Лекція 20

Тема: Захист радіоелектронних пристроїв від зовнішніх впливів.

План

1. Захист від механічних впливів.

2. Тепловий захист.

3. Вологозахист апаратури.

Література:

1. Фрумкин Г.Д. Расчет и конструирование радиоаппаратуры. – М.: Высшая школа, 1989 - с. 415 – 451.

Після вивчення теоретичного матеріалу за даною темою студенти повинні:

Знати міри та способи захисту РЕА від зовнішніх впливів;

Вміти впроваджувати способи захисту.

1. Захист від механічних впливів.

Радіоелектронна апаратура що встановлена на пересувних об’єктах, в процесі експлуатації підлягає вібрації та ударам. В залежності від характеру об’єкта частота вібрації може лежати в діапазоні від одиниць до тисяч Гц, а перевантаження в десятки разів можуть перевищувати силу тяжіння об’єкту.

Багато елементів конструкції апарату можна представити як коливальні системи. Кожна коливальна система характеризується своєю резонансною частотою. Поведінка коливальної системи при впливі на неї зовні вібрації залежить від відношення частоти цих вібрацій к резонансній частоті. Наприклад, плоску пластинчату пружину, яка входить в склад багатьох електромагнітних реле, схематично можна представити у вигляді упругої балки, закріпленої консольно (рис.16.1., а). Якщо основа, в якій закріплена балка здійснює коливання у вертикальному напрямку, то разом з ним переміщується балка. Відношення амплітуди коливань кінця балки к амплітуді коливань основи визначимо як g. Для простоти будемо приймати, що втрати на внутрішнє тертя в матеріалі балки при її деформації відсутні.

Багато електрорадіоелементів (опори, конденсатори, мікросхеми та ін.) зроблені так, що при виконанні визначених вимог к закріпленню можуть нормально працювати при вібрації з частотою до декількох тис. Гц. При закріпленні цих елементів тільки за виводи, особливо якщо довжина виводів велика, можуть виникати резонансні явища. що призводить до поломок елементів. Тому деякі ЕРЕ додатково закріплюють за корпус до печатних плат або інших елементів конструкції, на яких вони встановлені. Гірше всього працюють при впливі високочастотних вібрацій такі прилади, як конденсатори змінної ємності, електромагнітні реле, радіолампи, електромеханічні прилади та ін. елементи конструкції, які мають низьку резонансну частоту.

При конструюванні виробу треба намагатися, щоб центр тяжіння був близький до геометричного центру.

Якщо навантаження на амортизатори будуть сильно відрізнятися, то в одному й тому ж апараті прийдеться прийняти амортизатори різних типорозмірів, що вкрай небажано. В технічних умовах на амортизатори приводиться значення номінального навантаження на яке розрахований амортизатор кожного розміру. Число амортизаторів та їх розмір повинні бути вибрані так, щоб фактичне навантаження на амортизатор було близьке до номінального.

Треба мати на увазі, що при підвищенні числа амортизаторів та незмінній масі апарату, зменшується навантаження на кожний амортизатор. Якщо жорсткість амортизаторів при цьому залишається незмінною, то деформація кожного з них зменшується, що приводить до підвищення частоти своїх коливань та погіршенню якості віброізоляції.

До цих пір розглядалася робота амортизаторів тільки при вібрації. Був зроблений висновок, що для покращення захисту апарату від вібрації повинні прийматися м’які амортизатори, які при заданій масі об’єкту забезпечують отримання малого значення частоти своїх коливань, а значить мають великий прогин під дією маси апарату.

В реальних конструкціях деформація амортизаторів обмежена. Сила, діюча на амортизатор при достатньо великому перенавантаженні може визвати повну деформацію, після чого проходить жорстке зіткнення приладів, обмежуючих хід. При цьому на апарат діє велике прискорення.

Щоб захистити апарат від дії великих ударних перенавантажень необхідно застосовувати більш жорсткі амортизатори.

Розглянемо конструкцію та основні характеристики амортизаторів, які використовуються в радіоапаратобудуванні. Різновид конструктивного оформлення пластинчатого резинометалічного амортизатору типу АП зображена на рис.16.5. (Там же показаний спосіб закріплення апарату на амортизаторах).

Резинометалічні амортизатори прості по конструкції, компактні, легкі та мають низьку вартість. Однак резина як пружний елемент має ряд недоліків: вона погано витримує великі тривалі деформації; жорсткість резинового амортизатору різко підвищується при зниженні температури; при високих позитивних температурах, під впливом сонячної радіації резина «старіє» та в неї утворюється поверхнісні тріщини.

Амортизатори АП випускаються в декількох типорозмірах (див. табл.16.1.).

Амортизатор АПНМ, який зображений 16.7. також відноситься до групи амортизаторів з демпфіруванням. Однак в нього демпфірування здійснюється за рахунок тертя. Розміри амортизаторів АПМН приведені в табл. 16.2.

2. Тепловий захист.

Більшість радіотехнічних пристроїв, використовуючи від джерел живлення потужність, яка вимірюється десятками, а іноді і сотнями Ватт. Остання електрична енергія, перетворюючись у теплову, виділяється у середині апарату. Температура нагріву апарату указується вище температури навколишнього середовища, в результаті чого проходить процес віддачі теплоти до навколишнього середовища.

