制作半導體空調——從入門到放棄(選材篇)


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(圖片太多,公眾號復制過來要一張張右擊復制粘貼!受不了,不管了!觀眾老爺們也受不了去公眾號看吧!)

需求

先擺出前一篇文章最后得出的需求圖(無規矩可言的):

根據需求,列出暫時需要準備的材料:

  • 制冷片
  • 風扇
  • 移動式大電流大容量電源DC
  • 水排
  • 熱溫差發電器
  • 吸水空氣過濾網
  • 數顯型或旋鈕型溫控
  • 開關(帶定時)
  • 防漏電開關
  • 防漏電插頭
  • 水泵
  • 隔熱板、隔熱棉
  • 銅或鋁水冷頭
  • 泡沫箱、塑料箱、電腦機箱、PC板、木板、ABS板
  • 儲水箱
  • 焊錫機
  • 膠槍
  • 銅線、水管

選材小提示

然后在淘寶和京東(寫某寶和某東是真的難聽,干脆全名,不管了)查找上述材料時,有一點注意,不要頭鐵只看上面列出的材料,而不留意其他相關的材料。因為自身的需求的還沒有真正確定下來,并且是個人購買而不是廠商批量入貨,考慮到自己對產品的理解和成本問題,看到相關的都會點進去其他商品看看,了解一下有何不同、是否更滿足需求、是否能改善設計。

回到正題,在電商平臺找材料時,最好把合適的、或許能用的、具有啟發性的物品收藏起來。在查找的過程中不斷丟棄不用的,加入有用的,最好歸類成幾個文件夾清晰點。

在這收集過程中,對于同一件物品,可以考慮是否跟其他物品屬于同一個商家,成本怎么樣,郵費怎么樣,評價怎么樣,性價比怎么樣,以此來決定最后去哪一家,買哪一樣物體,這跟大媽早上出去菜市場買菜一個道理。

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另外,在選材的時候,需要腦子里有制冷器整體的設計雛形。
理由很簡單,第一,越清楚自己想要做什么東西,才會越清楚自己想要準備什么東西。第二、只有真正把握了核心需求和附加功能,在選材時才會被琳瑯滿目的商品激發靈感,完善方案。

所以選材這個階段,我花了一兩個月的時間,當然其中也包括了修改設計。
本文中就先不說設計,不過自己選材時要時刻保持這腦子里有整個產品的設計模型。

或許有人問,為什么一兩個月都在看,看到一件合適買一件不就節省很多時間嗎?說實話,最多也就節省出最后那幾天時間。但是,機器的結構設計沒完全定下來,買回來的東西最后未必能用上,就算能用上數量也可能預算錯誤要再買一次,這對于工作還沒轉正的我來說是經濟方面的暴擊。
所以等到想清楚了所有需求和整個機器的完整結構,再一次性買這個情況下的所有材料,是對我最友好的方法。


購物清單

經過半個世紀的挑選和設計調整,最后確定好材料清單。淘寶訂單截圖如下,下文再一個個解釋:

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沒錯,制作一個半導體制冷機器成品的所有組件和工具,至少需要這么多!心態蹦了沒?心疼自己的錢包了沒?還有勇氣繼續做下去了沒?


分析選擇

如果還繼續看下來,那接下來詳解主要材料購買的理由和故事:

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制冷系統:制冷片TEC12706AJ**

制冷系統是兩大核心系統之一,半導體制冷片是其核心部件,是制冷制熱的源泉,此處科普知識。

首先,回顧一下上篇所說的制冷片原理。

電荷載體在導體中運動形成電流,由于電荷載體在不同的材料中處于不同的能級,當它從高能級向低能級運動時,就會散發多余熱量(表現為制熱),反之就需要從外界吸收熱量(即表現為制冷),這就是帕爾帖效應。這就是是半導體制冷的原理,兩塊不同材料的金屬面對面貼的很近,通電時產生帕爾貼效應,表現出來的效果是一端不斷變熱,一端不斷變冷。

  • 發熱與制冷同時存在,而且發熱量會是制冷量的幾倍,并且制冷效率遠低于正常的壓縮機制冷器(日常空調)。

  • 其實是兩端都會產生熱量,兩端都會吸收熱量,只是表現出來是在某一端散發熱量或吸收熱量其中一個方面會更加突出,所以散熱系統的優劣會直接影響冷端的效果。

  • 不過半導體制冷的優勢在于很輕型,夸張的說法是只有要一塊制冷片,接上電源就能制冷了,沒有空調那種一體化封裝、壓縮機、冷媒等復雜結構和污染物質。而且制冷也快,一通電立馬出效果。制冷片是直流電,電壓不高,相比于220v的交流電安全一點。所以,對于一個DIY愛好者來說,半導體制冷比壓縮機制冷更方便、更簡單、更低成本。

