Кліматичні чинники експлуатації обладнання

Вплив кліматичних факторів на конструкцію

Вплив кліматичних факторів на конструкційні матеріали виражається головним об-разом у виникненні процесів корозії, втрати механічних і діелектричних властивостей, зміні електропровідності.Реакція на впливаючий чинник, міра і швидкість зміни властивостей конструкційного матеріалу залежно від його складу

Процес корозії у металів має хімічну або електрохімічну природу, але причина в цих випадках однакова: перехід металу в стабільніший природний стан.Процес корозії пов'язаний з віддачею енергії, що вказує на мимовільний хід реакії, без витрати енергії ззовні.Процес хімічної корозії протікає без участі вологи. При електрохімічній корозії розчинення металу і виникнення нових з'єднань відбувається за участю електроліту.Розрізняють три види корозії : рівномірну, нерівномірну і міжкристалічну. При рівномірній корозії процес поширюється поступово від окремих коррозирующих місць по усій поверхні металу.Нерівномірна корозія обмежується окремими місцями і виникає, наприклад, внаслідок порушення захисного покриття. Корозія міжкристалічна характеризується проникненням в глиб металу шляхом розриву структури і поширенням уздовж меж кристалів.Наявність в атмосфері кислот, лугів, солей прискорює процеси корозії. Дія агресивної атмосфери на ізоляційні матеріали виражається в поглинанні ними волога, погіршенні діелектричних властивостей і поступовому руйнуванні. Ізоляційних пластмас, що не поглинають вологи, не існує. Кількість вологи, що проникла, і час її проникнення неоднакові для різних матеріалів.

Проникнення вологи в ізоляційні матеріали може бути капілярне і дифузійне. Капілярне проникнення має місце у разі наявності в матеріалі грубих мікроскопічних пір, тріщин і інших дефектів. Оскільки в мікроелектроніці застосовують тільки високоякісні ізоляційні матеріали, то вони практично вільні від таких дефектів. Істотно більше значення має процес дифузійного проникнення, який полягає в заповненні проміжків між молекулами матеріалу молекулами води. При цьому переміщення молекул води відбувається у бік меншої їх концентрації.При підвищеній вологості молекули води проникають всередину матеріалу(поглинання вологи), а в сухій теплій атмосфері - з матеріалу(висихання). Поглинання вологи діелектриком веде до зменшення його опору, збільшення діелектричних втрат, набрякання, механічних ушкоджень.

Плісневі грибки, як один з найсильніших біологічних чинників, також можуть негативно впливати на працездатність апаратури. Для розвитку плісняви неободина велика відносна вологість повітря (80 - 100 і температура 25 - 37°С. Такі умови природні для країн з тропічним вологим кліматом, проте вони можуть виникнути штучно в приміщеннях, де експлуатується апаратура. Серед матеріалів, вживаних в радіоелектронній апаратурі, найбільшу дію пліснява чинить на ті, які мають органічну основу, і, зокрема, на ізоляційні матеріали дротяних

Захисні покриття.

Для захисту поверхні металевих і неметалічних матеріалів від агресивного зовнішнього середовища застосовують різні покриття, які за призначенням ділять на три групи : захисні, захисно-декоративні і спеціальні.Захисні покриття призначені для захисту деталей від корозії, старіння, висихання, гниття і інших процесів, що викликають вихід апаратури з ладу. Захисно-декоративні покриття разом із забезпеченням захисту деталей надають їм красивому зовнішньому вигляду. Спеціальні покриття надають поверхні деталей особливі властивості або захищають їх від впливу особливих середовищ. За способом отримання усі покриття розділяють на металеві і неметалічні. Металеві покриття - покриття, нанесені гарячим способом, гальванічні, дифузійні і металеві на діелектриках.Неметалічні покриття - покриття лаками, емалями, грунтовками, а також протикорозійне покриття пластмасами.Вибір того або іншого виду покриття у кожному конкретному випадку залежить від мате-риала деталі, її функціонального призначення і умов експлуатації. Для боротьби з плісневими грибками застосовують три способи:

Спосіб 1 - використання матеріалів, не схильних до утворення на них плісняві(застосування цього методу обмежується можливостями вибору матеріалів).

