Термостатування - студопедія
Активне термостатирование дозволяє підтримувати температуру з необхідною точністю, що особливо важливо для таких об'єктів як задають генератори частоти. У більшості випадків термостатіруєтся сам об'єкт, а ізотермічна камера з об'єктом. До складу активних термостатів входить вимірювач температури або датчик, підігрівач або охолоджувач, ізотермічна камера і система регулювання. Товщина стінок ізотермічної камери повинна вирівнювати температурний градієнт, викликаний розподілом теплового потоку нагрівачем або охолоджувачем. У термостатах високої точності для підтримки температури стаціонарних пристроїв внутрішню камеру виготовляють з червоної міді. Термостати меншою точності - з Al сплавів. Тепловий опір між датчиком температури і камерою термостата має бути мінімальним. Повітряні зазори неприпустимі. Постійна часу датчика повинна бути менше, ніж час зміни обурює впливу.
Для зменшення теплових втрат зовнішня теплоізоляція камери повинна мати максимально можливе теплове опір.
1 Об'єкт термостаірованія
2 Теплоізоляція теплового демпфера
3 Изотермическая камера
6 захисний корпус
7- датчик температури
8- висновки датчика і об'єкта термостатирования
Якщо різниця між середньою температурою середовища і апаратури велика, то використовують СЗТР, що працюють в режимі нагріву або охолодження. Ця система може охоплювати окремі вузли або блоки, іноді РЕМ. Речовина, що відводить теплоту, називають холодоагентом. Це може бути газ, рідина, або тверде тіло. Часто в якості холодоагенту використовується навколишнє середовище - це повітря або вода.
Повітря для апаратури наземних або і низколетящих об'єктів, або вода для апаратури встановлюється на плав. засобах. Для що високо об'єктів або РЕМ з великою теплонапряженностью встановлені на літальному апараті використання в якості холодоагенту навколишнього середовища недоцільно. У комбінованих СЗТР як хладоагента виступають як навколишнє середовищ так і інші речовини. Ізоляція хладоагента дозволяє створювати високоефективні автономні рідинні системи. Режими роботи апаратури впливає на тепловий режим і конструкцію СЗТР, оскільки апаратура може працювати безперервно або періодично. Безперервний режим роботи іноді буває короткочасним. Можливість того чи іншого виду СЗТР і їх конструкції в значній мірі визначаються способом передачі теплоти: конвекція, теплопровідність, випромінювання.
Перенесення теплоти конвекцією пов'язаний зрушенням рідини або газообраной середовища дотичної з твердим тілом (елементом конструкції). Теплова енергія. ... ..як між твердим тілом і середовищем, так і в самому середовищі. Конвекція називається природною якщо вона здійснюється при вільному русі середовища, за рахунок різної щільності холодної та гарячої області. Примусова конвекція, якщо рух середовища відбувається за рахунок зовнішніх сил. Конвективний теплообмін може бути посилений поглинанням теплоти при випаровуванні. Передача теплоти за допомогою конвекції підкоряється закону Ньютона-Рихмана.
РКВ - потужність теплового потоку (Вт) переноситься при конвективному теплообміні газом або рідиною в навколишнє середовище або з навколишнього середовища.
# 913; - коефіцієнт теплоотделенія конвекцією від елементів конструкції до навколишнього середовища
S - площа поверхні тепловіддачі
# 916; Т - перегрів поверхні елементів конструкції щодо навколишнього середовища
значення # 945; наводиться у відповідних таблицях. Вони визначаються фізико-механічними, кінематичними властивостями рідини або газу, швидкістю переміщення, формою, шорсткістю і розміром поверхонь дотичних з хладоагентом. На основі теорії подібності можна об'єднати фізичні та геометричні параметри, коли процес можна описати за допомогою невеликого числа безрозмірних комплексів. До них відносять такі критерії подібності.
Nu - характеризує співвідношення інтенсивностей конвективного теплообміну і теплопровідності в пристеночном шарі рідкого або газоподібного середовища;
Pr - характеризує фізичні властивості середовища;
Gr - характеризує співвідношення підйомної і в'язкою сил при вільній конвекції в рідині або газі;
Re - характеризує співвідношення сил інерції і тертя в потоці теплоносія;
Для цих критеріїв наводяться формули в довідниках. На основі критерію подібності можна визначити характер перебігу хладоагента (ламінарний або турбулентний), від якого залежить ефективність тепловідведення і рівень шуму викликані рухом хладоагента.
Такі формули для ламінарного і турбулентного течії отримані на основі критеріїв, визначаються експериментально, наведені в довідниках. Системи повітряного конвективного теплообміну, природні або примусові використовують майже у всіх наземних РЕЗ. Застосування таких систем для бортових РЕЗ обмежено через великі габарити системи повітряного охолодження і низької щільності повітря на висотах більше 12 км.
2) Засоби охолодження.
Для інтенсифікації повітряного охолодження широко використовують теплообмінники з розвинутою поверхнею, які називають радіаторами.
