张修兴

摘 要：LED（發光二极管）的散热是衡量其质量与安全性的一个重要性能指标。我们利用LR200D无纸记录仪和热电偶对不同LED灯周围不同半径和不同时间的温度进行测定与研究。结果表明，LED灯周围半径小于20cm时温度场变化幅度比较大；灯具在启用后8分钟内温度变化明显，之后趋于恒定值。研究结果对生产、生活中LED灯具的设计与使用提供一定的指导。

关键词：LED灯；LR200D无纸记录仪；温度分布

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.11.111

1 LED灯的工作原理

LED（light emitting diode），又称发光二极管，是一种固态的半导体器件，它是可以直接把电转化为光。它的心脏是一个半导体的晶片。晶片的一端附在一个支架上，一端是负极，另一端是连接电源的正极，让整个晶片被环氧树脂封装起来。半导体晶片，它由两部分组成。一部分是P型半导体，在里面空穴占主导地位，另一端是N型半导体，在这边主要的是电子。但当两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成了一个P-N结。当电流通过导线，作用于这个晶片的时候，电子就会被推向P区，在P区里和空穴复合，然后以光子的形式发出能量，这就是LED发光的原理。

2 测温方案与数据采集

在本次实验中我们所用的测温装置是LR200D无纸记录仪（如图1-图2所示）。此装置是一种3英寸单色液晶显示分辨率为320*200的高速高性能微处理器，它可以对测量现场的温度、压力、流量、电量等信号进行测量、控制和记录。因为LR200D系列无纸记录仪可以自由组态输入标准电压、标准电流、热电偶、热电阻、频率等信号，还可以通过U盘或通讯方式与上位机进行数据交换。所以我们在实验过程中主要通过控制其他变量测量不同LED灯周围30cm内的的温度变化。之后导出数据制作相应的温度变化曲线图。

3 不同LED周围温度分布测量及结果分析

3.1 实验步骤

取一个大纸板，在纸板中心位置确定一个圆心，做出半径不同的同心圆。待测灯具放置在圆心处；实验时根据要求将温度传感器的探头分别放在半径不同或者半径相同的圆上；记录不同时间间隔、不同半径圆处的温度值。测量封闭空间时，在大纸板的外侧罩一个刚好将纸板盖住的大的纸箱，将纸箱上面做成透明面并留一个手可以伸进去的孔；实验时将温度传感器的探头从孔伸进去放在需要测量的圆上；记录不同时间间隔、不同半径圆处的温度值；对记录的数据进行处理及分析，得出结论。

3.2 实验数据

按照3.1的实验步骤，得到以下实验数据。

对封闭区间的数据取平均值得到以下结果。

3.3 根据测量的数据绘制函数图

根据表2的数据，我们绘制出了LED灯周围温度r=5cm时温度随半径的变化曲线图。

从图中可以看到，半径为5cm 时LED灯在8分钟内温度逐渐变化，当时间超过3分钟时，LED等周围温度变化明显减小，超过8分钟时，LED灯周围的温度趋于稳定，这说明LED灯周围的温度场分布已经趋于稳定。

根据表4的数据，我们绘制出LED灯在t=10min时温度随半径的变化曲线图。

从图中可以看出，在t=10min时，LED灯周围温度随着半径的增大而逐渐减小。当距离大于20cm，温度变化逐渐缓慢，最终趋于恒定值（该恒定值与实验时的环境温度相同）。该实验结果与日常经验近似相同，即：距离灯具越远，温度梯度变化越小，测量值越接近环境温度。

同样，对所得到的封闭空间的数据表3和表4绘制出如下曲线图。

从图中可以看到，封闭空间测量的温度值高于不封闭空间的温度测量值，但是当时间超过3分钟时，LED等周围温度变化明显减小，超过8分钟时，LED灯周围的温度趋于稳定，周围温度随着半径的增大而逐渐减小。当距离大于20cm，温度变化逐渐缓慢，最终趋于恒定值（该恒定值与实验时的环境温度相同），即：距离灯具越远，温度梯度变化越小，测量值越接近环境温度。与前面我们得到的结论相同。

4 结论

借助温度传感器和LR200D无纸记录仪，我们对三种不同形状的LED灯进行了工作时间周围温度的测量和分析。分别研究了温度随时间的变化、温度随离灯半径的变化、封闭环境对温度的影响。结果表明：灯具正常工作时，温度随时间的增加非均匀上升，且增加的幅度逐渐减小，最终温度于一恒定温度附近小幅度波动；随着离灯具距离的增加，周围温度逐渐下降，最终稳定于一固定值附近，这一稳定值十分接近环境温度；在灯具周围半径为20cm的区域内，温度的变化较为明显，20cm到25cm的范围内温度变化逐渐趋于稳定，25cm以外的范围内温度基本无明显变化；封闭环境下灯具周围温度明显高于不封闭环境。研究结果对LED的安全使用有一定的指导意义。

参考文献：

[1]王声学，吴广宁，蒋伟，边珊珊，李生林.LED原理及其照明应用[J].灯与照明，2006，30（04）：32-35.

[2]张彩凤.浅谈LED在日常生活中的应用[J].现代制造，2010（36）：190-191.

[3]陈浩，邓中华，余红梅.热电偶测温系统原理及应用[J].制造自动化，2004，26（09）：68-71.

基金资助：渭南市科技局项目（2016KYJ-3-5）；渭南师范学院人才项目（15ZRRC06，15ZRRC14）