Спосіб 2 - зміна внутрішнього клімату в апаратурі, що має мету позбавити плісневі грибки сприятливої бази для розвитку(тут головним чином вимагається вживати заходи до зниження вологості повітря, оскільки саморазогрев як окремих мікросхем, так і повністю усієї апаратури позбавляє грибки сприятливої температури).

Спосіб 3 - додавання до складу лаку або емалі, якими покривають поверхню деталей, спеціальних хімічних речовин, - фунгіцидів.

Герметизація елементів, вузлів, пристроїв або усього приладу.

При цьому способі захисту залежно від міри чутливості тих або інших елементів або вузлів до дії агресивного середовища і від їх конструктивних особливостей застосовує різні способи герметизація, що відрізняється як методом виконання, так і складністю і вартістю.

Відомі способи герметизації за допомогою ізоляційних матеріалів і непроникних для газів оболонок.

Захист виробів ізоляційними матеріалами може робитися просоченням, заливкою, обволіканням і опресовуванням.

Просочення виробів полягає в заповненні наявних в них каналів електроізоляційним матеріалом. Одночасно із заповненням каналів при просоченні на усіх елементах конструкції утворюється тонкий ізоляційний шар, що захищає від дії агресивного середовища. Одночасно із захисними функціями просочувальний матеріал підвищує електричну міцність виробу, скріплює механічно його окремі елементи, у багатьох випадках покращує теплопровідність. Просочення здійснюють зануренням виробів в рідкий ізоляційний матеріал. Після витягання виробу матеріал твердіє. Процес затвердіння може відбуватися при нормальній температурі або із зовнішнім підігріванням. При використанні просочувальних матеріалів, що полімеризуються, необхідно застосовувати спеціальні

При герметизації заливкою усі вільні порожнини у виробі, у тому числі і простір між елементами і корпусом, заливають електроізоляційним матеріалом, який після затвердіння утворює досить товстий захисний шар. Заливку виробу можна робити в його постійному корпусі або використати для цього спеціальні роз'ємні форми, які після затвердіння матеріалу віддаляються.

Герметизація обволіканням по техніці виконання аналогічна операції просочення, проте тут використовують в'язкі ізоляційні матеріали, що мають хорошу адгезію до елементів виробу. Шар матеріалу, що утворюється на поверхні деталей, порівняно товстий(від доль до декількох міліметрів) і надійно захищає їх від дії агресивного середовища.

Захист виробів непроникними для газів оболонками - найбільш досконалий спосіб захисту вузлів і облаштувань РЕА, оскільки окрім ефективного захисту він може мати можливість розгерметизації у виробничих умовах і при експлуатації для виконання ремонту виробів.

Умови нормальної роботи виробів, захищених вакуумно-щільною герметизацією, залежать не лише від якості герметизації, але і від захисту від агресивних компонентів, що входять в матеріали і середовище об'єму, що захищається. Виділення вільних молекул води і інших агресивних речовин в герметизованому об'ємі виробу може звести до мінімуму ефективність вакуумно-щільної герметизації. При розробці герметичних корпусів слід враховувати умови експлуатації і, передусім, зміну барометричного тиску, зовнішні механічні дії і можливі перепади.

Вакуумно-щільна герметизація може бути виконана з нероз'ємними і роз'ємними швами. Першу використовують для захисту малогабаритних вузлів і пристроїв, другу - для порівняно великих блоків, що вимагають профілактичної перевірки і потребують зміни її окремих елементів.