當然,DIY愛好者心目中成品的效果好壞不是放在第一位的,制作過程的樂趣才是最重要的。而我是偽DIYer,整機構思都以最終效果為首要目標。

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然后說一下制冷片的規格,找到一張圖比較詳細的TEC系列圖解。

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正常使用TEC的尺寸,40*40mm,已經很小了。127總對數換算成電壓的方式不太懂,大概是乘以0.11,也就是12v吧,普遍都是這個電壓。6A是指啟動瞬間的最大電流,穩定工作時也就4A5A,看商品質量了。6A相對來說是性價比最高的,因為是最多人用的型號,商家生產量大,競爭大,價格相應會便宜一點。舉個例子,TEC1-12706就是說制冷片是單層的,電壓12V,最大電流6A。

后來看到有幾家的制冷片是C開頭的,比如C1206,跟tec1-12706參數一樣,只是標榜著高端制冷片,工藝好,壽命長等等。可能我是行外人,真的看不懂實際功能到底有什么區別。只知道價格差別巨大,普通的tec1最便宜幾塊錢就有了,好一點的十幾塊,而這種c開頭的最便宜都是三十塊左右,真是謎一樣的存在。另外,還有一種叫A級制冷片的,也是TEC開頭,但是價格跟C開頭的差不多,我就懵了。

購買的時候,我先從百度搜到最普遍的是TEC系列,在淘寶上貨比三家時,又發現有所謂的C1206高端系列和A級TEC系列的。對比一下制冷量,差不多,問商家有什么區別,也就用壽命、工藝、材料、穩定性等等不同來敷衍我。糾結了一段時間,最后選擇了A級TEC

12706AJ,想著一分錢一分貨,我想要最好的部件。但是最后極其后悔,奉勸各位買制冷片時三思而后行,控制住自己的貪念。

當時有這么一段故事。

我是在對比萬豪電子和江蘇星河電子這兩家店的同一個型號,價格一樣,但是星河的寶貝詳情里制冷功率只有48w,萬豪那里竟然寫著97w,能效比竟然突破1.0!我就這樣被誘惑到買了萬豪的,誰知道拿到手的包裹整套都是江蘇星河的包裝!赤裸裸的欺騙消費者啊,再也不敢相信這個商家了!

(萬豪的寫著97w)

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(江蘇星河的寫著48w)

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(買的是萬豪,收的卻是江蘇星河的,巨神坑!)

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所以在此奉勸各位,

不要相信任何超出合理范圍的參數

,不要相信無良商家的誘惑,選擇最適合自己,十塊錢的12706就差不多了。

具體的型號選擇,制冷片一般都是用12V,12V的供電電源也是很普遍。電流的話,看具體散熱環境和制冷效果的需求,還要結合數量去想想,6A是最多人使用的。

不過的話,期望不要太高,制冷片的發熱效率比制冷效率還高,要達到家用空調那樣的效果是不可能的,瓦數超高,電流也超高,能承受得住的電線都難找,做做保溫箱,小冰箱還行,做空調,制冷片都能買窮你。

我當時就是跟商家說做個人小空調的,問他最少買多少片。

商家很直接跟我說,別買了,做不了,

我當時就石化了。然后我很真誠很執著地跟商家說只需要做一個能一個人用到的空調風扇,有一點效果就行了。經過一番爭取后,商家終于被我的熱情打動了,說最少四片才有一點點效果,而且風扇還不能太大。我很感動,最后確實也是買了四片。不過商家視角看來,應該是:這人莫不是個傻子。

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水冷系統:水冷頭408012mm、水排120mm、水排240mm**

水冷系統是兩大核心系統之一,此處詳解

先說一下使用水冷而不同風冷散熱的原因。

制冷片普通的散熱方法是使用布滿鰭片的金屬散熱器,把熱量傳遞給金屬,然后用風扇將金屬上的熱量吹走。這個方式有個問題是,散熱器這個大塊頭必須貼緊發熱端,而且網上的散熱器是針對一個制冷片的,我是兩個制冷片為一個散熱單位的,貼合面的尺寸已經沒法滿足我了。如果想強行使用,只能去找很偏門的另類規格散熱器,或者找老板定制。我找到過勉強符合要求的散熱器,不過是散件,其他零件還是得定制特殊規格,做不來。至于定制,一個字,窮。

相比起來,水冷的優勢就出來了。

  • 空間上,水冷的散熱端可以設計得自由移動,遠離發熱端,降低一點發熱端的溫度。這對制冷效果來說有點用處的,最大限度降低發熱端溫度有助于降低制冷端溫度。

  • 水的比熱容基本最大,遠高于空氣,從熱端帶走的熱量遠高于直接吹風扇帶走的熱量,進一步降低了發熱端溫度。雖然水冷的熱量還是要用風扇在水排處吹走,但水冷的熱量基本在水里了,而且水溫總會比金屬溫度低,源源不斷在吸熱。

