Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
PAGE 15
неправильно
еправильно
правильно
правильно
Окружающая среда
РЭС представляет собой ограниченную область реальной действительности, взаимодействующую с окружающей средой, выполняющую определенные функции и имеющую структуру. В период эксплуатации каждый прибор подвергается воздействию различных условий и объектов окружающей среды. Взаимодействия с окружающей средой должны мысленно “проигрываться” в процессе конструирования, на базе чего могут быть сформулированы требования к прибору.
Климатические воздействия обуславливаются атмосферными условиями вне и внутри помещения в зависимости от времени суток и года. К этим условиям относятся температура, влажность и давление воздуха, солнечное излучение, ветер, дождь, роса, снег, лед, содержащиеся в атмосферном воздухе промышленные газы, песок, пыль, биологические включения в виде плесневых грибков и бактерий, а также воздействия со стороны насекомых, грызунов и термитов. При проектировании и изготовлении изделий должен применяться ГОСТ 15150 - “Машины, приборы и другие технические изделия. Исполнения для различных климатических районов. Категории, условия эксплуатации, хранение и транспортирование в части воздействия климатических факторов внешней среды”. Он должен применяться при составлении технического задания на разработку изделий, а также при разработке технических условий.
Таблица 3 - Климатические исполнения
|
Обозначения |
|||
|
Климатические исполнения изделий |
буквенные |
цифро- |
|
|
рус |
лат. |
вые |
|
|
Изделия, предназначенные для эксплуатации на суше, реках, озерах |
|||
|
Для района с умеренным климатом |
У |
N |
0 |
|
Для районов с умеренным и холодным климатом |
УХЛ |
NF |
1 |
|
Для района с влажным тропическим климатом |
ТВ |
TH |
2 |
|
Для района с сухим тропическим климатом |
ТС |
ТА |
3 |
|
Для районов как с сухим, так и с влажным тропическим климатом |
Т |
Т |
4 |
|
Для всех районов на суше, кроме района с очень холодным климатом (общеклиматическое исполнение) |
О |
U |
5 |
|
Изделия, предназначенные для эксплуатации в районах с морским климатом |
Продолжение таблицы 3
|
Для района с умеренно-холодным морским климатом |
М |
М |
6 |
|
Для района с умеренным морским климатом |
ТМ |
МТ |
7 |
|
Для районов как с умеренно-холодным, так и тропическим морским климатом |
ОМ |
MU |
8 |
|
Для всех районов на суше и на море, кроме района с очень холодным климатом (всеклиматические исполнения) |
В |
W |
9 |
К макроклиматическому району с умеренным климатом относятся районы, где средняя из ежегодных абсолютных максимумов температура воздуха равна или ниже 40С, а средняя из ежегодных абсолютных минимумов температура воздуха равна или выше - 45С.
К макроклиматическому району с холодным климатом относятся районы, в которых средняя из ежегодных абсолютных минимумов температура воздуха ниже - 45С. К макроклиматическому району с очень холодным климатом относятся районы, где средняя минимальная температура ниже - 60С (Антарктида).
К макроклиматическому району с влажным тропическим климатом относятся районы, в которых сочетание температуры, равной или выше 20С и относительной влажности равной или выше 80% наблюдается примерно 12 или больше часов в сутки за непрерывный период от 2 до 12 месяцев в году.
К макроклиматическому району с сухим тропическим климатом относятся районы, в которых средняя из ежегодных абсолютных максимумов температура воздуха выше 40С и которые не относятся к району с влажным тропическим климатом.
К макроклиматическому району с умеренно-холодным морским климатом относятся моря, океаны и прибрежная территория в пределах воздействия морской воды, расположенные севернее 30 северной широты или южнее 30 южной широты.
К макроклиматическому району с тропическим морским климатом относятся моря, океаны и прибрежная территория в пределах воздействия морской воды. расположенные между 30 северной широты и 30 южной широты.
Изделия в зависимости от места размещения при эксплуатации изготавливают по категориям размещения.
Таблица 4 - Категории размещения
|
Укрупненные категории Характеристики |
Обозначение |
|
Для эксплуатации на открытом воздухе |
1 |
|
Для эксплуатации под навесом или в помещениях, где колебания температуры и влажности воздуха несущественно отличаются от колебаний на открытом воздухе, например, палатках, кузовах, прицепах |
2 |
|
Для эксплуатации в закрытых помещениях с естественной вентиляцией, где колебания температуры и влажности воздуха и воздействие песка и пыли существенно меньше, чем на открытом воздухе, например, в металлических с теплоизоляцией, каменных, бетонных, деревянных помещениях |
3 |
|
Для эксплуатации в помещениях с искусственно регулируемыми климатическими условиями, например, производственные помещения |
4 |
|
Для эксплуатации в помещениях с повышенной влажностью, например, шахтах, подвалах, судах, где возможно длительное наличие воды или частая конденсация влаги на стенах |
5 |
Обозначение вида климатического исполнения указывают во всех видах документации, в том числе и эксплуатационной.
Условия хранения изделий, определяемые местом их размещения, макроклиматическим районам и типом атмосферы приведены в таблице 13 ГОСТ15150. Пример: условия хранения - отапливаемые и вентилируемые склады. Обозначение условий хранения: основное - 1, вспомогательное - Л.
РЭС в зависимости от условий эксплуатации подразделяют на группы по таблице 5
Таблица 5
|
гр. |
Условия эксплуатации |
Категория исполнения по ГОСТ 15150 |
|
I |
В жилых помещениях |
4.2 |
|
II |
В транспортных средствах (встроенная) |
2.1 |
|
III |
На открытом воздухе, не рассчитана для работы в условиях движения |
1.1 |
|
IV |
На открытом воздухе, в том числе в условиях движения (на ходу, в салоне автомобиля, катере и т.п.) |
1.1 |
Существуют дополнительные категории 1.1; 2.1; 3.1; 4.1; 4.2; 5.1.
