Счётчик цифровых импульсов

Определение величины виброускорения и виброперемещенияВиброускорение определяется:или в выразим в единицах g: Амплитуда вибросмещения основания для максимальной частоты возбуждения:,где - виброускорение;Определим виброперемещение:Определение максимальной величины прогиба ППМаксимальный прогиб ПП определяется по следующей формуле:Проверка выполнения условия вибропрочностиДля печатной платы с ЭРЭ допустимый прогиб определяется по формуле:Для обеспечения вибропрочности необходимо выполнить следующие условия:, где b=95∙10-3мДопустимый прогиб равен: Полученные значения сравниваем:Максимальный прогиб ПП меньше допустимого, поэтому условие вибропрочности выполняется.5.3 Расчет на действие удараАнализируем удары одиночного действия.Длительность действия ударного ускорения, мс 2-20.Пиковое ударное ускорение g =15Движение системы, вызываемое ударной силой, в течение времени действия этой силы определяется законом вынужденных колебаний. После прекращения действия ударной силы, движение системы подчиняется закону свободных колебаний. Начальными условиями при этом являются смещение и скорость движения в момент прекращения действия удара.Ударные воздействия характеризуются формой и параметрами ударного импульса. Максимальное действие на механическую систему оказывает импульс прямоугольной формы. Оценим воздействие прямоугольного ударного импульса на систему.Таблица 5.1 – Оценка воздействия прямоугольного ударного импульсаHy,g,cf0,ГцωKyZmax, мм150,0024091,6870,06109949215700,785510,0004585150,0034091,6870,0407331241046,671,138240,0006644150,0044091,6870,0305497467851,444780,0008433150,0054091,6870,0244397976281,692670,0009881150,0064091,6870,020366504523,3331,871850,0010927150,0074091 ,6870,017456981450,5711,975050,0011529150,0084091,6870,015275073392,51,998080,0011663150,0094091,6870,013577669350,8891,940010,0011324150,014091,6870,012219898_141,803190,0010526150,0114091,6870,011109016285,4551,593180,00093150,0124091,6870,010183261261,6671,318620,0007697150,0134091,6870,009399903241,5380,990280,000578150,0144091,6870,008728510224,2860.62190,000363150,0154091,6870,008146586209,3330,228240,0001332150,0164091,6870,007637436196,250,17464-0,000101150,0174091,6870,007188180184,7060,57046-0,000333150,0184091,6870,006788815174,4440,94314-0,00055150,0194091,6870,006431519165,2631,277510,000745150,024091,6870,0061099491571,560030,00091Рисунок 5.2 – График воздействия прямоугольного ударного импульсаТак как условия ударопрочности выполняются для ЭРЭ и печатной платы, считаем что устройство защищено от воздействий удара. Разрабатываемая конструкция устройства соответствует данным требованиям. Обеспечена технологичность конструкции, минимизировать экономические затраты.5.4 Расчет теплового режимаПроектируемое устройство счетчика импульсов второго уровня и выше, например блок, представляет собой сложную систему тел с множеством внутренних источников теплоты. Точное аналитическое описание температурных полей внутри блока невозможно из-за громоздкости задачи и неточности исходных данных: мощности источников теплоты, теплофизических свойств материалов, размеров границ. Поэтому при расчете теплового режима блоков РЭА используют приближенные методы анализа и расчета. Целью расчета является определение температур нагретой зоны и среды вблизи поверхности ЭРЭ, необходимых для оценки надежности. Рекомендуется проводить расчет для наиболее критичного элемента, т, е. элемента, допустимая положительная температура которого имеет наименьшее значение среди всех элементов, входящих в состав устройства и образующих нагретую зону.Конструкция РЭА заменяется ее физической тепловой моделью, в которой нагретая зона представляется в виде параллелепипеда, имеющего среднеповерхностную температуру tн.з. и рассеиваемую тепловую мощность Рн.з.