Нероз'ємні герметичні конструкції роблять зі швами, що виконуються пайкою, зварюванням, заливкою, склеюванням або мастикою спеціальними компаундами(герметиками). У роз'ємних герметичних конструкціях між деталями, що сполучаються, поміщають еластичне прокладення, а в об'єм, що герметизується, - вологопоглинач, наприклад силікагель. Умова непроникності такого герметичного з'єднання - збереження в увесь час його служби контактного тиску між прокладенням і поверхнями, що сполучаються. Застосовують металеві(зі свинцю, червоної міді) і неметалічні(гумові) прокладення. При стяганні гвинтами металеві прокладення деформуються при перевищенні межі плинності. При використанні гумових прокладень ущільнення досягається дією залишкових пружних.

ТЕПЛОВИЙ РЕЖИМ РОБОТИ АПАРАТУРИ

Тепловий режим апаратурного блоку характеризується сукупністю температур окремих його точок - температурним полем. Температурний режим створюється як зовнішньою температурною дією довкілля, так і тепловою енергією, що виділяється радіоелементами самої апаратури. Залежно від стабільності в часі тепловий режим може бути стаціонарним або нестаціонарним.

Незмінність температурного поля в часі характеризує стаціонарний режим. Залежність температурного поля від часу характерна для нестаціонарного режиму. Цей режим має місце в тих випадках, коли власна теплоємність апарату вимірюється за кількістю теплоти, що виділяється при роботі. Зазвичай нестаціонарний режим має місце при поодиноких і короткочасно таких, що повторюються теплових навантаженнях.

За характером спрямованості теплового потоку розділяють термоактивні і термо-пасивні елементи. Термоактивні елементи служать джерелами теплової енергії, а термопасивні - її приймачами.

Мікросхеми і радіоелементи функціонують в обмежених температурних діапазонах. Відхилення температури від вказаних діапазонів може привести до безповоротних змін компонентів. Підвищена температура знижує діелектричні властивості матеріалів, прискорює корозію конструкційних і провідникових матеріалів. При зниженій температурі тверднуть і розтріскуються гумові деталі, підвищується крихкість матеріалів. Відмінності в коефіцієнтах лінійного розширення матеріалів можуть привести до руйнування залитих компаундами конструкцій і, як наслідок, порушення електричних з'єднань, зміни характеру посадок, послаблення кріплень...

Сьогодення і майбутнє апаратури пов'язане з використанням досить великих потужностей в порівняно малих об'ємах. Це призводить до різкого збільшення щільності потужності розсіяння, а, отже, і щільність розсіюваної теплоти. Тому при конструюванні апаратури особливого значення набуває розробка методів відведення теплоти, регулювання і контролю температури

Якщо температура у будь-якій з точок блоку не виходить за межі, що допускаються, то такий тепловий режим називається нормальним.

Нормальний тепловий режим - це режим, який при зміні в певних межах зовнішніх температурних дій забезпечує зміну параметрів і характеристик конструкції, компонентів, матеріалів в межах, вказаних в технічних умовах на них. Висока надійність і тривалий термін служби виробу будуть гарантовані, якщо температура середовища усередині РЕА є нормальною і рівною 20-25 °С. Зміна температури відносно нормальної на кожні 10 °З у будь-яку сторону зменшує термін служби апаратури приблизно в 2 рази. Забезпечення нормального теплового режиму призводить до ускладнення конструкції, збільшення габаритів і маси, введення додаткового устаткування, витратам електричної

Працездатність при низьких температурах забезпечується саме розігріванням апаратури перед роботою або, при необхідності, нагрівом електричними нагрівальними елементами, що встановлюються для стаціонарної апаратури в приміщенні(що має бути обумовлене в інструкції з експлуатації), для тієї, що транспортується - вбудованими в конструкцію. При застосуванні нагріву повинне забезпечуватися автоматичне виключення нагрівачів після прогрівання апаратури. Слід уникати інтенсивного прогрівання, оскільки при цьому пари води усередині приладу конденсуються на поверхнях конструкції до тих пір, поки не осяде надмірна волога в повітрі.

