Блок автоматизированного управления связью
Разработка системы управления коротковолнового радиопередатчика на основе элементной базы. Особенности радиоэлектронных устройств. Проектирование блока и функционального узла. Расчет надежности с учетом различных видов отказов и теплового режима.
Рубрика | Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника |
Вид | дипломная работа |
Язык | русский |
Дата добавления | 30.03.2015 |
Размер файла | 685,8 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/
Блок автоматизированного управления связью
Содержание
Введение
1. Анализ блока автоматизированного управления радиоэлектронных устройств
1.1 Особенности радиоэлектронных устройств
1.2 Анализ дестабилизирующих факторов, воздействующих на РЭУ
1.3 Проектирование блока
1.4 Проектирование функционального узла
2. Расчет параметров конструкций
2.1 Обобщенный расчет в условиях эксплуатации
2.2 Расчет надежности с учетом различных видов отказов
2.3 Расчет теплового режима
3. Технология конструкции блока
3.1 Определение технологичности блока
3.2 Разработка системы автоматизации
3.3 Безопасность при проектировании РЭС
Заключение
Список использованной литературы
Введение
Научно-технический прогресс, определяющий мощный объем общественного производства в значительной степени обусловлен внедрением электроники во все отрасли современной промышленности. Прогресс в области вычислительной техники и радиоэлектроники связан с достоинствами достижений в микроэлектронике, т.е. в создании схем малой, средней, большой и сверхбольшой степени интеграции. Появление микропроцессорных БИС позволило из-за их относительной дешевизны, малых габаритов, массы, мощности потребления и свойства программируемости функций решить проблему разработки малого числа БИС для большого числа применений, внедрить вычислительную технику в те отрасли промышленности, в которых она ранее не применялась.
В настоящее время разрабатывается все больше и больше устройств, основной функцией которых является управление работой различных систем и их отдельных частей. Такие устройства повышают точность и надежность системы в целом, т.к снижают влияние человеческого фактора. В случае применения устройств управления оператор лишь ведет визуальный контроль над работой устройства, а не участвует в непосредственном управлении системой. Это позволяет допускать к работе с оборудованием персонал, не нуждающийся в особо длительной подготовке, т.к. процессорное устройство берет на себя основную задачу по управлению системой. Нагрузка на оператора значительно снижается, что позволяет работать длительное время без необходимых продолжительных периодов отдыха.
Современной индустрией освоены и выпускаются множество типов микропроцессоров, благодаря которым обеспечиваются исключительные преимущества цифровых методов обработки информации. Достигнутый отечественной электронной промышленностью высокий уровень технологии элементной базы, средств вычислительной техники открывает широкие возможности по массовому созданию информационно-управляющих вычислительных систем с более современными техническими характеристиками.
В настоящее время все большее развитие получает применение микропроцессорной системы при управлении работой радиопередающего комплекса, т.к. современный радиопередающий комплекс представляет собой сложную систему, которая включает в себя устройства непосредственно выполняющие заданную функцию, а также устройства защиты и контроля которые обеспечивают бесперебойную работу системы. Управление такой системы представляет собой сложный процесс, выполнение которого вручную является трудновыполнимой задачей.
В соответствие с темой дипломной работы был проведен поиск в области устройств автоматизированного управления и контроля связи в приемопередающих радиоустройствах. С этой целью изучена научно-техническая информация: книги, журналы, доклады, отчеты, руководства по эксплуатации и другие материалы. Результатами поиска являются: устройство программного управления, устройство для контроля параметров, устройство передачи команд управления связью, система управления передающего комплекса, устройство контроля качества связи.
В рассмотренных работах каждое из устройств представляет собой аналог узлов входящих в блок управления. Отдельно взятая работа не имеет необходимой функциональности, чтобы заменить или быть аналогом всего блока. Рассматривая их в совокупности, несколько недостатков, характерных и для многих других систем управления радиопередающих устройств. Эти недостатки обусловлены очень жесткими требованиями к современным средствам связи, а именно высокое быстродействие, повышенная надежность и помехоустойчивость, очень высокие точные характеристики. В рассмотренных изделиях-аналогах для повышения точности измерения применяются такие решения, как устройства коррекции характеристик, автокалибровка и другие, однако они существенно снижают быстродействие и усложняют структуру схемы. Кроме того, измерения проводятся в основном на пониженной частоте, что приводит к усложнению аппаратуры с введением таких узлов, как смесители, синтезаторы, формирователи смешанной частоты. Эти недостатки приводят к необходимости разработки устройств с применением новых схемных решений, удовлетворяющих современным требованиям.
Задачей дипломной работы является разработка системы управления коротковолнового радиопередатчика на основе современной элементной базы.
Из выше сказанного можно сделать вывод, что существует потребность в изготовлении подобных систем управления.
1. Анализ блока автоматизированного управления радиоэлектронных устройств
1.1 Особенности радиоэлектронных устройств
В связи с возрастающей сложностью радиоэлектронного оборудования перед конструкторами встала задача создания более прочной, надежной и долговечной радиоаппаратуры.
Если при конструировании сложной аппаратуры не предусмотрены меры по увеличению надежности, то отказы в работе будут происходить часто и время, затрачиваемое на ремонт аппарата, станет большим. В результате может оказаться, что основную часть эксплуатационного времени аппарат будет находиться в ремонте.
Отказы аппарата могут быть постепенными и внезапными.
Постепенные отказы вызываются постепенным изменением параметров элементов схемы и конструкции. Например, при длительной эксплуатации радиоаппарата конденсаторы постепенно меняют емкость, что вызывает ухудшение одного из параметров, при котором аппарат перестает выполнять свои функции.
Внезапные отказы проявляются в виде скачкообразного изменения параметров аппарата. Причиной внезапного отказа может быть перегорание токопроводящего слоя резистора, пробой конденсатора и т.д.
Все изделия подразделяют на восстанавливаемые и не восстанавливаемые.
Восстанавливаемые - это такие изделия, работоспособность которых в случае возникновения отказа подлежит восстановлению. У невосстанавливаемых изделий отказы не устраняются. К числу невосстанавливаемых относят почти все радиокомпоненты (резисторы, конденсаторы, транзисторы, микросхемы и др.).
Надежность - это свойство изделия выполнять все заданные функции в определенных условиях эксплуатации при сохранении значений основных параметров в заранее установленных пределах. Надежность - это физическое свойство изделия, которое зависит от количества и качества входящих в него элементов, от условий, в которых оно эксплуатируется (чем выше температура окружающей среды, чем больше относительная влажность воздуха, перегрузки при вибрации и т.д., тем меньше надежность), и от ряда других причин.
Надежность в зависимости от назначения изделия может включать в себя такие понятия (свойства), как безотказность, ремонтопригодность, сохраняемость и другие в отдельности или в определенных сочетаниях, рассмотрим каждую из этих составляющих надежности.
Безотказность - свойство изделия сохранять работоспособность в течение некоторого времени.
Ремонтопригодность - свойство изделия, заключающееся в том, что изделие приспособлено: а) к предупреждению возможных причин возникновения отказа; б) к обнаружению причин возникшего отказа или повреждения; в) к устранению последствий возникшего отказа или повреждения путем ремонта.
