Разработка устройства контроля радиоактивных дымов

Фольга на стороне деталей  используется в качестве общего провода. С печатным проводником на противоположной  стороне платы её соединяют проволочной  перемычкой, пропущенной через отверстие, показанное на чертеже двумя концентрическими окружностями.

Во избежание замыканий  с выводами деталей фольгу вокруг отверстий под них (в виде концентрических  кружков диаметром 2...2,5 мм) удаляют  травлением. Защитный поясок шириной 1...1,5 мм необходимо предусмотреть и вокруг отверстия под выводы оксидного  конденсатора С5.

Места пайки выводов деталей  к фольге показаны чёрными квадратами (подлежащие соединению с общим проводом выводы микросхем предварительно изгибают).

Отверстия диаметром 2,6 мм предназначены  для винтов крепления платы.

 

4.Разработка компоновки  блока и выбора способа монтажа.

На этапе компоновки определяется форма и габаритные размеры всего  аппарата, а также взаимное расположение отдельных узлов, деталей и блоков. От качества компоновки в значительной мере зависят технические, технологические  и эксплуатационные характеристики изделия, а также его надежность и ремонтопригодность.

Необходимо найти такие  компоновочные решения, которые  удовлетворяют следующим требованиям:

а) между отдельными деталями, узлами и блоками должны отсутствовать  заметные паразитные электрические  взаимосвязи, влияющие на технические  характеристики изделия: тепловые и  механические влияния элементов  конструкции не должны значительно  ухудшать их технические характеристики;

б) взаимное расположение элементов  конструкции должно обеспечить технологичность  сборки и монтажа с учетом использования  автоматов и полуавтоматов, легкий доступ к деталям для контроля, ремонта и обслуживания;

в) расположения и конструкция  органов должны обеспечивать максимальные удобства для оператора;

г) изделие должно удовлетворять  требованиям технической эстетики;

д) габариты и масса изделия  должны быть минимальными.

Габариты и масса изделия  в значительной мере зависят от принятых схемных решений и используемых радиоэлементов.

Мерой эффективности мероприятий  по уменьшению габаритов аппаратуры является плотность монтажа - среднее  количество элементов, умещающееся  в единице объема.

Удовлетворение всех требований одновременно в большинстве случаев  не возможно. Следовательно, процесс  компоновки сводится к нахождению оптимальных  решений.

Несущей конструкцией электронного прибора является элемент или  совокупность элементов конструкции, предназначенная для размещения составных частей аппаратуры и обеспечения  их устойчивости к воздействиям в  заданных условиях эксплуатации. Несущие  конструкции обеспечивают:  

- возможность конструировать  аппаратуру с использованием  модульного принципа;

- высокий уровень миниатюризации  аппаратуры, высокую надежность, технологичность  конструкции; 

• нормальный тепловой режим аппаратуры;

-    при необходимости  защиту аппаратуры от воздействия  вибрации и ударов, от действия  воздуха с повышенной влажностью  и от изменения давления окружающей  среды, от действия проникающей  радиации;

• электромагнитное экранирование аппаратуры;

-  безопасные условия  для обслуживающего персонала  и высокие эргономические характеристики.

Существует ряд видов  компоновки, каждая из которой имеет  свои преимущества и недостатки. Наиболее широко используемыми являются аналитическая, модельная, аппликационная и графические  компоновки. Компоновочный расчет будем  проводить по аналитической компоновке. Аналитическую компоновку производят на начальных этапах проектирования аппаратуры с целью получения обобщенных характеристик, на основании которых складывается первое представление о некоторых конструктивных параметрах издел.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.Конструкторские  расчеты.

5.1 Компоновочный расчет

Существующие методы расчёта  показателей надёжности РЭУ различаются  степенью точности учёта электрического режима и условий эксплуатации элементов. При ориентировочном расчёте  этот учёт выполняется приближенно, с помощью обобщенных эксплуатационных коэффициентов. Значения этих коэффициентов  зависят от вида РЭУ и условий  эксплуатации.

