Анализ схемы устройства. Выбор элементной базы. Техника безопасности при монтажных работах. Расчет ударопрочности конструкции, страница 5

где - искомая среднеповерхностная температура перегрева, ºС.

 - базовый перегрев, определяемый мощностью, приходящейся на единицу поверхности;

k1, k2....kn - коэффициенты, учитывающие различные факторы, влияющие на условия теплообмена, причём каждый коэффициент зависит только от одного параметра.

Исходные данные для расчёта:

- размеры корпуса прибора (L1=90, L2=90, h=1), мм;

- объём всех деталей:

Диодный мост    DB-104                  0,189222 × 10^-6  (м³)

Конденсатор       К73-11А                 0,39584 × 10^-6  (м³)

Оптотиристор ТО125-12,5-4       2 × 6 × 10^-6  (м³)

Разъём                  WF5                       0,839724 × 10^‑6  (м³)

Резисторы           С2-29В - 0.125     3 × 0,076969 × 10^-6  (м³)

                                С2-29В - 2             2,112029 × 10^-6  (м³)

                                СП3-19а - 0.5       0,160796 × 10^-6  (м³)

Стабилитроны  Д814Б                    2 × 0,577 × 10^-6  (м³)

Транзисторы      КТ315Г                  0,108 × 10^-6  (м³)

                               КТ361Г                  0,108 × 10^-6  (м³)

Печатная плата                               8,1 × 10^-6 (м³)

- мощность, рассеиваемая внутри корпуса:

;

- температура окружающей среды: принято 25°С

- относительная степень черноты поверхности: ε_п=0,75;

- атмосферное давление - 750 мм рт. ст..

Считаем, что ориентация нагретой зоны горизонтальная.

Целью расчёта является определение среднеповерхностной температуры корпуса и печатного узла, который в данном разделе будем называть нагретой зоной.

Порядок расчёта.

1) определяем объём корпуса прибора:

V_пр=L₁·L₂·h,

где L₁ - ширина корпуса, м;

L₂ - длина корпуса, м;

где L₁ - ширина корпуса, м;

L₂ - длина корпуса, м;

Ширину и длину корпуса возьмём на 10 мм больше, чем ширина и длина печатной платы:

L₁=a_ПП+10=100 мм;

L₂=b_ПП+10=100 мм;

h - высота корпуса, м. Она определяется следующим образом:

h=h_пп+h_max+( h_пп+h_max)/10,

где h_пп- толщина печатной платы, h_max- наибольший ЭРЭ.

h=1+15+(1+15)/10=17,6 мм

V_пр=100 × 100 × 17,6 × 10^-9= 0,000176 м³,

2) определяем коэффициент заполнения объёма:

Кз = Vд / Vпр,

где Vд - объём всех деталей прибора;

Объём деталей:

Vд= 25,398518 × 10^-6 м³

Кз = 0,000025398518 / 0,000176=0,144,

-рассчитываем приведённый размер основания нагретойзоны:

-рассчитываем приведённую высоту нагретой зоны:

h₃=h × Kз=17,6 × 0,144 × 10^-3=2,5344 × 10^-3, (м);

- определяем приведённую высоту воздушного зазора между нагретой зоной и корпусом:

h₁=(h-h₃)/2=(17,6-2,5344) × 10^-3/ 2=7,5328 × 10^-3, (м);

- определяем геометрический фактор:

K_r=h₁/l_пр⁼7,5328 × 10^-3/ 100 × 10^-3=0,075328;

- рассчитываем площадь поверхности корпуса прибора:

S_K=2(L1 · L2 + L1 · h+ L2 · h)=2(100 ·100 + 100 ·17,6 + 100 ·17,6) ·10^-6 =

= 0,02704, (м²);

- рассчитываем приведённую поверхность нагретой зоны:

S_З=2l_пр × (l_пр +2h₃)=2 × 100 × 10^-3 × (100 × 10^-3+2 × 2,5344 × 10^-3)= 0,021, (м²);

- рассчитываем удельную поверхностную мощность корпуса по формуле:

Р_УДК=Р/S_K, (Bт/м²)= 4,7712 / 0,02704=176,45 (Вт/м²);

- рассчитываем удельную поверхностную мощность нагретой зоны по формуле:

Р_УДЗ=Р/S_З=4,7712 / 0,021=227,2 (Bт/м²);

Для определения среднеповерхностной температуры корпуса прибора tк = toкp + Δtк необходимо рассчитать Δt_К -среднеповерхностный перегрев корпуса.

Δt_К= Δt_р ×k_S×k_t×k_εп×k_н=17 × 1,01 × 1,07 × 0,97 × 0,82=14,613(1)

tк = toкp + Δtк=25+14,468=39,613°С

Коэффициенты, входящие в формулу (1) определяются по графикам, приведённым на рисунке 2 (Значения коэффициентов определять из графиков для корпуса прибора).

Для расчёта среднеповерхностной температуры нагретой зоны tз=tк+Δt₃ необходимо рассчитать Δt₃ по формуле:

Δt₃= Δt_рз ×k_lпр×k_Kз×k_Кг×k_εп×k_t×k_н=13 × 0,86 × 1,07 × 1,02 × 1,05 × 0,97=12,072 (2)

tз=tк+Δt₃=39,613+12,072=51,688°С