知道了水冷優勢比較大時,為了追求最好散熱效果,我考慮過金屬+水冷組合散熱。

設想是這樣,有一種N銅管金屬散熱器,貼近芯片的金屬板和銅管終端的金屬片集合中間有一段空隙,看介紹說是為了貼近芯片的金屬底座能更好地散熱,降低接觸面底座的溫度,進而更好地降低芯片熱端的溫度。而這段空隙只有幾厘米,計算一下,大概能讓水冷頭鉆進去。

金屬散熱器用純銅,可以加快熱量傳遞,水冷頭用純鋁,可以增加吸收的熱量。

如此雙劍合璧,熱端溫度能維持在一個很低的水平。

不過水冷最大的問題是要用價格比金屬散熱器貴多了,

一套水冷設備,起碼得兩三百

,而我要買兩套,心疼得要死。而且在我下定決心買某個冷端的金屬散熱器時跟商家說了一下這個想法,老板告訴我,都有水冷了,還裝什么風冷,效果差得遠了。于是我又大改我的設計,還很慶幸老板提醒我,讓我省了一筆錢。

水冷頭的數量和尺寸,是在掙扎了一個月后才買的。因為制冷和散熱屬于半導體空調的最核心功能,所有的設計和修改都離不開這兩方面。由于在購買時太多不確定因素,結構草稿圖改來改去,散熱設備和散熱結構自然也跟著改來改去。即使后來確定了水冷,但是尺寸還是無法立刻確定。

比如,四個制冷片,是一排,還是兩排,亦或是四排?冷端是相對,還是同向?所以我考慮過買一個40160,考慮過4080,考慮過40*40,還有比較偏門的cpu散熱器規格,比如內置鰭片的水冷頭。

在fou了很多方案后,才決定使用兩塊熱端冷頭夾住一塊冷端冷頭的漢堡包方案,也才買了兩塊40*80的尺寸。

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水冷頭還有材質區分的,最常見的有紫銅(跟純銅沒什么差別)、黃銅(很少黃銅水冷頭)、銀白純鋁、藍色表面氧化鋁。主要參考這幾個因素:

  • 價格:銅比鋁貴。

  • 熱傳導性:導熱是單位時間內能傳導多少熱量,可以想象成電流。導熱系數越大,熱量傳導得越快。參考值:銀 429,銅 401,鋁 237,空氣 0.031。

  • 比熱容:比熱容是單位質量下物體每升高或下降一單位溫度時吸收或釋放的熱量。比熱容越大,吸收或釋放相同熱量時,物體的溫度變化越小。參考值:水 4200,

    空氣 1012,

    鋁 897, 銅 386,銀 233。

根據個人情況看哪種因素是需要優先考慮的。

沒什么要求的,一般用鋁,比較便宜,比較多人用。銅傳遞熱量快,但容納的熱量比鋁少,比較適合把熱量傳送到其他地方再散熱,多用于銅管金屬散熱器。鋁傳遞熱量慢,但容納的熱量是銅的兩倍多,比較適合集中處理熱量,多用于水冷頭,比便在相同時間能帶走更多熱量。

所以個人建議,金屬風冷散熱器,推薦用銅質的接觸面,水冷散熱系統,推薦用鋁質的接觸面。

水排尺寸是跟風扇尺寸對應的,都是120mm,240mm是裝兩個風扇的。

水排的管道常見規格有10管、18管。10管便宜一點通風也好點,18管的散熱面積大一點。還有另外一個折中的12管,說是兼顧兩者平衡,管道也加厚,但是價錢竟然比另外兩個都貴。

這方面本來是成本優先,打算選用10管,但是個人執念,想要買效果更好的,壽命質量更好的,覺得每樣東西貴有貴的理由,掙扎一下就買了12管。這個現在想想后悔,不僅貴了,管壁厚了占體積,還影響我風扇散熱的通風面積,影響散熱效率啊。

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其實現在想想也有點后悔,冷端為何要用水冷?

冷端又不像熱端聚集在制冷片附近會影響效能和降低制冷片壽命,沒必要特地價格水冷系統傳送到遠一點的地方輸出,用金屬散熱片,貼著制冷片散冷不是更好嗎?

所以冷端這套水冷系統白白虧了我一大筆錢,冷量還被水霸占住了一大部分,真的巨虧。還不如買一塊金屬散熱器,欠了教我水冷風冷知識的老板的一張淘寶訂單,哎。

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水冷系統:暴力風扇12cm、

靜音風扇12cm**

這個暴力風扇其實是整機測試完才買回來的,而且不推薦,雖然手感挺沉,馬力應該充足,但是連標簽的背膠都已經老化脫落,整個風扇都是灰塵可知,應該是沒什么人買,屬于囤積了猴年馬月的產品。

