Ciao! Ho un problema che non mi sono mai trovato ad affrontare: devo inserire una scheda in un contenitore metallico chiuso ermeticamente, e mi hanno quindi chiesto una stima della potenza dissipata per effetto Joule dalla scheda stessa (visto che il calore prodotto resterà all'interno del contenitore...).
Al di là del fatto che calcolare la corrente che circola su ogni singolo resistore mi sembra un'impresa improba, non mi è chiaro nemmeno come fare a valutare l'impatto degli integrati.
Avevo pensato, molto banalmente, di prendere la tensione di alimentazione complessiva e moltiplicarla per la corrente massima assorbita, in modo da avere un limite massimo (visto che questa potenza include anche quella utilizzata...), ma ho paura che il valore che viene fuori, ovvero circa 100 mW, sia troppo diverso da quello reale. Come posso fare?
Scusa ma, se non ci sono trasmettitori radio o carichi esterni (motori, riscaldatori, etc...), *tutta* la potenza assorbita dal tuo circuito viene dissipata in calore, quindi la misura totale è corretta.
Questo è vero in senso generale; in questo caso, però, lo è di meno, perché si tratta di un esperimento che dovrà poi essere replicato nello spazio, dove lo scambio termico ovviamente è più difficile.
Infatti è esattamente quello che ho fatto: 3.6 V x 35 mA = 126 mW (esclusi i picchi, che sono maggiori). Ma questa è la potenza massima... non c'è modo di calcolare solo quella effettivamente dissipata?
Scusa se insisto ma: ci sono carichi esterni connessi alla scheda? Mi spiego meglio: ci sono dei fili che escono dalla scatola che sono connessi a motori, riscaldatori, antenne trasmittenti, etc...?
Se la risposta è no, la misura che hai fatto è esattamente la potenza dissipata in calore, non capisco a cosa ti riferisci quando parli di "potenza effettivamente dissipata".
Una soluzione e' quella di misurare il consumo durante il funzionamento nelle condizioni operative, ma potrebbe essere complicato se non ha uno strumento apposito (si dovrebbe integrare i dati combinati di un voltmetro ed un'amperometro).
Un'altro metodo, che poi e' quello usata proprio nel settore per mi pare di avere capito opera, e' quello di misurare tramite un calorimetro.
Lei puo' fare cosi': inserisca la scheda in un sacchetto di plastica, lasciando uscire solo i cavetti di alimentazione, magari potrebbe anche aspirare l'aria (senza esagerare, non serve il "vuoto"). Immerga il tutto in un recipiente isolante o anche di plastica, se accettiamo un certo errore, contenente una quantita nota di acqua (usi una bilancia di precisione) a temperatura ambiente. In questo modo, fino a quando non comincia l'esperimento, non abbiamo trasferimenti termici. Poi le serve un buon termometro. Lasci sedimentare il tutto fino a quando la temperatura resta stabile. Poi le serve un cronometro.
Accenda l'apparecchio, faccia partire il cronometro e tenga d'occhio il termometro, segni il tempo sul cronometro quando raggiunge un grado di incremento. Lasci ancora per un'ulteriore grado, segni il cronometro, spegna l'apparecchio e tenga d'occhio il termometro per un tempo pari al tempo totale gia' trascorso. Questa misura serve a verificare l'attendibilita' della misura vera e propria.
La misura della potenza termica prodotta e' quella del calore corrispondente all'incremento di temperatura diviso il tempo in cui e' avvenuto. Il problema e' essere certi di avere misurato tutto il calore (c'e' un ritardo di propagazione, etc.). Una prima soluzione e' usare abbastanza acqua in modo che l'incremento di un grado sia lento (diciamo intorno al minuto), ma non troppo (altrimenti entrano in gioco le perdite di energia verso l'ambiente). La misura finale ci permette di capire se abbiamo raggiunto lo scopo. L'ideale sarebbe che una volta spento l'apparecchio la temperatura non salisse piu'. Altrimenti occorre fare qualche calcolo correttivo.
Attenzione, il risultato di questa misurazione e' un'utile dato per confrontare con il calcolo "teorico" dei Watt, non va cioe' considerato come un valore assoluto e certo.
Se il valore ottenuto combacia con quello calcolato allora invece puo' ragionevolmente concludere di avere un valore abbastanza affidabile.
Il vantaggio del metodo calorimetrico e' che potrebbero saltare fuori indicazioni di effetti imprevisti (per esempio una significativa "proporzione" di energia emessa come campo elettromagnetico). Ovvero, quando si tratta di piccoli valori di potenza, una decina di mW di emissioni cominciano a pesare. Notare che poi occorre considerare se queste emissioni non si convertano anche esse in calore nell'ambiente di funzionamento, se schermato.
Magari quel valore non e' ne' importante, ne' critico, pero' il tutto si puo' organizzare in un'oretta. Veda lei.
Una domanda: perche' non ha chiesto al suo cliente come fare ? :-)
Magari poi farebbero loro stessi queste misure, e le hanno chiesto solo un valore di partenza.
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Roberto Deboni
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Il metodo mi sembra buono in generale, ma come dicevi ci vorrebbe cautela nell'applicarlo in questo caso, l'OP parlava di una potenza avente ordine di grandezza 100 mW, se la quantita' di acqua fosse dell'ordine di 100 g allora la durata di tempo necessaria per variare la temperatura dell'acqua di 2 K sarebbe dell'ordine di: Deltat = 0.1 kg * 4186 J / (kg K) * 2 K / (0.1 W) = 8 * 10^3 s, allora potrebbe diventare non trascurabile l'effetto dello scambio di calore con l'ambiente (e abbiamo anche trascurato la capacita' termica della scheda e del contenitore del calorimetro).
