CC BY
71
УДК 316.33; 351
Подсякин А.С., Андреев П.Г., Мазанов А.М., Вершинин А.Е., Приказчикова О.Ф., Коротин А.С., Титова О.С.
ФГБОУ ВО «Пензенский Государственный университет», Пенза, Россия
КЛИМАТИЧЕСКИЕ И БИОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ЭЛЕМЕНТЫ КОНСТРУКЦИИ И ПАРАМЕТРЫ РЭС
В статье рассмотрены и классифицированы климатические и качества элементов конструкций радиоэлектронных средств
Ключевые слова:
КЛИМАТИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ, БИОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ,
Рассмотрим влияние климатических факторов на электроизоляционные и металлические материалы, элементы конструкции РЭС, параметры электрорадиоэлементов (ЭРЭ).
Повышенная температура приводит к изменению физико-математических и электрических свойств изоляционных материалов, уменьшает вязкость пропиточных масел и смазок, размягчает твёрдые изоляционные и связующие материалы. Пропиточные и заливочные компоненты вытекают [1-4]. Нарушается механическая прочность деталей из органических пластмасс (оргстекло, винипласт, полиэтилен), они деформируются под действием собственного веса и внешних усилий [5-8].
В диэлектриках, как правило, растёт тангенс угла диэлектрических потерь, падают удельные поверхностное и объёмное сопротивление изоляции, снижается электрическая прочность, что ведёт к возрастанию опасности пробоя.
С повышением температуры изменяется сопротивление металлов и сплавов, что приводит к изменению режимов работы электрических цепей. Материалы имеют различные температурные коэффициенты линейного расширения (ТКЛР). Так у изоляционных материалов ТКЛР изменяется в широком диапазоне от кварца до полиэтилена, у металлов и сплавов - от инвара до цинка. Следовательно, с повышением температуры возможно изменение размеров ослабление крепления деталей и узлов, деформация элементов конструкции, если не учтены различия ТКЛР сопрягаемых деталей.
Повышение температуры вызывает изменение посадочных мест и установочных размеров, заклинивание, ослабление креплений деталей и узлов, деформацию при сопряжении изделий из пластмасс и металлических деталей с разными ТКЛР.
С повышением температуры у полупроводниковых приборов изменяются электрические параметры, в частности входные и выходные сопротивления, что приводит к изменению режима работы устройства [9-12].
Конденсаторы всех типов меняют ёмкость вместе с тем изменяются электрическая прочность, диэлектрические потери, сопротивление изоляции. Изменение ёмкости с повышением температуры определяется величиной температурного коэффициента ёмкости (ТКЕ). У керамических конденсаторов, например ТКЕ разделён на 16.
Резисторы с изменением температуры меняют величину сопротивления, что характеризуется величиной температурного коэффициента сопротивления (ТКС), который изменяется в зависимости от номинала - чем больше Я тем больше ТКС.
С повышением температуры изменяется индуктивность и собственная ёмкость катушек индуктивности, что ведёт к изменению резонансной частоты контура.
Длительное воздействие повышенной температуры приводит к ускоренному старению материалов. Это сопровождается усадкой, снижением прочности, образованием трещин, деформацией, разрушением [1315].
Старение электроизоляционных материалов при повышении температуры на 100С выше предельной, сокращает их срок службы в 1,5 - 2 раза.
Понижение температуры, как правило, приводит к снижению эластичности, повышению хрупкости, растрескиванию и разрушению пластмасс и резины. Смазка загустевает, что ухудшает работу подвижных соединений.
биологические факторы, которые влияют на параметры и показали
КОНСТРУКЦИИ РЭС
Перепады температур ускоряют процесс образования трещин, зазоров, вызывают заклинивание подвижных соединений, хрупкие детали растрескиваются, эластичные меняют форму.
Повышенная влажность приводит к коррозии металлов, особенно опасно воздействие влаги при повышенной температуре. При использовании материалов с различными величинами электромеханического потенциала процесс коррозии ускоряется. Материалы органического происхождения (бумага, картон, текстолит, гетинакс) при увлажнении набухают, в результате чего падает удельное объёмное сопротивление, растут диэлектрические потери. Стекло, керамика, слюда, кварц, полистирол, полиэтилен адсорбируют влагу на поверхности, что приводит к образованию водяных плёнок и снижению поверхностного сопротивления изоляции.
Вода при температуре 100 о С, проникнув в поры металла, испаряется и вызывает его разрушение за счёт увеличения объёма при испарении. Лакокрасочные покрытия наиболее подвержены такому вида разрушения.
Вода при температуре ниже 0 о С замерзает и так же вызывает разрушение покрытий.
