一種耐高溫高溼環境的無線傳感器節點外殼的製作方法

2023-05-18 15:25:41 2

一種耐高溫高溼環境的無線傳感器節點外殼的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種耐高溫高溼環境的無線傳感器節點外殼，通過隔熱、吸熱的手段使內部電路工作在合適溫度下，以提高節點工作穩定性及使用壽命。節點外殼分為內外兩層，外層由導熱係數低的塑料製成，並在外表面塗有熱反射塗料，儘量減少環境吸熱。內層為方形蓄熱盒，由導熱係數大的金屬鋁製成，盒壁中空有空腔，空腔內填充具有合適熔點的相變吸熱劑，吸收內部工作產熱，並卡放有乾燥劑，吸收熱溼。通過外阻隔、內吸收的手段維持節點內部溫度在特定值，可靠性和穩定性更高，且採用的相變吸熱方式，在降溫除溼的同時並不會消耗節點本就有限的能源，本發明尤其適合溫室大棚等節點能量有限的高溫高溼環境中。
【專利說明】一種耐高溫高溼環境的無線傳感器節點外殼

【技術領域】
[0001]本發明專利涉及一種無線傳感器節點外殼，更具體說，它涉及一種能夠耐高溫高溼環境的無線傳感器節點外殼，適合作為溫室大棚等高溫高溼環境中的無線節點使用。

【背景技術】
[0002]隨著技術的進步，節點不斷向著小型化方向發展，根據摩爾定律，當價格不變時，集成電路上可容納的電晶體數目，約每隔18個月便會增加一倍，性能也將提升一倍。然而伴隨著電晶體數目的增多及工作頻率的提高，儀器產生的熱量也越來越大，而小型化的發展要求集成電路工作在更為狹小的空間，這進一步阻礙了熱量的散發。大量積累的熱量直接影響到集成電路的可靠性及使用壽命。根據著名的十度法則，從室溫算起，溫度每升高十度，壽命大致會降低一半，因此，希望集成電路晶片工作溫度不高於三十度。
[0003]溼度是引起電子元器件失效的另一大原因，潮溼能透過塑料封裝從引腳等縫隙侵入元器件內部，產生吸溼現象，還會造成金屬接頭的氧化，使電子器件出現各式各樣的故障。
[0004]溫室大棚環境下，無線傳感器節點分布在各處，面對著高溫、高溼環境的考驗，大多無線傳感器節點都採用封閉技術，這在提高了節點抗幹擾能力的同時也使得節點自身處於不利的熱環境中，內部聚集的大量熱量直接影響了其工作可靠性和使用壽命。
[0005]傳熱有三種基本方式:熱傳導、熱對流、熱輻射。熱傳導是指直接接觸的物體各部分能量交換的現象，它一般由物體的高溫部分向低溫部分傳遞，或者由一個高溫物體向與其接觸的低溫物體傳遞，導熱可以在固體、液體和氣體中發生。熱對流是指流體各部分發生相對位移而引起的熱量交換，對流方式只能在液體和氣體中出現。熱輻射是一種由電磁波來傳遞能量的現象，它是指物體由於自身溫度的原因而向外發射可見的和不可見的射線(稱電磁波或光子)來傳遞熱的方式，它與熱傳導和對流方式有著本質上的區別，熱傳導與熱對流傳遞能量時需要藉助某種材料介質，而熱輻射的傳遞卻無需材料介質。基於以上三種方式，密封儀器常見散熱手段有七種:第一種，自然冷缺，熱源通過導熱體將熱量直接或間接傳導到外殼，再通過外殼傳導到外界，此種散熱方式最簡單最經濟，但其適用的熱負載太小，且在密封條件下基本無自然對流，散熱效果很差；第二種，液體冷卻，有直接式和間接式兩種，直接式液體冷卻是將散熱部位浸沒在冷卻液中，有時再配合攪動，加強熱交換，此種方式能夠提供非常大的傳熱係數，但存在液體洩漏、腐蝕等問題，間接式液體冷卻是靠流動的冷卻液帶走傳導到外殼的熱量，由於需要泵等組件，成本高且受到空間限制；第三種，冷板冷卻，是將熱量傳導到冷板上，再由中間的介質將熱量帶走，與間接式液體冷卻方法類似，但介質可以是液體也