一開始買的靜音風扇在圖片后半部分,據商家說能有3000轉/分,還很便宜,二十塊三個。然而貼在水排上時,風道被阻塞,顯得風力很弱,以致于在整個制冷器完成后忍不住買了暴力風扇來替換。120mm直徑是最大尺寸的電腦風扇了,想買更大的風扇只能去買家電了。可惜有一個扇葉壞了,直接退貨,然后就沒心情拆改已經做好的成品了。

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至于風道設計、吹風吸風,在設計篇會講。

在選材階段始終要記得,腦中要時刻保持對整機模型的設計圖,并在選材時不斷調整設計和材料。

對于尺寸,在買制冷片的時候,老板說三四片才會稍微有點效果,不過風扇不能太大,不然感受不到了。我看了下制冷片40mm,要是買對應大小的風扇,才兩節手指那么大,也小的太夸張了吧。后來本著吹起來能正常感受到風力的心,買了電腦風扇最大的尺寸——120mm。至少這么大才能感覺到是在風扇的存在,而且也沒有臺式風扇那么大型,個人覺得很適合。

另外,我買的風扇加了個特殊要求,電源線需要加長至少半米。

以為加延長線是很簡單的事,額外加點錢就行,不過商家都說加長的話只能用大4P接口,其他的接口沒這么長。我已經決定好買個集線器匯總所有的零部件接口了,這個風扇本來是小4P接口,要換成大4P,又得額外加個分線頭,結構也冗余了。后來也找不到更好的辦法,只能用大4P了。

為什么要加長?

因為其中兩個風扇是用來散熱的,我想讓熱量能讓使用者帶到合適的地方再排出來,而不是對著這個空調時,胸口吹冷氣,頭發吹熱氣。而且我的預想是方便到類似風扇一樣能放在床上,那熱氣自然要讓它排出窗外。目標人物的床邊的窗臺大概半米高,所以我就得加長至少半米了。

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白色ABS板2mm 、

PP板0.3mm 、

隔音板5cm 、KT板**

鑒于我的目標人物喜歡木質家具,比較有格調,一開始選擇外殼材料時是在搜索木箱、木板、夾板。然而個人對這個作品要求比較高,

除了滿足視覺效果,還要安全、輕便、環保、耐久

  • 木板質地不同,燃點不同,但都是能燃燒;

  • 夾板添加劑和氣味方面不同,但都會產生有毒氣體;

  • 天然木板種類不同,含其他雜質含量和種類也各種各樣,接觸多了對身體不好。

  • 而且,對于非機械師或木工來說,屋子里沒有特殊設備,難以加工木板,比如打孔、切割形狀等,做出來肯定難看。

  • 忍不住搜了一下”阻燃木板“,還真有,叫電木板,還絕緣的,不過實際上不是木板,是紙的集合,每層紙使用粘合劑合并起來,這肯定不要啊。

所以的話木質外殼就這樣被一步步否決掉了,外殼選材這一步,推倒重來。

繼續在淘寶上搜電腦機箱、塑料箱、塑料板、書柜、組裝薄板、DIY板材等,發現一個叫甲殼蟲音樂機箱的還挺適合的,方方正正,散熱口充足,差點就買了。

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不過還是忍住了,因為我還沒確定機器最后的結構是怎么樣的,看中哪個就買了很可能制作時諸多限制甚至要整個作廢掉!

后來找到塑料板比較適合,只是塑料板的種類有很多,甚至包括強化版的泡沫(雪弗板)!

真的列出來的話,

雪弗板、

ps、pc、pe、pp、pvc、abs、eva、kt,呵呵,懵了。本來買了一大塊KT板,想到夠便宜也不容易爛,還容易摳個小心心,不過買回來才查到KT板有毒,一般只用來做模型展覽,不能放室內,我只能把整塊板丟到最邊邊的角落,虧了8塊錢。幸虧找到一篇軟文 http://m.qqhr.ccoo.cn/bbs/topic.aspx?id=6061531

介紹了以上大部分的材料的區別和特點。

其他的自行查看對比,我主要看到了ABS(丙烯晴—丁二烯—苯乙烯共聚物),具有高物理強度,剛度,不易劃傷,表面硬度高,沖擊韌性好,易進行二次加工,無毒無害,還有一定的阻燃絕緣效果,很符合我對材料的各個要求,也能滿足機器的需求。所以決定將abs板作為機器外殼。

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另外,考慮到幾毫米的板材打孔切割后可能在承重方面有一定壓力,就增加隔音板,比較厚那種,就像強化版海綿,貼在abs外面,既可以減緩主板材的損壞,也能降低使用者碰撞機器產生的傷害。[圖片上傳失敗...(image-79abd4-1512910598283)]

因為對板材厚度強度沒什么概念,本來以為2mm的abs板很容易切壞,買回來制作過程中才發現我的美工刀切不動,摳圖形頂多摳矩形、三角形了。

PP板也就是在這種狀況下才購買的,這就可以abs板切割基本形狀的開口,PP薄板修剪具體形狀擋在開口上,通風還能裝飾。PP也是經過選擇后的材料,主要因為它薄,而且無毒無害,這是用來制作飯盒水杯的材料。

