这类风扇。
由于在概念设计阶段主要关注的是风扇的性能是否达到要求，所以一个二维形状的轴流风扇足以满足要求。
但值得注意的是，风扇至少设置为线性特性曲线，而非固定流量。
一般而言，电子产品建议采用抽风的方式，因为这样可以在系统内产生比较均匀的气流。
抽风的弊端是风扇的工作温度比较高，影响风扇的寿命。
对生产商而言，使用便宜、小体积的风扇是非常具诱惑力的。
但这通常不是一个好的选择，因为风扇工作在它的最大流量附近，此时噪音更大，并且风扇可靠性也下降。
相反，应使用最大流量比系统散热所需空气流量大两至三倍的风扇，并且降低风机转速。
设计师应考虑电子产品中一切导热的元件，包括电子产品的外壳。
PCB 板可以采用一个各向同性的导热块来描述，其热导率根据PCB含铜量来确定，约为5~10 Wm-1K-1。
同时确定所有PCB板的散热量之和应等于系统的总热设计功耗。
整个建模过程应在一个小时内完成，并且以更少的时间完成求解。
尽管热仿真结果是近似值，但仿真结果可支持先期的手工计算，并提供系统级气流情况的相关信息。
使用元件?JB热阻值可以估计元件的温升。
模块化设计热仿真可以进行模块化设计，这些模块化设计可以是帮助确定PCB 和夹层板或元件之间气流变化的影响。
在确定产品框架结构之前，尝试可行的散热方式可以大幅的降低产品的散热成本，并且深入了解产品的散热机理。
尽管这一阶段的热设计工作都是推测性的，但是这一阶段的工作相当重要。
最优散热方式取决于系统的特点。
因此，热设计工程师的职责非常清晰：在结构设计完成前尽量可能多的尝试不同的散热方案，保证尽早选取最优方案。
系统温度似乎过高并不一定意味着系统需要安装风机。
也许还有更好的处理方法，比如为一个或者多个元件添加散热器，或者在外壳和元件之间添加导热填充材料，使外壳具备散热器的作用。
热设计工程师的工作是确定允许的元件温升，并为元件温升提供足够安全的余量。
在结构设计阶段，细化诸如PCB和元件等仿真模型中有显著温升的地方(Fig. 1)，以便进行精确地求解。
随着结构设计的推进，需要对元件的热功耗和所需的散热器进行估算。
最简单的元件建模方法是采用一个具有热导率的块来描述高功耗、高功率密度和对温度敏感的原件。
对于塑料封装的原件，块的热导率约为5 Wm-1K-1。
对于陶瓷封装的元件，块的热导率约为15 Wm-1K-1。
可以将一些已知热功耗但并不重要的元件作为平面热源，它们所产生的热量将直接进入PCB。
在结构布局完成之前很难获得元件的位置，但设计工程师最好猜想哪一种布局会首先得到尝试。
“What-if”分析将在后期的工作中节省热分析工程师和电子工程师的时间。
另外，可以讨论一些诸如PCB板是否需要隔离等重要信息。
将工作频率较快的元件放置在一起，甚至在某些情况下将这类元件放置在PCB板的两侧，从而避免出现时序问题。
不幸的是，这类工作频率较快的元件产生的热功耗很大。
因此，如果不进行相关的热设计工作可能带来灾难性的后果。
譬如将过热元件置于来流经过的位置，这些微小地改动往往会带来良好的散热效果。
特别是在高功率密度的系统中，将多个元件的主轴与气流的主导方向成一直线是个不错的选择。
因为它增加了流经PCB板的空气流量，并且减少了元件上方气流的旁通，从而增强了散热性能。
热设计中最大的挑战之一是获得元件正确的热功耗值。
许多元件是连续工作的，所以正常工作情况下的平均功耗是我们所关心地，而非元件的名义或最大额定功耗。
热设计工程师、结构工程师和电子工程师之间相互交流散热相关的设计数据，并相互告知设计更新后的结果，这是企业热设计流程成熟的一个标志。
随着设计不断推进，须不断和反复检查预测元件的功率，因为它们可能与原始值存在较大差异。
散热器扩大了元件和空气间的面积，但重要的一点是面积也不能过大。
最佳的方法是选用成本最低的散热器，并且使元件温度低于额定设计值，同时包含一定的余量。
更多的散热器翅片可以提供更多的散热表面积，但过多的散热器翅片也可能减少有效的散热面积。
因为这可能增加流阻，导致气流旁通散热器，而不是流过散热器。
这一阶段应避免不切实际的想象。
如果元件上方的气流流向主要是一个方向，使用与气流平行的平直型铝挤散热器。
如果不是，或许机箱内存在可以提高气流流速的区域。
如果气流与元件呈一定角度或者冲击元件，可以使用针状散热器。
包括风扇选择在内的其它方面的模型细化也应进行。
专业电子散热的CFD软件具有风扇降额或自动计算风扇低速旋转的功能。
这类软件通常都具有一个风扇电子库，并且可以直接将风扇模型拖入至仿真模型中。
此外，风扇还可以具有串联或交替工作的功能。
详细设计阶段结构设计完成之后意味着整个系统设计已经确定。
但对于热设计而言还有两大工作需要完成。
一方面是细化产品外壳模型，包括所有的风扇和通风口；另一方面是细化模型中的PCB和元件。
对模型的细化工作将提高热仿真结果的准确性。
产品的热性能可能千差万别，设计所采用的热流路径也有多种选择，比如可以将元件热量导向PCB板进行散热或者将热量导向散热器进行散热。
封装选择很大程度上取决于电子产品的性能和成本。
如果将散热成本计入总成本的话，原料最便宜的封装方案可能成为总成本最高的方案。
所以我们应该在封装材料选择过程中考虑热性能。
在热仿真初期采用块模型描述元件，这是非常粗糙的一种方法，所得到的元件结温也不够准确。
与元件封装形式的选择相类似，元件的热仿真模型也至少更新为双热阻简化模型2。
这将更为精确的预测元件的结温，双热阻模型由结点至上表面外壳热阻和结点至PCB热阻组成，当然能获取Delphi简化模型话最为理想3。
供应商提供Delphi模型的可能性很小。
幸运的是，一种基于网络的工具能让系统设计者通过芯片封装外形尺寸创建各种芯片的双热阻模型和Delphi简约热模型4。
如果供应商无法提供其他相关信息，但只要清楚芯片的尺寸同样可以进一步提高模型的准确性。
此外，也可以创建内部具有详细结构的封装模型。
在PCB布局完成之前应确定散热器设计方案。
如果散热器底部尺寸大于元件尺寸，则应在PCB上方余留一定空间。
散热器会加大系统内空气流阻，因为流经散热器后方元件的空气流量变小，所以位于散热器后方的元件很可能温度会升高。