可以是氣體或者固體，此種方式有利於減小設備的體積，且熱傳導可以精確地估計；第四種，相變冷卻，是利用物質由固、液、氣三相轉變及晶型轉變的過程中吸收熱量的原理冷卻對象的，此種方式可以使得電子器件在一定時間內保持相對穩定的溫度，由於相變材料相變潛熱較高、體積變化較小、相變熔點寬泛等優點，在間歇式工作的電子器件的溫控中得到廣泛應用，但也存在著過冷現象、易洩露等劣勢；第五種，半導體製冷，利用珀爾貼效應，當有電流通過不同的導體組成的迴路時，除產生不可逆的焦耳熱外，在不同導體的接頭處隨著電流方向的不同會分別出現吸熱、放熱現象，當半導體製冷器件通過直流電流時，半導體製冷器的一端吸熱形成冷端，另一端則放熱形成熱端，此種方式結構簡單、工作環境要求低、可靠性高，但效率較低，需要低電壓大電流電源；第六種，熱交換器和空調，採用熱交換器和空調製冷，儀器內部與外部沒有直接空氣流動，使得儀器內部與環境完全隔離，此種方法能夠提供足夠的散熱能力，但結構複雜、體積龐大、運行及維護成本極大。第七種，混合散熱法，將多種散熱方法結合起來，發揮各自的優勢。
[0006]夏季溫室大棚溫度最高達到四十度以上，對於溫室大棚無線傳感器節點，出於體積限制、功耗限制、噪音限制，常規的風扇、熱管和水冷散熱並不很適用。現有節點外殼散熱手段多為自然冷卻，把殼體做薄，加快內外熱交換，希求保持殼內溫度與環境一致。在高溫高溼環境下，自然冷卻方式散熱過程緩慢，效果不大，並且節點即便是間歇性工作，殼體內部溫度也會升高。有改進的節點外殼，將節點做成柱形乃至圓形，增大散熱面積，或在外殼表面粘貼反光膜，減小節點受熱，這些措施雖然在一定程度上有效，但出發點仍是向外散熱，這就決定了節點內部溫度勢必比環境溫度高，因此並不適用於高溫高溼環境中。


【發明內容】

[0007]本發明目的在於提供一種耐高溫高溼環境的無線傳感器節點外殼，能夠有效降低無線傳感器節點內部溫度，使得高溫高溼環境下節點內部電路工作環境溫度不高於在30度，從而提高節點工作穩定性和使用壽命。
[0008]為了解決以上技術問題，本發明採用的具體技術方案如下:
一種耐高溫高溼環境的無線傳感器節點外殼，其特徵在於:包括上殼體(I)和下殼體
(2),上殼體(I)由上殼體外層(3)和上殼體蓄熱盒(4)組成,下殼體(2)由下殼體外層(5)、下殼體蓄熱盒(6)和電池倉(8)組成；上殼體蓄熱盒(4)和下殼體蓄熱盒(6)位置為上下相對；
所述電池倉(8)頂端兩個凸起為兩個圓柱體(9)，兩個圓柱體(9)各自的中心位置分別開有一通孔螺孔A ;在上殼體外層(3)內部與兩個圓柱體(9)相對的位置有兩個凸出的圓柱形的固定座(10)，所述兩個固定座(10)頂端均分別開有一凹槽，所述各凹槽中間均開有一螺孔B ;所述圓柱體(9)剛好被所述凹槽配合固定住；下殼體外層(5)與電池倉(8)相對的側面有凸起(11)，上殼體外層⑶側面有搭扣(12)，搭扣(12)能夠扣住凸起(11);上殼體(I)和下殼體(2)在邊沿處貼合，用沉頭螺絲在圓柱體(9)和固定座(10)處壓緊，並用搭扣(12)扣住凸起(11)固定；
所述的耐高溫高溼環境的無線傳感器節點外殼，上殼體外層(3)內表面有四個柱形的上殼體凸臺(13);上殼體凸臺(13)底面直徑為4臟，高為2mm，且上表面開有直徑為2mm深為Imm的圓形凹槽；上殼體蓄熱盒(4)底面與上殼體凸臺(13)對應的位置有四個柱形凸起
(14)，柱形凸起(14)與所述圓形凹槽配合，並用強力膠粘固，使得上殼體蓄熱盒(4)固定在上殼體外層(3)內部；同樣地，下殼體蓄熱盒(6)通過下殼體凸臺(15)固定在下殼體外層
(5)內部。