Аппаратуру, которая удовлетворяет указанным требованиям, называют ремонтопригодной.
Сохраняемость - свойство изделия непрерывно находится в исправном состоянии при хранении или транспортировании.
Рассмотренные определения дают качественную характеристику надежности. Чтобы сравнивать различные типы изделий или экземпляры изделий одного и того же типа, необходимо иметь количественные характеристики надежности.
Одной из таких характеристик является вероятность безотказной работы изделия в течение заданного интервала времени:
Вероятность безотказной работы показывает, какая часть изделий будет работать исправно в течение заданного времени tp. Поясним смысл этой характеристики на примере. Допустим, что работает количество а изделий одного типа. В течение времени tp за ним ведется наблюдение и к концу его установлено, что b изделий работают исправно, а (а--b) вышли из строя. Тогда вероятность безотказной работы
(1.1)
В выражении (1.1) знак примерного равенства означает, что указанная характеристика аппаратуры (как и другие характеристики надежности) носит вероятностный характер. Это значит, что точность и достоверность указанной характеристики зависит от количества проведенных экспериментов: чем больше экспериментов, тем точнее полученное значение характеристики отражает свойства аппаратуры.
При подбрасывании монеты можно утверждать, что вероятность ее падения вверх гербом равна 0,5. Из этого не следует, что при четырех бросаниях монета ляжет вверх гербом обязательно 2 раза. Но если подобный эксперимент выполнить много раз, то полученный результат будет достаточно близок к 0,5, причем совпадение будет тем лучше, чем больше экспериментов проведено. Точно так же выражение (1.1) позволяет определить вероятность безотказной работы с достаточной точностью, если для эксперимента взято большое количество изделий.
Вероятность безотказной работы кроме физических свойств зависит от времени tp, в течение которого изделие должно работать безотказно:
(1.2)
где е - основание натуральных логарифмов;
- интенсивность отказов.
Другой характеристикой надежности изделий является средняя наработка до отказа .
Допустим, что какое-то количество аппаратов одного и того же типа эксплуатируется заданное время в определенных условиях (при заданных изменениях температуры окружающего воздуха, давления и т.д.). При этом регистрируется суммарное количество часов t, которое проработали все аппараты, и количество возникших отказов n. В этом случае средняя наработка до отказа
(1.3)
Данная формула также носит вероятностный характер. Это значит, что время до появления отказа у одних изделий больше, а у других меньше значений, подсчитанного по формуле (1.3). Поэтому отрезок времени от включения до отказа какого-либо изделия не может полностью характеризовать свойства изделий.
Мерой надежности является средняя наработка до отказа, полученная при проверке большого количества изделий. Чем больше , тем выше надежность изделия.
Величину, обратную , называют интенсивностью отказов и обозначают :
(1.4)
Размерность интенсивности отказов -- 1/ч.
Вероятность безотказной работы F(t) и средняя наработка на отказ достаточно полно характеризуют надежность восстанавливаемых изделий, например аппаратуру ракет. Однако большинство радиоизделий конструируют так, чтобы при выходе из строя их можно было ремонтировать. Для них фактическая надежность зависит не только от того, как часто происходят отказы, но и от того, как много времени затрачивается на отыскание и устранение неисправностей. Надежность таких изделий дополнительно характеризуют средним временем восстановления Тв. Если в рассмотренном примере регистрировать время, затрачиваемое на отыскание и устранение каждой неисправности, а затем найти суммарное время tв, то среднее время восстановления
(1.5)
Следует иметь в виду, что время, затраченное на отыскание и устранение конкретной неисправности, может быть больше или меньше Тв.
Интенсивность отказов аппарата, состоящего из n различных Элементов, определяют по формуле
(1.6)
где -- интенсивности отказов первого, второго и n-го элементов с учетом всех воздействующих факторов.
Интенсивность отказов показывает, какая доля всех изделий или элементов данного типа в среднем выходит из строя за 1 ч работы. Например, если , то это означает, что за 1 ч работы из строя выйдет одна стотысячная доля элементов; соответственно за 1000 ч работы можно ожидать выхода из строя одной сотой доля всех элементов данного типа. Если в устройстве имеется 100 таких элементов, то в среднем за каждые 1000 ч из строя выходит один элемент.
Экспериментально установлено, что для большинства элементов, используемых в радиоэлектронной аппаратуре, зависимость от времена имеет вид, изображенный на рисунке 1.1.
Время от начала работы до называют периодом приработки. В течение этого времени из строя выходят элементы, имеющие грубые внутренние дефекты, оставшиеся незамеченными при контроле. По мере выхода из строя таких элементов интенсивность отказов уменьшается и на отрезке и остается практически неизменной. Это время называют триодом нормальной работы. В это время происходят отдельные случайные отказы.
Рисунок 1.1. Зависимость интенсивности отказов от времени
Определяя надежность аппаратуры, имеют в виду то значение интенсивности отказов , которое имеет место в период нормальной работы. При этом исходят из того, что элементы с грубыми дефектами, отказы которых характерны для периода приработки, должны быть выявлены и заменены при тестировании элементов или собранной аппаратуры,
Рост интенсивности отказов после момента времени t2 объясняется износом элементов. У многих элементов старение начинается после нескольких тысяч, а иногда и десятков тысяч часов эксплуатации.
1.2 Анализ дестабилизирующих факторов, воздействующих на РЭУ
Анализ дестабилизирующих факторов, воздействующих на РЭС, проводится в результате выявления воздействующих факторов, оказывающих влияние на работоспособность отдельных структурных блоков РЭС. На основе анализа дестабилизирующих факторов определяются методы уменьшения составляющих общей погрешности основных блоков РЭС.
Микропроцессорная система включает следующие основные блоки: термозонд, служащий для реализации применяемого метода определения ТФС и содержащий первичный измерительный преобразователь (ПИП), аналого-цифровой преобразователь (АЦП), преобразующий аналоговый сигнал в цифровой, и микропроцессор (МП), выполняющий функции управления теплофизическим экспериментом и расчета ТФС.
Основными дестабилизирующими факторами, воздействующими на термозонд, являются изменение температуры, давления и влажности окружающей среды, контактного термосопротивления в области измерения (области контакта термозонда и исследуемого объекта), теплоемкости нагревателя, теплоотдачи в области измерения, изменение расположения элементов термоприемника в термозонде, влияние шероховатости поверхности объекта, а также воздействующие помехи на измерительный преобразователь.
Помехой считается любой электрический сигнал в, цепях ПИП, отличный от полезного. Помеха включает в себя внутренние источники шумов, возникающие от термоэффекта и гальванического взаимодействия в местах соединений участков цепи, от теплового шума в различных элементах цепи, от собственных шумов в источниках полезных сигналов. На работающую РЭС действуют также излучения от внешних источников. Указанные выше помехи создают электрические и магнитные поля, которые из-за наличия индуктивных, емкостных и резистивных связей способствуют возникновению на различных участках преобразования полезного сигнала паразитной разности потенциалов и протеканию токов по элементам измерительных и информационных цепей.
