Учебно-методический комплекс дисциплины преподавателя (стр. 10 )

Надежность — свойство ЭА выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения установленных эксплуатационных показателей в заданных пределах, при соблюдении режимов эксплуатации, правил техниче­ского обслуживания, хранения и транспортирования.

Ресурс — продолжительность работы ЭА до предельного состояния, установленного в нормативно-технической документации.

Случайное событие, приводящее к полной или частичной утрате рабо­тоспособности ЭА, называется отказом.

Безотказность — способность ЭА непрерывно сохранять заданные функции в течение установленного в технической документации времени — характеризуется вероятностью безотказной работы P(t), частотой отказов f(t), интенсивностью отказов l(t), средней наработкой на отказ (продолжи­тельность работы изделия до появления отказа) Tср. В некоторых случаях надежность ЭА удобно оценивать вероятностью отказа q(t) = 1 - P(t).

Вероятность безотказной работы и частоту отказов можно найти ста­тистически по данным об отказах эксплуатируемых изделий.

Рекомендуемая литература

1. [1]; 2. [4]; 3. [5]; 4. [10]; 5. [16].

Контрольные задания для СРС (тема 10) [1, 4, 5, 10, 16]

1.  Классификация отказов.

2.  Повышение надежности ЭА резервированием.

3.  Точность параметров ЭА.

4.  Методы оценки точности.

5.  Методы получения заданной точности.

Тема 11. Защита приборов. (1 час)

План лекции:

1.  Защита конструкции от механических воздействий;

2.  Защита ЭА от воздействия влажности;

3.  Защита от воздействия пыли;

4.  Герметизация ЭА;

5.  Защита от температурных воздействий;

6.  Защита конструкции от воздействия помех

Широкое использование приборов в различных областях человеческой деятельности все острее поднимает вопросы их взаимодействия с окру­жающей средой. Поэтому решение задач защиты приборов и окружающей среды следует начинать уже на этапе конструкторской подготовки произ­водства. С учетом тенденции к повышению производительности и рабочих скоростей, эти задачи касаются в первую очередь защиты от шума и вибраций. Однако не менее важным является обеспечение защиты от механических и тепловых воздействий, воздействия электромагнитных полей и т. д.

Изменение условий окружающей среды и расширение областей при­менения, например, использование приборов в экстремальных климати­ческих условиях, повышают требования к выполнению функции и к надеж­ности, а также к защите самого изделия. Климатические условия воздей­ствуют на прибор при транспортировании, хранении и эксплуатации. Температура и влажность воздуха, пыль, агрессивные среды и другие воздействия оказывают большое влияние на работоспособность приборов, поэтому они должны учитываться с помощью целенаправленных конструк­тивных мероприятий по защите приборов и программ испытаний прибо­ров при соответствующих условиях. Для разработки и эксплуатации приборов необходимы надежные данные о климатических условиях и требуемой защите от них, о защите от тепловых воздействий, влажности и механических нагрузок.

На ЭА в процессе транспортирования и эксплуатации воздействуют внешние механические факторы (вибрации, удары, ускорения, акустические шумы), передающие ей механическую энергию. Количество переданной энергии определяет уровень и характер изменения конструкции. Допусти­мые уровни механического изменения конструкции определяются ее проч­ностью к устойчивостью к механическим воздействиям.

Механическую прочность элементов конструкции проверяют метода­ми сопротивления материалов и теории упругости для простейших балоч­ных конструкций (стержней), пластин, рам с сосредоточенной, распреде­ленной и смешанной нагрузкой. В большинстве практических случаев кон­струкции деталей ЭА имеют более сложную конфигурацию, затрудняющую определение в них напряжений. При расчетах сложную деталь заменяют ее упрощенной моделью: балкой, пластиной, рамой.

При проектировании конструкции выполняют:

-  проверочные расчеты, когда форма и размеры детали известны (вы­явлены при конструировании) и определяются по вышеприведенным фор­мулам напряжения в опасных сечениях;

-  проектные расчеты, когда размеры опасных сечений неизвестны и их определяют на основе выбранных допустимых напряжений;

-  расчеты допускаемых нагрузок по известным опасным сечениям и допустимым напряжениям.

При проведении проверочных расчетов на упругие колебания с уче­том направления воздействия вибраций выделяют детали и узлы, имеющие наибольшие деформации, выбирают расчетные модели, рассчитывают соб­ственные частоты, определяют нагрузки и сравнивают полученные значения с пределами прочности выбранных материалов, при необходимости прини­мают решение о повышении прочности конструкции.

Для увеличения вибропрочности в конструкции отдельных элементов вводятся дополнительные крепления, ребра и рельефы жесткости, отбортов-ки, выдавки, используются материалы с высокими демпфирующими свойст­вами, демпфирующие покрытия.

От прямого воздействия влаги ЭА, как правило, не защищена и не должна эксплуатироваться в этих условиях. Однако на работающую аппара­туру воздействуют пары влаги окружающего воздуха или какой-либо иной газовой среды, в которой эксплуатируется аппаратура. В техническом зада­нии на разработку всегда указывается относительная влажность воздуха. Нормальной влажностью считается относительная влажность 60...75 % при температуре 20...25 °С.

