Защита от воздействия пыли и герметизация
Лекция №11. Защита от воздействия пыли и герметизация
Пыль – смесь твердых частиц малой массы, находящаяся в воздухе во взвешенном состоянии или медленно оседающая на поверхность предметов. Различают пыль естественную, образованную на поверхности Земли под влиянием Солнца, вулканов и т. д., и техническую, которая является следствием износа оборудования, обработки материалов, сжигания топлива и пр.
При относительной влажности воздуха выше 75 % и нормальной температуре наблюдается рост числа частиц пыли, их коагуляция, увеличивается вероятность притяжения пыли к неподвижным поверхностям. При низкой влажности частицы пыли электрически заряжаются. Как правило, неметаллическая пыль заряжается положительно, металлическая – отрицательно. Заряд частиц чаще всего возникает из-за трения.
Загрязненность воздуха пылью значительно снижает бесперебойную и надежную работу ЭА. Пыль, попадая в смазочные материалы и прилипая к скользящим поверхностям деталей электромеханических узлов, приводит к ускоренному их износу. Максимальную опасность представляют частицы величиной 1...40 мкм.
Под воздействием пыли изменяются параметры и характеристики магнитных лент, дискет, магнитных головок, царапается и приходит в негодность магнитный слой. Пыль в зазорах контактов препятствует замыканию контактов реле. Эти отказы контактов возникают из-за частиц пыли размером более 50 мкм. При частом переключении реле срабатывает эффект самоочистки контактов при их искрении.
Оседающая на поверхности некоторых металлов пыль опасна из-за своей гигроскопичности, поскольку уже при относительно небольшой влажности пыль существенно повышает скорость коррозии. Пыль, имеющая в своем составе электролит, поглощает влагу из воздуха, многократно усиливая коррозию. Пыль с поглощенными ею растворами кислот разрушает достаточно быстро даже очень хорошие краски. В тропических странах пыль часто является причиной роста плесени.
Слежавшаяся в процессе длительной эксплуатации на поверхности компонентов пыль снижает сопротивление изоляции, особенно в условиях повышенной влажности, приводит к появлению токов утечек между выводами, что очень опасно для микросхем с малыми расстояниями между выводами корпусов. Диэлектрическая проницаемость пыли выше диэлектрической проницаемости воздуха, что определяет завышение емкости между выводами компонентов и, как следствие, увеличение емкостных помех.
Оседающая в изделии пыль препятствует естественному движению воздуха, снижает эффективность охлаждения изделия, образует на поверхностях ПП, не защищенных лаковым покрытием, токопроводящие перемычки между проводниками.
Рекомендуемые материалы
Пыленепроницаемость ЭА или отдельных ее устройств может быть достигнута установкой их в герметичные корпуса (см. § 4.4). 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.
Влажность воздуха играет большую роль в борьбе с негативным влиянием воздействия пыли. С повышением относительной влажности выше 70 % пыль коагулирует, не поднимается слабыми движениями потоков воздуха и не прилипает на элементы конструкции. Поэтому рекомендуется регулярное влажное протирание полов в залах вычислительных центров, при этом моющие средства не должны выделять паров, которые могут вызывать коррозию металлов.
Для устранения проникновения загрязненного воздуха из других помещений в машинных залах вычислительных центров создается избыточное давление в 1... 1,5 мм рт.ст. Используемые в помещениях строительные, отделочные, шумопоглощающие и изоляционные материалы не должны создавать пыль. Для предотвращения попадания в помещения запыленного воздуха с улицы оконные проемы должны быть герметичными.
Герметизация ЭА
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. Компаундом называется композиция на основе органических (смол, битумов, масел) или неорганических (алюмофосфатов, металлометафосфатов) веществ. 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. Широко применяются упругие уплотнительные прокладки, устанавливаемые между крышкой и корпусом (рис. 4.13). При поджатии они уплотняют стык корпуса с крышкой. Утечка газа через уплотнение при сжатии прокладки на 25...30 % от ее первоначальной высоты происходит только за счет диффузии. Большие усилия при сжатии не рекомендуются, поскольку из-за интенсивного старения прокладка быстро выходит из строя. Форма поперечного сечения прокладки может быть различной. Прямоугольные прокладки просты в изготовлении, легки в использовании, способны обеспечить воздушную герметизацию габаритных изделий, но не защищают их от воздействий водяных паров. Давление между крышкой и корпусом получается низким, поскольку прокладка легко деформируется под воздействием стяжных винтов 3.
В качестве материала прокладок используют резину, обладающую высокой эластичностью, податливостью и способностью проникать в мельчайшие углубления и неровности. Большие крышки требуют высокой жесткости и большого числа стяжных винтов с мелкой резьбой и для надежной герметизации изготавливаются на токарных станках.
