В качестве метода конструирования выбираем базовый (модульный) метод конструирования.
5. Выбор способов и методов теплозащиты, герметизации, виброзащиты и экранирования
5.1 Выбор способов и методов теплозащиты
Теплозащитой называется создание таких условий, при которых количество тепла рассеиваемое РЭА в окружающую среду, будет равно мощности тепловыделения аппаратуры. Теплозащита необходима для того, чтобы аппаратура нормально функционировала в заданном диапазоне температур. Причина отказов аппаратуры при отсутствии теплозащиты заключается в различных физических процессах, которые при повышении температуры либо развиваются лавинообразно, либо приводят к усиленному старению материалов, поэтому при проектировании устройства особое внимание нужно уделять защите его от воздействия тепла, т.е. обеспечить тепловой режим устройства. Для этого выбирают способ охлаждения, элементы и устройства охлаждения, оценивают вероятность обеспечения заданного теплового режима. Для выбора способа охлаждения рассмотрим, какие виды охлаждения существуют.
Отвод тепла от нагретой поверхности элементов конструкции может производится:
- контактным способом (за счет теплопроводимости);
- естественным воздушным охлаждением;
- жидкостным охлаждением;
- испарением жидкости;
- за счет использования эффекта Пельтье;
- за счет излучения.
Сущность контактного способа состоит в том, что от нагретой части конструкции тепло передается через контакт к более холодной, которая в свою очередь, может таким же путем передавать тепло к еще более холодной части или той части конструкции, которая, обладая лучшими условиями отдачи тепла в окружающую среду, обеспечит хороший теплообмен. Качество контактного способа теплообмена зависит от ряда факторов. Прежде всего важно качество контакта между двумя поверхностями частей конструкции, которое определяется его электрическим сопротивлением. Чем меньше электрическое сопротивление контакта, тем меньше его термическое сопротивление и, следовательно, тем лучше осуществляется передача тепла. Если охлаждающая часть конструкции не имеет условий для хорошего теплообмена с окружающей средой, то использовать ее для охлаждения теплонагруженной части нельзя. Чем меньше теплопроводимость охлаждающей части конструкции, тем больше времени понадобится для устранения процесса теплообмена.
Охлаждающая часть конструкции обычно выполняется из меди или алюминия. Недостаток этого способа охлаждения заключается в том, что охлаждающая часть конструкции может сама перегреваться и контакт с ней будет перегреваться. Этот способ охлаждения можно применять для отвода тепла от наиболее теплонагруженных элементов схемы (мощных транзисторов и микросхем), но не для охлаждения всей аппаратуры.
К естественному воздушному охлаждению относится охлаждение внешней средой поверхности прибора, вентиляция естественным проникающим через плоскость прибора окружающим воздухом и естественно - испарительное охлаждение испарениями.
Естественное охлаждение прибора осуществляется за счет свободной конвенции окружающего воздуха омывающего наружные стенки приборного корпуса. Естественная вентиляция осуществляется за счет свободной конвенции окружающего воздуха, поступающего во внутреннюю полость прибора. Отверстие закрывают стенкой, перфорированным листом или жалюзи. В сравнении с другими видами охлаждения, естественная вентиляция, благодаря своей простоте, имеет значительное преимущество. Однако возможности такой вентиляции ограниченны рассеиванием тепла с единицы поверхности прибора. Кроме того, этот способ охлаждения применим лишь в том случае, если внешнее давление окружающей среды не ниже, чем 56000Па.
К принудительному охлаждению относится принудительная продувка внутренней зоны прибора воздухом, наружный обдув его поверхности, перемешивание воздуха внутри герметичного прибора. Принудительная вентиляция осуществляется потоком холодного воздухах с необходимым скоростным напором. Напор воздуха создается вентиляторами или встречным потоком воздуха при движении объекта. Такая вентиляция может быть местной или общей.
Первая осуществляется вентиляторами, установленными внутри прибора в местах наибольшего выделения тепла или непосредственно у входных или выходных вентиляторных отверстий, вторая - при подключении комплекса приборных стоек к общей вентиляционной системе. По характеру работы принудительная вентиляция делится на приточную, вытяжную и приточно-вытяжную. Приточная вентиляция осуществляется нагнетанием в прибор охлажденного воздуха, очищенного от пыли и нормальной влажности. При этом нагретый воздух вытесняется из прибора естественно через выходные отверстия.
Вытяжная вентиляция осуществляется вытяжкой нагретого воздуха из прибора со свободным замещением его более холодным. При этом воздух, поступающий снаружи, должен быть очищен от пыли, для чего входные отверстия покрывают пылезащитным фильтром. Этот вид вентиляции по сравнению с предыдущей более эффективен, так как вентилятор работает в среде более холодного, а следовательно, более плотного воздуха. Приточно-вытяжная вентиляция осуществляется нагнетанием в прибор охлажденного воздуха с одновременной вытяжкой из него нагретого воздуха. Этот способ более эффективен, но сложен по исполнению.