Большая часть РЭА имеет блоки разъемной, кассетной или книжной конструкции с плотной компоновкой. В зависимости от ориентации модулей 1-го уровня и величины воздушных зазоров между ними различают три группы конструкций по характеру теп-лообмена в них. Отличительные особенности этих групп привеведены в табл. 5. Выбор той или иной группы осуществляется эмпирически исходя из опыта разработок и здравого смысла. Наиболее общим случаем является вторая группа конструкций.Классификация конструкций в зависимости от характера теплообменаТаблица.5.2 Группы конструкции по теплообмену.Группа конструкцииВиды теплообмена между модулями 1-го уровняВиды теплообмена между нагретой зоной и корпусомIИзлучение, теплопроводностьКонвекция, излучение, теплопроводностьIIКонвекция, излучение, теплопроводностьИзлучение, конвекция, теплопроводностьIIIИзлучение, теплопроводностьИзлучение, теплопроводностьУстойчивость к изменению температуры – устойчивость ЭА к воздействию и высоких, и низких температур. Определяется ГОСТ 15150-69.Таблица 5.3 – Высокая и низкая температуры, их деградационные процессы в ПП и способы предотвращения влияния температур на ЭА по ГОСТ 15150-69Воздействующий факторДеградационные процессы в ППСпособы предотвращения влияния воздействующего фактораВысокая температураРасширение, размягчение, обезгаживание, деформация ПП: коробление, прогиб, скручиваниеПрименение нагревостойких материалов;выбор минимальных размеров ПП;выбор материалов ПП с близким ТКРЛ в продольном и поперечном направлении и с медью.Уменьшение электропроводности, нагрузочной способности проводников по току, ухудшение диэлектрических свойствУвеличение ширины и толщины проводников;применение материалов с низкими диэлектрическими потерями.Перегрев концевых контактов ПП, увеличение их переходного сопротивленияВыбор гальванического покрытия со стабильными переходными сопротивлениями при нагреве.Высыхание и растрескивание защитных покрытийВыбор покрытия устойчивого к высокой температуре.Низкая температураУменьшение электропроводности, нагрузочной способности по току, ухудшение диэлектрических свойств в следствии конденсации влаги, деформация, сжатие, хрупкость; электрохимическая коррозия проводниковУвеличение толщины и ширины проводников;выбор материалов ПП устойчивых к низким температурам.Данное изделие выполняется полностью на печатной плате и предназначено для работы в нормальных климатических условиях, а именно:Диапазон рабочих температур -5 ÷ +40 0СДиапазон предельно допустимых температур -40 ÷ +60 0СВоздействие повышенной влажности (при температуре 25 0С ) 80 %Воздействие пониженного давления 6,1×104 ПаАнализ теплового режима блокаЦелью расчета является определение температур нагретой зоны и среды вблизи поверхности ЭРЭ, необходимых для оценки надежности. Расчет тепловых полей внутри блока невозможен из-за громоздкости задачи и неточности исходных данных: мощности источников теплоты, теплофизических свойств материалов, размеров границ. Поэтому при расчете теплового режима блоков РЭА используют приближенные методы анализа и расчета. Расчет проводится для наиболее критичного элемента, т.е элемента допустимая положительная температура которого имеет наименьшее значение среди всех элементов, входящих в состав устройства и образующих нагретую зону. Конструкция РЭА заменяется её физической тепловой моделью, в которой нагретая зона представляется в виде параллелепипеда, имеющего среднеповерхностную температуру tн.з и рассеиваемую тепловую мощность Рн.з. Расчет теплового режима РЭА выполнен в программе «Тепловой расчет при естественной конвекции» (рисунок 5.3)Рисунок 5.3 – Окно программы «Тепловой расчет при естественной конвекции»Результаты расчета предоставлены ниже:Входные параметры:Этап 1 определение t корпуса:Геометрические размеры:Ширина блока, мм, L1 = 80Глубина блока, мм, L2 = 100Высота блока, мм, L3 = 25Параметры блока:Мощность, рассеиваемая в виде теплоты, Вт, Po = 0,1Наличие кожуха = отсутствуетПараметры окруж. среды:Температура, град. C, t = 5Давление, мм.