Внешние факторы, влияющие на работоспособность эа

Лекция №5. Внешние факторы, влияющие на работоспособность ЭА. Часть 1.

Условия эксплуатации ЭА и систем характеризуется комплексом параметров, называемых внешними воздействующими факторами, которые имеют различную физико-химическую природу и изменяются в широких пределах. Эти факторы принято разделять на климатические, механические и радиационные.

К климатическим факторам относят: изменение температуры и влажности окружающей среды; тепловой удар; изменение атмосферного давления; наличие движущихся потоков пыли или песка; присутствие активных веществ в окружающей атмосфере; наличие солнечного облучения, грибковых образований (плесень), микроорганизмов, насекомых, грызунов; взрывоопасной и легковоспламеняющейся атмосферы; дождя и брызг; присутствие в окружающей среде озона.

Нормальными климатическими условиями являются: температура +25±10°С, относительная влажность 45-80%, атмосферное давление 8,3-10,6 ×10⁴ Па (630-800 мм рт. ст.), отсутствие активных веществ в окружающей атмосфере.

Совокупность воздействующих на конструкцию ЭА отдельных климатических факторов и их характеристики определяются той климатической зоной, в которой она эксплуатируется. Весь земной шар поделен на семь климатических зон, климат которых определяется как очень холодный, холодный, умеренный, тропический влажный, тропический сухой, умеренно холодный морской и тропический морской.

Очень холодный регион располагается в Антарктиде. Средняя минимальная температура –60°С. Рекордно низкая температура –88,3°С. Характерной особенностью этого региона является сочетание низких температур с сильными ветрами.

В холодную зону включены большая часть России и Канады, Аляска, Гренландия. Средняя минимальная температура –50°С. Годовой перепад температур для этого некоторых районов составляет 80°С. Особенностью этой климатической зоны является наличие высокой прозрачности атмосферы, что благоприятно для ионизации воздуха и, как следствие, накоплению на поверхности аппаратуры статического электричества. Характерным также является обледенение, иней, ветер с мелкой снежной пылью.

В умеренный климатический регион включены часть территории России, большая часть Европы, США, прибрежные территории Австралии, Южной Африки и Южной Америки. Для него характерно годовое изменение температур от –35°С до +35°С, образование инея, выпадение росы, наличие тумана, изменение давления воздуха от 86 до 106 кПа.

Рекомендуемые материалы

Влажная тропическая зона располагается вблизи экватора и включает большую часть Центральной и Южной Америки, среднюю часть Африки, юг Индии, Индонезию, часть Юго-Восточной Азии. Для этой зоны характерны среднегодовые температуры +20°С +25°С с перепадом температуры за сутки не более 10°С. Высокая влажность и повышенная концентрация солей, особенно вблизи морей и океанов, делает эту зону коррозионно-агрессивной. В промышленных районах в атмосфере содержится сернистый газ и хлориды. Благоприятное сочетание температуры и влажности способствует существованию более 10000 видов плесневых грибов.

К зоне с сухим тропическим климатом относят северную часть Африки, центральную Австралию, засушливые районы Средней Азии, Аравийский полуостров, часть Северной Америки. Этот регион характеризуется высокими температурами до +55°С, низкой влажностью, интенсивным солнечным излучением до 1500 Вт/м², высоким содержанием пыли и песка в атмосфере, что способствует разрушающему абразивному и химическому воздействию на аппаратуру.

Умеренно холодная морская зона включает моря, океаны и прибрежные территории расположенные севернее 30° северной широты и южнее 30° южной широты. Остальная часть морей, океанов и прибрежных территорий относится к тропической морской зоне. Климат морских зон отличается сравнительно небольшими суточными перепадами температур, наличием высокой влажности и значительной концентрацией хлоридов в атмосфере.

Повышенные и пониженные температуры влияют на место установки ЭА, расположение источников внешнего нагрева, выделение тепла активными элементами внутри ЭА и суточным изменением температуры окружающей среды. Так как электрические параметры микросхем и ЭРЭ температурозависимы, необходимо, чтобы температура нагрева наиболее чувствительных к окружающей температуре элементов находилось в допустимых для этих элементов пределах. Кроме того, многие конструктивные материалы при высоких температурах испытывают структурные изменения (тепловое старение материалов).