Воздействующие помехи на ПИП можно устранить с помощью инструментальных и алгоритмических методов. Инструментальными методами являются: экранирование, заземление, изоляция, регулировка значения полного сопротивления схемы, выбор кабеля и др. К алгоритмическим методам относятся: линейная и нелинейная фильтрация; отбраковка аномальных измерений и др.
Дестабилизирующим фактором, воздействующим на термозонд, является влияние теплоемкости нагревателя на результаты измерения. Тепловой импульс создается линейным источником, в качестве которого используется натянутая проволока, импульсно разогреваемая электрическим током.
Для оценки влияния теплоемкости нагревателя можно использовать условие
(1.7)
где - погрешность нагревателя, при которой можно пренебречь влиянием теплоемкости нагревателя,
- теплота, поглощенная нагревателем единичной длины, Дж/м;
- количество теплоты, выделившееся в течение импульса на участке источника единичной длины.
При контроле температуры в области измерения термоприемник может также нарушать первоначальное распределение температур в контролируемом объекте. Вследствие этого при неблагоприятных условиях измерения может иметь место методическая погрешность измерения температуры и температура чувствительного элемента термоприемника будет отличаться от действительной температуры поверхности тела.
Для уменьшения погрешности за счет теплоотвода до минимума термоэлектрический термометр рекомендуется устанавливать на поверхности тела по всей длине соприкосновения термоэлектродов с поверхностью, вследствие чего теплоотвод от рабочего конца термоэлектрического термометр значительно уменьшается.
К дестабилизирующим факторам, воздействующим на термозонд относятся также контактные термические сопротивления, которые влияют на формирование температурного поля в области измерения и определения ТФСМ. Исследуемый объект отделен от среды, в которой проходят теплофизические измерения, некоторым пограничным слоем, представляющим собой определенное термическое сопротивление, ухудшающее условия теплообмена. Контактные термические сопротивления имеют место также при соприкосновении тел с одинаковыми или различными свойствами. Точность определения теплофизических характеристик во многом определяется отношением термического сопротивления исследуемого объекта к контактному термическому сопротивлению. Чем выше это отношение, тем точнее при прочих равных условиях будут определены ТФСМ. При одних и тех же размерах тел и условиях контакта с окружающей средой это отношение всегда больше для материалов с низкой теплопроводностью, чем для материалов с большой теплопроводностью, например, для металлов.
Метод уменьшения контактного термического сопротивления заключается в тщательной обработке соприкасающихся поверхностей в области измерения (термозонда и исследуемого объекта) и замене газовой прослойке между ними более проводящим веществом.
Влияние влажности окружающей среды является одним из важных дестабилизирующих факторов, воздействующих на термозонд при теплофизических измерениях. Поэтому необходимо определять теплофизические свойства одновременно с влажностью в процессе изготовления изделия и на основе полученных результатов прогнозировать свойства готовой продукции.
Проведены теплофизические эксперименты на различных материалах: рипоре, дереве, минвате, войлоке. На рисунке 1.2 представлены термограммы нагрева минваты при изменении ее влажности от 0 до 40 %; на рисунке 1.3 показаны термограммы дерева при изменении его влажности от 0 до 40 %; на рисунке 1.4 изображены термограммы войлока при изменении влажности от 0 до 40 %; на рисунке 1.5 отображена зависимость теплопроводности вышеперечисленных материалов от влажности.
Рисунок 1.2. Термограммы нагрева минваты при изменении влажности от 0 до 40%
Для установления влажности исследуемых материалов и изделий в первую очередь определяются ТФСМ, а затем используется зависимость теплопроводности материалов от их влажности. Из нестационарного дифференциального уравнения теплопереноса для влажного тела следует, что скорость изменения температуры dTldt зависит от влажности. Для определения зависимости dTldt были проведены эксперименты по измерению температуры поверхности во времени на теплоизоляционных материалах: рипоре, войлоке, асбесте, картоне.
Рисунок 1.3. Термограммы нагрева дерева при изменении влажности от 0 до 40%
При этом поверхность исследуемого материала подвергалась адиабатическому воздействию теплового источника. Для указанных материалов скорость изменения температуры поверхности существенно меняется только в начальный период времени - до 1 мин. Таким образом, необходимое время для определения влажности составляет 1 мин, что свидетельствует о достаточном быстродействии вышеизложенного способа.
Рисунок 1.4. Термограммы нагрева войлока при изменении влажности от 0 до 40%
Рисунок 1.5. Зависимость теплопроводности материалов от влажности
Важное значение имеет определение ТФСМ при воздействии на термозонд изменения температуры окружающей среды. Как показывают теплофизические эксперименты, проведенные при воздействии на термозонд низких и высоких температур, теплопроводность исследуемых материалов при увеличении температуры уменьшается, а при уменьшении температуры - увеличивается. На рисунке 1.6, а, б приведены термограммы определения ТФСМ исследуемых материалах при 20 и 50 °С, а на рисунке 1.7 представлена зависимость теплопроводности исследуемых материалов от воздействия температур от -60 до +60 °С.
Рисунок 1.6. Термограмма нагрева материала при +50 °С
Рисунок 1.7. Зависимость теплопроводности исследуемых материалов от температуры
Независимость показаний термодатчиков в измерительной головке термозонда обеспечивается с помощью известного метода компенсации холодных спаев термопар, при котором холодные спаи термопар в процессе теплофизического измерения должны находиться при одинаковой температуре. В данном термозонде холодные спаи термодатчиков размещены на одном разъеме термозонда.
Методом уменьшения составляющей общей погрешности результатов измерения при воздействии температуры окружающей среды является адаптивная коррекция результатов измерения на основе анализа экспериментальных термограмм, снятых при низких и высоких температурах окружающей среды. Адаптивная коррекция осуществляется аппаратными и программными средствами.
При анализе дестабилизирующих факторов, воздействующих на РЭС, работающих в масштабе реального времени в цехах предприятий, необходимо учитывать следующие воздействующие факторы: механические (удары, вибрации, ускорения); климатические (температура, влажность, давление окружающей среды); внешние и внутренние помехи (шумы от разводки питания, излучение электрического и магнитного полей).
Устойчивость к механическим воздействиям обеспечивается в РЭС уменьшением габаритных размеров и массы, подбором конструктивных материалов, элементов, наиболее устойчивых к механическим воздействиям; увеличением собственных резонансных частот элементов конструкции путем введения дополнительных конструктивных элементов, увеличивающих жесткость; выбором способа крепления радиоэлектронных изделий.
Жесткий тепловой режим в конструкции из-за широкого изменения температуры окружающей среды, высокой плотности компоновки и, как следствие, из-за высоких мощностей рассеивания требует принятия специальных мер: использование радиоэлектронных изделий, рассчитанных на работу в широком температурном диапазоне; применения теплоотводящих и теплопроводящих конструктивных элементов, обеспечивающих малое тепловое сопротивление для всех участков передачи теплоты.
1.3 Проектирование блока
Описание схемы электрической структурной
В блок автоматизированного управления связью входят следующие составные части:
стабилизатор напряжения;
стабилизатор;
микроконтроллер управления;
устройство передачи и приема команд управления;
модем:
преобразователь;
формирователь частоты
плата расширения интерфейса микропроцессора;
коммутатор направлений;
коммутатор приемных цепей.