рт.ст, p = 747Этап 2 Определение t нагретой зоны (н.з.):Характеристики нагретой зоны:Ширина н.з., мм, l1 = 80Глубина н.з., мм, l2 = 100Высота н.з., мм, l3 = 25Параметры блока:Площадь контакта рамки модуля платы с корпусом, мм^2, Sl = 620Давление внутри блока, мм.рт.ст, p2 = 747Наличие вентилятора внутри блока = отсутствуетЭтап 3 Определение t поверхности элемента:Параметры платы:Материал основания платы = СтеклотекстолитНаличие теплопроводных шин = отсутствуютТолщина модуля печатной платы, мм, bp = 1.5Сумма коэффициентов теплообмена, Вт/(м^2*K)), a1+a2 = 17Наличие двухстороннего монтажа = отсутствуетМатериал заполняющий зазор между основанием компонента и печатной платой = ВоздухЧисло компонентов, непосредственно влияющих на тепловой режим компонента, N = 1Параметры компонента:Площадь основания компонента, мм^2, Sois = 151,2Суммарная площадь всей поверхности компонента, включая радиатор, мм^2, Sis = 151,3Мощность компонента, Вт, Qis = 0,005Зазор между основанием компонента и печатной платой, мм, b3 = 0.5Расстояние от центра компонента до края печатной платы, мм, rkp = 38.9Параметры компонентов:Расстояние между геометрическими центрами анализируемого и 1-м компонентом, мм, r1 = 34Мощность, рассеиваемая 1-м компонентом, Вт, Qis1 = 0,005Расстояние от центра 1-го компонента до края ПП, мм, rkp1 = 20Площадь 1-го компонента с радиатором, мм^2, Sis1 = 115,3Площадь основания 1-го компонента, мм^2, Sois1 = 40Зазор между основанием 1-го компонента и ПП, мм, b3i1 = 1Материал заполняющий зазор между основанием 1-го компонента и ПП = ВоздухВыходные данные:Этап 1 Определение t корпуса:Площадь внешней поверхности корпуса блока, м^2, Sk = 0.025Удельная поверхностная мощность корпуса, Вт/м^2, qk = 0.4Перегрев корпуса блока в первом приближении, град. C, dtk = 0.1005Определяющая температура, град. C, tm = 5.05Коэффициент объемного расширения, bm = 0.003596Степень черноты поверхности корпуса e = 0.5Коэффициент лучеиспускания для поверхности корпуса ali = 2.438Теплопроводность воздуха, Вт/(м.К), am = 0.02475Кинетическая вязкость воздуха, м^2/c, vm = 1.372e-05Число Прандтля Pr = 0.706Плотность воздуха, кг/м^3, p = 1.271Число Грасгофа для нижней поверхности Grmn = 9628Число Грасгофа для верхней поверхности Grmv = 293.8Число Грасгофа для боковой поверхности Grmb = 9628Режим движения газа, обтекающего нижнюю поверхность = ламинарныйРежим движения газа, обтекающего верхнюю поверхность = переходный к ламинарномуРежим движения газа, обтекающего боковую поверхность = ламинарныйКоэффициент теплообмена конвекции для нижней поверхности akin = 1.062Коэффициент теплообмена конвекции для верхней поверхности akiv = 2.959Коэффициент теплообмена конвекции для боковой поверхности akib = 1.517Площадь нижней поверхности, м^2, Sn = 0.008Площадь верхней поверхности, м^2, Sv = 0.008Площадь боковых поверхностей, м^2, Sb = 0.009Тепловая проводимость между поверхностью корпуса и окружающей средой bk = 0.1068Коэффициент учитывающий атмосферное давление Kn = 1.001Коэффициент зависящий от коэффициента перфорации Kkp = 1Перегрев корпуса блока во втором приближении, град. С, dtko = 0.09378Ошибка расчета b = 0.07167Температура tk = 5.094Этап 2 Определение t нагретой зоны (н.з.):Площадь верхней поверхности н.з., м^2, S3v = 0.008Площадь нижней поверхности н.з., м^2, S3n = 0.008Площадь боковой поверхности н.з., м^2, S3b = 0.009Мощность рассеиваемая в н.з., Вт, P3 = 0.01Условная удельная поверхностная мощность н.з., Вт/м^2, q3 = 0.4396Перегрев н.з. относительно температуры, окружающей среды, град. C, dt3 = 0.2004Приведенная степень черноты верхней поверхности н.з., epv = 0.5Приведенная степень черноты нижней поверхности н.з., epn = 0.5Приведенная степень черноты боковой поверхности н.з., epb = 0.5Коэффициент теплообмена излучением между верхней поверхностью н.з. и корпусом, a3lv = 2.44Коэффициент теплообмена излучением между нижней поверхностью н.