4.1 - в помещениях с кондиционированным или частично кондиционированным воздухом.
4.2 - в лабораторных, капитальных жилых и других подобного рода помещениях.
ГОСТ 11478-88 - “Аппаратура радиоэлектронная бытовая. Нормы и методы испытаний на воздействие внешних механических и климатических факторов”. Испытания, установленные в этом стандарте, проводят для проверки на соответствие требованиям, установленным в ТЗ, стандартах и Т.У. Виды испытаний устанавливают в стандартах и ТУ и в программах испытаний в соответствие этим ГОСТ.
ГОСТ 16019-78 - “Радиостанции сухопутной подвижной службы. Требования по устойчивости к механическим и климатическим воздействиям и методы испытаний”. В зависимости от условий эксплуатации радиостанции подразделяются на 7 групп. ГОСТ устанавливает механические и климатические воздействия, которые радиостанции должны выдерживать в зависимости от группы.
ГОСТ 14254-80 - “Изделия электротехнические. Оболочка. Степени защиты. Обозначения, методы испытаний”. Этот стандарт распространяется на электротехнические изделия с номинальным напряжением не более 72,5 кв.
Для обозначения степени защиты применяются буквы “УР” и две цифры. Первая цифра обозначает степень защиты персонала, а также степень защиты изделия от попадания внутрь твердых посторонних тел. Вторая цифра обозначает степень защиты изделия от попадания воды.
Таблица 6 - Защита от твердых тел
|
Первая |
Степень защиты |
|
|
цифра |
Краткое описание |
Определение |
|
0 |
Защита отсутствует |
Специальная защита отсутствует |
|
1 |
Защита от твердых тел размером более 50 мм |
Защита от проникновения внутрь оболочки большого участка поверхности человеческого тела, например, руки, и от проникновения твердых тел размером свыше 50 мм |
|
2 |
Защита от твердых тел размером более 12 мм |
Защита от проникновения внутрь оболочки пальцев или предметов длиной не более 80 м и от проникновения твердых тел размером свыше 12 мм |
Продолжение таблицы 6
|
3 |
Защита от твердых тел размером более 2,5 мм |
Защита от проникновения внутрь оболочки инструментов, проволоки и т.д. диаметром или толщиной более 2,5 мм и от проникновения твердых тел размером более 2,5 мм |
|
4 |
Защита от твердых тел размером более 1,0 мм |
Защита от проникновения внутрь оболочки проволоки и от проникновения твердых тел размером более 1,0 мм |
|
5 |
Защита от пыли |
Проникновение внутрь оболочки пыли не предотвращено полностью. Однако пыль не может проникать в количестве, достаточном для нарушения работы изделия |
|
6 |
Пыленепроницаемость |
Проникновение пыли предотвращено полностью |
Таблица 7 - Защита от влаги
|
Вторая |
Степень защиты |
|
|
цифра |
Краткое описание |
Определение |
|
0 |
Защита отсутствует |
Специальная защита отсутствует |
|
1 |
Защита от капель воды |
Капли воды, вертикально падающие на оболочку, не должны оказывать вредного воздействия на изделие |
|
2 |
Защита от капель воды при наклоне до 15 |
Капли воды, вертикально падающие на оболочку, не должны оказывать вредного воздействия на изделие при наклоне его оболочки на любой угол до 15 относительно нормального положения |
|
3 |
Защита от дождя |
Дождь, падающий на оболочку под углом 60 от вертикали, не должен оказывать вредного действия на изделие |
|
4 |
Защита от брызг |
Вода, разбрызгиваемая на оболочку в любом направлении не должна оказывать вредного действия на изделие |
|
5 |
Защита от водных струй |
Струя воды, выбрасываемая в любом направлении на оболочку, не должна оказывать вредного действия на изделие |
|
6 |
Защита от волн воды |
Вода при волнении не должна попадать внутрь оболочки в количестве, достаточном для повреждения изделия |
|
7 |
Защита при погружении в воду |
Вода не должна проникать в оболочку, погруженную в воду, при определенных условиях давления и времени в количестве, достаточном для повреждения изделия |
|
8 |
Защита при длитель-ном погружении в воду |
Изделия пригодны для длительного погружения в воду при условиях, установленных изготовителем |
Обозначение степени защиты должны устанавливаться в стандартах или ТУ
Защита от климатических воздействий
Атмосферная коррозия деталей. Защита конструкций высших структурных уровней от атмосферных воздействий предполагает защиту от действия влаги, биологической среды, пыли. Необходимо предотвратить проникновение влаги, пыли в зазоры подвижных и неподвижных контактных соединений, так как это влечет за собой нежелательные изменения электропроводности, химические и электрохимические разрушения в конструкции.
Защита несущих деталей конструкции может быть обеспечена выбором материала детали, стойкого к действию влаги и агрессивной газовой среды, или покрытием поверхности металлическими, полимерными, стеклоэмалевыми пленками, созданием на поверхности детали оксидных или комплексных соединений.
РЭА может подвергаться циклическим изменениям температуры. В этом случае на ее внутренней и наружной поверхности конденсируется влага. При длительном хранении РЭА в нерабочем состоянии влажность окружающей среды также вызывает разрушения от коррозии (в особенности неизолированных проводов диаметром менее 0,1 мм).
Коррозия - распространение по поверхности разрушения твердого тела под воздействием химических и электрохимических факторов. Защита от коррозии - путем образования защитных слоев с помощью окраски, химической и электрохимической обработки поверхности. Выбор материала зависит от требований, связанных с выполнением функций прибора и от коррозийных свойств, при этом необходимо учитывать пару взаимодействующих материалов. Интенсивность коррозии зависит от разности потенциалов, возникающей в месте касания металлов. Образующиеся потенциалы сильно зависят от состава водной среды. При выборе материалов с учетом их электрохимических потенциалов, необходимо руководствоваться следующим:
- разность потенциалов 2-х металлов должна быть малой;
- металлы следует покрывать защитными слоями, изолирующими их друг от друга;
- площади касания различных металлов должны быть малыми, т.к. увеличение этих площадей приводит к усилению контактной коррозии.
Коррозия двух металлов в контактном соединении зависит не только от того, как далеко они отстоят один от другого в электрохимическом ряду (этим и определяется разность потенциалов при разомкнутой цепи), но и от поляризации в замкнутом состоянии. Поляризация электродов зависит от силы тока, протекающего между ними. Направление возникающего при этом изменения потенциала всегда таково, что оно препятствует смещению равновесия и, следовательно, протеканию тока.
Рассмотрим некоторые пары металлов с точки зрения их совместимости друг с другом:
- Алюминий и магний являются нежелательной парой: при контактных соединениях магниевые сплавы корродируют.
- Алюминий и сталь могут использоваться в контакте благодаря небольшой разности потенциалов и большой анодной поляризуемости алюминия, однако в морской атмосфере контакт алюминия со сталью нежелателен из-за смещения потенциалов.
- Пара алюминий-медь недопустима, так как в слабоагрессивных средах контакт алюминиевых сплавов с медными вызывает сильную коррозию алюминия. Анодирование алюминиевых сплавов не исключает коррозии.
- Контактирование алюминиевых сплавов с латунью и бронзой также должно быть исключено.
- Пару алюминий - нержавеющая сталь можно использовать только в нормальной атмосфере. В морской атмосфере в таких соединениях коррозируют алюминиевые сплавы. В морской воде разрушение алюминиевых сплавов особенно сильно проявляется, когда большая поверхность нержавеющей стали контактирует с малой поверхностью алюминиевого сплава.
- Титановые сплавы в паре с алюминием допустимо применять при всех условиях, за исключением погружения в морскую воду, так как титан усиливает коррозию алюминиевых сплавов.
- Магниевые сплавы в сильной степени подвержены контактной коррозии со всеми металлами, поэтому зону соединения следует тщательно защищать от влаги несколькими слоями грунта, шпаклевки и краски.
Клепаные соединения должны иметь правильно подобранные материалы. Нельзя допускать, чтобы материал заклепок имел более отрицательный потенциал по сравнению с материалом соединяемых деталей и чтобы разность потенциалов была чрезмерно большой. Например, соединение деталей из магниевых сплавов целесообразно производить заклепками из алюминиево-магниевого сплава АМ-5. При этом следует избегать заклепок из сплавов типа дюралюминия, содержащих медь и вызывающих сильную коррозию магниевых сплавов.
Механические напряжения в детали оказывают заметное влияние на коррозию. Если стальная деталь испытывает большие механические напряжения (как внутренние, так и под действием внешней нагрузки), то коррозия увеличивается в условиях агрессивных сред.
При большой влажности в морских условиях происходит растрескивание стальных деталей по границам структурных зерен. Особенно часто это происходит в изгибах с малыми радиусами (в результате наклепа) в условиях тропической влажности. Могут растрескиваться и тонкие латунные детали, если они находятся под механическим напряжением (от внешних сил или в результате изготовления) в условиях повышенной влажности. В тропических условиях трещины на подобных деталях появляются через несколько месяцев.
Наряду с перечисленным ранее, вредные влияния окружающей среды можно уменьшить с помощью конструктивных решений. Это может быть герметизация прибора.
Таблица 8 - Преимущества и недостатки приборов различной конструкции в зависимости от степени герметизации:
|
Конструкция |
Преимущества |
Недостатки |
|
Герметичная |
Защита от воды и грибков, замедление диффузии водяных паров, высокий срок службы |
Конденсация воды, затрудненный переход к более благоприятным условиям окружающей среды, трудность замены осушителя |
|
Частично герметизированная |
Быстрое изменение влажности и хорошая защита от пыли |
Попадание водяных брызг, грибков, малый срок службы осушителя (более частая его замена) |
|
Открытая (с хорошей вентиляцией) |
Внутренний климат соответствует наружному, хорошая вентиляция предотвращает образование грибковой плесени |
Опасность попадания посторонних тел, повышенная чувствительность к изменению влажности |
У приборов, работающих на открытом воздухе, внешние поверхности следует выполнять в основном вертикальными, а горизонтальные заменять наклонными, конусными или выпуклыми. Внешние поверхности должны быть малыми и гладкими; для наружных деталей желательно обеспечить более интенсивную циркуляцию воздуха. Попадающая на детали вода не должна стекать на другие. Кроме того следует избегать узких зазоров, острых наружных и внутренних углов, профилированных поверхностей и мест, где могут собираться загрязнения. Для получения герметичных конструкций используют закрытые корпуса, защитные крышки, уплотнения. Защиту от касания и внедрения посторонних предметов обеспечивают экранированием подвергающихся опасности деталей или приборов защитными решетками, колпачками или корпусами.
Стойкость материалов к атмосферной коррозии. Для металлических деталей РЭА характерна атмосферная коррозия, протекающая под тонкой пленкой влаги на поверхности изделия в присутствии кислорода воздуха. При малом количестве воды концентрация ионов в растворе оказывается значительной, смывания продуктов коррозии не происходит (они остаются в местах разрушения, сцепляясь с поверхностью), поэтому химическая стойкость металлических деталей во многом определяется защитными свойствами продуктов коррозии.
На деталях из алюминиевых сплавов возникает оксидная пленка, существенно замедляющая химическую коррозию, а на малоуглеродистой стали оксидная пленка образуется медленнее и, будучи рыхлой и гигроскопичной, облегчает коррозию.
Из органических веществ коррозию алюминия вызывают фенольные соединения, финил - ртуть (применяется в тропикоустойчивой РЭА против грибковых образований).
