Способы обеспечения теплового режима

А.В. Муратов Н.В. Ципина. Способы обеспечения тепловых режимов РЭС

А.В. Муратов Н.В. Ципина

СПОСОБЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ТЕПЛОВЫХ РЕЖИМОВ РЭC

ГОУВПО “ Воронежский государственный технический университет‖

А.В. Муратов Н.В. Ципина

СПОСОБЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ТЕПЛОВЫХ РЕЖИМОВ РЭC

Утверждено Редакционно-издательским советом университета в качестве учебного пособия

Муратов А.В. Способы обеспечения тепловых режимов РЭC: учеб. пособие/ А.В. Муратов, Н.В. Ципина. Воронеж: ГОУВПО “ Воронежский государственный технический университет‖, 2007. 96 с.

В учебном пособии рассмотрена классификация систем обеспечения тепловых режимов РЭC, рассматриваются основные элементы систем охлаждения, основные закономерности стационарных и нестационарных температурных полей, излагаются особенности тепловых режимов РЭС, принцип работы тепловых труб, вихревых труб, термо-электрических охлаждающих устройств.

Издание соответствует требованиям Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлению 210200 ―Проектирование и технология электронных средств‖, специальности 210201 ―Проектирование и технология радиоэлектронных средств‖, дисциплине ―Автоматизированное проектирование печатных плат‖.

Предназначено для студентов очной формы обучения.

Табл., 6. Ил. 42. Библиогр.: 10 назв.

Рецензенты: кафедра информационно-технического обеспечения органов внутренних дел Воронежского института МВД РФ (начальник кафедры д-р техн. наук, проф. В.И. Сумин); д-р техн. наук, проф. В. М. Питолин

Муратов А.В., Ципина Н.В.,

Оформление. ГОУВПО ―Воронежский государственный технический университет‖, 2007

На этапе конструкторского проектирования РЭС при выборе вариантов конструкции и компоновки наряду с задачами обеспечения монтажно-коммутационных требований, помехоустойчивости, технологичности и вибростойкости необходимо решать задачи обеспечения нормального теплового режима.

Применение новой элементной базы, позволяющей уменьшить массу и объем устройств, во многих случаях увеличивает удельные рассеиваемые мощности. Значительная часть потребляемой активными элементами электрической энергии превращается в тепловую, что повышает температуру конструкции в целом. Большинство элементов конструкции имеют температурно-зависимые свойства. Нормальное функционирование РЭС возможно лишь при условии поддержания температур ее элементов в определенных пределах. Изменения теплового режима оказывают влияние на характеристики элементов, и могут привести к возникновению физикохимических процессов, выводящих элемент из строя [4].

При обеспечении необходимого теплового режима РЭС основные трудности связаны с отводом тепла, т.е. охлаждением. Для охлаждения РЭС применяется множество способов. В процессе переноса тепловой энергии в РЭА существуют три способа передачи тепла: теплопроводность, конвекция и излучение. В зависимости от вида конвективного переноса тепловой энергии способы охлаждения РЭС часто разделяют на классы. При конвективном отводе тепла от РЭС используют теплоносители в различных фазовых состояниях, перемещение которых осуществляется естественным или принудительным образом. Учитывая тип и состояние теплоносителя, а также причину, вызвавшую его движение, способы охлаждения можно разделить на следующие основные классы: газовое (воздушное), жидкостное, испарительное, а также естественное и принудительное.

1 СИСТЕМЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ТЕПЛОВЫХ РЕЖИМОВ РЭС

Нормальный тепловой режим радиоэлектронных средств обеспечивается применением специальных устройств, получивших название систем обеспечения теплового режима (СОТР). Под СОТР понимается совокупность совместно используемых устройств, конструктивных элементов и рабочих веществ, обеспечивающих такой тепловой режим радиоэлектронного аппарата, когда температура отдельных радиодета-

лей и узлов его находится в диапазоне ∆T ДОП = T ДОП.max — T ДОП.min при изменении температуры окружающей среды в

пределах ∆T C = T C.max — T C.min .

Системы обеспечения теплового режима подразделяются на две большие группы – системы охлаждения и системы термостабилизации.

Системы охлаждения применяются, когда температура элементов превосходит T ДОП.max и от элементов (радиодеталей) необходимо отведать тепло или тогда, когда нормальное функционирование аппаратуры достигается при температуре отдельных еѐ элементов , лежащей в области низких и сверхнизких температур (приѐмники космических систем связи; приѐмники излучения). Заметим, что к низким температурам относятся температуры до 173 К , к сверхнизким в диапазоне от 120 К до 173 К [ 9 ].

