概述

隨著服務(wù)器硬件不斷突破計(jì)算性能的界限，對高效熱管理的需求也不斷增加。與傳統(tǒng)的空氣冷卻相比，液體冷卻能夠更有效地散熱，因此在數(shù)據(jù)中心中越來越受歡迎。但是，液體冷卻系統(tǒng)會(huì)帶來液體泄漏的風(fēng)險(xiǎn)，這可能會(huì)損害服務(wù)器組件（尤其是服務(wù)器卡）的運(yùn)行和可靠性。本應(yīng)用簡報(bào)著重介紹泄漏檢測技術(shù)、流量監(jiān)控和壓力檢測。

液冷式系統(tǒng)中泄漏檢測的重要性

由于液體具有較高的散熱系數(shù)，因此與傳統(tǒng)的風(fēng)冷式系統(tǒng)相比，液體冷卻方法可以顯著降低服務(wù)器卡的溫度并提高整體系統(tǒng)性能。然而，這些液冷式系統(tǒng)中的任何泄漏都會(huì)對硬件和數(shù)據(jù)完整性構(gòu)成威脅。未能檢測到的泄漏可能會(huì)導(dǎo)致短路和電氣故障、服務(wù)器組件腐蝕、停機(jī)和數(shù)據(jù)丟失以及昂貴的維修和更換成本。

為了降低泄漏風(fēng)險(xiǎn)、保持服務(wù)器基礎(chǔ)設(shè)施的高可靠性和正常運(yùn)行時(shí)間，實(shí)施采用精密模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 的泄漏檢測機(jī)制至關(guān)重要。

液冷式服務(wù)器的泄漏檢測技術(shù)

可以采用多種泄漏檢測技術(shù)來識(shí)別服務(wù)器卡和冷卻液分配單元 (CDU) 中的液體泄漏。

電阻式泄漏傳感器

電阻式泄漏傳感器在數(shù)據(jù)中心中廣泛使用。這些傳感器的工作方式是檢測傳感器表面是否存在導(dǎo)電液體。當(dāng)發(fā)生泄漏導(dǎo)致冷卻液接觸到傳感器時(shí)，傳感器的電阻會(huì)發(fā)生變化，并且 ADC（例如 ADS1015）會(huì)檢測到電阻變化，這可能會(huì)觸發(fā)警報(bào)或維護(hù)查詢。有一些關(guān)鍵點(diǎn)需要考慮，例如泄漏傳感器的放置，這些傳感器應(yīng)巧妙放置在服務(wù)器卡周圍和潛在的泄漏點(diǎn)處（如液體連接器和管路接頭）。正確放置有助于盡早發(fā)現(xiàn)超小的泄漏，以防止將來出現(xiàn)問題。傳感器的靈敏度水平對于檢測非常少量的液體同時(shí)盡可能地減少因冷凝而導(dǎo)致的誤報(bào)至關(guān)重要。

ADS1015 和 ADS1115 等精密 ADC 器件采用易于使用的設(shè)計(jì)且尺寸較小，因此可采用獨(dú)特的傳感器放置方式。這些器件十分靈活，可以根據(jù)泄漏傳感器的靈敏度接收各種信號(hào)電平。

圖 1 顯示了泄漏傳感器建模的示例電路。泄漏傳感器顯示為可變電阻器，因?yàn)楫?dāng)檢測到液體泄漏時(shí)，傳感器的電阻會(huì)相應(yīng)地發(fā)生變化。

濕度和溫度傳感器

服務(wù)器卡附近的濕度上升或溫度突然變化可能表明存在潛在的泄漏。濕度傳感器檢測到濕度水平增加，這可能表明存在蒸發(fā)冷卻液，進(jìn)而指示系統(tǒng)中存在泄漏；HDC3020 等器件可以準(zhǔn)確監(jiān)測濕度，確保其保持在安全范圍內(nèi)。同樣，可能的泄漏會(huì)導(dǎo)致冷卻液溢出時(shí)溫度顯著升高，因此可以在服務(wù)器主板和 CDU 上使用 TMP275 等器件進(jìn)行局部溫度檢測。這些傳感器用作早期警報(bào)，在服務(wù)器機(jī)架發(fā)生物理損壞之前就泄漏或其他問題警告系統(tǒng)。這種濕度和溫度檢測方法最好與其他泄漏檢測方法（例如基于電阻率的監(jiān)測）結(jié)合使用，以實(shí)現(xiàn)全面的監(jiān)控計(jì)劃。