Охолодження апаратури Частіше конструктор вирішує задачу видалення надлишку теплоти в результаті саме розігрівання апаратури. Як відомо, передача теплоти від нагрітої апаратури в довкілля здійснюється кондукцією, конвекцією і випромінюванням.

Кондукція - процес перенесення тепловою енергією між тілами, що знаходяться в зіткненні, або частинами тіл за рахунок теплопровідності тіл Конвекція - перенесення енергії макрочастками газу або рідини.

Перенесення теплоти випромінюванням відбувається за рахунок перетворення теплової енергії на енергію випромінювання(промениста енергія). У реальних умовах теплообмін здійснюється одночасно двома або трьома видами, що робить проблематичним точний розрахунок температурного поля. Тому на практиці розрахунок проводиться, як правило, для найбільш ефективного виду теплообміну, який приймається для цього блоку, приладу, системи за основною. Для стаціонарної апаратури використовуються в основному способи охолодження теплопровідністю, повітряне природне і примусове, а також примусове повітряне з додатковим охолодженням рідиною в трубопроводах. При високих вимогах до стабільності параметрів схем застосовують термостатування вузлів і блоків.

Способи охолодження можуть бути охарактеризовані коефіцієнтом тепловіддачі[Вт/(м2°С)], вони наведені в таблиці 1

Тепло відвід кондукцією Зі збільшенням щільності компонування РЕА велика частка теплоти віддаляється кондукцією, передачею теплової енергії від нагрітого елементу до елементу з меншою температурою.

Для збільшення ефективності теплообміну шляхом теплопровідності необхідно збільшувати площу поверхні, що тепло проводить, зменшувати шлях передачі теплоти, використати матеріали з високою теплопровідністю.

Тепло відвід конвекцією. Природне і примусове повітряне охолодження найбільш прості і доступні. Теплота від нагрітих корпусів радіоелементів передається навколишній атмосфері за рахунок природної конвекції. Ефективність природного повітряного охолодження тим більше, чим більше різниці температур між корпусом і довкіллям і чим більше площі поверхні корпусу. Має також значення щільність довкілля, при зменшенні якої відведення теплоти від поверхні елементів зменшується.

Принцип охолодження природною конвекцією грунтований на тому, що шари повітря, нагріваючись від тих, що виділяють теплоту елементів і маючи внаслідок цього меншу щільність, переміщаються вгору і заміщаються холоднішими шарами. Чим більше об'єму заме-щаемого повітря, тим краще теплообмін. Ефективність теплообміну залежить від місця розташування елементів в об'ємі апаратури. Так, при вертикальному розташуванні модулів(плат) повітряному потоку нічого не перешкоджає і теплі шари повітря швидко замінюються холодними. При горизонтальному розташуванні плат зміна шарів повітря ускладнена, внаслідок чого нагрів елементів відбувається більшою мірою. У гіршому положенні знаходяться елементи у верхній частині корпусу, оскільки тут заміщення теплих шарів холодними практично не відбувається.

Якість природного повітряного охолодження залежить від потужності, що виділяється апаратурою під час роботи у вигляді теплоти, форми і габаритних розмірів корпусу і площі його поверхні. Поліпшення охолодження можна отримати штучним збільшенням площі поверхні корпусу, наприклад введенням спеціальних ребер - радіаторів.

---

Кліматичні чинники експлуатації обладнання

'Кліматичні чинники' - це категорії кліматичного виконання машин, приладів та інших технічних виробів. Поділ на категорії стоврений завдяки діючому на території України стандарту ГОСТ 15150-69 "Машини, прилади та інші технічні вироби. Виконання для різних кліматичних районів. Категорії, умови експлуатації, зберігання і транспортування. Частковий вплив кліматичних факторів зовнішнього середовища ". Даний стандарт застосовують при проектуванні та виготовленні виробів з метою збереження своїх параметрів та працездатності в межах норм.

Типи клімату і макроклімату, критерії їх розподілу зазначено в Таблиці 1 :

'Таблиця 1

Перший заголовок	Другий заголовок