Влага со временем проникает через все органические материалы, поэтому изделия с прокладками из органических материалов обеспечивают защиту от водяных паров лишь на протяжении нескольких недель.
При эксплуатации аппаратуры в условиях сверхнизкого вакуума, больших давлений, высоких температур органические материалы применять запрещается, рекомендуется использовать металлы, керамику, стекло. Необходимо помнить, что источниками влаги могут оказаться литые конструкции и конструкции, полученные экструзией, из-за пористости их поверхности. В порах скапливается влага, грязь, жиры и проникают в герметизируемые объемы. Чтобы этого не происходило, подобные конструкции в вакууме пропитывают эпоксидной смолой.
Если температура внутри герметизируемых изделий ниже температуры окружающей среды, то при высокой влажности внутри изделия влага будет конденсироваться, вызывая отказы. Вертикальной ориентацией плат и электрических соединителей обеспечиваются естественные пути отвода влаги в поддон изделия. Чтобы с конструкции легко скатывалась влага, поверхность ее должна быть гладкой. Избежать ловушек влаги, например, в углах несущих конструкций, где горизонтально ориентированные элементы конструкции сочленяются с вертикальными, можно выполнением отверстий диаметром 5...7 мм. Влага из поддона сливается, либо испаряется.
Постоянства относительной влажности в определенных пределах внутри герметичного аппарата можно добиться введением внутрь изделия веществ, активно поглощающих влагу. Подобными веществами являются силикагель, хлористый кальций, фосфорный ангидрид. Однако они впитывают влагу до определенного предела. Например, силикагель поглощает около 10 % влаги от своей сухой массы. При этом относительная влажность внутри аппаратуры не превышает 80 %.
Рис.2.2. Герметизация паяным швом и проволокой:
1 — корпус; 2 — прокладка; 3 — проволока; 4 — припой; 5 — крышка
В особых случаях в качестве материалов прокладок применяют медь и нержавеющую сталь с алюминиевым или индиевым покрытием. Такие прокладки чаще всего выполняются трубчатыми с внешним диаметром 2...3 мм при толщине стенок 0,1...0,15 мм. Усилие поджатия при герметизации металлическими прокладками составляет 20...30 кг на 1 см длины прокладки. Желобок в крышке и корпусе изделия в поперечном сечении должен быть в форме эллипса. При расчете герметизации определяется усилие поджатия прокладки, затем вычисляются усилия затягивания и количество стяжных винтов.
При жестких требованиях к герметичности герметизацию выполняют сваркой или пайкой (рис. 2.2) по всему периметру корпуса. Конструкция корпуса изделия должна допускать неоднократное выполнение операций разгерметизации/герметизации. В углубление корпуса 1 устанавливается прокладка 2 из жаростойкой резины, на которую укладывается стальная луженая проволока 3. Проволока по контуру изделия припаивается к корпусу, образуя шов. Свободный конец проволоки в виде отвода фиксируется в пазу на крышке 5. При разгерметизации изделия шов нагревают и припой вместе с проволокой легко удаляется. Повторную герметизацию можно осуществлять многократно. Резиновая прокладка предохраняет изделие от перегрева при пайке шва. Ширина прокладки на 0,2...0,3 мм больше ширины зазора между крышкой и корпусом. Диаметр проволоки должен быть меньше ширины зазора между крышкой и корпусом на 0,1 ...0,2 мм.
При герметизации внутренний объем герметизируемой аппаратуры заполняется инертным газом (аргоном или азотом) с небольшим избыточным давлением. Поскольку атмосфера Земли в большинстве своем содержит азот, то при заполнении герметизируемого изделия сухим азотом свойства газа внутри изделия будут практически подобны свойствам воздуха. Закачка газа внутрь корпуса осуществляется через трубки-клапаны.
а о в
Рис. 2.3. Трубки-клапаны откачки воздуха: / — трубка-клапан; 2 — корпус;
3 — сварной шов; 4 — компаунд; 5 — винт
Входные и выходные трубки-клапаны следует размещать на противоположных сторонах корпуса. Продувка азотом обеспечивает очистку полости корпуса от водяных паров. Трубки-клапаны привариваются к корпусу или заливаются компаундом (рис. 2.3, а, б), затем защемляются. Защемленная часть трубки при разгерметизации изделия срезается и при необходимости повторно защемляется. Более удобна герметизация винтом 5 с острой кромкой, врезающейся при заворачивании в мягкий материал трубки-клапана (рис. 2.3, в).
Элементы управления и индикации герметизируются резиновыми чехлами, мембранами, электрические соединители — установкой на прокладки (рис. 2.4, а), заливкой компаундами (см. рис. 2.4, б), выходы жгутов — резиновыми зажимными шайбами (см. рис. 2.4, в).
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.
Информация в лекции "13. Принципы экстремумов в термодинамике" поможет Вам.
