Расчет объемно-компоновочных характеристик устройства

Для расчета объемно-компоновочных характеристик устройства используем метод графической компоновки.

Сущность ее – использование упрощенных способов начертания элементов. Графическая компоновка дает максимальное упрощение ручных графических работ. Это достигается упрощением начертания элементов, применением различных трафаретов, штампов, радиотехнических линеек. [10]

Рассчитаем объем упрощенной модели печатной платы с радиоэлементами и элементами крепежа. Данные для расчета берем из графического материала ГУИР 002502.004 СБ «Печатная плата. Сборочный чертеж».

Размеры печатной платы с элементами 55х90х19,5 мм. Объем печатной платы с элементами:

(4.1)

где a – ширина печатной платы;

b – длинна печатной платы;

h – высота печатной платы с элементами.

Рассчитаем объем корпуса проектируемого устройства. Данные для расчета берем из графического материала ГУИР 002502.004 СБ «Ультразвуковой адресный охранный извещатель. Сборочный чертеж».

Размеры корпуса проектируемого устройства в сборе составляют 61х110х20 мм.

Коэффициент заполнения по объему составит:

Из полученных расчетов видно, что полученное значение коэффициента заполнения по объему удовлетворяет требованиям технического задание на проектирование изделия и говорит о том, что компоновка элементов выполнена достаточно грамотно.

Одна из основных задач при разработке РЭС – правильно скомпоновать элементы схемы электрической в соответствии с требованиями технического задания. Компоновка представляет собой размещение элементов РЭС в пространстве или на плоскости. Компоновка – это не абстрагированные схемные обозначения, а геометрическая модель. На этапе компоновки осуществляется выбор форм, основных геометрических размеров, ориентировочное определение массы и расположения в пространстве элементов разрабатываемой РЭА [11].

Используются следующие виды компоновочных работ:

– аналитическая компоновка;

– номографическая компоновка;

– аппликационная компоновка;

– модельная компоновка;

– графическая компоновка;

– натурная компоновка.

Для определения геометрических размеров печатной платы ультразвукового адресного охранного извещателя был использован метод графической компоновки. Сущность этого метода – использование упрощенных способов начертания элементов. Графическая компоновка дает максимальное упрощение ручных графических работ. Это достигается. Повышение наглядности изображения дает использование цвета для выделения элементов различного типа. Данный метод я реализовал с помощью САПР «P-CAD 2006». Этот программный продукт хоть и является устаревшим, однако представляет собой одну из самых мощных, полных и последовательных систем автоматизированного проектирования для персональных компьютеров. Работы с данным программным обеспечением осуществлял в два этапа:

– создание библиотеки посадочных мест для всех электрорадиоэлементов согласно перечню элементов на разрабатываемый ультразвуковой адресный охранный извещатель в редакторе Pattern Editor;

– графическая компоновка и последующая трассировка печатной платы.

Библиотека, созданная в ходе первого этапа, содержит не только данные о типе и геометрических размерах контактных площадок для элементов, расстояниях между ними, но и проекции корпусов элементов на плоскость печатной платы. Это позволило осуществить второй этап работы в редакторе P-CAD PCB. Для трассировки печатной платы был использован стандартный автотрассировщик P-CAD Quick Route. После предварительной трассировки была также проведена оптимизация электрических связей и взаимного расположения элементов на печатной плате. Таким образом получаем данные о возможных геометрических размерах и конфигурации печатной платы разрабатываемого ультразвукового адресного охранного извещателя. Исходя из рекомендаций ГОСТ 10317-79 и соображений виброустойчивости выбираем линейные размеры платы, которые составили 55х90 мм

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.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: