5. Факторы окружающей среды

Среди множества воздействующих на РЭС факторов особое место занимает группа факторов характеризующих среду обитания - окружающую РЭС среду. Особенность рассматриваемой темы состоит в том, что факторы окружающей среды и объекта установки часто очень тесно связаны, поэтому в процессе проектирования РЭС их трудно разделить и в ТЗ они также пересекаются.

5.1. Виды климатических факторов

Климат - характерная для данной области (региона) на поверхности Земли совокупность типичных изменений атмосферных процессов, обуславливаемых географическими координатами, уровнем солнечной радиации, строением земной поверхности, вертикальным теплообменом и другими определяющими метеорологическими факторами за длительное (20…30 лет) время.

К климатическим факторам относят:

• изменение температуры и тепловой удар;

• влажность окружающей среды;

• увеличение или уменьшение атмосферного давления;

• наличие движущихся потоков пыли и песка;

• присутствие активных веществ в окружающей атмосфере;

• наличие солнечной радиации;

• грибковые образования (плесень);

• микроорганизмы, насекомые, грызуны.

Рассмотрим, как сказывается наличие тех или иных климатических факторов на работе РЭС.

Изменение температуры связано с изменением температуры окружающей среды и с выделением тепла при работе РЭС. При повышении температуры происходит физическое изменение материалов, нарушение изоляционных свойств. Происходит интенсивное старение материалов с потерей механических и электрических свойств. При колебании температуры изменяется емкость конденсаторов, снижается сопротивление изоляции, меняется собственная емкость, добротность контуров и сопротивление резисторов. В результате нарушается настройка РЭС, снижается чувствительность и избирательность радиоприемных устройств.

Если при разработке несущих конструкций не будут учтены изменения линейных размеров при изменениях температуры, то при эксплуатации возможно заклинивание или деформация связей.

Тепловой удар заключается в резком увеличении температуры и исчисляется минутами, а величина перепада - десятками градусов. От теплового удара в первую очередь разрушаются хрупкие материалы - стекло, керамика, некоторые пластмассы.

Атмосферное давление. Снижение его снижает электрическую прочность воздуха, вследствие чего пробивное напряжение падает. Ухудшается и поверхностное сопротивление изоляционных деталей. Снижается теплопроводность воздуха, ухудшаются условия охлаждения аппаратуры.

Влажность является одним из наиболее агрессивных факторов. Вода, содержащаяся в атмосфере, всегда загрязнена активными веществами (углекислыми и сернистыми солями кальция, магния, железа, азотом, кислородом, углекислым газом и др.). Концентрация солей в воде морей и рек доходит до 5%. Капли дождя при ударах о корпус вызывают механические вибрации. Влага приводит к параметрическим и внезапным отказам. Наиболее чувствительны к ней элементы и структуры ИС. Влага приводит к электрохимической и химической коррозии, образованию закорачивающихся перемычек, увеличению диэлектрической проницаемости, потерь и утечек в диэлектриках. На поверхности полупроводниковых приборов влага приводит к накоплению зарядов в полупроводнике под влиянием поверхностных ионов.

Конструкционные металлы в присутствии влаги корродируют. Наиболее устойчив к коррозии алюминий вследствие своей поверхностной окисной пленки. Недопустима для применения в конструкциях пара алюминий - медные сплавы с точки зрения электрохимической коррозии (корродирует алюминий). Латуни и бронзы устойчивы во влажном климате и промышленной атмосфере. Стали особенно сильно корродируют в присутствии хлоридов, SО₂ и СО₂. Однако содержание хрома более 12% делает стали нержавеющими (15Х, 20Х).

Изоляционные материалы диффузно поглощают влагу. При этом поглощение происходит в сторону меньшей ее концентрации, т.е. при повышенной влажности воздуха молекулы воды проникают внутрь материала, а при сухой атмосфере - наружу, таким образом происходит поглощение влаги и высыхание. Поглощение влаги диэлектриком приводит к уменьшению сопротивления его изоляции, увеличению диэлектрических потерь, набуханию, механическим повреждениям.

Пыль и песок находятся в атмосфере и движутся вместе с воздушным потоком. Вблизи городов и ТЭЦ содержание их увеличивается, причем большую часть составляют продукты сгорания серы. Кроме того, в состав пыли входят как неорганические (зола, сажа), так и органические частицы текстильного и растительного происхождения. Сухие частицы вследствие адсорбирования ионов могут быть заряжены и оседают на деталях, находящихся под напряжением.

Песок состоит из округленных частиц кварца размером 0,06…0,08 мм, концентрация его увеличивается с увеличением скорости движения масс воздуха.

Грибковые образования чаще всего поражают изоляционные материалы на основе целлюлозы. Грибки не имеют хлорофилла и используют для роста органические вещества. Помимо питательных веществ для развития плесени необходима влажность 70…100%, т.к. она не имеет защиты от испарения. Способствует росту плесени и неподвижность воздуха. Поэтому РЭС в тропическом исполнении должна иметь защиту от плесневых грибов. Споры грибов поступают из почвы и распространяются с пылью. Они имеют стойкость к холоду, жаре, ядам и несколько лет сохраняют способность к размножению. Стойкость против образования имеют уретановые лаки с противоплесневыми ядами - фунгицидами.

Неисправности РЭС связаны также и с насекомыми, которые летят на свет и тепло. Их трупы, особенно при повышенной влажности, способствуют коррозии и образуют благоприятную среду для грибковой плесени.

Другие группы факторов, такие как воздействия ветра и гололеда, солнечной радиации, полей СВЧ, также будут рассмотрено в соответствующих разделах курса.

Факторы окружающей среды делят на:

1) рабочие, при которых РЭС должна сохранять требуемые значения выходных параметров в течение всего периода эксплуатации;

2) предельные, при воздействии которых на РЭС необходимо сохранение работоспособности без сохранения номинальных значений выходных параметров в течение заранее заданного периода времени (как правило до 6 часов).

Для учета факторов окружающей среды при проектировании РЭС в ТЗ в соответствующие разделы вносятся необходимые требования к аппаратуре.