Блок автоматизированного управления связью обеспечивает:
обмен информацией по стыку интерфейса радиального последовательного (ИРПС);
обмен информацией с оконечной аппаратурой (ОА), с возможностью дистанционного управления ОА;
прием информации с трех радиоприемных устройств, управление ими по ИРПС;
выдача информации в радиопередающее устройство (РПДУ) с дистанционным управлением им по системе телеуправления - телесигнализации (ТУ-ТС);
взаимодействие с блоком часов электронных БЧЭ-2;
контроль исправности и индикация состояния технических средств.
Стабилизатор напряжений предназначен для получения стабилизированных напряжений для питания ячеек блока автоматизированного управления связью. Входное напряжение -- () В. Он выполнен на основе стабилизирующих унифицированных вторичных источников питания типа МП ЖБКП.436434.002 ТУ с защитой от перегрузок и короткого замыкания. Источники питания размещены на радиаторе. Электрические соединения ячейки с блоком осуществляется с помощью соединителя типа ГРПМШ-1.
Стабилизатор, предназначен для получения двух стабилизированных источников 20В. Он состоит из двух функциональных узлов: задающего генератора и двух стабилизаторов тока.
Микроконтроллер управления предназначен для программной обработки информации с возможностью обмена данными по стыкам ИРПС и в параллельном коде.
Устройство передачи и приема команд управления (УППКУ) обеспечивает:
- обмен с БАУС содержанием передаваемых и принимаемых команд управления корреспондентом;
- формирование, передачу, прием, декодирование команд управления (КУ) корреспондентом.
Модем осуществляет модулирование и демодулирование сигналов.
Преобразователь предназначен для преобразования аналоговых сигналов выходов автоматического радиоуправления радиопередающего устройства (АРУ РПУ) в цифровую форму, формирования сигналов управления, приема и коррекции кода времени с последующей передачей в шину данных.
Формирователь частоты предназначен для формирования сигнала частотой 576 кГц с фазой, совпадающей с фазой принимаемой информации, демодуляции сигналов РПУ, запоминания сигналов прерывания от ячеек УППКУ и коммутации информационных сигналов.
Плата расширения интерфейса микропроцессора предназначена для расширения интерфейса ячейки процессора.
Коммутатор направлений предназначен для коммутации девяти сигналов на восемь направлений.
Коммутатор приемных цепей предназначен для коммутации информационных цепей, приема и формирования сигналов управления в блоке БАУС.
Плата индикации предназначена для отображения буквенно-цифровой информации.
Разработка схемы электрической принципиальной.
Напряжение питания постоянного тока через соединитель Х18 и фильтр, выполненный на элементах С1 - С8, L1, L2, Z1 - Z8, поступает на тумблер включения питания S1. Далее напряжение через вставки плавкие F1 и F2 поступает для питания цепей КРУ ОА и на стабилизатор напряжения для формирования вторичного питания блока. Индикация напряжений осуществляется светодиодами Н9 - Н14.
По включению питания или нажатию кнопки S2 микроконтроллер управления проводит проверку работоспособности блока, индицирующуюся светодиодом Н18. Плата расширения интерфейса микропроцессора производит дешифрацию сигналов управления для остальных ячеек блока. Коммутация информационных цепей для проверки осуществляется коммутатором приемных цепей. При положительных результатах проверки загорается светодиод Н17, в противном случае - Н19.
По нажатию кнопки S3 производится контроль технических средств, результаты которого индицируются микроконтроллером управления на светодиодном табло ячейки платы индикации. Кнопки S4 и S5 служат для управления индикацией светодиодного табло и выбора режимов работы блока. Взаимодействие с ОА обеспечивает микроконтроллер управления через модем, коммутаторы формирователя частоты и коммутатора направлений и соединитель Х5. Индикация состояния цепей КРУ ОА осуществляется светодиодами Н4 - Н8 с помощью коммутатора приемных цепей.
Взаимодействие с РПДУ по системе ТУ-ТС через соединитель Х7 и коммутатор приемных цепей и модем обеспечивает микроконтроллер управления. Индикация сеансов ТУ-ТС и ДУ ОА осуществляется светодиодами Н20 - Н23. Прием и передачу команд управления обеспечивают устройства приема и передачи команд управления, дистанционное управление РПУ - плата расширения интерфейса микропроцессора и микроконтроллер управления, взаимодействие с блоком часов электронных - преобразователь.
Выбор элементной базы и проверка на соответствие условиям эксплуатации
Элементная база не должна эксплуатироваться в режимах и условиях, более тяжелых по сравнению с оговоренными в технической документации на эти элементы. Характеристики радиоэлементов приведены в таблице 1.1.
Таблица 1.1. Характеристики радиоэлементов
Наименование |
Кол.,шт. |
Конструкционные параметры |
Параметры внешних воздействий |
|||||||
Масса, г |
Установочная площадь |
Интенсивность отказов, 1/ч |
Диапазон температур, C |
Вибрация |
Ударные перегрузки, g |
Линейные ускорения, g |
||||
Частота, Гц |
Перегрузка, g |
|||||||||
564ТМ2 |
1 |
1 |
65 |
1,810-7 |
-60...+125 |
1-5000 |
40 |
1500 |
50 |
|
564ИЕ11 |
1 |
1,5 |
234 |
1,810-7 |
-60...+125 |
1-5000 |
40 |
1500 |
50 |
|
564ЛН2 |
1 |
1,5 |
65 |
1,810-7 |
-60...+125 |
1-5000 |
40 |
1500 |
50 |
|
564ЛА9 |
1 |
2 |
65 |
1,810-7 |
-60...+125 |
1-5000 |
40 |
1500 |
50 |
|
533ИД7 |
1 |
2 |
110 |
1,810-7 |
-60...+125 |
1-5000 |
40 |
1500 |
50 |
|
564ЛП2 |
2 |
2 |
65 |
1,810-7 |
-60...+125 |
1-5000 |
40 |
1500 |
50 |
|
561ИР6 |
1 |
2 |
472,5 |
1,810-7 |
-60...+125 |
1-600 |
10 |
75 |
25 |
|
561ЛА7 |
1 |
2 |
146 |
1,810-7 |
-60...+125 |
1-600 |
10 |
75 |
25 |
|
561ЛЕ5 |
2 |
2 |
146 |
1,810-7 |
-60...+125 |
1-600 |
10 |
75 |
25 |
|
1561ЛИ2 |
1 |
2 |
146 |
1,810-7 |
-60...+125 |
1-600 |
10 |
75 |
25 |
|
М1821ВИ54 |
1 |
4,5 |
465 |
110-8 |
-60...+85 |
1-600 |
10 |
75 |
25 |
|
М1821ВМ85А |
1 |
6 |
772,5 |
110-8 |
-60...+85 |
1-600 |
10 |
75 |
25 |
|
М1821ВН59 |
1 |
4,5 |
540 |
110-8 |
-60...+85 |
1-600 |
10 |
75 |
25 |
|
М1821ВВ51 |
1 |
4,5 |
198,7 |
1,810-7 |
-60...+125 |
1-600 |
10 |
75 |
25 |
|
КР588ВА1 |
2 |
5 |
525 |
110-8 |
-60...+85 |
1-2000 |
10 |
75 |
15 |
|
КР588ИР1 |
1 |
5 |
525 |
1,810-7 |
-60...+85 |
1-2000 |
10 |
75 |
15 |
|
К10-17а-8,2 пФ |
1 |
0,5 |
31,3 |
1,510-7 |
-60...+125 |
1-5000 |
40 |
1000 |
500 |
|
К10-17а-0,1 мкФ |
11 |
0,5 |
31,3 |
1,510-7 |
-60...+125 |
1-5000 |
40 |
1000 |
500 |
|
К50-29-47 мкФ |
1 |
1,5 |
102 |
110-7 |
-60...+85 |
1-3000 |
20 |
1000 |
200 |
|
С2-33-0,125 |
8 |
0,15 |
17,6 |
210-8 |
-60...+125 |
1-5000 |
15 |
1000 |
50 |
|
2Д510А |
1 |
0,1 |
11 |
110-6 |
-60...+85 |
10-600 |
10 |
75 |
25 |
|
ГРПМ1-61 |
1 |
25 |
1550 |
110-6 |
-60...+85 |
1-600 |
40 |
1000 |
500 |
|
СНО51 |
1 |
18 |
1360 |
110-6 |
-60...+85 |
1-600 |
40 |
1000 |
500 |
|
К1-4ДС |
1 |
5 |
160 |
110-7 |
-60...+125 |
1-3000 |
15 |
1000 |
50 |
Здесь же приведены их основные конструкционные и эксплуатационные параметры. В соответствии с допустимыми внешними воздействиями и данными таблицы 1.2 элементная база соответствует условиям эксплуатации и может применяться без дополнительных мер защиты, что в дальнейшем позволит снизить массу, а следовательно и себестоимость изделия.