Ha ragione, non avevo considerato le potenze molto piccole, che significa o usare un basso volume di liquido (il che aumenta l'incidenza degli altri materiali) o un tempo lungo o una misura piu' precisa della temperatura, etc.
Se il pezzo e' piccolo sarebbe da considerare di usare come recipiente un vaso di Dewar (un thermos) con tappo di sughero.
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Roberto Deboni
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Emissione elettromagnetica (trattandosi di elettronica ...). Stiamo parlando di piccole potenze.
Nulla di particolare, la sua funzione e' di rendere unico il nome (un po' come per i nick unici) per motivi giuridici. Infatti non posso certamente impedire ad un'anonimo l'uso del suo nome e cognome :-)
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Roberto Deboni
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Grazie dell'idea, che mi sembra decisamente buona; purtroppo, come già detto anche da altri, la trovo poco praticabile a causa delle piccole potenze in gioco. Ho parlato infatto di 200 mW massimi, ma l'assorbimento in condizioni normali è inferiore (siamo intorno ai 50-60 mW), per cui entrano in gioco troppe incognite.
Inoltre, il cliente mi ha chiesto un semplice thermal assessment per assicurarsi che non ci siano problemi termici tali da inficiare il resto dell'esperimento (il mio sistema infatti è solo una parte del sistema complessivo), dunque non credo sia necessario essere così precisi.
In sostanza, a me servirebbe solo capire se esiste un metodo semplice per calcolare approssimativamente qual è l'energia utilizzata da un sistema elettronico per effettuare le sue operazioni (includendo qui anche l'energia emessa come campo elettromagnetico e quella emessa nella trasmissione RF). Ciò che resta, ovviamente, sarà l'energia termica che sto cercando.
P.S.: scusate se riprendo il discorso con un po' di ritardo, ma ero a casa malato...
E anche l' energia emessa dalle "uscite" del sistema.
Certo.
Una bella integrazione, su un acconcio tempo, della somma algebrica (Vn*In), dove Vn sono le tensioni in ingresso/uscita e In sono le rispettive correnti, prese con il giusto segno, meno la somma algebrica delle le energie irradiate(*) per via elettromagnetica?
No, intendevo proprio "includendo". Il fatto è che il sistema è all'interno di una sfera metallica, e l'unico collegamento con l'esterno avviene via wireless con un'antenna montata sulla sfera. Quindi, tutte le altre emissioni restano dentro...
:) Per questo chiedevo se esiste un metodo semplice...
1) ARGHHH e' come "ARGHHH", come quando un elefante ti sale sugli attributi maschili.
2) AWGTHTGTTA: Ziogugol e' di la' ------------->
"Dentro" la sfera, spero.
Hummm... credo che avremo bisogno della consulenza di un fisico...
IMO, se la sfera e' una superficie di materiale ferromagnetico e le sue eventuali aperture (i buchi) sono inferiori ad (hemm...) 1/10 lambda della radiazione emessa dal "coso", l' energia RF si dovrebbe trasformare in calore "nella" superficie sferica, quindi essere riemessa in parte all' esterno, il parte all' interno.
Non oso proseguire, per incompetenza.
'Un ci capimo: e' quello il "modo semplice".
Possibile che li' non abbiate un datalogger, oppure che non riusciate ad accrocchiare un rilevatore a tempo di tensione e corrente, con un oscillo digitale e un PC?
Ah, vedo... scusa, giuro che l'avevo scambiata per una serie di lettere messe a caso (stile fumetti "arrabbiati", per intenderci...)
Non proprio: stiamo accrocchiando un semplice filo da alloggiare in una apposita scanalatura (esterna) della sfera, con solo un forellino per farlo passare all'interno e collegarlo al connettore dell'antenna. Per il resto, la sfera è ermeticamente chiusa.
Considerando che siamo a 433 MHz e quindi lambda è circa 68 cm, secondo quanto dici il singolo forellino di circa 1 mm di diametro non dovrebbe dare nessun fastidio.
Ah...
Certo, questo si potrà fare (oscilloscopio + amperometro), quando il sistema sarà definitivo... ma al momento dovrei solo fare una stima di massima da inserire nei documenti di progetto.
Credo che alla fine resterò sul valore "safe" di 200 mW e buona notte...
Allora la RF *esce* dalla sfera, quindi non rimane dentro, quindi la sua energia va *sottratta* alla energia in ingresso, giusto? (ammenoche', dal pdv pratico, il suo valore sia molto inferiore alla energia assorbita).
Eh...
Evidentemente c'e' qualcosa che mi sfugge... Se l' assorbimento e' (relativamente) costante nel tempo, bastano due tester digitali e una resistenza... non vedo problemi particolari, se non lo stimare la potenza RF in uscita ed (eventualmente) sottrarla.
Certo, la RF esce (anche se occasionalmente è possibile che la scheda riceva dei comandi, ma dovrebbe essere una percentuale trascurabile). Ancora non so quale sarà la potenza nominale di uscita (probabilmente 0 dBm, quindi 1 mW), però certamente anche il massimo di 10 mW non è molto rilevante ai fini della potenza totale.
Sì, l'assorbimento è costante nel tempo. Quello che sfugge a me, anche se potrei dire una c...ata colossale, è: l'energia complessivamente fornita dalla batteria (che è ovviamente interna alla sfera), trascurando la parte RF in uscita, viene utilizzata per effettuare le operazioni della scheda stessa (in particolare, viene utilizzata dai componenti attivi per svolgere la loro attività). La *parte restante* viene convertita in calore? Oppure devo considerare praticamente che tutta l'energia assorbita viene alla fine convertita in calore? Ecco, questo non mi è ancora chiaro...
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