Работоспособность ЭА определяется допустимым температурным диапазоном работы, в котором ЭА должна выполнять заданные функции в рабочем состоянии. Для исключения выхода из строя ЭА в процессе хранения и транспортировки в выключенном состоянии необходимо, чтобы она выдерживала температуры, больше допустимого диапазона. Эти температуры называются предельными и характеризуют тепло- и холодостойкость конструкции ЭА.

Тепловой удар характеризуется резким изменением температуры окружающей среды. При этом время изменения температуры исчисляется минутами, а ее перепад десятками градусов. Наиболее сильно тепловой удар проявляется в элементах конструкции, где имеются локальные механические напряжения, способствует образованию микротрещин, их росту и объединению.

Влажность – один из наиболее агрессивных факторов, проявляющий себя при погружении аппаратуры в воду, воздействии капель дождя и брызг, водяных паров, образовании росы и инея с последующим оттаиванием. Влажность способствует коррозии металлов, старению неметаллов, изменению электроизоляционных характеристик изоляторов.

Вода, содержащаяся в атмосфере, всегда загрязнена активными веществами – углекислыми и сернистыми солями кальция, магния, железа, хлористым кальцием, газами – что еще более способствует развитию коррозии.

Выпадение росы на поверхность аппаратуры происходит при определенной температуре (точка росы), значение которой зависит от относительной влажности атмосферы:

Пониженное и повышенное давление окружающей среды зависит от высоты над уровнем моря. На рисунке 5 приведен график изменения атмосферного давления от высоты над уровнем моря. На границе между тропосферой и стратосферой (16 км) давление воздуха равно примерно 10 кПа. Содержание влаги в атмосфере с ростом высоты также уменьшается.

Вам также может быть полезна лекция "12 Правомерное поведение".

Рис. 5. Зависимость давления воздуха от высоты над уровнем моря.

Изменение температуры с ростом высоты происходит по более сложному закону. В тропосфере (10 км в полярных широтах и 18 км на экваторе) температура убывает в среднем на 6° на каждый километр. При снижении давления ухудшается отвод тепла конвективным теплообменом, уменьшается электрическая прочность воздуха, что приводит к ионизации воздуха и образованию химически активных ионов. Повышенное атмосферное давление оказывает механическое воздействие (расплющивание) на элементы конструкции ЭА.

Пыль и песок, содержащиеся в атмосфере, оседая на поверхности деталей ЭА, может вызвать неисправности. Пыль содержит углекислые и сернокислые соли и хлориды, которые при взаимодействии с влагой укоряет процессы коррозии. Кроме того, пыль способствует утечке зарядов и может вызвать электрический пробой между контактами с высоким напряжением.

К активным веществам в окружающей атмосфере относят сернистый газ, хлористые соли, пары кислот, щелочей и др. Различают три типа атмосферы: атмосфера сельской местности (сернистый газ не более 0,02мг/м³), атмосфера промышленного района (сернистый газ не более 0,02мг/м³, хлористые соли 0,3 мг/м³), морская атмосфера (хлористые соли 2-2000 мг/м³).

При солнечном облучении спектр энергии состоит из трех составляющих: ультрафиолетовая часть (длина волны менее 390×10^-10 м), видимая часть (длина волны 390×10^-10–760×10^-10 м), инфракрасная часть (длина волны более 760×10^-10м).        

Грибковые образования (плесень) относят к низшим растениям, в процессе своей жизни они выделяют лимонную, уксусную и щавелевую кислоты под действием которых изменяются характеристики многих материалов. Активно поглощая воду они способствуют процессу коррозии, ухудшают электроизоляцию. Идеальные условия для развития грибков: температура 25-35°С, относительная влажность 80-100%, неподвижность воздуха, отсутствие света (особенно ультрафиолетового и инфракрасного излучения).