2. Расчет теплового режима

Анализ тепловых полей РЭС путем математического описания – задача очень сложная. Практикой выработаны другие методы, когда анализ и решения задачи выполняются приближенными методами с большим количеством ограничений, условностей, допущений по отношению к реальному объекту. На определенном этапе проектирования это достигается путем замены реального блока его тепловой моделью, которая реализуется математически и адекватна изучаемому объекту. [12]

Для упрощения расчета площади поверхности нагретой зоны в тепловой модели ее представляют простейшей геометрической фигурой – прямоугольным параллелепипедом с определенными геометрическими параметрами (l₁xl₂xh₃). [12]

Получаем более грубую, но удобную для расчета тепловую модель, в виде системы двух тел:

1 – оболочка кожуха корпуса;

2 – нагретая зона в форме прямоугольного параллелепипеда.

Геометрические параметры тепловой модели принято соотносить с габаритами блока. Для проектируемого устройства габаритные размеры геометрической модели нагретой зоны: l₁=55мм, l₂=90мм, h₃=19,5мм, габаритные размеры геометрической модели корпуса L₁=61мм, L₂=110мм, H=20 мм

Корпус проектируемого устройства с естественным охлаждением.

Рассчитаем площадь поверхности корпуса устройства S_к:

(4.2)

Рассчитываем площадь поверхности нагретой зоны:

(4.3)

Коэффициент заполнения:

(4.4)

Рассчитаем мощность тепловыделения:

(4.5)

где P_12В – потребляемая мощность по напряжению 12В;

P_5В – потребляемая мощность по напряжению 5В;

Потребляемая мощность устройства рассчитывается по формуле:

(4.6)

где U – напряжение питания устройства;

I – ток потребления устройства.

Определим удельную мощность корпуса блока Q_к:

(4.7)

Определим удельную мощность нагретой зоны Q_з:

(4.8)

Рассчитаем коэффициент перегрева корпуса блока K_qк:

(4.9)

°К

Рассчитаем коэффициент перегрева нагретой зоны K_qз:

(4.10)

°К

Корпус проектируемого ультразвукового адресного охранного извещателя не является герметичным, однако размер технических отверстий настолько мал, что ими можно пренебречь.

Рассчитаем коэффициент K_Н1, зависящий от атмосферного давления вне корпуса блока H₁. За атмосферное давление примем атмосферное давление при нормальных условиях – 760мм.рт.ст (101080Па):

(4.11)

Рассчитаем коэффициент K_Н2, зависящий от атмосферного давления вне корпуса блока H₂. Т.к. проектируемое устройство не имеет абсолютной герметизации, то давление внутри корпуса будет равно давлению вне корпуса:

(4.12)

Определим перегрев корпуса блока:

(4.13)

Определим перегрев нагретой зоны:

(4.14)

Определим средний перегрев воздуха в блоке:

(4.15)

Определим удельную мощность наименее теплостойкого элемента Q_з. Наименее теплостойким элементом является микросхема таймера DA1 (P=1,2 мВт, S=341,92 мм², Tмакс=+60°С):

(4.16)

Находим перегрев поверхности элемента:

(4.17)

Находим перегрев среды около элемента:

(4.18)

Находим температуру корпуса блока:

(4.19)

где T_c – температура окружающей блок среды, при н.у (298,15 °К)

°К

Найдем температуру нагретой зоны:

(4.20)

Найдем среднюю температуру воздуха в блоке:

(4.21)

Найдем температуру поверхности элемента:

(4.22)

Найдем температуру среды, окружающей элемент:

(6.23)

Из проведенных расчетов видно, что температура прибора во время его работы практически не изменяется, а значит проектируемый ультразвуковой адресный охранный извещатель не нуждается в дополнительном охлаждении.