Конструирование блока
Блок автоматизированного управления связью выполнен аналогично по ОСТ4.410.029-86 и построен по структурной схеме "ячейка - аппарат". Несущей конструкцией блока являются передняя и задняя панели, соединенные между собой стяжками. Прибор закрыт верхней, нижней обшивками и боковыми крышками. На передней панели расположены органы управления, контроля и индикации. На задней панели расположены соединители типа 2РМ, с помощью которых осуществляются внешние электрические соединения. Для обеспечения заземления на объекте эксплуатации на задней панели прибора установлена клемма заземления с болтом М8 для подключения шины заземления.
Для дополнительной защиты от внешних механических воздействий прибор установлен на амортизаторах типа АПН. В приборе установлены ячейки с размером печатных плат 170 х 110 х 1,5 мм. Конструкция ячеек соответствует ОСТ4.410.015-82 и представляет собой печатную плату с установленными на ней электрорадиоизделиями (ЭРИ) и накладкой с элементами крепления ячеек в блоке.
Электрическое соединение ячеек внутри прибора осуществляется через соединители типа СНО и ГРПМ. Доступ к ячейкам обеспечивается после снятия верхней обшивки. Установка ячеек осуществляется по полиамидным направляющим, которые крепятся к стяжкам прибора, а извлечение ячеек осуществляется при помощи съемника из состава ЗИП-О. Электромонтаж прибора выполнен жгутом и закрывается нижней обшивкой. Места установки ячеек в приборе определены маркировкой условных обозначений ячеек на планках. Позиционные обозначения ячеек и ЭРИ в приборе маркируются краской, а места расположения ЭРИ в ячейках указаны в схемах электрических расположения. Крепление прибора на объекте осуществляется четырьмя винтами М6.
Легкосъемность прибора обеспечивается наличием направляющих, по которым он выдвигается. Планка с надписью условного обозначения прибора и местом нанесения заводского номера крепится на передней панели прибора. Пломбирование прибора осуществляется мастикой битумной при помощи пломбировочных чашек, установленных на верхней и нижней обшивках.
Наружные поверхности прибора покрыты эмалью МЛ-12 светло-серой, передняя панель - эмалью МЛ-12 "белая ночь". Надписи на приборе выполнены черным цветом. Габаритные размеры прибора (LхBхH) не более 280х405х230 мм. Масса не более 16 кг.
1.4 Проектирование функционального узла
В качестве заданного функционального узла рассматривается печатный узел, а именно коммутатор приемных цепей (А2).
Разработка печатного узла проводилась с применением САПР фирмы “Autodesk” (США). Разработка чертежно-конструкторской документации с применением пакета прикладных программ “Auto - CAD“.
Проектирование печатного узла производилось в системе “Personal-CAD”.
В частности были произведены следующие шаги:
- автоматическое получение исходной информации из схемы электрической принципиальной;
- смешанное автоматическое и ручное размещение (двухсторонне) элементов на печатной плате;
- трассировка печатных проводников заданной ширины в двух слоях;
- получение предварительной документации (деталировочные и сборочные чертежи).
Окончательная подготовка чертежей производилась в пакете прикладных программ ACAD.
Размещение навесных элементов.
Размещение осуществляется в соответствии с ОСТ4.ГО.010.030 и ОСТ4ГО.010.009. Выбираем вариант установки электрорадиолементов на плату в соответствии с заданными условиями эксплуатации и техническими требованиями к конструкции печатного узла. Элементы устанавливаются по ГОСТ29137-91:
- резисторы по варианту 010.02.0201.00.00.
конденсаторы:
- К50-29 по варианту 010.02.0208.00.00,
- К10-17 по варианту 180.00.0000.00.00.
микросхемы:
- планарные по варианту 380.18.1113.00.00,
- не планарные по варианту 320.00.0000.00.00.
Ниже кратко опишем процесс размещения электрорадиоэлементов на печатной плате. Схему электрическую принципиальную разбиваем на функционально связанные группы, составляем таблицу соединений, производим размещение навесных элементов в каждой группе. Группу ЭРЭ, имеющую наибольшее количество внешних связей с уже размещенной группой ЭРЭ размещаем рядом и так далее.
По ГОСТ 23751-79 производим рациональное размещение навесных ЭРЭ с учетом минимизации электрических связей между элементами и так как печатная плата изготовляется двухсторонняя, то количество переходов печатных проводников из слоя в слой кроме того, если возможно, то целесообразно выполнить равномерное распределение масс навесных элементов по поверхности печатной платы. Элементы с наибольшей массой следует устанавливать вблизи мест механического крепления платы.
Размещение навесных электрорадиоэлементов проводилось в пакете прикладных программ P-CAD комбинированно автоматическим и ручным способом.
Расчет печатного монтажа.
Проведем расчет печатного монтажа платы устройства управляющего. Исходными данными для расчета являются: толщина проводника , максимальный ток, протекающий по шине питания , максимальная длина проводника , допустимое падение напряжения на проводниках , размеры печатной платы 110170 мм, максимальный диаметр выводов устанавливаемых ЭРЭ , расстояния между выводами микросхемы .
Выбираем для изготовления ПП позитивный комбинированный метод, плата должна соответствовать третьему классу точности по ОСТ 4.010.022-85.
