Влияние климатических факторов на надежность радиоэлектронной аппаратуры

Температурные влияния на надежность аппаратуры. Температура воздуха вблизи поверхности земли может колебаться от -70 до +60⁰С. Если аппаратура не защищена кожухом от прямого воздействия, то температура твердого тела у поверхности земли может превышать температуру окружающего воздуха на 25-35⁰С.

Таким образом, диапазон изменения температуры, воздействиям которой может подвергаться аппаратура, весьма значительный. И в то же время технические средства и материалы, используемые в информационных системах, весьма чувствительны к температурным воздействиям. Так, олово, используемое при пайке, претерпевает превращения в новую модификацию уже при температуре -13⁰С, а при температуре -50⁰С оно быстро разрушается. При изменении температуры изменяются размеры деталей, что может приводить к возникновению недопустимых зазоров и заклиниванию. Изменяются также электрические и магнитные свойства материалов; сопротивление меди изменяется на 0,4% при изменении температуры на 1⁰С; сопротивление непроволочных резисторов – на 15-20% при изменении температуры от -60 до +60⁰С коэффициент усиления полупроводникового транзистора существенно изменяется при изменении температуры. При повышении температуры увеличиваются обратные токи полупроводниковых переходов, повышается проводимость утечки, изменяется емкость конденсаторов, ускоряются процессы коррозии и т.д.

Влияние температуры на интенсивность отказов элементов учитывается с помощью поправочных коэффициентов.

Значение эксплуатационной интенсивности отказов рассчитываются по модели

(51)

где λ_в – базовая интенсивность отказов элемента;

Р _т – коэффициент влияния повышенной температуры.

Например, для резисторов

(52)

где Т – температура окружающей среды;

Е_а – коэффициент, учитывающий тип резистора (для большинства резисторов он равен 0,8).

Для конденсаторов также используется формула (52), но коэффициент Е_а принимает значение 0,15 (конденсаторы бумажные постоянной емкости) или 0,35 (конденсаторы слюдяные постоянной емкости).

Для низкочастотных транзисторов используются следующие соотношения:

(53)

Температура перехода

,

где Т – температура окружающей среды, ⁰С;

θ_п – тепловое сопротивление перехода, ⁰С/Вт;

Р – максимальная мощность рассеяния, Вт.

Типичные характер изменения интенсивности отказов радиоэлектронного элемента показан на рис.9. Из рисунка видно, что с ростом температуры растет интенсивность отказов.

Рис. 9. Графическая зависимость эксплуатационной интенсивности отказов от изменения температуры.

Влияние жесткости электрического режима работы. Надежность работы элемента существенно зависит от режима его работы. Исследования показывают, что интенсивность отказов радиоэлектронных элементов уменьшается, если используются облегченные (менее жесткие) режимы работы. У элементов, работающих в перегруженном режиме, наблюдается значительный рост интенсивности отказов и уменьшение участка нормальной работы (рис.10)

Рис.10. Влияние коэффициента нагрузки на интенсивность отказов.

В связи с этим применяется коэффициент, характеризующий степень нагрузки элемента

, (54)

Где W_P - значение основного параметра, определяющего надежность элемента в рабочих (эксплуатационных) условиях;

W_H – значение основного параметра, определяющего надежность элемента в нормальных условиях (К_Н=1; температура окружающей среды Т=20⁰С; относительная влажность φ=(60-65)%; атмосферное давление Р₀=760 мм рт.ст.; отсутствуют механические воздействия).

В качестве основного параметра у резисторов, полупроводниковых приборов и ряда других элементов принимают мощность рассеивания, у конденсаторов – напряжение, у дросселей, контактов – силу тока.

Для повышения надежности рекомендуется коэффициенты нагрузки не превышающие К_Н=0,5 для резисторов и полупроводниковых приборов, К_Н=0,6 – для конденсаторов и т.д.

Значение эксплуатационной интенсивности отказов рассчитывается по модели

(55)

где Р_Н – коэффициент влияния жесткости электрического режима работы.

Например, для резисторов

(56)

где А,В – коэффициенты, характеризующие различные группы резисторов;

(57)

Р_раб – мощность рассеивания в рабочих условиях;

Р_ном – номинальная мощность рассеивания.

Влияние влажности на надежность аппаратуры. Влажность также существенно влияет на надежность аппаратуры. Проникновение влаги в поры диэлектрика повышает диэлектрическую проницаемость, что приводит к изменению емкости конденсаторов. Влажность уменьшает сопротивление изоляции, электрическую прочность, емкостную связь между токопроводящими элементами. Вместе с тем излишнее снижение влажности воздуха в зонах, где имеет место передвижение, сопровождаемое трением бумажных и магнитных лент, приводит к появлению зарядов электростатического электричества, создающих помехи в ЭВМ.

Влияние климатических факторов на надежность определяется совместным влиянием комплекса факторов на работоспособность аппаратуры. Оптимальным для работы современных ЭВМ считается такое сочетание: температура (22±2) ⁰С, влажность (65±5)%, давление (750±30) мм рт.ст.

Средства защиты от неблагоприятных воздействий. Средствами такой защиты являются:

а) герметизация аппаратуры и ее отдельных элементов4

б) охлаждение аппаратуры с помощью специальных охлаждающих систем;

в) размещение аппаратуры в специально оборудованных помещениях;

г) применение специальных средств защиты (лаков, антикоррозийных покрытий), которые соответствуют условиям работы данной аппаратуры.

Дата добавления: 2015-04-30