Ориентировочный расчёт выполняется  на начальных стадиях проектирования РЭУ, когда ещё не выбраны типы и эксплуатационные характеристики элементов, не спроектирована конструкция  и, естественно, отсутствуют результаты конструкторских расчётов.

Ориентировочный расчет выполняют  для периода нормальной эксплуатации РЭУ, т.е. для периода, когда общая  интенсивность отказа устройства примерно постоянна во времени. В этом случае для определения интенсивности  отказов РЭУ пользуются значениями интенсивностей отказов элементов. Общая интенсивность отказов РЭУ определяется путем простого суммирования последних.

При ориентировочном расчете  пользуются следующими допущениями (предпосылками):

• отказы элементов случайны и независимы;
• для элементов РЭУ справедлив экспоненциальный закон

надежности;

• принимаются во внимание только внезапные отказы, т.е., вероятность с точки зрения отсутствия отказов равна единице;
• учитываются не только элементы электрической схемы, а также монтажные соединения, если вид соединений заранее

определен;

- учет электрического режима и условий эксплуатации

элементов выполняется приближенно.

Последовательность ориентировочного расчета;

1) на основе анализа электрической схемы РЭУ формируются группы однотипных элементов.

Признаком объединения элементов  в одну группу является функциональное назначение элемента и, в определенной степени, эксплуатационная электрическая характеристика. Например, маломощные транзисторы объединяют в одну группу, мощные -в другую и т.д.

Монтажные соединения составляют отдельную группу. Если вид монтажа (печатный, объемный) определен заранее, то отдельную группу составляют также  несущие конструкции (печатная плата и т.д.). Отдельную группу составляют также точки паек (в дальнейшем - пайки);

2. для элементов каждой группы по справочникам (ТУ, каталогам и т.п.) определяется среднегрупповое значение интенсивности отказов, приведено в таблице №1.1 компоновочный расчет.

 

 

 

 

 

 

 

Таблица №1.2 Компоновочный расчет.

№ гр.	Наминов. элементов		Кол-во	Кн	Кт
1	Резистор МЛТ	0,044	7	0,5	1,1	0,169
2	Конденсатор КД-2	0,022	5		1,1	0,08
3	Транзистор полевой Кп504а	0,044	1	0,7	1,1	0,038
4	Микросхема цифровая	0,023	9	0,5	1,1	0,15
5	Звукоизлучатель Рк-21n30pm	0,023	1	0,7	1,1	0,012
6	Конденсатор	0,173	1	0,5	1,1	0,13
7	Соединительные разъемы	0,041	1	0,7	1,1	0,315
8	Пайка	0,02	77	0,5	1,1	0,85

 

3) подсчитывается значение  суммарной интенсивности отказов  элементов устройства

∑λ=_,                                        (1)

где  λ_oj – среднегрупповое значение интенсивности отказов                                                          элементов j-й группы, найденное с использованием справочников

∑λ=1.627*10^-6

 

4) с использованием гипотезы об экспоненциальном законе надёжности подсчитывают другие показатели надёжности: 

наработка на отказ 

                                  
                                                 (2)

_{^{= 6 146 ч}} 

 

 

вероятность безотказной  работы за заданное время t_з (1000ч)

P_∑ (Т_з)=                                             (3)

P_∑ (Т_з)= =0,162

 

Среднее время безотказной работы устройства (средняя наработка на отказ)

Тср=То                                               (4)

Тср= 6146                                             

  Вывод: как видно из приведенного расчета, среднее время безотказной работы устройства не выходит за рамки нормы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.2 Расчет теплового режима  блоков РЭС в герметичном корпусе

Для охлаждения устройства выберем естественное воздушное  охлаждение в перфорированном или  герметичном корпусе, и определим  его тепловой режим.

Исходные данные для расчёта следующие:

1. Суммарная мощность рассеивания Р – 1.2 Вт;
2. Коэффициент заполнения по объёму – 0,5;
3. Размеры блока: длина l – 0,07 м.

ширина b – 0,027 м.

высота h – 0,03 м.