В условиях морского климата и промышленной атмосферы оксидный слой на магниевых сплавах создает удовлетворительную коррозийную защиту. На деталях из меди и медных сплавов под воздействием углекислоты, кислорода и влаги образуется сульфат меди или (на морском побережье) хлорид меди. Медь корродирует под действием аммиака в условиях влажного теплого климата.
Исключение составляет бронза. Бронза имеет высокую коррозийную стойкость в тяжелых климатических условиях и не требует защитного металлического покрытия. Это особенно относится к бериллиевой бронзе, часто применяемой для изготовления пружин.
Латунь не требует защиты только при средней влажности воздуха и температуре до 30С, корродирует в контакте с термопластами и ртутными фунгицидами.
Титановые сплавы обладают высокой коррозийной стойкостью.
Скорость коррозии стальных деталей с повышением температуры от 20 до 60С возрастает в пять раз. Стальные детали можно применять только при соответствующем покрытии. Исключение составляют высоколегированные нержавеющие стали типа 1Х18Н9Т. Повышение содержания углерода снижает стойкость стали к морскому климату.
Воздействие грибковых образований на конструкцию
В конструкции РЭА, которая должна работать в тропическом влажном климате, необходимо предотвращать развитие плесневых грибковых образований. Плесневые грибы не имеют хлорофилла и поэтому используют органические вещества, на которых происходит их рост. Плесневые грибы содержат большое количество ферментов, которые катализируют процессы разложения. Помимо питательных веществ для развития грибов нужна влага, так как грибковые нити не имеют защиты от испарения. Влага не обязательно должна быть в виде жидкости. Достаточно, чтобы влажность воздуха была 70 - 100, во всяком случае не ниже 65. При предельной влажности 65 - 70 могут развиваться только отдельные виды грибов. Температура для роста грибов не играет существенной роли, но свет, особенно ультрафиолетовая и инфракрасная части спектра, сильно тормозят их развитие. Способствует росту грибов неподвижность воздуха.
Споры грибов попадают в воздух из почвы и распространяются вместе с пылью. Споры имеют высокую стойкость к воздействию сухости, холода, жары, излучения, ядов, в течение многих лет сохраняют способность к размножению. Первая фаза прорастания не требует питательных веществ, так как споры имеют некоторый их запас. Появление плесени на материалах, которые, казалось бы, не могу быть пищей для грибов, связано с загрязнением поверхности. Этот тонкий слой загрязнения, хотя бы от пота рук или от пыли, достаточен для роста плесневых грибов. Мицелий плесневого гриба состоит из воды с высоким содержанием белка и питательных солей. По нему может происходить закорачивание электрической цепи, и, кроме того, органические кислоты, входящие в такой электролит, ускоряют коррозию токонесущих участков.
Плесень вначале поражает наиболее предрасположенные к ее образованию материалы, а затем переходит на другие, например начинается на хлопчатобумажной оплетке и распространяется потом на провода с лакошелковой изоляцией.
Методы защиты от плесени. Предрасположенность синтетических материалов к образованию плесневых грибов связана с наличием пластификаторов, наполнителей и т. п. Особенно это заметно у поливинилхлорида, который из-за добавления к нему пластификатора сильно плесневеет.
Хорошую стойкость против плесени имеют уретановые лаки и лаки с введенными в них противоплесневыми ядами - фунгицидами. Но действие фунгицидов с течением времени ослабевает и два-три года спустя на деталях может при благоприятных для нее условиях появиться плесень.
Проникающая через отверстия и щели в корпусе РЭА пыль может вызвать снижение сопротивления изоляции и появление электрических пробоев в конструкции. Успешность борьбы с воздействием пыли зависит от микроклимата внутри РЭА. При относительной влажности выше 75 большая часть атмосферной пыли объединена с влагой. Начиная с 70-ной относительной влажности происходит коагуляция частиц. При более низкой влажности частицы заряжаются электрически.
В состав пыли входят неорганические соединения и органические частицы текстильного и растительного происхождения. Неорганическая пыль - это уносимая с тягой зола, уличная пыль (частицы размером примерно 100 мкм) и мелкие частицы сажи, размер которых составляет доли микрометра. Наиболее вредной составной частью дымовых газов в промышленных районах являются продукты сгорания серы. После сгорания получается сернистый ангидрид SO2, который окисляется в воздухе и, соединяясь с водой, образует кислоты H2SO3 и H2SO4.
Так как сухие частицы пыли электрически заряжены, то они преимущественно оседают на деталях, имеющих постоянный электрический потенциал.
Воздействие пыли на РЭА проявляется главным образом в виде засорения смазки механизмов, увеличивая износ и вызывая заедания. Наибольшую опасность представляют зерна размером от 1 до 40 мкм. Кроме того, пыль в воздушном зазоре электромеханического реле может препятствовать его срабатыванию. Гигроскопические свойства некоторых частиц пыли способствует развитию коррозии. Так, тонкий слой копоти (частицы сажи) адсорбируют SO2 , усиливающий химическую коррозию. В тропических условиях осаждение пыли является, как отмечалось, причиной роста плесени, если осевшая пыль представляет собой подходящую среду для микроорганизмов.
Защитные покрытия
Для придания коррозийной стойкости поверхность металлических деталей защищают покрытием. Металлические покрытия в производстве РЭА получают главным образом гальваническим методом. Преимущество таких покрытий заключается в том, что возможен широкий выбор металлов покрытия и получение тонких и сравнительно точных по толщине пленок. Все металлические покрытия, как правило пористые. В процессе производства и эксплуатации покрытия могут повреждаться. Поэтому важным является анализ взаимодействия покрытия с основным материалом.