Определяем минимальную ширину, мм, печатного проводника по постоянному току для цепей питания и заземления:
(1.8)
где максимальный постоянный ток, протекающий в проводниках, А, ;
допустимая плотность тока, А/мм2, ;
толщина проводника, мм, .
Определяем минимальную ширину проводника, мм, исходя из допустимого падения напряжения на нем:
(1.9)
где удельное объемное сопротивление, Оммм2/м, ;
длина проводника, м, ;
допустимое падение напряжения на проводниках, В,.
4. Определяем номинальное значение диаметров монтажных отверстий :
(1.10)
где максимальный диаметр вывода устанавливаемого ЭРЭ;
нижнее предельное отклонение от номинального диаметра монтажного отверстия, мм, ;
разница между минимальным диаметром отверстия и максимальным диаметром вывода ЭРЭ, мм, .
Рассчитываем диаметр контактных площадок. Минимальный диаметр, мм, контактных площадок для ДПП, изготовляемых комбинированным позитивным методом:
при фотохимическом способе получения рисунка
(1.11)
где минимальный эффективный диаметр площадки;
- толщина фольги, мм, .
(1.12)
где расстояние от края просверленного отверстия до края контактной площадки, мм, ; допуски на расположение отверстий и контактных площадок /1/;
максимальный диаметр просверленного отверстия:
(1.13)
где допуск на отверстие, мм, ;
Максимальный диаметр контактной площадки:
(1.14)
6. Определяем ширину проводников. Минимальная ширина проводников, мм, для ДПП изготовляемых комбинированным позитивным методом:
при фотохимическом способе получения рисунка
(1.15)
гдеминимальная эффективная ширина проводника, мм,
Максимальная ширина проводников
(1.16)
Определяем минимальное расстояние между проводником и контактной площадкой
(1.17)
где расстояние между центрами рассматриваемых элементов, мм,
- допуск на расположение проводников /1/,мм,.
Минимальное расстояние между двумя контактными площадками
(1.18)
Минимальное расстояние между двумя проводниками
(1.19)
Учитывая технологические возможности принимаем:
- ширину проводника печатной платы для цепей питания 0,8 мм;
- ширину проводника для сигнальных цепей 0,5 мм;
- диаметр контактной площадки 2,2 мм.
2. Расчет параметров конструкций
2.1 Обобщенный расчет в условиях эксплуатации
Прикидочный расчет.
Расчет надежности блока автоматизированного управления связью коротковолнового радиопередатчика имеет свои характерные особенности ввиду специфики его применения, связанной с тем, что данное устройство относится к возимым РЭС. Блок управления используется в климатических условиях с температурой от минус 20 до плюс 40 С и средней влажностью 60%.
Для проектируемого блока управления характерны следующие отказы:
- потеря работоспособности из-за старения или выхода из строя используемых электрорадиоэлементов (ЭРЭ);
- нарушение соединения в местах пайки или в разъемах;
- нарушение условий эксплуатации, например использование при очень высоких или очень низких температурах, при высокой влажности воздуха, падение блока или воздействие повышенной вибрации;
- выход из строя блока питания;
- отслаивание дорожек ПП из-за старения материала.
В начале для определённого класса объектов выбирается один из типов показателей надёжности: интервальный, мгновенный, числовой. Выбираем, с учетом вида объекта (ремонтируемый с допустимыми перерывами в работе), числовые показатели надежности, т.е. mt - средняя наработка между отказами, mB - среднее время восстановления объекта, КГ - коэффициент готовности. Таким образом, при конструкторском проектировании РЭС не требуется рассчитывать все ПН, необходимо, прежде всего, определить вид объекта и выбрать те ПН, которые наиболее полно характеризуют надёжностные свойства разрабатываемого объекта.
Для дальнейшего выбора показателей надежности установим шифр из четырёх цифр: 2431. Что соответствует:
первая цифра: признак, ремонтопригодность -- ремонтируемый (2),
вторая цифра: признак, ограничение продолжительности эксплуатации -- до достижения предельного состояния (4),
третья цифра: признак, временной режим использования по назначению -- циклически нерегулярный (3),
четвертая цифра: признак, доминирующий фактор при оценке последствий отказа - факт выполнения или не выполнения изделием заданных ему функций в заданном объеме(1).
Исходя из этих данных определяются показатели надежности. Окончательно получаем, что в связи с тем, что приёмник ремонтируемый, восстанавливаемый, с допустимыми перерывами в работе, то ПН будут mt, mв, Кг, Т.е. мы выбрали числовые ПН: наработку на отказ - mt, среднее время восстановления объекта - mв, коэффициент готовности - Кг.
Ответственным этапом в проектировании надёжности РЭА является обоснование норм, т. е. допустимых значений для выбранных показателей надежности. Это объясняется следующими причинами. Во-первых, от правильности результатов данного этапа зависит успех и смысл всех расчётов надёжности, т. к. здесь мы определяем, какое значение показателей надежности можно считать допустимым. Во-вторых, нет общих правил и рекомендаций для установления норм надёжности различных объектов, многое зависит от субъективных факторов и опыта конструктора. В-третьих, любая ошибка на данном этапе ведёт к тяжёлым последствиям: занижение нормы ведёт к повышению потерь от ненадёжности, завышение - от дороговизны. Итак, из [8] мы определяем исходя из группы аппаратуры по ГОСТ 16019-78 - возимая на автомобилях; по числу ЭРЭ (1001 -- 2000), что mt допустимая равна 4000 часов.
Надёжность РЭА в значительной степени определяется надёжностью элементов электрической схемы (ЭЭС) и их числом. Поэтому точность расчёта ПН проектируемого объекта относительно отказов, обусловленных нарушениями ЭЭС, имеет большое значение. Заметим, что к ЭЭС следует относить места паек, контакты разъёмов, крепления элементов и т. д. При разработке РЭА можно выделить три этапа расчёта:
-- прикидочный расчёт,
-- расчёт с учётом условий эксплуатации,
-- уточнённый расчёт.
Прикидочный расчёт проводится с целью проверить возможность выполнения требований технического задания по надёжности, а также для сравнения ПН вариантов разрабатываемого объекта. Прикидочный расчёт может производиться, и когда принципиальной схемы ещё нет, в этом случае количество различных ЭЭС определяется с помощью объектов аналогов. Исходные данные и результаты расчёта представлены в таблице 2.1. По данным таблицы рассчитываются граничные и средние значения интенсивности отказов, а также другие показатели надёжности.
Рассмотрение надежности блока берем коммутатор приемных цепей. Он предназначен для коммутации информационных цепей, приема и формирования сигналов управления в блоке БАУС.