При виборі конструкції радіатора слід враховувати тип виробництва. При одиничному виробництві застосовують радіатори виготовляються фрезеруванням. У серійному виробництві може використовуватися лиття під тиском або штампокой, забезпечують високу ефективність але низьку технологічність через труднощі рівномірної припайки спіральної пластини. Радіатори використовують завдяки меншим габаритам і вартості систем повітряного охолодження в порівнянні з рідинними. Для охолодження стійок шаф РЕМ часто використовують малогабаритні осьові вентилятори. До недоліку таких вентиляторів відноситься високий рівень шум і невеликий напір повітря. Це ускладнює використання для РЕЗ, що має значіельно аеродинамічний опір повітряних каналів. Для примусової вентиляції складних стаціонарних РЕЗ використовують відцентрові вентилятори значної потужності і габаритів, які працюють на приплив або витяжку.
3) Розрахунок радіаторів.
Радіатори виконують у вигляді самостійної конструкції, або у вигляді несучої конструкції яка працює як бічні або задні стінки блоку, пульта, шафи. У виготовленні радіаторів використовують в основному алюмінієві сплави, а також мідь, магнієві і берилієві сплави. Відносна ефективність радіаторів при розсіюється можна оцінити за графіками перегріву.
1 - радіатор у вигляді пластини
3 - контактний з обдувом повітря 2 м / с
Вихідними даними при проектуванні або виборі радіатора є:
- гранична температура робочої області приладу (# 952; р)
- температура навколишнього середовища (# 952; с)
- розсіює потужність приладу (Фр)
- внутрішня температура опору приладу між робочою областю і корпусом (Rвн)
- тепловий опір контакту прилад-радіатор (rк)
1. Визначається перегрів, місце кріплення приладу з радіатором
() - перегрів місця кріплення приладу з радіатором
2. Визначаємо в першому наближенні середній перегрів основи радіатора
3. Вибираємо тип радіатора за графіками з умови теплообміну. Припускаємо відому питому потужність розсіювання.
4. Визначаємо коефіцієнт ефективної тепловіддачі радіатора # 945; еф. З графіків по певному раніше перегріву. У разі вимушеного охолодження # 945; еф вибирається за графіками з урахуванням швидкості обдуваемого потоку.
5. Визначаємо площу основи радіатора: S р = Фр / # 945; еф * # 916; # 952; s
6. Визначаємо середній перегрів основи радіатора в другому наближенні:
# 945; р - коефіцієнт теплопровідності матеріалу радіатора
# 948; р - товщина основи радіатора
Sk - площа контактної поверхні напівпровідникового приладу і радіатора
7. Уточнюємо площа основи радіатора з урахуванням розрахунків пункту 6 і остаточно вибираємо тип радіатора за таблицями ГОСТ.
Рідинні системи охолодження
У тих випадках коли необхідно інтенсифікувати тепловідвід при одночасному зниженні рівня шуму використовують рідинні конвективні системи охолодження. З огляду на те, що рідкий холодоагент має більш високий коефіцієнт тепловіддачі # 945; через більшу питомої теплоємності і щільності, то його швидкість, а також шум можна знизити. Однак поглинання виділеної теплоти навколишнім середовищем вимагає, як правило, застосування рідинно-повітряного теплообмінника, що створює високий шум, але, як правило, він розташовується поза охолоджуваного об'єкта. Рівень шуму можна зменшити, використовуючи теплообмінник типу рідина-рідина. Рідинні СЗТР є складними системами, що обумовлює їх високу вартість при виготовленні і експлуатації. Проте такі системи використовують в бортових РЕЗ тому питома маса їх становить 9-11 кг / кВт відводиться потужності. Зазвичай рідинні СЗТР розробляються і поставляються спеціалізованими організаціями. Хладоагент в рідинних системах може бути ізольований від охолоджуваних елементів і передаватися за допомогою трубопроводу, або безпосередньо омивати охолоджувані елементи. Охолоджувана рідина в яку занурюють елементи повинна володіти рядом властивостей:
- хімічна інертність по відношенню до металів і діелектриків
- невеликий і порівняно стабільний у всьому температурному діапазоні діелектричної проникності
- невеликими втратами в діапазоні частот до 500 МГц
- високою електричної міцності, навіть при t кип. не погіршує після багаторазових електричних пробоїв
- теплофізичними властивостями кращими, ніж у трансформаторного масла і кремнійорганічних рідин
До цих вимог в найбільшою мірою задовольняє фторорганические рідини (фреони). Крім того фреони дозволяють здійснювати тепловідвід при порівняно низьких температурах через його низьку температуру кипіння. У системах з ізольованим рідким теплоносієм часто використовують воду, аміак і т.д. іноді застосовують етиленгліколь. При розробці рідинних систем слід враховувати, що причинами корозії елементів можуть бути:
- органічні і механічні домішки
Тому для виключення корозії слід уникати використання матеріалів далеко віддалених один від одного в ряду активності. Небажано застосування гуми, особливо в системах, що використовують в якості теплоносія суміші етиленгліколю з дистильованою водою. Шланги, в тому числі гнучкі бажано виконувати з поліетилену, а трубопроводи з нержавіючої сталі. Для зменшення передачі вібрації застосовують металеві сильфонні шланги. Використання шлангів мають роз'єми з автоматичними клапанами виключають витікання рідини при розбиранні, дозволяють поліпшити ремонтопридатність СЗТР. Тобто ремонт можливий без зливу рідини. Загальним гідністю рідинних і випарних систем є сталість температури охолоджуючої середовища. Однак, якщо температура більше деякого критичного значення, то у стінок утворюється суцільна плівка пара, і ефективність тепловідведення знижується. Тепловідведення погіршується і при наявності ламінарної плівки при перебігу теплоносія.