Недостатками методов охлаждения (принудительного) является использование вентиляторов, что увеличивает габариты и вес конструкции, увеличивает ее сложность.
Жидкостное охлаждение используется в тех случаях, когда необходимо интенсифицировать теплоотвод при одновременном снижении уровня шума.
Жидкий хладоген имеет более высокий коэффициент теплоотдачи, т.е. его скорость может быть снижена, что влечет за собой снижение уровня шума. Однако поглощение выделенной теплоты окружающей средой требует применение жидкостно-воздушного теплообмена, создающего шум, но расположенного вне охлаждаемого объекта. Уровень шума можно уменьшить, используя теплообменник типа жидкость-жидкость. Хладоген в жидкостных системах может быть изолирован от охлаждаемых элементов и транспортироваться с помощью трубопроводов, либо непосредственно омывать охлаждаемый элемент.
В качестве таких жидкостей в настоящее время применяются фторорганические жидкости. Фреоны позволяют осуществить теплоотвод при сравнительно низких температурах. Недостатком жидкостных систем охлаждения является их высокая сложность, а также и стоимость.
В жидкостных испарительных системах охлаждения отвод тепла осуществляется за счет циркуляции охлаждающей жидкости через специальные каналы в шасси блоков, через радиаторы, а также каналы, образованные в корпусах приборов.
Теплоотвод за счет излучения возможен только в теплопрозрачных средах. В жидкости он практически отсутствует. При излучении тепловая энергия переносится электромагнитными волнами. Количество энергии, отводимой излучением, пропорционально четвертой степени температуры тела. Для увеличения интенсивности теплоотвода излучением можно увеличивать площадь излучения, степень черноты поверхности или температуру поверхности излучающих компонентов.
В соответствии со всем выше сказанным можно сделать вывод о том, что в нашем случае наиболее удобно использовать естественное воздушное охлаждение. Таким образом механизм передачи тепла от прибора в окружающую среду будет следующим: при работе устройства элементы схемы будут выделять тепло в пространство, расположенное внутри корпуса блока, нагреваясь, воздух в корпусе будет нагревать в свою очередь и материал корпуса, который в свою очередь будет охлаждаться путем выделения тепла в окружающую среду.
5.2 Выбор способов и методов герметизации
Герметизация - изоляция от воздействия внешней среды. По назначению герметизация делится на следующие группы:
-пылезащитная;
-водозащитная;
-влагозащитная;
-вакуумная.
Пылезащитная герметизация предназначена для защиты узлов и блоков аппаратуры от проникновения в них пыли.Проникающая способность мелкодисперсной пыли достаточно большая и швы защищаемой конструкции должны быть достаточно плотными.
Водозащитная герметизация для обычных условий эксплуатации выполняется без больших затруднений. Если объект рассчитывается для работы при повышенном давлении воды, то получение водонепроницаемой конструкции усложняется с увеличением давления. Водонепроницаемая конструкция обладает хорошей теплозащитой.
Влагозащитная герметизация рассчитывается на такую плотность швов, при которой они не должны пропускать влажного воздуха.
Вакуумная герметизация предполагает защиту от влажного воздуха, но и от агрессивных сухих газов. Такая защита является наиболее сложной и дорогостоящей.
Так как наше устройство имеет климатическое испытание УХЛ 4.2 по ГОСТ 15150-69, то герметизацию от воды и агрессивных сухих газов можно не производить. Нам необходимо провести только влагозащитную герметизацию.
Для обеспечения надежности функционирования РЭА при воздействии влаги требуется применять влагозащитные конструкции, которые разделяются на две группы: монолитные и полые [8]. Монолитные пленочные оболочки используются в основном как технологическая защита без корпусных элементов, подлежащих герметизации в составе блока, а также компонентов с улучшенными частотными свойствами. Монолитные оболочки из органических материалов, выполняющие функции несущих конструкций, изготавливается методом опрессовки, пропитки, обволакивания и заливки.
В нашем же случае не нужно предусматривать применение влагозащитных конструкций, так как все элементы нашей схемы и конструкции выдерживают воздействия относительной влажности до 98 %.
5.3 Выбор методов виброзащиты
В процессе производства, эксплуатации и хранения РЭА могут испытывать те или иные механические, динамические воздействия, которые качественно делятся на удары, вибрации и линейные ускорения.
Под вибрацией РЭС обычно понимают длительные знакопеременные процессы в ее конструкции, которые влияют на работу РЭА.
Удар - кратковременное воздействие, сопровождающееся колебанием системы на частоте в момент удара, а после него-на собственной частоте конструкции.
Линейные ускорения характерны для всех объектов, движущихся с переменной скоростью.
Защита РЭА от механических воздействий осуществляется следующими группами методов:
- уменьшается интенсивность источников механических воздействий (путем балансировки, виброизоляции самого источника механических воздействий);
- уменьшение величены передаваемых РЭА воздействий (путем его виброизоляции, демпфирования, устранения резонанса);
- использование более прочных и жестких компонентов и узлов.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23