В зависимости от поляризуемости пленки металла различают два вида покрытий: катодные и анодные. Если материал покрытия имеет в данной среде электродный потенциал более положительный, чем у основного металла, то такое покрытие называют катодным, а если материал покрытия имеет в данной среде электродный потенциал более отрицательный, чем у основного металла, то такое покрытие будет анодным. Катодные покрытия защищают основной металл лишь механически, изолируя его от внешней атмосферы. Анодные покрытия защищают основной металл не только механически, но и электрохимически. В этом случае разрушаемым металлом является покрытие. Продукты его разрушения заполняют поры, и процесс разрушения замедляется. Поэтому пористость анодных покрытий в отличие от катодных играет меньшую роль.
При гальваническом методе получения покрытия на острых выступах деталей механические покрытия получаются крупнозернистыми и хрупкими. В таких местах после скалывания покрытия возникают очаги коррозии.
При сравнении коррозийной стойкости деталей с металлическими покрытиями недостаточно руководствоваться только рядом химической активности (рядом напряжений), а следует учитывать и защитные свойства продуктов коррозии. Так, цинк и кадмий являются анодными покрытиями на железе. Но при морской атмосфере допустимо только кадмирование, обеспечивающее защиту благодаря химической стойкости и хорошей адгезии хлористого кадмия. Кроме того, кадмий мягче цинка и поэтому не скалывается в шлицах винтов, а сминается.
Продуктом коррозии цинкового покрытия в морской атмосфере будут гигроскопичные, рыхлые и непрочные хлопья хлористого цинка. В промышленной атмосфере продуктом коррозии оцинкованной детали будет слаборастворимый сернокислый цинк, прочно защищающий место повреждения покрытия от дальнейшей коррозии.
Примером нежелательного в коррозийном отношении сочетания является слой олова на железе, так как олово является катодным покрытием по отношению к железу и достаточно иметь несколько пор в слое, чтобы в присутствии влаги начался электрохимический процесс разрушения железа. Характерно, что при этом слой олова сохраняется, маскирую место коррозии.
Для деталей, расположенных внутри приборов, анодные покрытия применять не рекомендуется. Продукты коррозии, осыпаясь, могут вывести из строя контакты коммутирующих устройств, которые размещены в приборе. В таких случаях вместо металлических защитных пленок следует применять оксидные или полимерные.
При анализе коррозийной стойкости контактов из благородных металлов, помимо химического, электрохимического и механического разрушения, необходимо учитывать вероятность образования продуктов полимеризации газообразных органических соединений в твердые изоляционные прослойки. Так, от ароматических соединений с насыщенными группами (например, испаряющийся пластификатор, входящий в состав полихлорвинила) образуются продукты полимеризации в виде коричневого порошка или стекловидных слоев. При воздействии промышленной атмосферы (содержащей сероводород) чистый палладий и серебро корродируют с образованием сульфатного слоя. Можно представить следующий ряд благородных металлов в порядке тенденции к образованию таких продуктов: Au, Mo, Po, Ti, Ru, Pd, Pt, Ag.
Особенности некоторых металлических покрытий:
- Цинковые покрытия являются типичными анодными покрытиями для многих металлов. Они обладают средней твердостью, выдерживают развальцовку и изгибы, плохо паяются и привариваются, цвет покрытия голубовато-стальной.
- Кадмиевые покрытия существенно дороже цинковых. Они имеют серебристо-стальной цвет, длительно его сохраняют, хорошо паяются. Кадмиевые покрытия менее стойки, чем цинковые, в условиях обычной влажной среды, не загрязненной хлористым натрием. Они обладают высокой стойкостью к коррозии под воздействием морской атмосферы. Кадмиевая пленка на алюминии может применяться при всех условиях. При контактировании алюминиевых сплавов с кадмированной сталью необходимо иметь достаточную толщину кадмиевого покрытия, чтобы избежать преждевременного оголения стали.
- Никелевые покрытия по отношению к малоуглеродистым сталям являются катодными. Эти покрытия сравнительно пористые. При расклепке возможны отслаивания никелевых покрытий. Никель паяется и окрашивается плохо, устойчив против истирания. Никелевые покрытия плохо защищают стальные детали от коррозии. Блестящее никелевое покрытие в большей степени подвержено коррозии, чем матовое, так как блескообразующие вещества включают в себя следы серы, способствующие коррозии. Химическое никелирование позволяет получить прочную сплошную пленку равномерной толщины до 10 мкм на поверхности стальных и медных деталей. Недостатком этого вида покрытия является высокая стоимость и трудоемкость.
- Хромовые покрытия вследствие способности пассивироваться перемещаются в область положительных потенциалов ряда, а поэтому для многих металлов являются катодными. Хромовые покрытия твердые и обладают высокой стойкостью к истиранию. Осаждаемый на полированную поверхность хром имеет зеркальный блеск с высоким коэффициентом отражения (около 70). Эти покрытия хорошо полируются, не тускнеют на воздухе и обладают гидрофобными свойствами. Хромовые покрытия при осаждении неравномерно распределяются на поверхности, что затрудняет хромирование деталей сложной конфигурации. Способность хрома отлагаться преимущественно на остриях в виде крупных кристаллов делает покрытие чрезмерно хрупким и легко складываемым в этих местах. Детали, покрытые хромом (по подслою никеля), могут контактировать с алюминиевыми сплавами в любой атмосфере.
Многослойные покрытия используют в тех случаях, когда требуется повышенная устойчивость к действию влажной агрессивной среды в сочетании с высокой износостойкостью.
Часто применяют тройное покрытие стальных деталей медью, никелем и хромом. Медные покрытия обладают хорошей адгезией, поэтому на стальные детали наносят слой меди 6 - 10 мкм. На него для придания твердости наносят слой никеля толщиной 3 - 6 мкм. Для придания поверхности гидрофобности и устойчивости к истиранию сверху осаждают хром с толщиной слоя 0,5 - 1 мкм. Для тропических условий увеличивают толщину первых двух слоев: меди до 20 - 30 мкм, никеля до 16 - 25 мкм.