Таблица 2.1. Исходные данные для прикидочного расчета надежности РЭА
Порядковый номер и тип элемента |
Число элемент каждого типа nj |
Границы и среднее значение интенсивности отказов |
Суммарное значение интенсивности отказов элементов определенного типа |
|||||
пimin106 1/час |
пiср106 1/час |
пimax106 1/час |
nimin106 1/час |
niср106 1/час |
nimax106 1/час |
|||
1. Резисторы |
||||||||
Блок Б19К-2 |
4 |
0,13 |
0,18 |
0,23 |
0,52 |
0,72 |
0,92 |
|
С2-33 |
18 |
0,015 |
0,02 |
0,03 |
0,27 |
0,36 |
0,54 |
|
2. Конденсаторы |
||||||||
К-53-18 |
2 |
0,1 |
0,33 |
0,560 |
0,2 |
0,66 |
1,12 |
|
К10-17а |
6 |
0,042 |
0,15 |
1,64 |
0,252 |
0,9 |
9,84 |
|
К50-29 |
2 |
0,003 |
0,035 |
0,513 |
0,006 |
0,07 |
1,026 |
|
3. Микросхемы |
||||||||
588 |
5 |
0,002 |
0,1 |
0,55 |
0,01 |
0,5 |
2,75 |
|
564 |
9 |
0,002 |
0,1 |
0,55 |
0,018 |
0,9 |
4,95 |
|
249 |
4 |
0,03 |
0,02 |
0,6 |
0,12 |
0,08 |
2,4 |
|
156 |
2 |
0,04 |
0,04 |
0,65 |
0,08 |
0,08 |
1,3 |
|
4. Диоды |
8 |
0,021 |
0,2 |
0,452 |
0,168 |
1,6 |
3,616 |
|
5. Транзисторы |
4 |
0,16 |
0,5 |
0,9 |
0,64 |
2 |
3,6 |
|
6. Реле |
50 |
0,01 |
0,03 |
0,05 |
0,5 |
1,5 |
2,5 |
|
7. Вилка |
1 |
0,05 |
0,1 |
0,55 |
0,05 |
0,1 |
0,55 |
|
8. Основание ПП |
1 |
0,08 |
0,83 |
0,12 |
0,08 |
0,83 |
0,12 |
|
9. Пайка |
300 |
0,01 |
0,02 |
0,05 |
3 |
6 |
15 |
Произведём вычисления:
(2.1)
(2.2)
(2.3)
, (2.4)
, (2.5)
, (2.6)
. (2.7)
Расчёт с учётом условий эксплуатации
Учитывает влияние механических воздействий, высотности и климатических факторов. Производится с помощью поправочных коэффициентов для интенсивностей отказов по формуле
(2.8)
где интенсивность отказов j - го элемента в номинальном режиме, 1/ч;
коэффициент, учитывающий одновременное воздействие вибрации и ударных нагрузок;
коэффициенты, учитывающие соответственно воздействие климатических факторов и высоты.
Обозначим произведение поправочных коэффициентов для j-го элемента через , тогда
,(2.9)
Т.к. блок автоматизации управления связью относится к возимой на автомобиле аппаратуре, используемой в лабораторных условиях, климатические факторы: температура 1535 С, влажность 65%, высота расположения аппарата 02 м, следовательно .
В итоге получаем общий производный коэффициент , следовательно, условия эксплуатации не оказывают влияние на интенсивность отказов.
Из таблицы 2.2 получаем, что
, (2.10)
, (2.11)
. (2.12)
Таблица 2.2. Данные для расчета надежности с учетом условий эксплуатации
Номер и наименование элемента |
Количество элементов j-го типа |
Интенсивность отказов поj 106, 1/час |
Поправочные коэффициенты |
Интенсивность отказов с учетом условий эксплуатации, njkэ |
||||||
k1j |
k2j |
k1,2j |
k3j |
k4j |
||||||
1. Резисторы |
||||||||||
Блок Б19К-2 |
4 |
0,18 |
1,35 |
1,08 |
1,46 |
1 |
1 |
1,46 |
0,828 |
|
С2-33 |
18 |
0,02 |
1,35 |
1,08 |
1,46 |
1 |
1 |
1,46 |
0,414 |
|
2. Конденсаторы |
0 |
|||||||||
К-53-18 |
2 |
0,33 |
1,35 |
1,08 |
1,46 |
1 |
1 |
1,46 |
0,759 |
|
К10-17а |
6 |
0,15 |
1,35 |
1,08 |
1,46 |
1 |
1 |
1,46 |
1,035 |
|
К50-29 |
2 |
0,035 |
1,35 |
1,08 |
1,46 |
1 |
1 |
1,46 |
0,0805 |
|
3.Микросхемы |
||||||||||
588 |
5 |
0,1 |
1,35 |
1,08 |
1,46 |
1 |
1 |
1,46 |
0,575 |
|
564 |
9 |
0,1 |
1,35 |
1,08 |
1,46 |
1 |
1 |
1,46 |
1,035 |
|
249 |
4 |
0,02 |
1,35 |
1,08 |
1,46 |
1 |
1 |
1,46 |
0,092 |
|
156 |
2 |
0,04 |
1,35 |
1,08 |
1,46 |
1 |
1 |
1,46 |
0,092 |
|
4. Диоды |
8 |
0,2 |
1,35 |
1,08 |
1,46 |
1 |
1 |
1,46 |
1,84 |
|
5.Транзисторы |
4 |
0,5 |
1,35 |
1,08 |
1,46 |
1 |
1 |
1,46 |
2,3 |
|
6. Реле |
50 |
0,03 |
1,35 |
1,08 |
1,46 |
1 |
1 |
1,46 |
1,725 |
|
7. Вилка |
1 |
0,1 |
1,35 |
1,08 |
1,46 |
1 |
1 |
1,46 |
0,115 |
|
8.Основание ПП |
1 |
0,83 |
1,35 |
1,08 |
1,46 |
1 |
1 |
1,46 |
0,9545 |
|
9. Пайка |
300 |
0,02 |
1,35 |
1,08 |
1,46 |
1 |
1 |
1,46 |
6,9 |
2.2 Расчет надежности с учетом различных видов отказов
Уточненный расчет
Учитывается отклонение электрической нагрузки ЭРЭ и их окружающей среды от номинального значения.
Интенсивность отказов элементов j-го типа уточненная и всей схемы рассчитываются по формулам
(2.13)
(2.14)
где поправочный коэффициент, определяемый как функция коэффициента .
Коэффициенты нагрузки для резисторов определяются по формуле
(2.15)
где P - средняя мощность, рассеиваемая на резисторе, Вт;
Pдоп - допустимая мощность, рассеваемая на резисторе, Вт.
Для резисторов R1, R2, R17, R18 максимальная рассеиваемая мощность при напряжении питания составляет
(2.16)
(2.17)
Для резисторов R3R16, R19R22 максимальная рассеиваемая мощность при напряжении питания составляет
(2.18)
Коэффициенты нагрузки для конденсаторов рассчитываются по формуле
(2.20)
(2.19)
где постоянное напряжение на конденсаторе, В;
амплитуда импульсного напряжения, В;
амплитуда переменной составляющей напряжения, В;
номинальное напряжение на конденсаторе, В.
C1 - С3, С10:
(2.21)
C4...C9:
(2.22)
Для диодов коэффициент нагрузки берется с учетом коэффициентов по прямому току , обратному току и напряжению , т. е.
(2.23)
.
Для остальных ЭРЭ возьмем из таблицы 2.3
Реле: ; Вилка: Микросхемы: .
