Курсовая работа (т): Автомат световых эффектов и Пульсирующее сердце

 - длина при которой ещё не сказывается емкостная помеха.

=3,15 м.

Найдем общую допустимую длину проводников по (13):

Т.к. 0.08м < 0,68м то, на данном участке ПП емкостные и взаимоиндуктивные помехи не оказывают особого влияния на функционирование элементов.

5. Расчет электромагнитного экрана

Электромагнитные экраны предназначаются для локализации в некотором объёме пространства полей, создаваемых излучателями электромагнитной энергии с целью ослабления или исключения воздействия излучателей на чувствительные элементы РЭА и аппаратуры в целом. В зависимости от назначения различают экраны с внутренним возбуждением электромагнитного поля, в которые обычно помещается источник помех, и экраны внешнего электромагнитного поля, во внутренней полости которых помещаются чувствительные к этим полям устройства. В первом случае экран предназначен для локализации поля в некотором объёме, во втором - для защиты от воздействия внешнего поля.

Для оценки функциональных качеств экрана могут быть использованы различные характеристики. Наиболее обобщенной является эффективность экранирования. Под этим понимают отношение действующих значений напряженности электрического поля Е₁ (магнитного поля Н₁) в данной точке при отсутствии экрана и напряженности электрического поля Е₂ (магнитного поля Н₂) в той же точке при наличии экрана

        (14)

Здесь эффективность выражается в относительных единицах (разах). На практике её обычно представляют в логарифмических единицах - децибелах (дБ)

.   (15)

Кроме этого существует коэффициент экранирования , который изменяется от 1 до 0, показывая максимальный эффект экранирования.

При необходимости оценить общую эффективность экранирования исходя из допустимой величины ЭДС помехи, наводимой в цепях РЭА, пользуются эквивалентной действующей высотой устройства:

,      (16)

где: U_н - действующее значение ЭДС помехи, наводимой на элементы, расположенные внутри экрана, [В];

Е₁ - действующее значение напряженности внешнего поля, [В/м].

Учитывая, что ЭДС помехи пропорциональна напряженности поля внутри экрана, находим:

.     (17)

Второй характеристикой качества экрана является мера его воздействия на параметры экранируемых элементов, определяемая количественно коэффициентами реакции экрана. Относительные изменения параметров экранируемых элементов можно учесть с помощью коэффициентов:

, (18)

где:  - значение i-го параметра j-го экранируемого элемента при наличии экрана;

 - значение первичного i-го параметра j-го элемента при отсутствии экрана. Каждый из коэффициентов  является коэффициентом реакции экрана на i-й параметр j-го элемента.

Поскольку, основной характеристикой экрана является его эффективность, методика инженерного расчета должна исходить из зависимостей этой характеристики от длины волны l, модуля волнового сопротивления диэлектрика Z относительно длины волны, материала экрана, от параметров, которые определяют геометрические размеры экрана и качество конструкции. Получить такие зависимости только теоретически очень сложно. Поэтому обычно прибегают к обработке экспериментальных данных и построению на этой основе формул для расчета эффективности экранирования в широком диапазоне частот. Наиболее удобным как для построения самой расчетной формулы, так и для её использования является выражение эффективности экранирования произведением ряда сомножителей, каждый из которых определяет влияние одного из факторов или одной группы близких факторов. В результате получим выражение:

,         (19)

где: d - глубина проникновения, [м];

r - удельное сопротивление материала экрана, [Ом×м];

 - волновое сопротивление электрического (магнитного) поля;

 - эквивалентный радиус экрана, [м];

a - расстояние между центрами отверстий и щелей в экране, возникших из-за несовершенства его конструкции и технологии изготовления, [м];

m - наибольший размер отверстия (щели) в экране, [м];

d - толщина материала экрана, [м].

Очевидно, что m > 0, a и m - случайные величины. Анализ показал, что среднее значение сомножителя для обычного техпроцесса и высокого качества монтажа близко к 0,024. Поэтому выражение (19) можно представить в виде:

.   (20)

Эта формула является наиболее общей и полностью характеризует процесс электромагнитного экранирования реальных экранов.

Основным фактором экранирования в реальных конструкциях РЭА является отражение электромагнитной волны от поверхности экрана из-за различия его поверхностного сопротивления и волнового сопротивления поля, определяемого как

.

Формула (20) применима для широкого диапазона длин волн, пока . При l®mp множитель  резко уменьшается и эффективность экранирования становится незначительной. Этот множитель определяет эффективность экрана, обусловленную его геометричностью.

Для дальнейших расчетов необходимо выбрать тип экрана и материал, из которого в дальнейшем будет изготовлен экран.

Выберем для данного устройства экран, представляющий собой пластмассовый герметический корпус из листового винипласта толщиной 2 мм. Экран одновременно является корпусом устройства. В этом случае, имеем электрически тонкий материал тогда, выражение (20) примет вид:

       (21)

За толщину экрана принимаем толщину нанесенного слоя экран, т.е. толщину листового винипласта d = 2 мм.

Зададим геометрические размеры и параметры экрана:

b = 0.55 м - длина экрана;

l = 0.55 м - ширина экрана;

h = 0.12 м - высота экрана;

d = 0,002 м - толщина материала экрана.

Листовому винипласту присущи следующие параметры:

d - глубина проникновения = 7*10^-4 м

r = 2*10⁷ Ом*м - удельное сопротивление материала экрана.