Лакокрасочные покрытия представляют собой пленкообразующие органические вещества, наносимые в один или несколько слоев на защищаемую поверхность. Такие покрытия химически более инертны, чем металлические, а потому обладают лучшими антикоррозионными свойствами, но меньшей механической прочностью по сравнению с металлическими. Основой лакокрасочного покрытия является органическое пленкообразующее вещество и пигмент (красящее вещество). Все применяемые лаки и краски в известной мере проницаемы по отношению к воде и кислороду. Большие препятствия диффузному проникновению создаются лишь в покрытиях, имеющих хорошую адгезию и нанесенных в несколько слоев.
По ГОСТ 9.104 - 79 “Покрытия лакокрасочные. Группы условий эксплуатации” все лакокрасочные покрытия делятся на пять групп, предназначенных для эксплуатации 1) в умеренном климате, 2) в холодном, 3) в тропическом сухом и влажном, 4) в морском умеренном и 5) тропическом. Такое деление производится по продолжительности воздействия на покрытие РЭА ультрафиолетовой солнечной радиации, увлажнения поверхности, влажности воздуха более 80, максимальной и минимальной температуры воздуха, плесневых грибков.
Выбор защитного покрытия производится с учетом функционального назначения детали (узла), продолжительности и характера действия окружающей среды (влага, агрессивные газы, радиация, тепло). Детали, предназначенные для использования внутри блоков, должны защищаться металлическими покрытиями, оксидными или фосфатными пленками, получаемыми на поверхности металлической детали путем окисления или фосфатирования основного металла. Поверхности деталей, непосредственно соприкасающиеся с внешней средой, защищают лакокрасочными покрытиями с предварительным оксидированием или анодированием. Особенно это относится к деталям из алюминиевых и магниевых сплавов.
Особенно благоприятные для коррозии условия создаются в швах, полученных точечной сваркой или клепкой. Сильной коррозии подвергаются сварные и клепаные швы соединений из литых алюминиевых сплавов. Поэтому все сварные и клепанные швы во избежание коррозии должны защищаться многослойными лакокрасочными покрытиями.
Защита от электрического удара
Защиту от электрического удара для приборов подразделяют на защиту от непосредственного касания при нормальной работе и защиту от косвенного касания в случае ошибки.
Защита от прямого касания при нормальной работе. Все детали во время работы находящиеся под напряжением должны быть изолированы, экранированы или расположены так, чтобы была предотвращена возможность их касания. Кожухи и экраны приборов должны быть выполнены так, чтобы их нельзя было снять без использования инструмента. При переменном напряжении до 50 В (действующее значение) и переменном напряжении до 60 В (при пульсирующем выпрямленном напряжении – среднее арифметическое) защиту от касания можно не предусматривать, не считая специальных случаев (например, электрических медицинских приборов). Для электронной измерительной аппаратуры предельными - в отношении безопасности при касании - напряжениями считаются Uпер. 42 и U 65 В.
В электронных измерительных приборах все находящиеся под напряжением выводы, касание которых опасно, должны быть соответствующим образом защищены и расположены на определенном безопасном расстоянии от других токоведущих элементов, касание которых возможно.
Защита от косвенного касания в случае ошибки. Открытые для касания детали приборов, не находящиеся под напряжением (корпуса) должны быть выполнены так, чтобы даже в аварийном случае на них не могло появиться опасное напряжение. Для всех электротехнических устройств и электронных приборов номинальных напряжением Uпер=1 кВ и U_=1,5 кВ необходимо последовательное выполнение требований в соответствии с классом их защиты. Защитные мероприятия не требуются: для приборов с установившемся током короткого замыкания Iк=20 мА; для приборов с батарейным электропитанием и преобразователем напряжения (U1д ≥ 50 В), если входная мощность преобразователя Рвых ≤ 2 Вт при его внутреннем сопротивлении Ri ≥10 кОм; для элементов приборов, которых можно касаться только при снятии напряжения и в которых приняты меры для предотвращения подачи напряжения на касаемые детали (например, на детали внутри выдвижных блоков); для металлических деталей крепления проводов и кабелей (например, хомутов и скоб).
Степень защиты не должна снижаться в результате работы прибора или воздействий со стороны окружающей среды; так резьбовые соединения должны быть застопорены с помощью пружинных шайб, а паяные - путем закрутки или изгиба концов проводов в отверстиях для пайки.
Классы защиты. Различают класс защиты I (защитное заземление, для чего предусматриваются, например места подключения защитного проводника, соединители с защитным контактом и др.), класс защиты II (защитная изоляция) и класс защиты III (защитное пониженное напряжение).
Защитное заземление. При защитном заземлении через проводник, соединяющий детали прибора с устройством защиты и имеющий малое полное сопротивление, в случае замыкания проходит такой ток, который приводит в действие устройство защиты от тока перегрузки (плавкий предохранитель или автоматический выключатель). Поэтому защитные проводники должны иметь малое сопротивление, что обеспечивается выбором их материала и площади поперечного сечения. Кроме того, необходимо выполнение следующих правил:
- резьбовые соединения для крепления защитных проводников не должны выполнять никаких других функций и должны иметь предохранение от самоотвинчивания. К каждому соединению должен прикрепляться только один защитный проводник;
- все проводящие электрический ток детали, касание которых возможно непосредственно или косвенно и на которые в случае ошибки может быть подано напряжение, должны быть соединены; проводимость этих соединений должна соответствовать проводимости защитного проводника;
- защитные проводники должны иметь изоляцию желто-зеленого цвета, а места их подключения на приборе должны быть отмечены соответствующими символами;
- защитные проводники не должны подвергаться растягиванию. Защитный проводник не должен служить токоведущим элементом. Соединение их узлами и скруткой недопустимо.
