Влияние на конструкцию ЭС климатических факторов

объекта установки

Рассмотрим влияние климатических факторов на электроизоляционные и металлические материалы, элементы конструкций ЭС, параметры электрорадиоэлементов (ЭРЭ).

Повышенная температура приводит к изменению физико-механических и электрических свойств изоляционных материалов, уменьшает вязкость пропиточных масел и смазок, размягчает твердые изоляционные и связующие материалы, пропиточные и заливочные компоненты вытекают. Нарушается механическая прочность деталей из органических пластмасс (оргстекло, винипласт, полиэтилен), они деформируются под действием собственного веса и внешних усилий.

В диэлектриках, как правило, растет тангенс угла диэлектрических потерь (tgδ), падают удельные поверхностное и объемное сопротивления изоляции (R_изол), снижается электрическая прочность, что ведет к возрастанию опасности пробоя.

С повышением температуры изменяется сопротивление металлов и сплавов, что приводит к изменению режимов работы электрических цепей. Материалы имеют различные температурные коэффициенты линейного расширения (ТКЛР). Так, у изоляционных материалов ТКЛР изменяется от 0,5∙10^-6 1/°С для кварца до 180∙10^-6 1/°С для полиэтилена, у металлов и сплавов – от 0,9∙10^-6 1/°С для инвара до 39∙10^-6 1/°С для цинка. Следовательно, с повышением температуры возможно изменение размеров, ослабление крепления деталей и узлов, деформация элементов конструкции, если не учтены различия ТКЛР сопрягаемых деталей.

Повышенная температура вызывает изменение посадочных мест и установочных размеров, заклинивание, ослабление креплений деталей и узлов, деформацию при сопряжение пластмасс и металлических деталей с разными ТКЛР.

С повышением температуры у полупроводниковых приборов изменяются электрические параметры, в частности входные и выходные сопротивления, что приводит к изменению режима работы устройства.

Конденсаторы всех типов меняют емкость вместе с тем изменяются электрическая прочность, диэлектрические потери, сопротивление изоляции. Изменение емкости с повышением температуры определяется величиной температурного коэффициента емкости (ТКЕ). У керамических конденсаторов, например, ТКЕ разделен на 16 классов от +120∙10^-6 до –3300∙10^-6 1/°С.

Резисторы с изменением температуры меняют величину сопротивления (R), что характеризуется величиной температурного коэффициента сопротивления (ТКС), который изменяется в зависимости от номинала – чем большее R, тем больший ТКС/

С повышением температуры изменяется индуктивность и собственная емкость катушек индуктивности, что ведет к изменению резонансной частоты контура.

Длительное воздействие повышенной температуры приводит к ускоренному старению материалов. Это сопровождается усадкой, снижением прочности, образованием трещин, деформацией, разрушением.

Старение электроизоляционных материалов при повышении температуры на 10 °С выше предельной сокращает их срок службы в 1,5... 2 раза.

Пониженная температура, как правило, приводит к снижению эластичности, повышению хрупкости, растрескиванию и разрушению пластмасс и резины. Смазка загустевает, что ухудшает работу подвижных соединений.

Перепады температур ускоряют процесс образования трещин, зазоров, вызывают заклинивание подвижных соединений, хрупкие детали растрескиваются; эластичные меняют форму.

Повышенная влажность приводит к коррозии металлов, особенно опасно воздействие влаги при повышенной температуре. При использовании материалов с различными величинами электрохимического потенциала процесс коррозии ускоряется. Материалы органического происхождения (бумага, картон, текстолит, гетинакс) при увлажнении набухают, в результате чего падает удельное объемное сопротивление, ра­стут диэлектрические потери. Стекло, керамика, слюда, кварц, полистирол, полиэтилен адсорбируют влагу на поверхности, что приводит к образованию водяных пленок и снижению поверхностного сопротивления изоляции.

Вода при температуре 100 °С, проникнув в поры материала, испаряется и вызывает его разрушение за счет увеличения объема при испарении. Лакокрасочные покрытия наиболее подвержены такому виду разрушения.

Вода при температуре ниже 0 °С замерзает и также вызывает разрушение покрытий.

Вода обладает малой вязкостью и значительной проникающей способностью. Она заполняет трещины, каналы, структурные пустоты диэлектриков. Следовательно, появляются проводящие мостики в структуре, например, печатной платы.

При воздействии влаги на негерметизированные конденсаторы снижается сопротивление изоляции, электрическая прочность, увеличивается емкость и тангенс угла диэлектрических потерь.

У герметизированных конденсаторов воздействие повышенной влажности приводит к понижению сопротивления поверхностной изоляции, и конденсации влаги на поверхности.

