Условия эксплуатации и их влияние на конструкцию электронной аппаратуры Внешние факторы, влияющие на работоспособность эа

Условия эксплуатации ЭА и систем характеризуются комплексом пара­метров, называемых внешними воздействующими факторами, которые имеют различную физико-химическую природу и изменяются в весьма ши­роких пределах. Эти факторы принято разделять на климатические, механи­ческие и радиационные.

К климатическим факторам относят: изменение температуры и влажности окружающей среды; тепловой удар; изменение атмосферного давления; наличие движущихся потоков пыли или песка; присутствие ак­тивных веществ в окружающей атмосфере; наличие солнечного облучения, грибковых образований (плесень), микроорганизмов, насекомых, грызунов; взрывоопасной и легковоспламеняющейся атмосферы; дождя и брызг; при­сутствие в окружающей среде озона.

К механическим факторам относят: воздействие вибраций, ударов, линейного ускорения, акустического удара.

К радиационным факторам относят: космическую радиацию; ядерную радиацию от реакторов, атомных двигателей, радиационно- опасных ситуаций; облучение потоком гамма-фотонов, нейтронов, бета- частиц, альфа-частиц, протонов, дейтронов.

Поскольку электронно-вычислительная аппаратура принадлежит, как правило, к классу так называемых человеко-машинных систем, то важное влияние на работоспособность ЭА оказывает человеческий (субъективный) фактор. Квалификация специалиста сказывается на качестве работы ЭА на всех этапах ее жизненного цикла. Несоблюдение правил проектирования, изготовления и эксплуатации ЭА приводит в конечном итоге к снижению их качества. Известно, что в ряде случаев число отказов аппаратуры увеличи­вается с ростом частоты осмотров и ремонта. Внедрение автоматизации на всех этапах создания ЭА уменьшает влияние человеческого фактора.

Климатические факторы

Нормальными климатическими условиями являются: температура (+25±10) °С, относительная влажность 45...80%, атмосферное давление (8,3... 10,6) • 10⁴ Па (630...800 мм рт. ст.), отсутствие активных веществ в окружающей атмосфере.

Совокупность воздействующих на конструкцию ЭА отдельных клима­тических факторов и их характеристики определяются той климатической зоной, в которой она эксплуатируется. Весь земной шар разделен на семь климатических зон, климат которых определяется как очень холодный, хо­лодный, умеренный, тропически влажный, тропически сухой, умеренно хо­лодный морской и тропический морской.

Повышенные и пониженные температуры влияют на место установ­ки ЭА, расположение источников внешнего нагрева, выделение тепла ак­тивными элементами внутри ЭА и суточным изменением температуры ок­ружающей среды. Так как электрические параметры МС и ЭРЭ температурозависимы, необходимо, чтобы температура нагрева наиболее чувствительных к окружающей температуре элементов находилась в допус­тимых для этих элементов пределах. Кроме того, многие конструктивные материалы при высоких температурах претерпевают структурные измене­ния (тепловое старение материалов).

Работоспособность ЭА определяется допустимым температурным диапазоном работы, в котором ЭА должна выполнять заданные функции в рабочем, т. е. во включенном состоянии. Для исключения выхода из строя ЭА в процессе хранения и транспортирования в нерабочем, невключенном состоянии необходимо, чтобы она выдерживала температуры, несколько большие допустимого диапазона. Эти температуры, называемые предель­ными, характеризуют тепло- и холодопрочность конструкции ЭА.

Тепловой удар характеризуется резким изменением температуры ок­ружающей среды. При этом время изменения температуры исчисляется ми­нутами, а ее перепад — десятками градусов. Наиболее сильно тепловой удар проявляется в элементах конструкции, где имеются локальные механиче­ские напряжения, способствуя образованию микротрещин, их росту и объе­динению.

Влажность — один из наиболее агрессивных воздействующих факто­ров, проявляющий себя при погружении аппаратуры в воду, воздействии капель дождя и брызг, водяных паров, образовании росы и инея с после­дующим его оттаиванием. Адсорбция на поверхности элементов ЭА кон­денсирующейся из окружающей атмосферы воды способствует коррозии металлических деталей, старению неметаллов, изменению электроизоляци­онных характеристик изоляторов. Кроме того, влага может выделяться из лакокрасочных и пропиточных материалов.

Вода, содержащаяся в атмосфере, всегда загрязнена активными вещест­вами — углекислыми и сернистыми солями кальция, магния, железа, хлори­стым кальцием, газами — что еще больше способствует проявлению корро­зии.

Пониженное и повышенное давление окружающей среды зависит прежде всего от высоты над уровнем моря места, где эксплуатируется ЭА. При снижении давления ухудшается отвод тепла конвективным тепло­обменом, уменьшается электрическая прочность воздуха, что приводит к ионизации воздуха и образованию химически активных ионов и радикалов. Повышенное атмосферное давление оказывает в первую очередь механиче­ское воздействие на элементы конструкции ЭА.

Пыль и песок, содержащиеся в атмосфере, оседая на поверхности де­талей ЭА, могут стать причиной возникновения в ней неисправностей. Пыль содержит углекислые и сернокислые соли и хлориды, которые, взаимодей­ствуя с влагой, ускоряют процессы коррозии. Кроме того, находящаяся в воздухе пыль способствует утечке зарядов и может вызвать пробой проме­жутка, находящегося между контактами с высоким потенциалом. Стандар­тами определены три уровня концентрации пыли: 0,18; 1,0; 2,0 г/м³.

Солнечное облучение также активно воздействует на работоспособ­ность ЭА. Спектр излучаемой солнцем энергии состоит из трех составляю­щих: ультрафиолетовая часть (длина волны менее 390-10~¹⁰м), видимая часть (длина волны 390 10~¹⁰...760 Ю~¹⁰м), инфракрасная часть (длина волны бо­лее 760-Ю~¹⁰м). На ультрафиолетовую часть спектра приходится около 9 % энергии излучения, на волны видимой части — около 41 %, на инфракрас­ную часть — около 50 %. Примерно 35 % солнечной энергии поглощается в космическом пространстве, 19 % поглощается атмосферой Земли, около 46 % достигает земной поверхности.

Интегральная плотность потока солнечной энергии одинакова на поверх­ности Земли и на высоте 15 км и составляет 1125 Вт/м², при этом 42 Вт/м² приходится на ультрафиолетовую часть спектра.