[0009]上殼體蓄熱盒(4)內部空腔(7)填充吸熱劑，吸熱劑是固液相變吸熱劑，為防止吸熱劑吸熱後相變成的液體洩漏，同時也為了增大導熱係數加強吸熱效果，吸熱劑中添加有定量的石墨粉，使液態的吸熱劑呈膏狀，不至洩露；上殼體蓄熱盒(4)頂端開有向空腔(7)內填充吸熱劑的填充孔(16)，填充孔(16)由可插拔的橡膠塞封堵住；上殼體蓄熱盒(4)內部有兩個凸出的L型薄片(17)，L型薄片(17)卡放袋裝乾燥劑以吸收節點內水蒸氣，一方面防止吸溼現象，另一方面降低溼熱。下殼體蓄熱盒￠)與上殼體蓄熱盒(4)吸熱除溼方法相同，此處不再贅述。
[0010]所述上殼體蓄熱盒⑷與下殼體蓄熱盒(6)之間使用H型密封件(18)彌補縫隙，減小熱量的滲入，H型密封件(18)由橡膠製成；上殼體蓄熱盒(4)、下殼體蓄熱盒(6)和H型密封件(18)構成的空間大小與內部電路板大小和厚度配合，在提供足夠工作空間的同時儘量使元器件尤其是發熱量大的元器件貼近蓄熱盒，且在產熱量大的元器件表面塗熱輻射塗料，通過熱輻射的方式加快散熱；下殼體蓄熱盒￠)內部設有電路板卡槽(19)，用來卡放電路板，使熱源儘量貼近下殼體蓄熱盒(6)盒壁，如條件允許，可通過焊接導熱金屬片的方式將電路板熱量直接傳導至下殼體蓄熱盒(6)盒壁上。
[0011]所述下殼體外層(5)和下殼體蓄熱盒(6)側面有一矩形通孔，矩形通孔內塞有矩形塊(20)，矩形塊(20)由橡膠製成，中間有開孔(21)，可將測量溫溼度、光照強度、基質電導率等傳感器從開孔(21)處穿過；針對不同傳感器，只需換上有不同開孔(21)的矩形塊
(20)即可。
[0012]本發明的工作過程為:導熱性能差的上殼體外層(3)和下殼體外層(5)將一部分環境熱量阻隔在外，減小環境熱量對節點內部的影響，塗抹在上殼體外層(3)和下殼體外層(5)外表面的熱反射塗料，一方面降低陽光、輻射影響，另一方面將節點自身熱量以熱輻射的方式向外釋放；上殼體蓄熱盒(4)和下殼體蓄熱盒(6)分別與上殼體外層(3)和下殼體外層(5)之間有2_間隙，間隙進一步減小環境熱量對節點內部影響；H型密封件(18)彌補上殼體蓄熱盒⑷和下殼體蓄熱盒(6)之間的間隙，減小熱量的滲入；空腔(7)內填充的吸熱劑一方面吸收滲透進來少量環境熱量，另一反面吸收節點內部電路工作時產生的熱量，將節點內部溫度維持在30度左右；依靠塗抹在上殼體蓄熱盒(4)內壁和下殼體蓄熱盒
(6)內壁的導熱絕緣漆，加快吸熱劑的吸熱速率；更換不同傳感器時，換上配套的有不同開孔(21)的矩形塊(20)，保證節點的密封性。
[0013]本發明具有有益效果。本發明並不似常規散熱手段那樣依賴節點內外溫差，而是採用相變吸熱方式，通過外阻隔、內吸收的手段達到耐高溫高溼目的，在降溫除溼的同時並不會消耗節點本就有限的能源，有著更高的可靠性和穩定性，有助於無線傳感器節點在溫室大棚等高溫高溼環境中推廣使用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是耐高溫高溼環境的無線傳感器節點外殼的總示意圖
圖2是耐高溫高溼環境的無線傳感器節點外殼的上殼體正視剖視圖圖3是耐高溫高溼環境的無線傳感器節點外殼的下殼體正視剖視圖圖4是耐高溫高溼環境的無線傳感器節點外殼的下殼體加矩形塊俯視圖圖5是耐高溫高溼環境的無線傳感器節點外殼的下殼體加矩形塊加密封件左視剖視圖
圖中，I上殼體；2下殼體；3上殼體外層；4上殼體蓄熱盒；5下殼體外層；6下殼體蓄熱盒；7空腔；8電池倉；9圓柱體；10固定座；11凸起；12搭扣；13上殼體凸臺；14柱形凸起；15下殼體凸臺；16填充孔；17L型薄片；18H型密封件；19電路板卡槽；20矩形塊；21開孔。