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小膠槍30w 、

膠水**

因為想好用塑料板做外殼,自然少不了給外殼補縫,膠槍比打補丁上螺絲釘之類更適合我。

網上的膠槍有很多二三十瓦的小膠槍,可能就是面向我們這些輕DIY制作者的。

小膠槍也買了兩次,至于原因,有點氣人。賣家給我發了20w的套餐,我本來要換的,然而被客服很熟練地哄騙說試試這個型號再補差價。過幾天,竟然只是隨便給我補了“2塊錢”,還把商品價格降低了,然而降低了這差價還不至兩塊錢,更何況原來的差價!給了這兩塊錢之后客服竟然還一句話都不回了!一氣之下,我直接退款了。現在有點后悔,應該留著給差評才對,第一次遇到這種騙子賣家故意挖坑騙人。

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本人不是在于這一塊幾毛錢,是對這種人的痛恨,至少現在我的認知里就有這種人在搞臭電商,給我權力的話立刻就封了這間店鋪,永久封禁這類人做電商。

至于買膠水,因為粘貼那些薄片會用到,比如PP板,這些用膠槍粘合會有種殺雞用牛刀的感覺,過于重型,也會影響美觀。

不過的話,膠水有毒,強力膠水的味道更刺鼻,用過一次就后悔了,特別是整個機器的制作初衷就要健康環保。所以,可以的話用膠槍還沒那么毒,用雙面膠也不錯,膠水真的要慎用。

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常閉型溫控器、

數顯溫度計2秒刷新、**兩路船型開關****

本來呢,打算買一個顯示溫度時間的開關面板,看起來像酒柜那種溫控面板,整個外觀會高級很多。

不過由于這種數顯面板上的開關按鈕不靠譜,因為它無法承載那么高的電流,一般都是幾安,而制作這個半導體空調需要的電流承載量至少保底30A,淘寶上找到能承受這么大電流的開關不多。沒辦法,只能分開買開關和溫控器。

溫控器開關是那種很簡單的端點電路,結構也就是兩條電線,中間加個溫變金屬,達到指定溫度就連通或分開。

至于是連通還是分開,看產品描述,有兩種:常閉型和常開型。常閉型就是在沒達到指定溫度時,兩端電線是閉合的,也就是連通的,達到溫度了才會斷開,常開型反之。一般情況下,常閉型的需求比較多,具體使用就要看自己要做什么功能了。

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至于買了個溫度計,是為了后期看測試效果和設計過程中了解水冷頭的溫度,因為上面那種溫控開關只是兩條線和一塊金屬,還固定了出發溫度,運行過程中完全無法得知當前的溫度是多少。

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為什么是兩路開關?

因為設計結構和制冷片的發熱量導致的,使我把四塊制冷片分成兩份。

買了兩個開關按鈕,一個是總開關,負責整機,也就是兩份制冷片分開各一路,其他的風扇水泵等合并在哪一路都行。

另一個是分開關,也就是制冷片分開了兩份,相應也把效果設計成了兩檔,分開關負責第二檔(第二份制冷片)的開關。

當然這個設計內容是后話了。

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皮帶打孔器、

迷你木工刨刀**

考慮到外殼的花紋制作和通風方面,打孔不可缺少。

不過的話,皮帶打孔器意義不大,因為他的開口只有那么短,只能在塑料板邊上幾厘米的地方打。

木工刨刀也是想用來加工外形的,這源于買吸音棉時看到淘寶一個商品的視頻介紹里就是用刨刀來把吸音棉邊緣修剪成45度角,我就忍不住買了,以為買什么吸音棉都可以這樣修剪,結果是,家里多了件垃圾。

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切割墊板30*40cm 、

勾刀、美工刀、**鋼尺50cm****

在將abs板作為外殼候選項時,遇到了一個關鍵問題,那就是該用多厚,需要什么工具切割,怎么切?

百度上大部分人推薦勾刀,而且推薦abs板2mm以下,再厚就切不動了,明確了勾刀這個工具我才敢決定了選用2mm的abs板。

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美工刀會有點用處,比如切割很薄的PP板和勾刀切到收尾時那些工作,用美工刀能很好地幫上忙。

切割墊板和長鋼尺也是不可或缺的。

因為本來手工制作精確度就沒那么高,如果沒有這些能規矩工具,做出來的規格不堪入目。具體買多大的規格,看需要制作的尺寸了。我打算做的是25x30,買30x40的尺寸剛剛夠用。