Z₀ = 0,028 - удельное волновое сопротивление электрического поля

- эквивалентный радиус экрана, [м]= 0.205м,

==0.205

m - щели экрана = 0,005 м. ,

 - длина волны электромагнитного поля, [м]= 3*10³м

 - волновое сопротивление электрического поля[Гн/м];

,             (22)

=65.24 Гн/м

При данных геометрических параметрах экрана найдем эффективности экранирования формулой (21):

= 3,925 * 0,1 * 65,24 *24,45 * (-4096) = 0,4*1200*(-4096)*2,5≈0

Данная величина показывает, что эффективность экранирования деталей данного устройства от внешней среды достаточно велика и, следовательно, внешние помехи, которые могут отрицательно повлиять на функционирование устройства, не будут оказывать на него сильного воздействия.

6. Тепловой расчет

При компоновке модулей большое значение имеет обеспечение нормального теплового режима их работы. Это достигается рассеиванием теплоты во внешнюю среду и регулированием теплообмена между элементами и узлами РЭА. Для данной конструкции наиболее приемлемым является воздушное охлаждение, так как оно обеспечивает надёжность, удобство в эксплуатации и ремонте. При данном способе охлаждения часть тепловой энергии рассеивается и тепловым излучением.

Спроектируем корпус для данной РЭА с расположенной внутри печатной платой с деталями. Размеры печатной платы: Ширина = 5,5 см. Длина = 5,5 см. Тогда размеры корпуса примем: Высота h - 1,2 cм .

Рис 3. Вид корпуса и нагретой зоны

Существенное влияние на процесс теплообмена внутри корпуса оказывает сама конструкция корпуса. Существуют герметичные, вентилируемые, и снабженные специальным теплообменником. Для охлаждения выберем перфорированный корпус с отверстиями прямоугольной формы, расположенные по бокам корпуса, с размерами 0,5*2 см. Число отверстий с каждой стороны- 5. Т.о мы будем иметь воздушное охлаждение внутри корпуса. Воздушные - такие системы охлаждения, в которых в качестве теплоносителя используется воздух. Они разделяются на: естественно и принудительно вентилируемые.

Рассчитаем площадь данных отверстий - площадь входных отверстий равна площади выходных и Fвх=Fвых=10*0,005*0,02=5*10^-4 м² 

Вычисление искомых (температуры нагретой зоны) и (температуры корпуса) сводим к вычислению следующих выражений:

    (23)

Искомые величины  и  вычисляем следующим образом:

- перегрев нагретой зоны.      (24)

-перегрев корпуса.

Неизвестныеи  находим из следующей системы уравнений:

          (25)

Решение этой системы сводится к нахождению следующих неизвестных величин.

1.      - площадь лучеиспускания,

где  -приведённая высота нагретой зоны, которая определяется из следующего соотношения:

,

где h - высота корпуса, а  - коэффициент заполнения корпуса, который находится из соотношения:

,

-суммарный объём всех деталей , - объём корпуса.

=0,058*0,083*0,031=14,9234 *10^-5 м³.

Объём деталей берём из таблицы 2: =3,45215*10^-5м³. И теперь можно вычислить:

Кзап= 0,2313

Найдём приведённая высота нагретой зоны: hз=02313*0.031=0,0071703

Теперь найдём площадь лучеиспускания:

Sзл=2*0,058*0,083+2*0,0071703*(5,8+8,3)=0,21183046

2.      Определим  - суммарную площадь всех элементов по таблице 2: =0,008452 м².

3. В системе уравнений присутствует величина W - тепловая проводимость между внутренним воздухом в аппарате и наружным воздухом за аппаратом. W определяется выражением:

,

где - удельная теплоёмкость воздуха(среды) и в диапазоне температуры между -20°С - +60°С практически не зависит от температуры и равна 10³ Дж/(кг*град). -массовый расход охлаждающего воздуха через аппарат при сухом воздухе и нормальном давлении определяется из соотношения:

,

- среднее расстояние между входными и выходными отверстиями в корпусе, а R определяется из соотношения :

    (26)

- площадь поверхности корпуса = 0,01392 м².

- площадь поперечного сечения аппарата без деталей. = 0,0037м².

Подставив найденные величины для нахождения R, получаем R = 8*10⁶ м^-4. Следующая найденная величина = 1,36*10^-4. Искомая величина W= 0,136.

Все искомые величины системы найдены, подставив их в систему, получим:

Fзс=3,8386[град/Ватт]

Fкс=1,8490[град/Ватт]

Найдём перегрев нагретой зоны и нагрев корпуса РЭА. Исходя из того, что значение мощности P = 1 Ватт.

Vз=3,8386*1=3,8386- перегрев нагретой зоны.

Vк=1,8490*=1,8490-перегрев корпуса.

Теперь можно вычислить температуру нагретой зоны и температуру корпуса.

tз=20+3,8=23,8°С

tк=20+1,8=21,8°С

В таблице 1 приведены значения максимально допустимых температур для элементов.

Как показывают полученные результаты, схема работает в нормальном тепловом режиме. Предельные значения температур элементов, находящихся в нагретой зоне больше температуры нагретой зоны tз=23,8°С

Заключение

В данной курсовой работе разработан комплект конструкторской документации на изделие «Автомат световых эффектов и Пульсирующее сердце».

Курсовой проект содержит:

-       Краткое описание назначения и принципа работы изделия

-        Выбор и обоснование метода производства ПП

         Описание метода производства ПП

         Расчет электромагнитных помех в цепях изделия, индуктивная и емкостная составляющая, которых, не вносит значительного влияния в функционирование устройства.