Автоматизоване управління системою тестування працездатності радіоелектронних пристроїв

курсовая работа

2.5 Розрахунок надійності та теплового режиму

Радіоелектронний апарат в теплофізичних відношеннях являє собою складну систему з великою кількістю джерел тепла. Через практичну неможливість не тільки рішення, але і складання повної системи рівнянь теплообміну доводиться процеси, що відбуваються в радіоелектронній апаратурі, схематизувати, приймаючи ряд спрощувань. У результаті отримують теплову модель апарату, для якої і проводять розрахунок теплового режиму [8].

Визначальними параметрами для розрахунку теплового режиму ПУ в герметичному корпусі є питомі потужності розсіювання блоку пристрою в цілому і нагрітої зони і відповідно:

(2.6)

, (2.7)

де - потужність, яка розсіюється апаратом(= 0,01 Вт), - площа поверхні корпусу, - умовна поверхня нагрітої зони.

, (2.8)

, (2.9)

де - площа підставки апарату; - площа бічної поверхні; - коефіцієнт заповнення обсягу.

= (0.09*2+0.044)=0,17,

=(0.09*2+0.044*0,38)=0,127.

Підставляючи знайдені значення в (2.6) та (2.7) знаходимо:

,

.

Визначаємо температуру у пристрої:

, (2.8)

температуру корпусу пристрою:

. (2.9)

Отримані оцінки (2.8), (2.9) порівнюємо із італонними. Жоден з елементів перегріватися не буде.

У залежності від стадії розробки виробу та повноти обліку факторів, що впливають на показники надійності, розрізняють орієнтовну, повну і остаточну оцінки надійності[9].

Існують наступні методи попередження відмов:

- забезпечення механічної міцності:

1) при компонуванні слід прагнути розмістити важкі елементи у нижній частині пристрою;

2) взаємне розміщення різних за масою елементів має бути таким, щоб центр ваги пристрою був би ближче до вертикальної осі симетрії, а якщо такої немає, то до вертикальної площини симетрії;

3) чутливі до ударів і вібрацій елементи необхідно орієнтувати уздовж передбачуваних напрямів дії механічних навантажень;

4) мінімальні зазори між окремими елементами і конструктивно-функціональними вузлами в напрямку ударних і вібраційних навантажень повинні обиратися з урахуванням можливих деформацій та переміщень;

5) при необхідності забезпечення локальної віброізоляції застосовуються амортизатори.

- забезпечення нормального теплового режиму (початковий етап):

1) проводиться первісна оцінка теплового режиму розроблюваного пристрою, для чого обчислюється сумарна розсіюча потужність від усіх елементів конструкції і знаходиться питома щільність теплового потоку, що виходить від поверхні тривало працюючого обладнання;

2) обирається тип кожуха (герметичного, перфорованого, з фланцями витяжної системи примусового охолодження чи іншими рішеннями), уточнюються розміри корпусу;

3) обирається оптимальний або раціональний тип системи охолодження при найгіршому варіанті впливу навколишнього температури.

- забезпечення нормального теплового режиму (оптимізаційні дії):

1) всі компоненти з малим рівнем теплового навантаження слід розташовувати рівномірно по всій площі;

2) теплочутливі елементи слід розташовувати нижче теплонавантаженого, щоб вони не потрапляли в вихідні теплові потоки від нагрітих тіл, і додатково не нагрівалися;

3) всі теплонавантажені елементи доцільно розташовувати разом і застосовувати для них окремі групові заходи охолодження (теплові труби, радіатори, вентилятори, електротермоохладителі);

4) для досягнення найкращого кондуктивного теплопроцесу нагріті деталі слід монтуваті на масивних теплопровідніх елементах конструкції, для забезпечення ефективної конвекції конструктивно-функціональні вузли слід орієнтувати вертикально, витримуючи необхідні зазори між вузлами і корпусними елементами;

5) для захисту термочутливих елементів від потоків тепла слід застосовувати захисні теплові екрани з полірованих матеріалів;

6) при використанні примусового повітряного охолодження слід приділити увагу заходам зі зниження аеродинамічного опору конструкції повітроводів і раціонального вибору вентилятора.

При розробці технічного завдання, коли ще не зовсім ясні конструктивні форми втілюваного виробу, можна обгрунтовано призначити норми надійності на виріб на основі досягнутих показників надійності в прототипах. Як прототип обирається обєкт, аналогічний за призначенням і принципом дії. Норми його надійності обираються за вихідні і уточнюються для системи, що розробляється з урахуванням пропонованих до неї вимог, умов експлуатації, профілактичного обслуговування і ремонтів (якщо такі допускаються), кваліфікації обслуговуючого персоналу, рівнів технічного оснащенння і технології підприємства-виробника.

Якщо прототипу не існує, то норми його надійності просто призначають, грунтуючись на накопиченому досвіді, а потім на основі спрощених розрахунків перевіряють їх правомірність і реалізованість.

Вихідними даними для розрахунку є:

- необхідна ймовірність безвідмовної роботи Р (t);

- середній час роботи;

- допустима інтенсивність відмов;

- кількість компонентів для розрахунку N.