1/ч, (2.24)
ч, (2.25)
. (2.26)
Расчёт надёжности с учётом других видов отказов
Примем к расчёту, что отказы родственных РЭА показывают, что 60 % всех отказов вызвано нарушениями ЭРЭ принципиальной схемы, 30 % - ошибками конструкции и 10 % - нарушениями технологии изготовления и сборки. В этом случае
, (2.27)
где Кк и Кт - поправочные коэффициенты, (их величина выбирается по рекомендации [8]) учитывающие увеличение интенсивности за счёт ошибок в конструкции и нарушений технологии соответственно. Коэффициенты Кк и Кт:
; (2.28)
(2.29)
Тогда,
1/ч.
Рассчитаем надежность блока
Надежность блока с учетом разного количества элементов на плате находится по формуле:
,(2.30)
где - интенсивность отказа блока, 1/ч;
- количество элементов i-й платы, шт.;
- количество элементов рассчитанной платы, шт.;
- интенсивность отказов рассчитанной платы, шт.
Учитывая, что платы в блоке имеют практически одинаковое число элементов, т.е. отношение, учитывающие отличие плат по количеству элементов, отличается от единицы на величину не более ± 0,04, следовательно, можно пренебречь и допустить, что все платы имеют одинаковое количество элементов. Исходя из этого, рассчитаем надежность блока:
;
(2.31)
(2.32)
Сравним с нормой: 4432,62 > 4000 ч. По полученным данным можно сделать вывод, что блок автоматизированного управленья связью по наработке на отказ может эксплуатироваться, но, учитывая не значительное превышение средней наработки над допустимой наработкой, во время эксплуатации следует не пренебрегать техническим осмотром блока.
2.3 Расчет теплового режима
Тепловой режим термостата.
Термостаты используются для стабилизации температуры небольших объемов. Основным элементом термостата (рисунок 2.1) является массивный металлический корпус, в стенку которого встраивается датчик терморегулятора (термистор, биметаллическое реле, термопара и др.). Снаружи корпуса размещается обмотка нагревателя. Корпус вместе с нагревателем помещается в стакан из теплоизоляционного материала, закрытого металлическим кожухом.
Рисунок 2.1. Схематическое изображение термостата: 1 - массивный металлический корпус; 2 - обмотка нагревателя; 3 - полезный объем; 4 - кожух; 5 - стакан из теплоизоляционного материала; 6 - кривая распределения температуры; tкор - температура корпуса; tс - температура среды; tк - температура кожуха
В стационарном режиме тепловая энергия, выделяемая внутри термостата, равна количеству тепла, рассеиваемому кожухом в окружающую среду. Пренебрегая потерями тепловой энергии через монтажные провода и элементы крепления, можно,' считать, что вся тепловая энергия передается в окружающую среду кожухом путем конвекции и излучения.
Мощность, рассеиваемая кожухом термостата,
(2.33)
где ал -- коэффициент лучеиспускания, Вт м-2 град-1;
ак -- коэффициент теплоотдачи конвекцией, Вт м-2 град-1;
SK -- площадь поверхности кожуха, м2;
tK -- температура кожуха, °С;
tС -- температура среды, °С.
Коэффициент лучеиспускания определяется из выражения (2.34). Коэффициент теплоотдачи конвекцией находится по формуле (2.35) с учетом ориентации поверхности кожуха.
(2.34)
(2.35)
За определяющий размер L вертикальной стенки принимается высота термостата, а для дна и крышки определяющим размером будет d -- диаметр кожуха. С учетом этих замечаний полная мощность, рассеиваемая кожухом термостата, может быть определена как сумма мощностей рассеивания верхней, нижней и боковой поверхности кожуха:
(2.36)
Это выражение устанавливает связь между температурой кожуха и рассеиваемой им в окружающую среду мощностью, а это есть тепловая характеристика термостата.
Мощность, передаваемая корпусом термостата через слой теплоизоляции толщиной к кожуху, определяется по формуле:
(2.37)
где -- коэффициент теплопроводности изоляции;
-- толщина изоляции,
-- внутренний и наружный радиус изоляции, м;
L1 -- высота корпуса, м;
SH, SB, S6 -- площади нижней, верхней и боковой поверхности корпуса, м2.
Для расчета тепловой характеристики термостата используют графоаналитический метод расчета. Характеристики 1, 2, 3, 4 (рисунок 2.2) строят, задаваясь различными значениями температуры окружающей среды, и по выражению (2.36) определяют tK. Из выражения (2.37) находят зависимость tK = f(Р) и наносят эту характеристику на рисунок 2.2 (прямая б). На рисунке 2.2 предельная температура окружающей среды принята +50 °С.
Подобные документы
Разработка системы управления коротковолнового радиопередатчика на основе современной отечественной элементной базы. Документация для блока автоматизированного управления связью. Тепловой режим блока, технологичность и экономическая эффективность.
дипломная работа [468,7 K], добавлен 10.06.2009Описание работы блока управления привода Fm-Stepdrive по схеме электрической структурной, необходимость её модернизации. Расчет временных соотношений командного цикла и надежности модернизированной схемы блока управления, выбор её элементной базы.
курсовая работа [573,5 K], добавлен 13.03.2014Приборы радиолучевого типа. Выбор и обоснование элементной базы. Схемотехническая отработка конструкции охранного устройства. Обоснование компоновки блока и его частей. Расчет теплового режима, вибропрочности и надежности. Разработка конструкции блока.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 21.03.2013Разработка конструкции блока интерфейсных адаптеров центрального вычислителя системы технического зрения. Выбор базовой несущей конструкции и компоновочный расчет. Разработка конструкции печатной платы, анализ теплового режима и расчет надежности.
дипломная работа [280,9 K], добавлен 24.06.2010Анализ схемы электрической принципиальной и элементной базы. Расчет элементов рисунка печатной платы, надежности функционального узла, комплексного показателя технологичности узла. Описание конструкции усилителя. Разработка технологического процесса.
курсовая работа [175,1 K], добавлен 09.11.2011Понятие и функции блоков управления пропорциональной электрогидравлической системы, порядок их разработки: выбор и обоснование элементной базы, структурной и принципиальной схемы, расчет узлов и блоков, а также потребляемой устройством мощности.
дипломная работа [665,9 K], добавлен 05.12.2012Определение основных показателей надежности радиоэлектронных устройств: среднего времени и вероятности безотказной работы, гамма-процентной наработки до отказа. Выбор элементов печатного узла. Расчет коэффициента электрической нагрузки для конденсатора.
курсовая работа [562,4 K], добавлен 07.07.2012Создание 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 18.02.2013Разработка блока управления сигнализацией для охраны частного подворья на 8 объектов. Расчет конструкции печатного узла и описание технологического процесса его изготовления. Определение надежности системы и ее расчет на действие вибрации или удара.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 11.06.2013Конструкционные проблемы теплового режима металлических пленок бескорпусных полупроводниковых интегральных микросхем: диаграмма нагрева и расчет надежности эскизного проекта. Интенсивность отказов конструкции и структуры проводника металлизации.
реферат [1,2 M], добавлен 13.06.2009