з. и корпусом, a3ln = 2.44Коэффициент теплообмена излучением между боковей поверхностью н.з. и корпусом, a3ln = 2.44Определяющая температура, град. С, tm2 = 5.147Коэффициент объемного расширения для воздуха, bm2 = 0.003595Число Прандтля, Prh = 0.706Кинетическая вязкость воздуха, м^2/c, vm2 = 1.373e-05Теплопроводность воздуха, Вт/(м.К), am2 = 0.02476Число Грасгофа для верхней поверхности н.з. Grhv = 9613Число Грасгофа для нижней поверхности н.з. Grhn = 9613Число Грасгофа для боковой поверхности н.з. Grhb = 293.4Коэффициенты конвективного теплообмена между н.з. верхней поверхностью и корпусом, a3kv = 2.919Коэффициенты конвективного теплообмена между н.з. нижней поверхностью и корпусом, a3kn = 0.3095Коэффициенты конвективного теплообмена между н.з. боковой поверхностью и корпусом, a3kb = 0.9904Удельная тепловая проводимость от модулей к корпусу, Вт/(м^2*K), bh = 240Коэффициент, учитывающий кондуктивный теплообмен, Kb = 1Тепловая проводимость между н.з. и корпусом, b3k = 0.09574Коэффициент, учитывающий внутреннее перемешивание воздуха, Kw = 1Коэффициент, учитывающий давление воздуха внутри блока, Kh2 = 1.02Перегрев н.з. во втором приближении, град. С, dt3o = 0.2004Ошибка расчета второго этапа, b2 = 0.000224Температура н.з., град. С, t3 = 5.2Этап 3 Определение t поверхности элемента:Теплопроводность материала основания платы, Вт/(м*К), ap = 0.29Эквивалентный коэффициент теплопроводности модуля, aekv = 0.29Эквивалентный радиус корпуса компонентов, м, R = 0.006937Коэффициент распространения теплового потока, m = 197.7Коэффициент теплоотдачи от корпусов компонентов, ka = 50Среднеобъемный перегрев воздуха в блоке, град. С, dtb = 0.1471Коэффициент теплопроводности материала заполняющий зазор между основанием 1-го компонента и ПП, Вт/(м*K), a31 = 2.476Коэффициент теплопроводности материала, заполняющего зазор между основанием компонента и ПП, Вт/(м*К), a3 = 2.476Перегрев поверхности компонента, град. С, dtis = 0.9542Температура поверхности компонента, град. С, tis = 5.954ЗаключениеВ рамках аналитического и проектного разделов было проведено знакомство с объектом разработки, систематизация сведений по рассматриваемой тематике.Результатом курсового проекта является цифровое устройство счета импульсов. Данное устройство может с успехом использоваться для точного измерения количества поступающих на вход импульсов различной формы, в тех отраслях, где это необходимо. Отличительными чертами, разработанной системы являются: возможность и настройки, универсальность и хорошая масштабируемость, низкая, в сравнение с другими системами стоимость. Разработанное устройство полностью удовлетворяет всем требованиям технического задания.Список использованной литературы1 Справочник разработчика и конструктора РЭА. Элементная база/Масленников М.Ю., Соболев Е.А., Соколов Г.В., и др. - М.: Додека, 19932Сидоров И.Н. Малогабаритные трансформаторы и дроссели. Справочник.- М.: Радио и связь, 1985.- 276 с.3Сидоров И.Н., Скорняков С.В. Трансформаторы бытовой радиоэлектронной аппаратуры: Справочник.- М.: Радио и связь, 1994.- 320 с.4Транзисторы для аппаратуры широкого применения: Справочник/К.М. Брежнева, Е.И. Гантман, Т.И. Давыдова и др.; Под ред. Б.Л. Перельмана. - М.: Радио и связь, 1981.- 656 с.5Щербина А., Благий С. Микросхемные стабилизаторы серий 142, К142, КР142.-Радио, 1990, №8, с.89-90; №9, с.73-74.6Булычев А.Л. и др. Аналоговые интегральные схемы: Справочник/А.Л. Булычев, В.И. Галкин, В.А. Прохоренко.- 2-е изд. Минск: Беларусь, 1993.- 382 с.7Разработка и оформление конструкторской документации радиоэлектронной аппаратуры: Справочник/Э.Т. Романычева, А.К. Иванова, А.С. Куликов и др.; Под ред. Э.Т. Романычевой. - М.: Радио и связь, 1989. - 448 с.Приложение 1 . Чертеж корпуса устройстваПриложение 2 Схема электрическая принципиальнаяПриложение 3 Плата печатнаяПриложение 4 Сборочный чертеж печатной платыПриложение 5.Схема сборки