Тепловідведення тепловими трубами
Однією з найбільш ефективної випарно-конденсаційної системи є тепловідвідні пристрої, які називаються тепловими трубами. Вони працюють за принципом замкнутого випарно-конденсаційного циклу, заснованого на випаровуванні рідини в зоні підведення тепла, передачі тепла з потоком пари і з конденсацією пара в зоні відводу тепла, а також поверненням рідини в зону підведення тепла за рахунок капілярних або гравітаційних сил. Теплова труба являє собою замкнуту вакуумовану камеру, яка називається гнітом, облицьовану капілярної структурою, заповнену конденсатом робочої рідини.
Використовують при температурах від -273 до 2700 град, що обумовлює різноманітність їх конструкції. Крім того теплові труби можуть бути частиною конструкції вузлів РЕЗ. Вони мають високу изотермичности, працездатністю в невагомості, великим терміном служби (труби на воді 16000 годин), малою масою і високим ККД (близько 90%). Важливим елементом теплових труб є гніт, що виготовляється різними способами. Для теплових труб РЕМ найбільше застосування знайшли гноти з металевої сітки, як одношарові, так і багатошарові. Розмір пір гніту залежить від типу теплоносія (для води 30-70 мкм).
Вплив вологи на ефективність і якість конструкції РЕМ
Джерела і шляхи проникнення вологи в РЕМ.
При температурі, вологості повітря нижче рівня відповідного максимально можливого змісту вологи (точки роси) надлишок вологи випадає у вигляді конденсату (роси). Наявність вологи у внутрішньому середовищі гермокорпуса РЕМ обумовлюється наступними причинами:
- проникнення вологи через мікропори із зовнішнього середовища
- неможливість повної осушення (без вологопоглинача) середовища заповнення, наявністю вологи в корпусних матеріалах які використовуються в конструкціях РЕЗ в економічному розумінні
Застосування клейових з'єднань дозволяє зменшити трудомісткість складання. Полімерні матеріали застосовують для герметизації з'єднань, контровки різьбових з'єднань, як демпфуючих і виброизолирующих шарів, для маркування, виконання нероз'ємних з'єднань при складанні вузлів з елементів виготовлених з різних матеріалів. Всі полімерні матеріали гігроскопічні, тобто вони поглинають вологу в різних напрямках з різною швидкістю. Пористі матеріали більш гігросокпічни ніж щільні. В процесі виробництва і зберігання полімерні матеріали поглинають вологу з навколишнього середовища, а при нагріванні ця волога виділяється у внутрішнє середовище гермокорпуса. Часто в конструкціях полімери мають вигляд тонких плівок, а випаровування з них відбувається тільки по торцевій поверхні. Тому в них відбувається накопичення вологи, що може привести до відмов РЕМ. У загальному випадку використовуються рідкі матеріали (в технологічному процесі) можуть бути джерелами вологи ізагрязненія. Електроліти, травители ... порушують структуру матеріалу і створюють порожнини для накопичення вологи, а таже вносять забруднення. До таких наслідків призводить механічна обробка шаруватих пластиків, крім того джерелом вологи і забруднення є пил і відбитки пальців.
Вплив вологи і матеріали конструкції РЕМ.
Механізм впливу вологи залежить від характеру матеріалу і його здатності поглинати вологу або утримувати вологу на поверхні. Поглинання вологи обумовлено тим, що матеріал містить пори значно більше розмірів молекул вологи. Дія вологи посилюється при контакті металів з сильно відрізняються електрохімічними потенціалами матеріалів, а також в місцях зварних швів, що містять интерметаллические з'єднання. Вода має полярним хімічно активним властивістю і легкл вступає в з'єднання з різними металами і неметалами. При цьому утворюються гідрати стійкі при низьких температурах. Ще більш активно вода окислюється киснем, він реагує з фтором, хлором, сполуками вуглецю. Лужні і лужноземельні метали розкладають воду вже при кімнатній температурі. Вода є активним каталізатором, вона має високу діелектричної проникністю. При наявності домішок іонного типу вода має високу провідність.
Вплив вологи на матеріали і елементи конструкцій РЕЗ.
Це може привести до поступового або раптового відмови РЕЗ. Зволоження органічних матеріалів обумовлюються наступними явищами:
- збільшення діелектричної проникності і втрат
- зменшення об'ємного опору електричної і механічної міцності
- зміна геометричних оазмером і форми
- зміна властивостей мастил
Це призводить до збільшення ємностей, в т.ч. паразитних, зменшення добротності контурів, зниження пробивної напруги і появи відмов РЕМ.