При деякому значенні температури поверхні оказуються рівними кількість теплоти, яка виділяється в навколишнє середовище, та кількість теплоти, яка виділяється у середині апарата; наступає стан теплової рівноваги – температура нагріву в кожній точці апарату стабілізується. Значення температури, яке встановилося, визначається кількістю теплоти, яка виділяється у середині апарата, та інтенсивністю процесу віддачі теплоти в навколишнє середовище, також температурою навколишнього середовища.

Як було показано, надійність елементів радіоелектронної апаратури сильно залежить від температури навколишнього середовища. Для кожного типу елемента в технічних умовах указується гранична температура, при перевищуванні якої елемент не можна експлуатувати. Тому одна з найважливіших задач конструктора РЕА складається в тому, щоб забезпечити правильні теплові режими для кожного елементу.

Передача теплоти від нагрітого тіла в навколишнє середовище може виконуватись за рахунок теплопровідності, конвекції та радіації. Для апаратів, які знаходяться в повітряному просторі, конвекція – це перенос теплоти частинами повітря, які переміщуються. Схема теплових потоків повітря при повітряній конвекції для апарату з кожухом, який має ущільнення, показана на рис. 16.8., а.

На рис. 16.8.,б показана схема апарату, який охолоджується за рахунок вентиляції. Характерною особливістю такого апарату є наявність в кожусі жалюзі, через які повітря з навколишнього середовища може попадати в апарат. Така схема тепловіддачі значно ефективніша, ніж та що показана на рис. 16.8., а.

Однак не у всіх випадках можна робити отвори в кожусі апарата. Часто із-за ряду причин конструктор повинен застосовувати кожухи з ущільненням. Якщо зазори між окремими елементами конструкції малі, то швидкість повітряного потоку при конвекції оказується теж дуже малою, що різко зменшує кількість теплоти, яка оддається тепловипромінюючими елементами. В результаті теплові режими елементів можуть оказатися в недопустимих межах. В даному випадку застосовують вентилятори (рис.16.8, в), які здійснюють переміщення повітря у середині кожуха, що інтесифицирує процес тепловіддачі.

На рис.16.8, г зображена схема принуджувальної вентиляції апарату, яка забезпечує найбільш ефективне охолодження його повітрям: спеціальний вентилятор проганяє через апарат повітря з навколишнього середовища. Така схема найбільш вигідна, якщо радіоелектронний прилад буде встановлений на об’єктах, де є централізована система подачі повітря. В ряді випадків централізовані системи подають в апарат осушене повітря

На рис. 16.8, д показаний апарат, внутрішній об’єм якого заповнений рідиною. Так як рідина обладає більшою теплопровідністю та теплоємністю, ніж газ, то передача теплоти від тепловиділяючих елементів кожуху проходить більш інтенсивно. Частину об’єму апарату залишають незаповненою в зв’язку з тим, що при нагріванні вони розширюється. Інтесификувати рідинне охолодження можна переміщуванням рідини спеціальним вентилятором або прокачкою рідини через спеціальний теплообмінник, де вона охолоджується.

К числу рідинних систем охолодження відносяться й системи з випаруванням. В цьому випадку об’єм апарату заповнюється рідиною, яка має низьку температуру кип’ятіння. Теплова енергія, яка виділяється елементами апаратури, яка розходжується на пароутворення, та температура рідини підтримується постійною, яка дорівнює температурі кипіння. Зазначимо, що рідинні системи охолодження значно ускладнюють конструкцію апарату та використовуються обмежено.

Радіаторами називають прилади, які призначені для відводу теплоти від окремих сильно нагріваємих пристроїв в навколишнє середовище.

Щоб радіатор ефективно працював, він повинен мати наступні якості:

1) тепловий опір в місці контактування джерела теплової енергії (наприклад корпусу транзистора) з радіатором повинно бути мінімальним;

2) поверхня радіатора, яка віддає теплоту навколишньому повітрю, повинна бути максимально можливою;

3) тепловий опір радіатора повинен бути мінімальним.

На рис.16.15 показані три варіанти конструкції радіатора: штирковий, з ребрами у вигляді пластин та без ребер.

3. Вологозахист апаратури

Багато категорій РЕА в процесі експлуатації можуть оказатися в умовах, при яких відносна вологість повітря досягає 98%.

Якщо при конструюванні апаратури не прийняти спеціальні міри, то вплив великої вологості буде сильно впливати на параметри виробу або навіть приведе до повного виходу його зі строю.

Вологостійкість виробу забезпечують головним чином за рахунок застосування вологостійких ЕРЕ та елементів конструкції.

Для багатьох елементів РЕА (мікросхем, напівпровідникових пристроїв, багатьох конденсаторів та ін.) захист від вологості може досягатися тільки повною герметизацією шляхом розташування в запаяний або заварений корпус або покриттям їх товстим шаром спеціальних вологозахисних матеріалів. В процесі виробництва деяких типів ЕРЕ до установки в герметичний корпус їх приходиться хранити в спеціальних умовах, виключаючих вплив вологості. В силу перелічених причин майже всі ЕРЕ мають індивідуальні засоби захисту від вологи.

Для забезпечення вологостійкості металічних деталей їх підвергають покриттю або виготовляють з корозійностійких матеріалів (наприклад, з нержавіючої сталі).

В ряді випадків, якщо допускають теплові режими ЕРЕ, для апаратури застосовують корпуса з вологопоглиначами. Такий спосіб достатньо ефективно захищає від вологи земельну та корабельну апаратуру.

Д/з: Вивчити теоретичний матеріал.