4.2 Расчет теплового режима

Модуль электронной аппаратуры второго уровня и выше, например блок, представляет собой сложную систему тел с множеством внутренних источников теплоты. Поэтому при расчете тепловых режимов модулей используют приблизительные методы анализа и расчета.

Целью расчета является определение нагретой зоны модуля и среды вблизи поверхности ЭРЭ.

Конструкцию РЭА заменяем ее физической тепловой моделью, в которой нагретая зона представляется в виде параллелепипеда, имеющего среднеповерхностную температуру t_o и рассеиваемую тепловую мощность Р_о. В зависимости от ориентации модулей 1-го уровня различают три группы конструкций по характеру теплообмена в них. На рисунке 3 приведены зависимость между перепадом температур t_k и выделяемой тепловой мощностью для блоков различных конструкций.

1`, 2` 3` - для вертикального расположения блоков; 1, 2, 3 – для горизонтального расположения блоков; 1, 1` - без вентиляции; 2, 2` - естественная вентиляция; 3, 3` - принудительная вентиляции.

Определим условную поверхность нагретой зоны S_з, м² для воздушного охлаждения.

S_з=2(AB+(A+B)HК_з.о) (23)

где A, B, H – геометрические размеры блока, м

A = 0,138 м; B = 0,100 м; H= 0,050 м

К_з.о – коэффициент заполнения объема (К_з.о =0,566).

Тогда, получим

S_з = 2(0,1380,100+(0,138+0,100)0,050,566) = 0,0205 м²

О

t_k =T_з-Т_с, С⁰

пределим удельную мощность нагретой зоны q₃, Вт/м², как количество теплоты, рассеиваемое с единицы площади:

q, Вт/м²

3

3

2

2

1

1

60

50

40

30

20

10

0

0 100 200 300 400 500 600

К

Рисунок 3 – Номограмма для определения способа охлаждения прибора.

q₃=Q/S₃ (24)

где Q – мощность, рассеиваемая блоком, Вт, вычисляемая по формуле:

Q = I_maxU (25)

где I_max – максимальный потребляемый ток для цепи питания с напряжением питания U=+12 В, I_max=0,012 А.

Тогда, получим

Q = 0,01212 = 0,144 Вт

q_з = 0,144/0,0205= 7,02 Вт/м²

Температура зоны не должна достигать максимального значения рабочей температуры элементов. Если устройство работает в неперегруженном режиме, тогда температура зоны должна быть меньше или равна Т_з=70⁰С. Максимальная температура окружающей среды, при которой устройство должно функционировать, равна Т_с=60⁰С. Тогда перепад температур t_k будет определяться по формуле:

t_k = Т_з-Т_с (26)

t_k = 70–60 = 10 ⁰С

Получим точку К (7,02; 10). По номограмме определяется, что точка К лежит между прямыми 1 1`, поэтому, учитывая что в проектируемом приборе горизонтальное расположение блока, устройство не нуждается в вентиляции.

Вывод: разрабатываемая конструкция блока обеспечивает нормальный тепловой режим работы без вентиляции воздуха.

Заключение

Таким образом, разработана конструкция радиоэлектронного устройства – сенсорного выключателя, соответствующая требованиям ГОСТ по всем параметрам. Она имеет достаточно низкую стоимость, технологична, надежна, ремонтопригодна, проста в обращении и эксплуатации. Это изделие собирается из деталей, которые доступны в любом радиомагазине, так как выполнено на широко распространенных электрорадиоэлементах и деталях.

Рассмотрены разработанные ранее аналогичные устройства, выяснены их недостатки, и спроектировано устройство, лишенное этих недостатков, а также отвечающее необходимым требованиям экономичности, минимальной стоимости и максимальной надежности. В ходе выполнения проекта использовалась нормативно-конструкторская документация на разработку изделия и произведено ознакомление с порядком построения, изложения и оформления конструкторской документации.

Проведены расчет геометрических параметров, расчет теплового режима, расчет основных компоновочных параметров проектируемого устройства. Конструкция и параметры разработанного устройства полностью соответствуют требованиям, указанным в техническом задании. Также разработана конструкторская документация на проектируемое устройство.

Решена основная задача курсового проекта – развитие и закрепление навыков самостоятельной работы при решении конкретной задачи, овладение методикой расчета и конструирования изделий ЭВА.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Горобец А.И. Справочник по конструированию радиоэлектронной аппаратуры (печатные узлы)/ А.И. Горобец, А.И. Степаненко, В.М. Коронкевич. – К.: Техника, 1985 – 312 с.

2. Москатов Е. А. Справочник по полупроводниковым приборам. – М.: Журнал “Радио”, 2005. – 208 с., ил.

3. Усатенко С. Т. Выполнение электрических схем по ЕСКД: Справочник / С. Т. Усатенко, К. Т. Каченюк, М. В. Терехова. – М.: Издательство стандартов, 1989. – 120 с.

4. Фрумкин Г. Д. Расчет и конструирование радиоэлектронной аппаратуры: Учеб. пособие для радиотехнич. спец. техникумов. – 4-е изд. перераб. и доп. / Г. Д. Фрумкин. – М.: «Высшая школа», 1985. – 135 с.

5. Шило В. Л. Популярные цифровые микросхемы. Справочник / В. Л. Шило. - М.: Радио и связь, 1988. – 255 с.

6. Журнал «Радио», выпуск №3, 2006. – 74 с., ст. 37

7. Фомина Н. Н. Оформление спецификаций. Методические указания к выполнению курсового проекта по дисциплине «Конструктивно-технологические особенности проектирования и изготовления модулей аппаратурной реализации САУ» / Н. Н. Фомина. – Саратов: Издательство Ротапринт СГТУ, 1998. – 20 с.

8. Фомина Н. Н. Разработка конструкции печатных плат. Методические указания к выполнению практической работы по дисциплине «Конструкторско-технологические особенности проектирования и изготовления модулей аппаратурной реализации САУ» / Н. Н. Фомина. – Саратов: Издательство Ротапринт СГТУ, 1995. – 11 с.

9. Фомина Н. Н. Рациональный выбор несущих конструкций. Методические указания к выполнению курсового проекта по дисциплине «Конструктивно-технологические особенности проектирования и изготовления модулей аппаратурной реализации САУ» / Н. Н. Фомина. – Саратов: Издательство Ротапринт СГТУ, 1999. – 9 с.

ПРИЛОЖЕНИЕ А

(обязательное)

Графическая часть

31