Системы термостабилизации применяются, когда требуется поддержание температуры отдельных узлов радиоэлектронных устройств (кварцевые температуры, гетеродины приѐмников, датчики опорных частот и т.д.) в узком диапазоне – градусы, доли градусов. Поддержание температуры здесь достигается за счѐт как стока так и притока тепловой энергии в терморегулируемый объѐм.

1.1 Классификация СОТР

Системы обеспечения тепловых режимов, наиболее часто применяемые в радиоэлектронных устройствах, можно классифицировать по ряду признаков (рис. 1.1), в частности:

— по допустимому диапазону температур элементов и узлов – на системы охлаждения и системы термостабилизиции;

— по месту установки – на наземные, корабельные, самолѐтные, ракетные, космические;

— по роду рабочего вещества (теплоносителя) – на воздушные (газовые), жидкостные, испарительные;

— по основному виду теплопередачи – на конвективные (которые в свою очередь подразделяются на системы с естественной и вынужденной конвекцией), кондуктивные, у которых отвод тепла осуществляется за счѐт теплопроводности и системы, основанные на фазовых превращениях рабочего тела (кипение, плавление, сублимация);

— по характеру контакта теплоносителя с источником теплана системы прямого и косвенного действия. В системах прямого действия теплоноситель непосредственно омывает источник тепла, в системах косвенного действия теплоноситель и источник тепла связаны через элементы конструкции или через специальные тепловые мосты;

— по охвату узлов радиоэлектронного устройства – на общие и локальные; в последнем случае охлаждаются отдельные теплонагруженные элементы (узлы) аппарата;

— по связи теплоносителя с окружающей средой – на замкнутые и разомкнутые: в разомкнутых системах отработанный (нагретый) теплоноситель удаляется из системы и больше не используется; в системах, работающих по замкнутому циклу , нагретый теплоноситель охлаждается и вновь используется, в этом случае система должна иметь дополнительный контур для охлаждения теплоносителя , которое осуществляется в специальном теплообменнике;

Системы обеспечения тепловых режимов (СОТР)

Источник

Тепловые режимы

Обеспечение теплового режима работы изделий электронной техники. Внутренние и внешние тепловые воздействия. Определение площади поперечного сечения корпуса блока в направлении продува. Расчет на механические воздействия и момента инерции уголка.

Рубрика	Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника
Вид	контрольная работа
Язык	русский
Дата добавления	20.10.2013
Размер файла	30,8 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Обеспечение теплового режима работы изделий электронной техники является одной из важнейших проблем конструирования радиоэлектронной аппаратуры.

Основная задача обеспечения необходимого теплового режима заключается в создании таких условий, при которых количество тепла, рассеянного в окружающую среду, будет равным мощности тепловыделения аппаратуры. Тогда температура нагретой зоны в приборе перестанет нарастать и тепловые параметры, при всех прочих равных условиях стабилизируются.

Повышение температуры изделия электронной техники значительно снижает надёжность их работы. Например, если уменьшить рабочую температуру полупроводникового прибора на 20%, то интенсивность отказов снизится в 3 раза. Повышенная температура эксплуатации изделий электронной техники является не только причиной отказов, но и значительно ухудшает их основные параметры.

Тепловой режим РЭА характеризуется двумя факторами: электрическим режимом работы и условиями эксплуатации.

Также различают внутренние и внешние тепловые воздействия на РЭА. Внутренние тепловые воздействия в основном зависят от мощности, рассеиваемой элементами РЭА, внешние — от условий эксплуатации. В зависимости от баланса внутренних и внешних тепловых воздействий система обеспечения теплового режима (СОТР) может либо отводить тепло от РЭА (охлаждение), либо подводить тепло к РЭА (нагревание).

Защита РЭА от тепловых воздействий осуществляется при помощи ряда мероприятий. Одним из основных является использование систем обеспечения теплового режима РЭА (СОТР). СОТР обычно предназначена для поддержания заданного в технических условиях (ТУ) диапазона температур на элементах РЭА, чтобы обеспечить её надёжность при определённых тепловых воздействиях и других специальных требований.

Медленно изменяющиеся тепловые воздействия характерны для радиоэлектронных комплексов, режим которых в значительной степени зависит от температуры окружающей среды. Медленные изменения внешних тепловых воздействий связаны с суточными и сезонными изменениями температуры окружающей среды в определённых климатических зонах нижних слоёв атмосферы, с физико-метеорологическими свойствами верхних слоёв атмосферы.