圖 2 顯示了在系統(tǒng)中正確使用 TMP275 來監(jiān)控溫度的示例。

有時(shí)需要高精度的溫度測量來精確地控制冷卻系統(tǒng)并更大限度地提高 CDU 的效率；可使用熱敏電阻進(jìn)行精確測量，點(diǎn)擊此處可查看 TI 提供的一系列熱敏電阻。電阻式溫度檢測器 (RTD) 是另一種精確測量此類溫度的方法；PT100 是一種非常流行的 RTD，可以實(shí)現(xiàn)精確的溫度測量。當(dāng)使用 RTD 測量溫度時(shí)，通常使用帶有集成數(shù)模轉(zhuǎn)換器 (iDAC) 的 ADC 作為電流源來激勵(lì) RTD，從而為 ADC 建立基準(zhǔn)電壓，如圖 3 所示。這種溫度檢測方法可顯著降低溫度測量中的誤差。ADS112C04 等器件可支持使用 RTD 對 CDU 進(jìn)行非常精確的測量。

要了解如何設(shè)計(jì)使用 ADC 進(jìn)行 RTD 測量，請參閱 RTD 測量基本指南。

壓力監(jiān)控

從汽車到服務(wù)器，所有液體冷卻系統(tǒng)都在特定的液壓范圍內(nèi)運(yùn)行，以實(shí)現(xiàn)超高的效率和安全性。系統(tǒng)壓力突然變化通常表示出現(xiàn)了問題，例如冷卻回路中的泄漏、堵塞或高溫事件。通過將壓力傳感器集成到液體管路或 CDU 中，可以實(shí)時(shí)檢測液體壓力的變化。這類傳感器通常連接到自動(dòng)控制系統(tǒng)，此類系統(tǒng)會(huì)在檢測到泄漏時(shí)關(guān)閉流向受影響區(qū)域的液體，從而盡可能地減少液體泄漏造成的任何損壞。使用 ADS112C04 和 ADS1015 等器件可以精確測量模擬壓力傳感器或惠斯通電橋電路，如圖 4 所示。

要了解如何使用 ADC 進(jìn)行電橋測量設(shè)計(jì)，請參閱電橋測量基本指南。

流量監(jiān)控

CDU 中的液體流量監(jiān)控至關(guān)重要，因?yàn)槿绻麤]有穩(wěn)定的冷液體流量，元件和硬件可能很快就會(huì)過熱并損壞。流量監(jiān)控器有助于驗(yàn)證冷卻系統(tǒng)是否高效運(yùn)行，從而節(jié)省能源成本并延長設(shè)備使用壽命。監(jiān)控流量還有助于識(shí)別泄漏、泵故障和其他問題。流速突然下降可能表示發(fā)生泄漏或泵故障；這兩種情況對于液冷式服務(wù)器來說都很不利。通常，使用的流量計(jì)類型是模擬輸出。因此，必須使用 ADC（如 ADS112C04、ADS1015 或 ADS1115）對其進(jìn)行監(jiān)控，這些 ADC 可以進(jìn)行精確測量，從而驗(yàn)證流量是否得到準(zhǔn)確監(jiān)控并報(bào)告給系統(tǒng)控制器。

結(jié)語

在液冷服務(wù)器卡中進(jìn)行有效的泄漏檢測和傳感器監(jiān)控對于保持服務(wù)器系統(tǒng)的性能和可靠性至關(guān)重要。通過使用傳感器、實(shí)時(shí)監(jiān)控和預(yù)防措施，數(shù)據(jù)中心可以顯著降低與冷卻液泄漏相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)。通過啟用泄漏、流量、壓力和其他類型的檢測，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制和通知，這些通知會(huì)直接發(fā)送給現(xiàn)場技術(shù)人員，以快速解決問題并減少服務(wù)器停機(jī)時(shí)間。采用多層面的監(jiān)控方法可增強(qiáng)硬件故障防護(hù)，并建立高效且具有成本效益的數(shù)據(jù)中心運(yùn)營。