Защитная изоляция. При использовании защитной изоляции все детали прибора, касание которых возможно непосредственно или косвенно, дополнительно покрываются изоляцией или же их рабочая изоляция усиливается. Сопротивление изоляции должно быть не менее 1,5 Ом при испытании напряжением не менее 4 кВ (действующее значение) в течение 1 мин. При этом различают защитное изолирующее экранирование (детали, на которые ошибочно может быть подано напряжение, покрываются изолирующим материалом), защитную промежуточную изоляцию (касание электропроводящих деталей, на которые ошибочно может быть подано напряжение, предотвращается промежуточной изоляцией) и усиленную изоляцию (рабочая изоляция или непосредственно на ней находящаяся защитная изоляция предназначена для защиты от электрического удара).
Изоляция должна обладать хорошей механической, электрической, термической и химической стойкостью.
Защитное пониженное напряжение. При использовании этого способа защиты рабочее напряжение составляет 42 В. Недостатком этого способа является ограничение передаваемых мощностей за счет понижения напряжения. В качестве источников напряжения используются защитные трансформаторы, генераторы, преобразователи и др. Провода, находящиеся под напряжением, при этом следует заземлять и соединять с защитными проводниками. Изоляция приборов и проводов должна быть рассчитана на напряжение не менее 250 В.
Основные сведения об источниках и приемниках паразитных наводок.
Паразитная наводка - это непредусмотренная электрической схемой и конструкцией передача напряжения, тока или мощности от одного радиотехнического устройства к другому или из одной части РЭС в другую. При анализе наводок всегда можно выделить источник наводимого напряжения (ИН), приемник этого напряжения (ПН) и паразитную связь (ПС) между ними. Любая РЭС или часть ее может стать ИН и ПН.
ИН может быть сеть переменного тока; мощные генераторы ВЧ, работающие в нелинейном режиме; импульсные модуляторы с высоким напряжением и большим током; генераторы импульсов с большим током; выходные и предоконечные каскады УВЧ, УПЧ, УНЧ; генераторы развертки с высоким напряжением и малым временем обратного ухода; реле и другие включающие и выключающие приборы; выходные и силовые трансформаторы; коллекторные электродвигатели.
ПН могут быть все радиоприемники, особенно высокочувствительные и работающие в длинноволновом диапазоне; входные и первые промежуточные каскады усилителей всех типов; входные трансформаторы УНЧ; спусковые устройства (триггеры, ждущие мультивибраторы и т.п.) с высокой чувствительностью срабатывания.
Защита РЭС от наводок сводится к выполнению следующих требований:
- все ИН, находящиеся в разрабатываемых РЭС не должны мешать ее нормальному действию;
- разрабатываемые РЭС не должны мешать нормальному действию окружающей аппаратуры;
- в разрабатываемых РЭС должны быть приняты меры к тому, чтобы окружающая аппаратура ей не мешала.
ИН может быть связан с ПН через электрическое и магнитное поле, электромагнитное поле излучения и соединительные провода. Напряженность ближних электрического и магнитных полей обратно пропорциональна квадрату расстояния от элемента, возбуждающего поле. Напряженность электромагнитного поля излучения обратно пропорциональна первой степени расстояния. Напряжение на конце проводной линии или волновода с увеличением расстояния падает медленно. Из этой зависимости действия различных видов связи от расстояния следует, что при малых расстояниях наводка может поступать по всем четырем путям. С увеличением расстояния в первую очередь исчезают связи через ближние электрическое и магнитное поля, во вторую очередь перестает влиять электромагнитное поле излучения и на большом расстоянии наводка может передаваться только по проводам и волноводам.
Подавление наводок в большинстве случаев сводится к устранению или ослаблению ПС между ИН и ПН путем экранирования и развязывания цепей. Экранированием называется локализация электромагнитной энергии в определенном пространстве, за счет ограничения распространения ее всеми возможными способами.
Эффективностью экранирования (Э) называется отношение напряжений, токов, напряженностей электрического и магнитного полей в экранируемом пространстве при наличии и отсутствии экрана.
Э = U / U = I / I = E / E = H / H ,
в технике проводной связи эту величину оценивают в нигерах (Ни): В = ln Э = 0,115 А , а в радиотехнике - в децибелах (дБ): А = 20 lg Э = 8,7 В.
Экранирование электрических и магнитных полей. Для защиты от электрических полей и подавления паразитной емкостной связи во всех диапазонах частот используют тонкие листы и пленки, а также проволочные решетки и сетки из материала, обладающего хорошей электропроводностью. При конструировании экранов следует помнить, что их материал должен иметь хорошую электропроводимость, все электрические соединения должны быть короткими.
Для экранирования магнитных низкочастотных полей используют материалы с высокой магнитной проницаемостью при достаточной толщине экрана. Такими материалами являются, например, листовая сталь, сталь для сердечников электрических машин. При обработке этих материалов, особенно при термообработке, необходимо строго следовать указаниям изготовителя.
Затухание экранирования в общем виде:
аS = 20 lg (Ha / Hi) , где
Ha - напряженность внешнего магнитного поля, А/м;
Hi - напряженность внутреннего магнитного поля, А/м.
Экранирование магнитного поля средних и высоких частот осуществляется за счет индуцирования в экране вихревых токов. Поэтому здесь могут быть использованы и немагнитные материалы, такие как медь и алюминий. Вихревые токи, в соответствие с поверхностным эффектом (скин - эффектом), действуют только до определенной глубины экрана. В качестве такой глубины принята глубина проницаемости, коей соответствует глубина, на которой напряженность падает на 1 напряженности на поверхности. Показатель проницаемости характеризует глубину, на коей напряженность электрического поля падает в е раз по сравнению с напряженностью на поверхности.