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尼龍扎帶4mm**

為什么這個也搬出來講講,因為任何一個電子機器成品,都是有很多電線的。如果不加以管制,機器內就是一個錯綜復雜的蜘蛛網了。

我這個小型機器容納不了這么礙事的東西,只能用扎帶把電線捆成一扎了,像電腦機箱一樣規整。

一開始我是不知道這叫什么東西的,也不記得搜索什么詞語,竟然把它的名字搜出來了,真佩服自己。

尼龍扎帶是一條塑料繩子,頭部有個孔,尾部穿過去后就出不來了,于是可以越扎越緊,要解開只能剪斷。

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大4Pin一分三延長線、

4Pin集線器**

本來的預想是一個4pin集線器收集所有的風扇和水泵的3/4pin接口,電路整體就清晰很多。大4P分頭線都是風扇加長線造成的,沒辦法,本來只需買一個大4P接頭自己裝導線就好。

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電線24AWG紅色黑色 、

電纜2.5mm^2、

插頭0.75mm^2**

買溫控器時就被商家的描述坑了,說是220V下5A載流量,12V下10A承載量,還以為電壓降低真的能提高電流承載量,買了之后查資料才發現是個坑。

載流量只跟橫截面積、材質、導線當前溫度、是否遠距離運輸這幾個因素有關,其他亂七八糟的說什么電壓之類的全是商家的騙人幌子。

既然趟過了這個坑,就在這里科普下一,說說選線材

正確的打開姿勢吧。

首先說一下導線的標準。

電線的規格在國際上常用的有三個標準:分別是美制(AWG)、英制(SWG)和我們的(CWG)。

美標的導體規格使用AWG表示,國標的導體規格使用平方毫米表示。

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  • 載流量跟導線橫截面積成正比,對于AWG計算電流時還是需要使用對應橫截面積(mm^2)

    網上看到銅導線的安全載流量一般為58A/mm^2,鋁導線的安全載流量為35A/mm^2

  • 載流量根據材質不同而而不同

    常見的有銀線、銅線、鋁線,其最大載流量逐一下降,當然價格也是逐一下降,普遍都是用銅線。

  • 載流量跟導線溫度成反比

    這主要是跟導線的保護套有關,溫度過高會損毀護套,進而引發安全隱患。對于銅導線的安全電流量,一般來說散熱條件好取5A/平方毫米,不好取3A/平方毫米。當然,也有很多線材是耐高溫的護套規格,看你需不需要用到而已。

  • 載流量跟電能傳送距離成反比

    在遠距離送電時,電流通過導線產生熱量,而且導線越長電阻越大,導線溫度也會越高,最終的會損失一部分的電能,電流會相應。這個因素可能不太準確,也應該不需要考慮,只要不是翻山越嶺鋪電纜就可以忽略這段話。

有了這些知識,來計算一下我買到的線材的最大電流承載量。

24AWG電線對表查到對應截面積是

0.2047平方,每平方取5A來算,那么就有0.20475=1.0235A。我本來是想用它來接6A的12706制冷片的,絕望。另外的線載流量也可以這樣算,12v電源開關電纜2.55=12.5A,插頭電纜0.75*5=3.75A,這兩條還算夠用,因為這是踩坑后補倉的。

或許有人問,如果買了之后才發現導線太細了不夠用,怎么辦?

這里有個臨時救場的方法,就是把幾根導線并聯,也就是把幾根導線扭成一股繩,電壓不變,通過的電流就是整捆導線的量了。

不過不推薦,因為要考慮散熱問題,還有這種拼接型的導線肯定沒有一體型的導線那么穩定,非關鍵部分可以看情況輕輕試一下。

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軟膠管7.3內徑 、

人字三通接口9.5mm直徑、水冷頭夾具 、水管卡扣**

水管的內徑主要是根據口徑小的那個水泵來買的,一個水泵7mm,一個水泵89mm,擔心按照大的來買,可能以后小口徑那邊會出現套的不緊密而漏水的狀況。

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還有一個因素是這種軟管拉伸能力比較強,能擠開更大的口徑,在比自身口徑大這方面有一定的兼容性。

三通接口是在水冷系統設計時需要想的東西。在決定漢堡包型的方案后,我才考慮是用三通接口將水冷頭的水路并聯還是串聯。其實我不太確定的,想象不太貴,也就買了。

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重要部件:電源12v33A **

根據最初的需求,我是需要買一個可充電的可移動的電源,還要大容量大電流的。關鍵是大容量,大電流,因為四塊制冷片,24A,算上其他部件和安全預留空間,起碼得30A的電源。

網上搜一下,一兩百塊錢的電源容量不知道能不能維持一個小時,晚上用的話剛睡著就沒電了吧。想要好一點的,五百以上,沒法看,只能老老實實買開關電源了。

開關電源主流有兩種:電腦電源和純開關電源。

1)電腦電源

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  • 電腦電源是指輸出端有插頭線,輸出有多種匹配機箱所有接口的線,每條線輸出對應的電壓電流。