Изменение температуры окружающей среды является основным (первичным) фактором при оценке влияния условий эксплуатации на тепловой режим РЭА и конструкцию СОТР. Однако имеют место вторичные и третичные факторы при оценке влияния условий эксплуатации на тепловой режим РЭА и конструкцию СОТР.

Вторичными факторами являются: давление окружающей среды и среды внутри кожуха аппарата, наличие невесомости.

Третичными факторами являются: влажность, химический и биологический состав газа в окружающей среде, запылённость газа, воздействие солнечной и искусственной радиации, механические воздействия, изменение физико-химического состава охлаждающих жидкостей.

Расчёт теплового режима радиоэлектронных аппаратов рекомендуется проводить в три этапа.

На первом этапе определяются среднеповерхностные температуры платы с расположенными на них радиодеталями, кожуха и температура воздуха внутри радиоэлектронного аппарата.

На втором этапе, используя результаты первого этапа, определяются среднеповерхностные температуры корпусов элементов.

На третьем этапе определяются максимальные температуры критических зон элементов и их функциональные связи со среднеповерхностной температурой, как корпусов, так и плат.

В настоящее время наибольшее распространение получила весьма плодотворная схематизация процессов теплообмена в РЭА, предложенная Г.Н. Дульневым [3]. Сущность этого метода состоит в том, что плата (пакет плат, шасси) с радиоэлементами принимают за одно тело с изотермической поверхностью (нагретую зону), для которого и проводится тепловой расчёт теплового режима.

Опыт эксплуатации радиоэлектронной аппаратуры показывает, что при её конструировании не всегда обеспечивается оптимальный тепловой режим работы изделий электронной техники. Значительная часть отказов эксплуатируемой аппаратуры обусловлена тепловыми воздействиями на изделия. Эти воздействия объясняются также и результатом неправильной эксплуатации (более жёсткими условиями окружающей среды).

Влияние изменения температуры проявляется не только в изменении электрических параметров и характеристик изделий, но и в зависимости их надёжности от температуры.

Таким образом, при проектировании аппаратуры необходимо учитывать тепловые воздействия как один из факторов, влияющих на надёжность её работы.

Расчёт тепловых режимов элементов нельзя вести независимо от проектирования РЭА, так как эти вопросы тесно связаны между собой. Совсем не обязательно, чтобы конструктор был специалистом в области теплотехники. Однако он должен учитывать важность теплового расчёта и знать методику его проведения.

Согласно техническому заданию блок питания охлаждается принудительным воздушным охлаждением. Цель расчёта: определить температуры поверхностей субблоков изделия в работе и удостовериться, что они не превышают максимально допустимые температуры, установленные разработчиками (не более 80°С). В противном случае предпринять дополнительные меры по уменьшению перегрева субблоков.

Расчёт выполнен в соответствии с методикой Спокойного Ю.Е.

Где m₁ — коэффициент, учитывающий величину массового расхода охлаждающего воздуха, m₂ — коэффициент, учитывающий величину площади поперечного к направлению обдува сечения аппарата, m₃ — коэффициент, учитывающий длину аппарата в направлении обдува, m₄ — коэффициент, учитывающий заполнение аппарата.

Проведенный тепловой расчет подтвердил, что заданное принудительное воздушное охлаждение обеспечивает температуры поверхностей субблоков не выше указанных разработчиком.

3. Расчет на механические воздействия

Бурное развитие авиационной и ракетной техники привело к существенному изменению тактических и эксплуатационных характеристик летательных аппаратов. Возросли мощности двигателей, увеличились скорости полета и маневрировании, усложнились факторы механических, климатических и других видов воздействия. В процессе эксплуатации, транспортирования и хранения изделия могут испытывать те или иные механические воздействия, характеризуемые диапазоном частот колебаний, а также амплитудой, ускорением, временем действия.

Причинами механических воздействий могут быть вибрации движущихся частей двигателя, перегрузки при маневрировании, стартовые перегрузки, воздействие окружающей среды (ветер, волны, снежные лавины, землетрясения, обвалы), взрывные воздействия, небрежность обслуживающего персонала и т.д.

Качественно все виды механических воздействий можно разделит на вибрации, удары и линейные ускорения. Количественно все перегрузки можно охарактеризовать спектром гармонических частот и стационарностью процесса.

Устойчивость аппаратуры к механическим воздействиям характеризуется вибропрочностью, виброустойчивостью и удароустойчивостью. Вибропрочность связана с транспортировочной вибрацией (аппаратура выключена), а виброустойчивость — с эксплуатационной (аппаратура включена).