【具體實施方式】
[0015]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明作進一步詳細說明。
[0016]如圖1所示，本發明一種耐高溫高溼環境的無線傳感器節點外殼，分為上殼體I和下殼體2,上殼體I包含上殼體外層3和上殼體蓄熱盒4,下殼體2包含下殼體外層5、下殼體蓄熱盒6和電池倉8。上殼體蓄熱盒4放置在上殼體外層3內部,且與上殼體外層3之間有2mm間隙。相同的,下殼體蓄熱盒6放置在下殼體外層5內部,且與下殼體外層5之間有2mm間隙。上殼體蓄熱盒4和下殼體蓄熱盒6位置上下相對。上殼體外層3和下殼體外層5由塑料製成，並在外表面塗有熱反射塗料。上殼體蓄熱盒4和下殼體蓄熱盒6主要作用是吸熱，盒體成方形，由金屬鋁製成，內壁均塗有導熱性好的絕緣塗料，比如高導熱絕緣漆。電池倉8針對9V碳性電池6F22設計，倉容量恰好能安放一節9V電池。下殼體蓄熱盒6與電池倉8並排放置，間距2_，一同放置在下殼體2內。
[0017]如圖2、圖3所示，所述的耐高溫高溼環境的無線傳感器節點外殼，電池倉8頂端有兩個圓柱體9,兩個圓柱體9的底面直徑為8mm,高為2mm,兩個圓柱體9各自中心位置開有直徑為3_的通孔螺孔A。在上殼體外層3內部與兩個圓柱體9相對的位置有兩個凸出的圓柱形的固定座10,固定座10的底面直徑為1mm,高為4mm,固定座10頂端開有凹槽，凹槽直徑為8mm，深為2mm，凹槽中間開有直徑為3mm深為2mm的螺孔B。圓柱體9恰能配合進固定座10的凹槽中。下殼體外層5與電池倉8相對的側面有凸起11，凸起11為長方體，長2_，凸出1_。同一側，上殼體外層3側面有搭扣12，搭扣12為倒梯形，恰能夠扣住凸起11。上殼體I和下殼體2在邊沿處貼合，用M3沉頭螺絲通過通孔螺孔A和螺孔B將上殼體I和下殼體2固定壓緊，並用搭扣12扣住凸起11進一步固定。
[0018]如圖2、圖3所示，所述的耐高溫高溼環境的無線傳感器節點外殼，上殼體外層3內表面有四個柱形的上殼體凸臺13，上殼體凸臺13底面直徑為4mm，高為2mm，且上表面開有直徑為2mm深為Imm的圓形凹槽。上殼體蓄熱盒4底面與上殼體凸臺13對應的位置有四個柱形凸起14，柱形凸起14與圓形凹槽配合，並用強力膠粘固，將上殼體蓄熱盒4固定在上殼體外層3內部。同樣的,下殼體蓄熱盒6通過下殼體凸臺15固定在下殼體外層5內部。
[0019]如圖4所示，所述的耐高溫高溼環境的無線傳感器節點外殼，上殼體蓄熱盒4的空腔7內填充吸熱劑，吸熱劑是固液相變吸熱劑，主要成分為癸酸和月桂酸，二者按一定比例混合而成，熔點為三十度。吸熱劑中還添加有定量的石墨粉。上殼體蓄熱盒4頂端設有填充孔16，通過填充孔16向空腔7內填充吸熱劑，填充孔16由橡膠塞封堵住。上殼體蓄熱盒4內部有兩個凸出的L型薄片17，兩個L型薄片17相對放置，卡放袋裝乾燥劑。下殼體蓄熱盒6與上殼體蓄熱盒4吸熱除溼方法相同，此處不做贅述。
[0020]如圖5所示，所述的耐高溫高溼環境的無線傳感器節點外殼，特徵是:用H型密封件18彌補上殼體蓄熱盒4與下殼體蓄熱盒6之間的縫隙。H型密封件18由橡膠製成，上下凹槽寬度與上殼體蓄熱盒4和下殼體蓄熱盒6壁厚相等，凹槽深度為1mm。
[0021]如圖1、圖5所示，所述的耐高溫高溼環境的無線傳感器節點外殼，上殼體蓄熱盒4、下殼體蓄熱盒6和H型密封件18構成的空間大小與內部電路板大小和厚度配合，並在產熱量大的元器件表面塗熱輻射塗料。下殼體蓄熱盒6內部設有電路板卡槽19，電路板卡槽19寬度與電路板厚度相等，且其位置應使得熱源儘量貼近下殼體蓄熱盒6盒壁。