Вода обладает малой вязкостью и значительной проникающей способностью. Она заполняет трещины, каналы, структурные пустоты диэлектриков. Следовательно, появляются проводящие мостики в структуре, например, печатной платы.
При воздействии влаги на негерметизированные конденсаторы снижается сопротивление изоляции, электрическая прочность, увеличивается ёмкость и тангенс угла диэлектрических потерь. У герметизированных конденсаторов воздействие повышенной влажности приводит к понижению сопротивления поверхностной изоляции и конденсации влаги на поверхности. Влага действует на обкладки конденсаторов, снижая коррозийную стойкость, повышая потери в поверхностном слое металла в контактных соединениях [15-17].
В катушках индуктивности при воздействии влаги возрастают диэлектрические потери, паразитная ёмкость, снижается добротность.
У резисторов повышается сопротивление, в переменных резисторах возникает окисление подвижных контактов, что снижает их надёжность.
В переключателях под действием влаги растут диэлектрические потери, уменьшаются переходные сопротивления контактов. У монтажных проводов снижается электрическая прочность и сопротивление изоляции, увеличиваются паразитные ёмкости монтажа и точки утечки.
Дождь в промышленных районах всегда загрязнён активными элементами - серой, углекислым газом, кислотами, что ускоряет процесс коррозии металлов и разрушение электроизоляционных материалов. Особенно быстро разрушаются материалы во влажном морском климате.
Иней, обледенение также могут оказывать нежелательное воздействие на внешние элементы РЭА, например, на антенно-фидерные устройства, вызывать уменьшение излучаемой мощности, ухудшение условий приёмов сигналов, поломки элементов конструкции.
Снежная пыль обладает высокой проникающей способностью, усиливает коррозию металлов и ускоряет процесс разрушения материалов.
Уменьшение атмосферного давления (на каждые 10 м подъёма давление снижается на 133, 32 Па) приводит к ухудшению условий отвода тепла от элементов аппаратуры, снижению электрической
прочности воздуха. Из-за разности давлений возможна деформация кожуха герметических РЭС.
Пыль обладает большой приникающей способностью, попадаю в зазоры она вызывает ускоренный износ трущихся поверхностей контактных устройств. Оседая на поверхности, она вызывает уменьшение сопротивления изоляции, приводит к образованию токопроводящих мостиков.
Солнечная радиация является фактором, также отрицательно влияющим на аппаратуру. Длинноволновая часть спектра солнечных лучей (инфракрасная и красная) вызывает тепловой эффект, коротковолновая (ультрафиолетовая и фиолетовая) - фотохимическое действие, которое приводит к разрушению материалов органического происхождения (распаду резины, каучука, целлюлозы), особенно лакокрасочных покрытий. Солнечная радиация ускоряет коррозию металлов и сплавов.
К биологическим факторам влияющим на РЭС, прежде всего относится плесень. Она на 90% состоит из воды, способна её поглощать и покрывать поверхность водяной плёнкой. Плесень разрушает натуральные волокнистые материалы (хлопок, бумагу), ухудшает электрические и физико-механические свойства пластмасс с органическими наполнителями, поражает стекло (оптические призмы, линзы). Плесень хорошо размножается на металле при наличии пыли и жировых пятен. Остатки канифоли - среда для её размножения. Плесень снижает сопротивление изоляции, электрическую прочность, ускоряет коррозию металлов, Оразрушает защитные покрытия, контакты; вызывает замыкания и пробои.
Насекомые (термиты, муравьи) и животные (мелкие грызуны) съедают органические материалы, пластмассы с органическими наполнителями и тем самым повреждают изоляцию кабелей, также нарушают герметичность корпусов РЭС.
ЛИТЕРАТУРА
1. Гришко А. К. Исследование эффективности распространения электромагнитных волн в зависимости от атмосферных осадков / А. К. Гришко, А. В. Приказчиков, О. Ф. Приказчикова, И. И. Кочегаров, Н. К. Юрков // Инновационные, информационные и коммуникационные технологии. - 2017. - № 1. - С. 4864 90.
2. Приказчикова О. Ф. Выбор диапазона радиосвязи в зависимости от физико-географических условий / О. Ф. Приказчикова, А. В. Приказчиков, М. С. Шамионов, Т. С. Емашкина, М. Ж. Успанов // Инновационные, информационные и коммуникационные технологии. - 2016. - № 1. - С. 561-564.
3. Гришко А. К. Математическое моделирование системы обеспечения тепловых режимов конструктивно-функциональных модулей радиоэлектронных комплексов / А.К. Гришко, Н.В. Горячев, Н.К. Юрков // Проектирование и технология электронных средств. - 2015. - № 3. - С. 27-31.