4. Давление окружающей среды Н₁ – 101325 Па;
5. Давление внутри блока Н₂ – 101325 Па;
6. Температура окружающей среды t°_ОС – 30° С;
7. Допустимая температура корпуса, наименее теплостойкого элемента t°_ДОП – 40° С.

 

Расчёт проводим по следующей  методике:

1. Рассчитывается поверхность  корпуса блока:

 

S_к = 2[L1*L2 + (L1 + L2) * L3],   (1)

где L1 и L2 – горизонтальные размеры блока, м.;

L3 – вертикальный размер, м.

 

S_к = 2[0,027 * 0,07 + (0,022 + 0,07) * 0,03] =0,0096 м²

 

2. Определяется условная  поверхность нагретой зоны:

 

S_З = 2[L1*L2 + (L1 + L2) * (L3 * К_З)],  (2)

где К_З – коэффициент заполнения корпуса блока по объёму.

 

S_З = 2[0,027 * 0,0,07 + (0,027 + 0,07) * 0,03* 0,5] = 0,0065 м² 

 

3. Определяется удельная  мощность корпуса блока:

 

                                            ,   0,14                                      (3)

где Р – мощность, рассеиваемая в блоке.

 

 

4. Определяется удельная  мощность нагретой зоны:

 

,     (4)

 

5. Находим  коэффициент θ₁ в зависимости от удельной мощности корпуса блока:

 

θ₁ = 0,1472*q_K – 0.2962*10^-3* q_K² + 0.3127*10^-6* q_K³ ,  (5)

 

θ₁ = 0,1472 * 125 – 0.2962 * 10^-3 * 125² + 0.3127 *10^-6 * 125³ = 4,6

 

6. Находим  коэффициент θ₂ в зависимости от удельной мощности нагретой зоны:

 

θ₂ = 0,139 * q_З – 0.1223*10^-3 * q_З² + 0.0698*10^-6 * q_З³ ,  (6)

 

θ₂ = 0,139 * 184,6 – 0.1223 * 10^-3  * 184,6² + 0.0698 * 10^-6  * 184,6 ³ = 8,7

 

7. Находим  коэффициент К_Н1 в зависимости от давления среды вне корпуса блока Н₁:

 

,   (7)

 

8. Находим  коэффициент К_Н2 в зависимости от давления среды внутри корпуса блока Н₂:

 

,   (8)

 

 

 

 

9. Определяем  перегрев корпуса блока:

 

θ_К1 = θ₁ * К_Н1,    (9)

 

θ_К1 = 4,6 * 0,99 = 4,55

 

10. Рассчитываем  перегрев нагретой зоны:

 

θ₃ = θ_К1 + (θ₂ - θ₁) * К_Н1,      (10)

 

θ₃ = 4,6+ (8,7 – 4,6) * 0,99 = 8,65

 

11. Определяем  средний перегрев воздуха в  блоке:

 

θ_в = 0,5 * (θ_К1 + θ₃),   (11)

 

θ_в = 0,5 * (4,55 + 8,65) = 6,6

 

12. Определяется  удельная мощность нагруженного  элемента:

 

,    (12)

 

где Р_ЭЛ – мощность, рассеиваемая элементом;

S_ЭЛ – площадь поверхности элемента омываемая воздухом.

 

 

13. Рассчитывается  перегрев поверхности элементов:

 

,   (13)

 

14. Рассчитывается  перегрев среды, окружающей элемент:

 

,   (14)

15. Определяем  температуру корпуса блока:

 

Т_к = θ_К + Т_С ,                (15)

 

Т_к = 6,2  + 303 =309,8К

 

16. Определяется  температура нагретой зоны:

 

Т₃ = θ₃ + Т_С ,    (16)

 

Т₃ = 7,6 + 303 = 310.6K

 

17. Находим  температуру поверхности элемента:

 

Т_ЭЛ = θ_ЭЛ + Т_С ,    (17)

 

Т_ЭЛ = 35,9  + 303=338.9K

 

18. Находим  среднюю температуру воздуха  в блоке:

 

Т_В = θ_В + Т_С ,    (18)

 

Т_В = 6,9 + 303=309.9K