[0022]如圖1、圖4、圖5所示，所述的耐高溫高溼環境的無線傳感器節點外殼，下殼體外層5和下殼體蓄熱盒6側面有一矩形通孔，矩形通孔可塞入矩形塊20，矩形塊20由橡膠製成，中間有開孔21，可將不同的傳感器，比如測量溫溼度、光照強度、基質電導率等，從開孔21處穿過，再用矩形塊20將外殼通孔堵住，保持外殼的密封性。針對不同傳感器，只需換上有不同開孔21的矩形塊20即可。
【權利要求】
1.一種耐高溫高溼環境的無線傳感器節點外殼，其特徵在於:包括上殼體(I)和下殼體(2)，上殼體(I)由上殼體外層(3)和上殼體蓄熱盒(4)組成，下殼體(2)由下殼體外層(5)、下殼體蓄熱盒(6)和電池倉(8)組成；上殼體蓄熱盒(4)和下殼體蓄熱盒(6)位置為上下相對； 所述電池倉(8)頂端兩個凸起為兩個圓柱體(9)，兩個圓柱體(9)各自的中心位置分別開有一通孔螺孔A ;在上殼體外層(3)內部與兩個圓柱體(9)相對的位置有兩個凸出的圓柱形的固定座(10)，所述兩個固定座(10)頂端均分別開有一凹槽，所述各凹槽中間均開有一螺孔B ;所述圓柱體(9)剛好被所述凹槽配合固定住；下殼體外層(5)與電池倉(8)相對的側面有凸起(11)，上殼體外層⑶側面有搭扣(12)，搭扣(12)能夠扣住凸起(11);上殼體(I)和下殼體(2)在邊沿處貼合，用沉頭螺絲在圓柱體(9)和固定座(10)處壓緊，並用搭扣(12)扣住凸起(11)固定； 所述的耐高溫高溼環境的無線傳感器節點外殼，上殼體外層(3)內表面有四個柱形的上殼體凸臺(13);上殼體凸臺(13)底面直徑為4臟，高為2mm，且上表面開有直徑為2mm深為Imm的圓形凹槽；上殼體蓄熱盒(4)底面與上殼體凸臺(13)對應的位置有四個柱形凸起(14)，柱形凸起(14)與所述圓形凹槽配合，並用強力膠粘固，使得上殼體蓄熱盒(4)固定在上殼體外層(3)內部；同樣地，下殼體蓄熱盒(6)通過下殼體凸臺(15)固定在下殼體外層(5)內部。
2.根據權利要求1所述的一種耐高溫高溼環境的無線傳感器節點外殼，其特徵在於:上殼體蓄熱盒(4)內部空腔(7)填充吸熱劑，吸熱劑是固液相變吸熱劑；吸熱劑中添加有定量的石墨粉；上殼體蓄熱盒(4)頂端開有向空腔(7)內填充吸熱劑的填充孔(16)，填充孔(16)由可插拔的橡膠塞封堵住；上殼體蓄熱盒(4)內部有兩個凸出的L型薄片(17)，L型薄片(17)卡放袋裝乾燥劑以吸收節點內水蒸氣。
3.根據權利要求1所述的一種耐高溫高溼環境的無線傳感器節點外殼，其特徵在於:所述上殼體蓄熱盒(4)與下殼體蓄熱盒(6)之間使用H型密封件(18)彌補縫隙，H型密封件(18)由橡膠製成；上殼體蓄熱盒(4)、下殼體蓄熱盒(6)和H型密封件(18)構成的空間大小與內部電路板大小和厚度配合；下殼體蓄熱盒￠)內部設有電路板卡槽(19)。
4.根據權利要求1所述的一種耐高溫高溼環境的無線傳感器節點外殼，其特徵在於:所述下殼體外層(5)和下殼體蓄熱盒(6)側面有一矩形通孔，矩形通孔內塞有矩形塊(20)，矩形塊(20)由橡膠製成，中間有開孔(21)，用於測量溫溼度、光照強度、基質電導率等傳感器從開孔(21)處穿過。
【文檔編號】H05K5/02GK104378934SQ201410625404
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年11月10日 優先權日:2014年11月10日
【發明者】張西良, 車雲飛, 侯坤, 尹利, 李萍萍, 胡永光, 王紀章, 袁俊傑 申請人:江蘇大學