Вибропрочностью называется свойство конструкции противостоять разрушающему действию вибрации в заданном диапазоне частот и ускорений и продолжать выполнять свои функции после окончания воздействия вибрации. Для этого не должно происходить силовых и усталостных разрушений, соударений частей конструкции.

Виброустойчивостью называется свойство конструкции выполнять функции при воздействии вибрации и ударов в заданных диапазонах частот и ускорений.

Ударостойкость — способность противостоять возникающим при ударах силам и после их многократного воздействия сохранять тактико-технические характеристики в пределах нормы.

Удар — кратковременный процесс воздействия, длительность которого примерно равна двойному времени распространения ударной волны через объект.

Число отказов можно уменьшить следующим образом:

· виброизоляцией аппаратуры с помощью амортизаторов;

· обеспечением механической жесткости и прочности конструкции [5].

Расчет на механические воздействия

В этом разделе дипломного проекта необходимо рассчитать коэффициент запаса прочности для блока формирования команд и обмена информацией при воздействии на него механического удара одиночного действия силой 15g.

В блоке основная нагрузка приходится на четыре горизонтальных уголка каркаса выделенных зеленым цветом (смотри рис. 2.2.1). Так как уголки одинакового сечения и их длины между точками заделки также одинаковы, то можно считать, что вес блока равномерно распределяется между этими четырьмя уголками.

Собственный вес блока 23 кг, с учетом перегрузки от одиночного механического удара с ускорением 15 g сила, действующая на конструкцию равна:

F = 23 + 23*15 = 368 кг

На один угольник действует ј часть этой силы:

F₁ = F/4 = 368/4 = 92 кг

Так как нагрузка на уголки передается в точках крепления каркаса с субблоками, то на каждом уголке по две точки. Поэтому каждый угольник можно считать балкой работающей на изгиб от силы, возникающей при ударе.

Определим максимальный изгибающий момент:

Рассчитаем момент инерции одного уголка относительно нейтральной оси у.

Момент инерции равен сумме моментов инерции прямоугольников, на которые разбита фигура. Поэтому:

Найдем положение центра тяжести сечения. Статистический момент относительно нижнего края горизонтальной полки равен:

Площадь сечения равна:

Расстояние до центра тяжести от нижнего края горизонтальной полки равно:

Момент сопротивления сечения:

тепловой техника электронный продув

Напряжение которое испытывает уголок:

В литературе [6] допустимое напряжение при изгибе при воздействии пульсирующей нагрузки для стали 10 кп у_д = 1000 кг/см.

Коэффициент запаса по прочности:

Результат расчета показал, что разрабатываемый блок удовлетворяет заданным условиям по вибропрочности. Реально запас прочности будет еще больше за счет вертикальных уголков, входящих в состав каркаса блока.

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Расчёты показателей надёжности изделий электронной техники при заданных условиях. Защита микросхем от внешних дестабилизирующих факторов: температуры и влажности. Обеспечение теплового режима работы интегральных микросхем (гибридных и полупроводниковых).

курсовая работа [408,3 K], добавлен 19.03.2012

Создание радиоэлектронных аппаратов, расчет теплового режима. Выбор конструкции и расчет параметров радиатора. Коэффициент теплоотдачи радиатора. Расчет теплового режима блока. Выбор системы охлаждения. Зависимость перегрева корпуса от удельной мощности.

курсовая работа [1,9 M], добавлен 18.02.2013

Методика расчета теплового режима микроэлектронной аппаратуры (МЭА). Характеристика и способы передачи тепловой энергии, рассеиваемой в радиоэлектронном блоке. Анализ путей защиты блоков МЭА от механических воздействий при эксплуатации и транспортировке.

реферат [149,6 K], добавлен 19.09.2010

Расчет температуры корпуса и пакета плат одноблочной ЭВМ. Схема соединения тепловых сопротивлений. Способ монтажа микросхем на плате. Определение теплового сопротивления при передаче тепловой энергии (теплоты) кондукцией для микросхемы, способы улучшения.

лабораторная работа [695,1 K], добавлен 08.11.2012

Конструкция современной ЭВМ. Требования по условиям эксплуатации. Интегральные микросхемы, используемые в печатной плате. Разработка конструкции блока. Задачи компоновки и покрытия. Критерии оптимального размещения модулей. Расчет теплового режима.

курсовая работа [609,6 K], добавлен 16.08.2012

Источник