Влага действует на обкладки конденсаторов, снижая коррозийную стойкость, повышая потери в поверхностном слое металла в контактных соединениях.

В катушках индуктивности при воздействии влаги возрастают диэлектрические потери, паразитная емкость, снижается добротность.

У резисторов повышается сопротивление, в переменных резисторах возникает окисление подвижных контактов, что снижает их надежность.

В переключателях под действием влаги растут диэлектрические потери, уменьшаются переходные сопротивления контактов. У монтажных проводов снижаются электрическая прочность и сопротивление изоляции, увеличиваются паразитные емкости монтажа и токи утечки.

Дождь в промышленных районах всегда загрязнен активными элементами – серой, углекислым газом, кислотами, что ускоряет процесс коррозии металлов и разрушение электроизоляционных материалов. Особенно быстро разрушаются материалы во влажном морском климате.

Иней, обледенение также могут оказывать нежелательные воздействия на внешние элементы РЭА, например на антенно-фидерные устройства, вызывать уменьшение излучаемой мощности, ухудшение условий приема сигналов, поломки элементов конструкции.

Снежная пыль обладает высокой проникающей способностью, усиливает коррозию металлов и ускоряет процесс разрушения материалов.

Уменьшение атмосферного давления (на каждые 10 м подъема давление снижается на 133,32 Па) приводит к ухудшению условий отвода тепла от элементов аппаратуры, снижению электрической прочности воздуха. Из-за разности давлений возможна деформация кожуха герметичных ЭС.

Пыль обладает большой проникающей способностью. Попадая в зазоры, она вызывает ускоренный износ трущихся поверхностей контактных устройств. Осаждаясь на поверхности, она вызывает уменьшение сопротивления изоляции, приводит к образованию токопроводящих мостиков.

Солнечная радиация является фактором, также отрицательно влияющим на аппаратуру. Длинноволновая часть спектра солнечных лучей (инфракрасная и красная) вызывает тепловой эффект, коротковолновая (ультрафиолетовая и фиолетовая) – фотохимическое действие, которое приводит к раз­рушению материалов органического происхождения (распаду резины, каучука, целлюлозы), особенно лакокрасочных покрытий. Солнечная радиация ускоряет коррозию металлов и сплавов.

К биологическим факторам, влияющим на ЭС, прежде всего относится плесень. Она на 90 % состоит из воды, способна ее поглощать и покрывать поверхности водяной пленкой. Плесень разрушает натуральные волокнистые материалы (хлопок, бумагу), ухудшает электрические и физико-механические свойства пластмасс с органическими наполнителями, поражает стекло (оптические призмы, линзы). Плесень хорошо размножается на металле при наличии пыли и жировых пятен. Остатки канифоли – среда для ее размножения. Плесень снижает сопротивление изоляции, электрическую прочность, ускоряет коррозию металлов, разрушает защитные покрытия, контакты; вызывает замыкание и пробои.

Насекомые (термиты, муравьи) съедают органические материалы, пластмассы с органическими наполнителями. Термиты повреждают кабели.

Механические воздействия, влияющие на конструкцию эс

В зависимости от объекта и места установки радиоаппаратура может подвергаться различным механическим воздействиям: вибрациям, ударам, линейным ускорениям и др. Такие воздействия возникают также при транспортировке.

В элементах регулировки аппаратуры под действием вибраций может произойти изменение первоначально установленных значений параметров, например при смещении движка потенциометра, при изменении емкости переменного конденсатора. Вибрации пластин конденсатора могут вызвать нежелательную модуляцию сигнала. Наиболее характерными нарушениями под действием вибраций являются обрывы проводников, выводов элементов, замыкание контактов реле, деформация элементов несущей конструкции, отвинчивание крепежных элементов, ослабление механических соединений, разгерметизация, отслоение печатных проводников. Действие вибраций может привести к скрытым или трудно обнаруживаемым нарушениям работы аппаратуры: изменению крутизны электронных ламп, накоплению статического заряда от трения различных материалов, изменению емкости конденсатора и др.

Удары особенно опасны для крупногабаритных, массивных элементов конструкций ЭС.

Фактор: человек-оператор, влияющий на конструкцию эс

Рассматривая конструкцию ЭС как большую систему, мы выделяли фактор «человек-оператор», влияющий на эту систему.

Деятельность системы «человек-машина» направлена на реализацию функций по преобразованию сигналов объекта управления (ОУ). От машины (рисунок 31) человек получает информацию о состоянии ОУ. На основании переработки этой информации в соответствии с определенными правилами оператор вырабатывает командную информацию, которая вводится в машину и после преобразования воздействует на ОУ. Таким образом, человек-оператор управляет ОУ не непосредственно, а через машину, находясь с ней в прямой связи и образуя замкнутый контур для потока информации. Любые изменения в состоянии ОУ поступают в информационно-логическое устройство, которое обеспечивает заданную степень автоматизации процесса.