Защита аппаратуры от воздействия влажности осуществляется соот­ветствующими материалами, покрытиями, применением усиленной венти­ляции сухим воздухом, поддерживанием внутри изделий более высокой температуры, чем температура окружающей среды, использованием погло­тителей влаги, разработкой герметичной аппаратуры.

Если по тем или иным причинам невозможно заменить металлы с высокой разницей электрохимических потенциалов, то на них наносятся защитные по­крытия. Применяются металлические, химические и лакокрасочные покрытия.

Загрязненность воздуха пылью значительно снижает бесперебойную и надежную работу ЭА.

Пыленепроницаемость ЭА или отдельных ее устройств может быть достигнута установкой их в герметичные корпуса. Однако при этом возрастает стоимость ЭА, ухудшается температурный режим рабо­ты. Если корпус ЭА выполнен с перфорациями, пыль вместе с охлаж­дающим воздухом проникнет внутрь ЭА естественным путем, либо при принудительном воздушном охлаждении — вместе с воздушными пото­ками от вентиляторов. Таким образом, применение корпуса с вентиляци­онными отверстиями для охлаждающего воздуха приводит к проникно­вению внутрь изделия пыли. Уменьшить попадание пыли внутрь ЭА воз­можно установкой на вентиляционные отверстия мелкоячеечных сеток, созданием внутри помещений, где эксплуатируется ЭА, соответствую­щей чистоты воздуха.

Герметизация узлов, блоков и шкафов ЭА является надежным средст­вом защиты от воздействия влажности и вредных веществ окружающей сре­ды, пыли, изменения барометрического давления. Хотя МС и ЭРЭ постав­ляются герметичными, но часто в процессе эксплуатации внутрь корпусов компонентов проникает влага, изменяя свойства материалов, вызывая ко­роткие замыкания.

Модули первого уровня защищают покрытием лаком, заливкой эпок­сидной смолой, пропиткой, особенно моточных изделий, опрессовкой гер­метизирующими компаундами. Герметизация компаундами улучшает элек­троизоляционные и механические характеристики модуля. Однако низкая теплопроводность большинства компаундов ухудшает отвод теплоты, огра­ничивает или делает невозможным ремонт, внутренние напряжения могут нарушить целостность деталей и электрических соединений.

Полная герметизация блоков и шкафов путем помещения в герметич­ный кожух является самым эффективным способом защиты, но и самым до­рогим. При этом возникает необходимость в разработке специальных кор­пусов, прокладок, способов герметизации внешних электрических соедини­телей, выходов жгутов, элементов управления и индикации. В условиях вакуума стенки герметизируемых изделий должны противостоять значи­тельным усилиям из-за разницы давлений внутри и снаружи изделия. В ре­зультате увеличения жесткости конструкции возрастает ее масса и размеры. Применение полной герметизации может потребовать введения в конструк­цию клапана-регулятора для снижения давления внутри корпуса.

Существует большое разнообразие способов герметизации.

Выбор способа герметизации определяется условиями эксплуатации, применяемыми материалами и покрытиями, требованиями к электрическо­му монтажу. Окончательное решение о выборе способа герметизации при­нимается после проведения натурных испытаний ЭА в камерах влажности.

Микросхемы и ЭРЭ функционируют в строго ограниченных темпера­турных диапазонах. Отклонение температуры от указанных диапазонов мо­жет привести к необратимым структурным изменениям компонентов. По­вышенная температура снижает диэлектрические свойства материалов, ус­коряет коррозию конструкционных и проводниковых материалов. При пониженной температуре затвердевают и растрескиваются резиновые дета­ли, повышается хрупкость материалов. Различия в коэффициентах линейно­го расширения материалов могут привести к разрушению залитых компаун­дами конструкций и, как следствие, нарушению электрических соединений, изменению характера посадок, ослаблению креплений и т. п.

Обеспечение нормального теплового режима приводит к усложнению конструкции, уве­личению габаритов и массы, введению дополнительного оборудования, за­тратам электрической энергии.

Задача обеспечения работоспособности при низких температурах решается нагревом в продолжении некоторого времени помещения с од­новременным включением аппаратуры для подогрева. При достижении внутри изделия нормальной температуры приступают к его эксплуата­ции. Далее из-за саморазогрева температура внутри изделия будет повы­шаться и может возникнуть необходимость в его охлаждении. Нагрев удобнее проводить электрическими нагревательными элементами, уста­навливаемыми для стационарной аппаратуры в помещении, а для транс­портируемой — встраиваемой в конструкцию. Температура контролиру­ется либо при помощи термометров, размещаемых в ЭА в удобных для наблюдения местах, либо автоматически с выключением нагревателей после прогрева аппаратуры. При интенсивном нагреве холодного воздуха внутри прибора пары воды конденсируются на еще холодных поверхно­стях конструкции до тех пор, пока не осядет вся избыточная влага возду­ха. Дальнейший нагрев приведет к нагреванию конструкции и испарению влаги. Конденсация оказывается невозможной, если нагрев происходит медленно.