4. Андреев П. Г. Определение напряженности электрической составляющей электромагнитного поля с учетом отражений / П. Г. Андреев, А. К. Гришко, И. И. Кочегаров // Измерение. Мониторинг. Управление. Контроль. - 2017. - № 2 (20). - С. 48-54.
5. Гришко А. К. Анализ надежности сложной системы на основе динамики вероятности отказов подсистем и девиации параметров / А. К. Гришко // XXI век: итоги прошлого и проблемы настоящего плюс. -2016. - № 6 (34). - С. 116-121.
6. Гришко А. К. Выбор оптимальной стратегии управления надежностью и риском на этапах жизненного цикла сложной системы / А. К. Гришко // Надежность и качество сложных систем. - 2017. - № 2 (18). - С. 26-31. DOI: 10.21685/2307-4205-2017-2-4.
7. Лысенко А. В. Установка мониторинга динамических параметров элементов конструкций бортовой радиоэлектронной аппаратуры / А. В. Лысенко, В. С. Калашников, А. К. Гришко, Н. В. Горячев, А. С. Подсякин // Измерение. Мониторинг. Управление. Контроль. 2017. № 4 (22). С. 84-92.
8. Гришко А. К. Многокритериальный выбор оптимального варианта сложной технической системы на основе интервального анализа слабоструктурированной информации / А. К. Гришко, И.И. Кочегаров, А.В. Лысенко // Измерение. Мониторинг. Управление. Контроль. - 2017. - № 3 (21). - С. 97-107.
9. Гришко А. К. Построение эффективной системы радиоэлектронных средств на основе анализа полумарковской модели обеспечения электромагнитной совместимости / А. К. Гришко, Н. В. Горячев, Н. К. Юрков // Проектирование электронных устройств и комплексов. - 2017. - № 4. - С. 18-25.
10. Лапшин Э. В. Методы аппроксимации функций многих переменных применительно к авиационным тренажерам / Э. В. Лапшин, А. К. Гришко, И. М. Рыбаков // Надежность и качество сложных систем. -2018. - № 1 (21). - С. 3-9. DOI: 10.21685/2307-4205-2018-1-1.
11. Гришко А. К. Управление электромагнитной устойчивостью радиоэлектронных систем на основе вероятностного анализа динамики информационного конфликта / А. К. Гришко, А. С. Жумабаева, Н. К. Юрков // Измерение. Мониторинг. Управление. Контроль. - 2016. - № 4 (18). - С. 66-75.
12. Гришко А. К. Прогнозирование и оптимизация управления процессов проектирования сложных технических систем в масштабе реального времени / А. К. Гришко, А. В. Лысенко, С. А. Моисеев // Надежность и качество сложных систем. - 2018. - № 1 (21). - С. 40-45. DOI: 10.21685/2307-4205-20181-5.
13. Grishko A., Goryachev N., Yurkov N. Adaptive Control of Functional Elements of Complex Radio Electronic Systems. International Journal of Applied Engineering Research. Volume 10, Number 23 (2015), pp. 43842-43845.
14. Grishko A., Kochegarov I., Yurkov N. Structural and Parameter Optimization of the System of Interconnected Processes of Building Complex Radio-Electronic Devices. 2017 14th International Conference The Experience of Designing and Application of CAD Systems in Microelectronics (CADSM). Polyana, Svalyava, (Zakarpattya), Ukraine, February 21 - 25, 2017, pp. 192-194. DOI: 10.110 9/CADSM.2017.7916112.
15. Grishko A., Yurkov N., Goryachev N. Reliability Analysis of Complex Systems Based on the Probability Dynamics of Subsystem Failures and Deviation of Parameters. 2017 14th International Conference The Experience of Designing and Application of CAD Systems in Microelectronics (CADSM). Polyana, Svalyava, (Zakarpattya), Ukraine, February 21 - 25, 2017, pp. 179-182. DOI: 10.110 9/CADSM.2017.7916109.
16. Grishko A. K., Kochegarov I. I., Goryachev N. V. Multi-criteria Optimization of the Structure of Radio-electronic System in Indeterminate Conditions. 2017 ХХ IEEE International Conference on Soft Computing and Measurements (SCM). Saint Petersburg, Russia, May 24-26, 2017, pp. 210 - 212. DOI: 10.110 9/SCM.2017.7970540.
17. Grishko A., Danilova E., Rybakov I., Lapshin E., Goryachev N. Multicriteria Selection of the Optimal Variant of a Complex System Based on the Interval Analysis of Fuzzy Input Data. 2018 Moscow Workshop on Electronic and Networking Technologies (MWENT), Moscow, Russia, 14-16 March 2018. pp. 1-7. DOI: 10.110 9/MWENT.2 018.8337 237.