Оцінимо середній час безвідмовної роботи та ймовірність безвідмовної роботи протягом терміну напрацювання. Проведемо розбивку компонентів на групи. Результати приведені в табл. 2.2.

Таблиця 2.2 - Інтенсивності відмов компонентів ПУ

Тип компонента

Кількість компонентів

Інтенсивність відмов

Діоди

1

0.2

Мікросхеми

4

0.05

Резистори

36

0.004

Розєми

2

0.6

Резонатор кварцовий

1

0,01

Світлодіоди

30

0,02

При відомих значеннях інтенсивності відмов груп елементів, ймовірність безвідмовної роботи визначається за формулою:

, (2.12)

де - інтенсивність відмов i-го вузла яка дорівню:

. (2.13)

При орієнтовних оцінках надійності особливості експлуатації враховуються за допомогою поправочних коефіцієнтів наступним чином:

, (2.12)

де - інтенсивність відмов елементів при лабораторних умовах роботи.

Поправочний коефіцієнт знаходиться так:

. (2.13)

Його значення завжди більше одиниці. Фізично він характеризує той факт, що при експлуатації апаратури в реальних умовах (що визначаються її призначенням) відмов у ній може бути в десятки і сотні разів більше, ніж при її роботі в лабораторних умовах. Коефіцієнт враховує вплив на апаратуру механічних факторів (вібрації, ударних навантажень), - кліматичних (температура, вологість), - умови при зниженому атмосферному тиску.

За формулою (2.19) визначаємо інтенсивності відмов для груп компонентів:

,

,

,

,

,

.

Визначимо інтенсивність відмов пристрою управління:

Визначимо середній час безвідмовної роботи:

Згідно технічних вимог ПУ автоматізованої системи тестування має напрацювання на відмову не менш 10000ч.

Визначимо вірогідність безвідмовної роботи пристрою:

. (2.14)

Імовірність безвідмовної роботи Р (t) і середній час безвідмовної роботи відповідно рівні:

, (2.15)

. (2.16)

Значення поправочних коефіцієнтів для різних електро-радіо-елементів наведені в табл 2.3.

Таблиця 2.3 - Поправочні коефіцієнти

Найменування виробу

t

Коефіцієнт навантаження

0.2

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

1.0

Транзистори кремнієві

20

40

60

0,16

0,17

0,19

0,20

0,23

0,26

0,35

0,40

0,50

0,43

0,51

0,61

0,52

0,59

0,71

0,63

0,72

0,85

Діоди кремніеві

20

40

60

0,77

0,92

1,04

0,79

0,94

1,11

0,81

0,97

1,16

0,83

1,00

1,22

0,85

1,04

1,30

0,88

1,08

1,39

Конденсатори

20

40

60

0,08

0,09

0,12

0,11

0,13

0,20

0,22

0,28

0,45

0,27

0,35

0,62

Резистори непроволочні

20

40

60

0,20

0,33

0,47

0,35

0,51

0,67

0,42

0,60

0,82

0,50

0,76

1,08

0,60

0,94

1,43

0,72

1,11

1,70

1,00

1,71

2,81

Дані формули враховують реальні умови експлуатації апаратури.

Проведемо оцінку коефіцієнтом навантаження компонентів.

Резистори. Гранична потужність застосовуваних резисторів Вт. Абсолютний межа коефіцієнта навантаження складає [10]:

Конденсатори планарні керамічні. Робоча напруга =100В. Коефіцієнт навантаження конденсаторів [11]:

Конденсатор електролітичний. Максимальна напруга застосовуваного конденсатора =16В. Коефіцієнт навантаження складає:

Діоди. Максимально допустимий постійний прямий струм застосовуваних діодів становить =50мА. Діоди використовуються як випрямлення. Максимальний споживаний струм =1.5мА. Коефіцієнт навантаження діодів дорівнює:

При конструюванні ПУ автоматізованої системи тестування для кожної конкретної групи слід враховувати класифікаційні ознаки і специфічні вимоги, обумовлені в технічному завданні на розробку ПУ.

Система автоматизованоого управління могуть містити ланки, в яких залежність між вхідною u(t) і вихідною y(t) величинами має вигляд

y(t)=u(t-),

де - постійна величина, яка називається часом запізнення.

Такі ланки називають ланками запізнення, так як вони відтворюють зміни вхідної величини без відхилень, але з деяким постійним запізненням .

Передаточна функція ланки запізнення

Системи автоматизованого управління, які містять хоча б одну ланку запізнення, називаються системами з запізненнями. Структурна схема розроблюваної конструкції містить дві ланки запізнення.

Розглядаючи елементи конструкції як систему управління, можна виділити наступні ланки: Wпок(S) - передавальна функція ланки запізнення, яка відповідає за час запізнення на самих показчиках, Wобр(S) - передавальна функція ланки запізнення, яка відповідає за час, який витрачається на обробку інформації процесором. Кожна з ланок вносить у загальну передавальну функцію системи запізнення відповідно до поставлених задач.

Отримані данні :

- ланка запізнення показчиків та індикаторів - =0,04 с.;

- ланка запізнення обробки інформації процесором - =0,06 с.;

Тобто загальне запізнення роботи системи дорівнює: =0,1 с.

Делись добром ;)