Рисунок 31 – Взаимосвязь человека и ОУ

После соответствующей обработки информация о состоянии ОУ поступает на средства отображения информации (индикаторы). Это отображение воспринимается с помощью рецепторов (органов чувств) человека. На основе воспринятой информации в центральной нервной системе формируется оперативный образ ОУ, или концептуальная модель. В содержание концептуальной модели входит общее представление о решаемой задаче, мотивы, знание и ощущение последствий правильного и ошибочного действий. Эта модель сравнивается с некоторым эталоном, хранимым в памяти оператора. В результате сравнения оператор принимает решение по управлению ОУ. Это решение передается эффек­торам (органам движения) и с их помощью осуществляется воздействие на органы управления машины, т. е. происходит ввод командной информации в машину. Информация перерабатывается в вычислительном устройстве, которое осуществляет необходимое преобразование ОУ.

Схема взаимодействия системы «человек – машина» представлена на рисунке 32.

Рисунок 32 – Система «человек-машина»

В самом общем случае человек-оператор при работе с ЭС выполняет следующие операции:

– включение аппаратуры, ввод ее в действие, в заданный режим;

– выделение информации;

– обработка (переработка) информации;

– распознавание образов, принятие решений;

– выполнение физических действий на основе принятых решений;

– поиск неисправностей;

– ремонт;

– выключение аппаратуры.

Иначе, деятельность оператора состоит из трех основных этапов:

– прием информации;

– переработка информации и принятие решений;

– реализация решений.

Каждое из рассмотренных действий характеризуется временем, затрачиваемым на его выполнение, вероятностью безошибочного выполнения, степенью напряженности выполнения данного действия.

При приеме информации с конструкторской точки зрения важны форма выдачи информации и конструктивные особенности устройств ее отображения.

Способы отображения информации (классификация по типам): аналоговый, дискретный, релейный, графический.

Аналоговый способ применяется в том случае, когда необходимо знание о величине и знаке изменения текущих значений контролируемых параметров. Информация отображается на приборах со шкалами и стрелками, при этом используются шкалы круглые, полукруглые, горизонтальные, вертикальные. Выбор формы определяется характером решаемых задач, требованиями точности считывания: лучшие результаты дают круглая, полукруглая и прямолинейная горизонтальная шкалы; худшие результаты дает прямолинейная вертикальная шкала.

Дискретный способ отображения информации, в отличие от аналогового, применяется в том случае, когда нет необходимости контролировать все промежуточные значения параметров. При цифровой форме информация может выдаваться в виде таблиц, например, при использовании светового табло.

Графический способ отображения информации позволяет фиксировать изменение параметров в виде графиков, диаграмм, гистограмм.

Релейный способ применяется, если отображения точного значения величины не требуется, а необходимо установить выход параметра за пределы нормы. Форма представления может быть цветовой, знаковой, буквенно-цифровой, буквенно-словесной.

Конструктивные особенности устройств отображения информации определяются их количеством, размерами, расположением, цветом, яркостью, освещением.

Органы управления ЭС различаются:

– по конструкции: кнопки, тумблеры, набиратели, рычаги, маховики, рукоятки, мышь;

– по назначению. Можно выделить четыре основных класса органов управления.

Органы управления, предназначенные для включения, выключения, переключения, – кнопки, рукоятки; органы, с помощью которых осуществляется ряд повторяющихся вращательных, нажимных, ударных движений. Они используются, например, для ввода информации в ЭВМ, передачи радиосигналов (клавиши, ключ). Органы управления, осуществляющие непрерывное регулирование, настройку, установку значений управляемого параметра, – рукоятки. Органы слежения за изменяющимися параметрами, например, мышь, трекбол.

Конструктивные особенности органов управления обусловлены их количеством, расположением, размерами, формой, связью с индикаторами.

Количественные характеристики, позволяющие оценить качество работы оператора в системе «человек–машина»:

– быстродействие (время решения задачи):

(2.1)

где  – быстродействие оператора,

a – скрытое время реакции оператора на внешнее воздействие, с,

b – скорость переработки информации, бит/с,

H – объем информации, бит;

– надежность деятельности оператора (вероятность правильного решения задачи):

, (2.2)

где m – количество правильно решенных задач,

N – общее количество задач;

– напряженность деятельности оператора:

, (2.3)

где y_imax  – максимальное значение выбранных физиологических параметров,

y_i – эти же показатели в заданном режиме работы.