Для экранов следует выбирать тонкие листы хорошо электрически проводящего материала, толщина листа d 3e , где е - показатель проницаемости материала. Для экранирования высокочастотных полей за счет образования вихревых токов используют экраны из хорошо проводящих материалов. При полях же сверхвысокой частоты на основной материал экрана, такой как медь или латунь, для улучшения его электрической проводимости наносят слой серебра.
Примеры экранирования. Электронные элементы, такие как транзисторы, конденсаторы, потенциометры, полосовые фильтры, электронно-лучевые трубки и т.д. защищают с помощью электростатических экранов, на которые подается опорный потенциал. Для защиты катушек от воздействия полей используют металлические экраны. Защитный эффект возникает благодаря поведению в экране вихревых токов, которые вызывают появление поля, противоположного полю катушки.
Основными условиями высокой эффективности защиты являются обеспечение чистых неокисленных стыков экрана и выполнение экрана из материала, обладающего хорошей электрической проводимостью. Стыки не должны нарушать направление силовых линий поля, для чего в случае электрических полей швы и стыки должны быть перпендикулярны этим линиям. Кроме того, экран не должен искажать направления наводимых в нем вихревых токов. Для этого все швы и стыки должны идти в направлении этих токов. Экран должен быть закрыт со всех сторон и заземлен для отвода блуждающих токов.
Рисунок 1 - Примеры экранирования
Конструктивно экран содержит несколько составных частей, которые в процессе сборки соединяются между собой разъемными и неразъемными соединениями. В экране имеются отверстия, через которые проходят монтажные провода. При конструировании необходимо придерживаться следующих правил: поверхность стыка составных частей экрана не должна пересекать силовых линий поля и линий наведенных в экране токов. Стык должен быть направлен вдоль этих линий. При правильном соединении увеличение глубины захода основания экрана на корпус ведет к уменьшению магнитного сопротивления стыка. При фланцевом соединении двух частей экрана увеличение ширины фланца не приводит к снижению магнитного сопротивления стыка. Отверстия в экране не должны пересекать линий наведенных в нем токов, поэтому больший размер отверстия должен располагаться параллельно этим линиям.
В качестве материалов для изготовления экранов используется латунь, алюминиевые сплавы, электротехнические сталь.
Устранение наводок
Наводки, нарушающие устойчивость работы радиоэлектронного аппарата, разделяют на электромагнитные, электростатические, кондуктивные.
Электромагнитные наводки возникают из-за протекания тока по проводам и катушкам индуктивности. Такие помехи возникают и при протекании по экранирующей оплетке кабеля низкочастотного тока, наводимого полем при неправильном заземлении экрана (в двух разнесенных точках).
Электростатические наводки вызываются электростатическими полями, создаваемыми за счет паразитных емкостей или вследствие разности потенциалов между различными точками корпуса. Они проявляются, в частности, при скачкообразном изменении напряжения в цепях, связанных с паразитной емкостью, т.к. вызывают разрядный (или зарядный) ток в этой емкости. Диапазоны частот электростатических наводок лежат, как правило, выше 10 МГц.
Кондуктивные наводки возникают из-за наличия общей нагрузки для полезного сигнала и для сигнала помехи.
Для предотвращения паразитных монтажных связей в разработанном устройстве (с частотами до 400 МГц) следует применять конструктивные меры, суть которых сводится к следующему: развязывающие фильтры в высокочастотных и импульсных схемах надо устанавливать непосредственно около активного элемента, тогда как для проводов, подходящих к замыкающим контактам реле и переключателей и для проводов питания необходимо располагать цепи фильтрации непосредственно у стенки корпуса. Каскады с выходным сигналом весьма высокого или весьма низкого уровня должны помещаться в отдельные отсеки.
Каждый элемент электрической схемы (узел), подверженный опасности наводок, должен иметь только одно соединение с шиной заземления.
Кабели, по которым проходят импульсные сигналы с крутым фронтом или сигналы от источников с большим внутренним сопротивлением, должны быть экранированы. Сигналы низкого уровня следует передавать по экранированному двужильному кабелю, причем заземление экрана должно выполняться со стороны источника сигнала. Экран не должен использоваться в качестве обратного провода, его заземление должно выполняться только в одной точке.
Если устройство состоит из нескольких узлов, находящихся в отдельных корпусах, то провода между двумя такими узлами должны быть экранированы и объединены в один кабель (кроме цепей питания), благодаря чему токи, протекающие в прямом и обратном направлении, будут равны и результирующее магнитное поле будет нулевым. Несущие конструкции должны быть соединены с общей шиной заземления, но не должны быть изолированы от металлических конструкционных частей и проходить через всю конструкцию узла. Все стыки металлических несущих конструкций радиоэлектронного аппарата должны быть выполнены сваркой, чтобы не возникало переходных электрических контактов: электрическое сопротивление на стыке соединенных частей конструкции должно быть не более 2,5 10-3 Ом. Для защиты от низкочастотных магнитных полей предпочтительна стальная оплетка экранированного кабеля.
Для блоков, рассчитанных на высокие частоты, имеет значение материал корпуса и шасси, который должен обладать повышенной электропроводимостью. В таких конструкциях часто используют латунь, гальванически покрытую слоем серебра.
При монтаже широкополосных усилителей, усилителей промежуточной частоты и др., нужно стремиться к уменьшению емкости монтажа, индуктивности соединительных проводников и ослаблению их взаимосвязи.
Современные устройства все в большей степени используют цифровую обработку сигнала. Наиболее часто встречающиеся причины искажения сигналов при передаче их по проводам следующие:
1) появление отраженных сигналов вследствие несогласованности волновых сопротивлений источника и приемника;
2) затухание сигнала (уменьшение амплитуды) за счет потерь в линии передачи;
3) искажение фронтов и задержка во времени импульсов, возникающих при включении нагрузок с реактивными составляющими;
4) задержки сигнала в линии, обусловленные конечной скоростью его распространения;
5) паразитная связь по цепям питания и заземления;
6) наводки от внешних электростатических полей.