  • 電腦電源對這個作品有個好處,那就是它的輸出接口線,能方便地連上風扇、小水泵這些部件,不用額外的裝置和轉換處理。

  • 不過的話有個很大的限制,那就是電源內部電路規定了每條線的最大電壓和最大電流,即使整個電源400w,在某條輸出線上,你最多也就用100w,其他線就算不用,載流量還是不會分過來。我的制冷片按理說是統一接線統一開關的,而且電壓肯定一樣,如果型號相同電流肯定都要一樣高,那電源就沒法滿足我了。

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比如上圖的參數,電路輸出為四路,分別能用的最大功率是120w、300w、6w、10w,整機功率是400w。

解釋一下電源參數,比如120w那一路不一定只有一條輸出線,可能有多條,只是這幾條線加起來總功率不能超過120w。對應它上面一欄是16A和20A,表示16A接口的那條分路電壓是3.3V,最高電流16A,20A類似。然而這兩條分路不可能電流都達到最大值,它們總共就分配了120w,那就看哪一條分路厲害點爭多一點了。

如果明白了,那么就不難理解,如果買圖中的電源,12V25A那一路輸出剛好夠我的所有制冷片,而風扇和水泵也是12V的,只能接另外一條0.5A的線,怎么夠。

所以電腦電源最大的限制就是,整機電流功率那么高,它卻無法全力支援你。

2)純開關電源(一張圖看出多純)

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  • 整個電源的形象就是 一塊磚頭 + 一排電極,一點附屬品都沒有,清新脫俗而不乏優雅(摸著良心說話不腰疼)。也即是說,插頭,自己買;3pin、4pin接口線,自己買。

  • 當然了,優點也很突出。它接一路輸出能火力全開,接兩路輸出也能火力全開,整機功率想用多少就能用多少,沒有任何限制。作為一個DIY愛好者,額外接線加小部件這種事應該是小菜一碟,很簡單的。

所以,如果只有制冷片總電流只有十幾A的話,可以考慮一下電腦電源,畢竟輸出線很多種,其他部件接起來很方便,雖然比純開關電源貴一點,但是比移動電源便宜多了。

更大電流的話,無論嫌不嫌麻煩,還是得買開關電源。

當然啦,如果覺得一千幾百塊錢就那么丁點兒事,無論多大的電流,可以考慮買移動電源鎮場子。

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水冷系統:東遠水泵、

SC600圓柱水泵、

漏斗套裝**

對于兩套水冷裝置,是因為在逛貼吧是看到一大牛做的模式。他用兩排水冷頭夾住制冷片,一邊時熱端,一邊是冷端,兩邊都是水冷,也就是把分別把熱量和冷量通過水傳送到想要的地方再輸出,我借鑒了這種模式。

不過我后來的設計中,改型為兩個熱端冷頭夾住一個冷端冷頭的漢堡包型結構。

因為冷端冷頭只有一個,同樣時間制冷量也沒有熱端的發熱量大,因此冷端的水泵可以隨意點。

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熱端就不同了,要求高很多。

  • 一個水泵需要為兩個熱端散熱,水泵的流量要大點。

  • 熱端還需要接水排,水排有一定的阻力,那么水泵的揚程也要相應大點。

  • 另外,熱端的熱量也是需要風扇在水排處吹走,總的發熱量可能比風扇的散熱量還高,就會導致水管里的水升溫很快,或者蒸發很快,那么就需要水泵的水箱容量也大點。

所以,熱端的水泵要求高很多,也貴很多,最后買了一個價格是冷端水泵的一倍。

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買了一套漏斗挺有必要的,因為水泵的口徑不大,加水時沒有漏斗很容易出現給水泵洗泡澡的狼狽局面。我是想買小個的,因為打算把它放在整個機器里面的某個角落,需要用打開外殼的某個地方取出來,這樣就不會弄丟漏斗了。可惜網上的漏斗都很大,小的只看到組合套裝才有賣。

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重要部件:導熱硅脂MX4**

使用半導體制冷片,基本都要用上導熱硅脂。

為什么呢?

因為制冷片的發熱大,所以必須散熱系統。而散熱系統,肯定是有緊貼制冷片的金屬面用于導熱,類似CPU。而兩個平面肉眼看上去即使貼合在一起沒有縫隙了,但是實際上兩個平面不可能做到絕對平滑,顯微鏡下看還是凹凸不平的,于是平面之間就有了大大小小的縫隙。縫隙之間填充著空氣,水冷頭那里說了,空氣的導熱系數是0.031,低的離譜,接觸面金屬

再好的

的導熱性能也會被這個瓶頸卡死。

為了解決這個問題,我們需要用一種導熱性比空氣好的介質填充這些空隙,那么就很自然就需要用到導熱硅脂了。

導熱硅脂的導熱系數一般都是個位數,雖然看上去很小,但卻遠高于空氣。

需要注意的是,導熱硅脂的導熱性遠遠差于金屬的性能,它存在的意義僅僅在于填補接觸面與制冷片表面處看不到的微小空隙,

取代空隙中的空氣來傳遞熱量,降低此處的導熱瓶頸。因此,填涂的硅脂層不能太厚,否則反而會降低導熱性能。

在牌子選擇方面,含銀或者含鉆石(其實是金剛石)的性能比較好,也比較貴,可以選擇土豪黨的液態金屬,性能或許能好一點。可以參考下面一張對比圖:

[圖片上傳失敗...(image-6f7f2e-1512910598288)]

記住了沒?記住的話,現在把它通通忘掉,這么不正經的測試別當真。

正經點,說說選材考慮的幾個要點。

  • 價格

    硅脂按克來出售的,通常包裝為針管形式。普遍使用的5g三四十塊錢,液金(液態金屬,不是液態金子)或其他高端硅脂,價格能翻幾倍。另外,也有十塊錢一大盒的吃土黨專用硅脂。

  • 操作性

    有些比較粘稠,有些相對油性一點,新手建議使用比較順滑的,涂起來沒那么打擊信心。電商上的套裝一般都會有刷子、手指套這些涂抹工具,不必太擔心買錯了就沒辦法涂。如果是真的很慫,有個保底的選擇,買導熱墊片吧,操作性最好,價格便宜,就性能方面很垃圾。

  • 導熱性

    主流使用的正規硅脂導熱系數在5左右,高端硅脂的導熱能突破10,液態金屬能更高。

  • 導電性

    液金會有導電性,大部分主流的導熱硅脂都是絕緣性的,買的時候要注意一下用在制冷片那里導電會發生什么事,這主要是安全性方面的一點考慮。

下面舉一把栗子:

  • 伸手人士專用

    從上圖中尋找靈感吧!翻翻家里所有的液體或膠體,牙膏、潤滑劑、番茄醬、口香糖、肥皂等等,不容易漏就能用,

    有總好過沒有

    。推薦一波牙膏大帝,被發燒友玩出了一片天,排行榜都有了。

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  • 吃土黨

    資金短缺,有兩種選擇,導熱墊片或者盒裝,不知道有沒有桶裝。

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  • 吃瓜群眾

    MX4、信越、超頻三、酷冷至尊黃金硅脂(有人說它坑),價錢差不多。MX4相對于油性一點,也就是手感順滑一點,跟它相反的是信越7783,可以把它當做微型水泥。其他的沒什么特別突出的地方,差別就一點,自行對比。

    我也是其中一枚吃瓜群眾,買了MX4。別問我哪個效果用起來更好,我就只買過一次,只買過一支導熱硅脂。

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  • 貴婦

    icd7、暴力熊、酷冷至尊鉆石導熱膏NANO。icd7導熱系數只有4.5,不知道為何那么貴,推薦后兩種,導熱大于11。

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  • 鐵頭娃

    倔強的你如果看不起上面的,那就只剩下液態金屬了。

    液態金屬含金量遠高于傳統硅脂,理論上導熱性肯定高于所有傳統硅脂,不過據說液金貼片效果不咋地。

    我的認知中,導熱硅脂的導熱系數是不可能出現三位數的,網上某些液態金屬標榜導熱系數 >128 的,沒列出具體含有什么金屬,我在此不作評論,自行斟酌,希望有行家提點一二

    所以在此不做任何推薦,只提出幾點必須注意的問題。

    1)

    液金會導電

    。液態金屬因為含金量高,而絕大部分金屬都會導電,那么就需要使用者做好相關的安全防范,以免因部件導電而引起的不必要的傷亡事故。

    2)禁用鋁底座散熱器。液金會腐蝕鋁底座,換一次導熱層就得同時也換一個散熱器。除非表面有陽極氧化加工,不過不清楚耐久性如何。

    3)芯片周圍需要先填涂傳統硅脂或絕緣防護漆。如果液金漏出接觸周圍的金屬零件,插上電源后,燃燒吧,青春。

    4)最好戴一次性手套,并且涂完后洗手。涂抹建議用牙簽,不浪費,不粘手,無殘留。

    5)液金有一定的金屬會殘留在接觸面上,有些甚至會跟兩邊的金屬結合在一起拆不開了。所以只要液金不怎么揮發,一般填上了就不會再換導熱層。


總結

如果需要繼續制作,即便用一天時間理解上文內容也比自己重頭再來好很多,這可是凝結了我將近兩個月的心血,有很多經驗,也有很多坑,細讀有利無害,我寫這篇文章前前后后也有差不多一個月。

當然,會有些地方寫的不全,畢竟篇幅有限,涉及的知識有很多,無法一一敘述,看到不理解的可以在深入研究。

最后把所有網購、實體店、退換貨的費用加起來,總價是

1175

元!這個價格,都可以買一臺完整的移動空調了,略感心疼。

不過還是很興奮,終于可以開始實操了,具體看下一篇,設計篇,如果還有興趣。。。。。。


摘自本人微信公眾號《游夢錄》
最后編輯于
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