Реферат: Проектирование РЭС
--PAGE_BREAK--1. РАЗРАБОТКА И АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ
1.1 Заявка на разработку
1.1.1 Назначение: малогабаритный цифровой частотомер предназначен для измерения частоты электрических колебаний.
1.1.2 Выполняемые функции: измерение частоты.
1.1.3 Основные параметры функционирования:
- чувствительность по уровню входного сигнала при измерениях частот до 600 кГц – 8мВ; от 600 кГц до 2,5 МГц – 30 мВ; свыше 2,5 МГц до 100 МГц – около 100МВ;
- абсолютная погрешность измерения частоты в диапазоне от 0 до 20 кГц составляет 3 Гц; от 20 кГц до 2 МГц – 10 Гц; свыше 2 МГц – 100 Гц;
- потребляемый ток от источника питания при измерениях частот до 2,5 МГц ток не превышает 5мА (при выключенной индикации) или 60 мА (при включенной индикации);
- напряжение питания частотометра 9В.
1.1.4 Условия эксплуатации:
- температура: Т min= -40°С; Tmax= +60°С;
- удары: длительность ударного импульса 5 …. 10мс, максимальное ускорение 98 м/с2, частоты ударов 40….80мин-1
- вибрации: диапазон частот 10 …. 70 Гц, виброускорение до 37 м/с2 ;
- пониженное атмосферное давление: 61 кПа;
- влажность: 93% при Т = 25°С;
1.1.5 Транспортировать любым видом транспорта по территории РФ.
1.1.6 Конструктивные особенности: разборный корпус, лицевая панель.
1.1.7 Критерии качества: масса, габариты, стоимость.
1.1.8. Цель разработки: создание многофункционального цифрового портативного частотомера со сниженными массо-габаритными характеристиками, уменьшение его стоимости, повышенной надёжности и эффективности, а также удовлетворяющего требованиям настоящего технического задания.
АНАЛИЗ АНАЛОГОВ И ПРОТОТИП
А.
2.1 Анализ существующих конструкций частотомеров
Количество аналогов частотомера в мире не поддаётся исчислению.В целом все частотомеры работают по одному принципу: подсчет количества импульсов за фиксированный интервал времени. И в разных схемах этот принцип реализуется по разному. Отсюда и идёт такое разнообразие конструкций. Новое направление в развитии измерительной техники даёт использование микроконтролёров (например схема № 2). Хотя их использование повышает цену прибора во много раз, но пользовательская выгода также возрастает не в меньшее количество раз. Ведь предел измерения можно повысить до 1,2 ГГц, а используя универсальность микроконтролеров и немалое количество денег функции частотомера ограничиваются только фантазией и интеллектом разработчика! В данной работе будут рассматриваться те схемы, которые в наибольшей степени охватывают современные тенденции развития частотомеров.
Анализ аналогов и прототипа Таблица 2.1.
Частотомер
Крит. качества
№1
№2
№3
Прототип
Разрабатываемая конструкция
Стоимость
Высокая
Очень высокая
Средняя
Высокая
Невысокая
Эргономичность
-
+
-
+
+
Многофункциональность
-
-
+
-
-
Дискретность (Гц)
10
10
25
1
1
Габариты
Большие
Средние
Маленькие
Большие
Меньше всех
Диапазон измерений
10Гц-100КГц
1Гц-200МГц
50Гц-500КГц
600кГц-100МГц
600кГц-100МГц
Вид обрабатываемого сигнала
Аналоговый
Цифровой
Цифровой
Цифровой
Цифровой
Масса
Большая
средняя
средняя
большая
Наименьшая
Ниже приводятся схемы приведенных выше аналогов.
Схема №1 – простой аналоговый частотомер, собранный на одновибраторе К155АГ1
<img width=«669» height=«502» src=«ref-1_444565234-42015.coolpic» v:shapes="_x0000_s1028">
Схема №2 – частотомер с использованием микроконтролера К1816ВЕ31
<img width=«689» height=«526» src=«ref-1_444607249-73982.coolpic» v:shapes="_x0000_s1029">
Схема №3 – малоэргономичный комбинированный частотомер, позволяющий измерять ещё и индуктивность различных катушек, резонансную частоту контуров, емкость конденсаторов.
<img width=«689» height=«526» src=«ref-1_444681231-56009.coolpic» v:shapes="_x0000_s1030">
Схема прототипа:
<img width=«651» height=«445» src=«ref-1_444737240-52155.coolpic» v:shapes="_x0000_s1032">
2.2. Анализ разрабатываемой конструкции частотомера
Электрическая принципиальная схема частотомера представленна в Приложении 1.
Разрабатываемый частотомер включает в себя:
- входное формирующие устройство, предназначенного для усиления, преобразования входного сигнала.
- задающего кварцевого генератора с делителем частоты для получения фиксированных и стабильных интервалов времени.
- счётчик делитель частоты импульсов сигнала с цифровыми индикаторами, предназначенного для измерения и отображения измеряемой частоты.
- устройство управления, обеспечивающего установку счётчика на нуль перед измерением и поступление на его вход последовательности импульсов для счёта в течение фиксированного интервала времени,
- блок питания.
В отличае от обычно используемых схем цифровых частотомеров в данной схеме измерение частоты производится однократно, в течении только одного периода нормиронного интервала времени. Третий и последующие положительные перепады напряжения, поступающие на управляющее устройство не изменяют состояния триггеров и клапана. Поэтому измеренное количество импульсов сигнала высвечивается индикатором постоянно. Для повторного измерения следует снова нажать пусковую кнопку SA3, после чего процесс повторяется.
Для питания использованных микросхем требуется 2 напряжения 9 и 5 вольт. Для получения 5 В используется стабилизатор напряжения.
Несколько оригинально осуществляется индикация результатов измерения. Счётчик-индикатор собран из пяти микросхем, каждая их которых содержит счётчик импульсов по модулю 10, дешифратор и семисегментный светодиодный цифровой индикатор с запятой, которая включается по одному из входов 9 в зависимости от положения переключателя SA1.2 Показания счётчика считываться в килогерцах. С помощью тумблера SA4 в процессе между отсчётами индикацию можно выключить, чем достигается экономия энергии элемента питания. На пределе измерения 10Мгц, когда переключатель SA2 находиться в положении, показанном на схеме, показания индикатора необходимо умножать на 10.
Из всего вышесказанного следует, что большинство схем объединено общими недостатками: все они стационарные приборы, имеют сравнительно большие габариты и потребляют значительный ток от источника питания, что вынуждает питать их от сети переменного тока и не допускает использования автономного батарейного питания. Разрабатываемая схема цифрового частотомера лишена указанных недостатков и позволяет создать недорогой многофункциональный малогабаритный прибор.
3. ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ ПРИНЦИПИАЛЬНОГО КОНСТРУКТОРСКОГО РЕШЕНИЯ
3.1. Внутреннее конструирование.
3.1.1. Внутренняя компоновка.
3.1.1.1. Выбор схемы расположения элементов конструкции и их расположение внутри корпуса блока.
Электрическая схема частотомера представлена в ПРИЛОЖЕНИИ 1.
Для замены неисправного или отслужившего срок своей годности элемента питания предусматривается отдельное расположение его в правом нижнем углу корпуса в отдельном отсеке, снабжённым съемной крышкой, таким образом получается доступ к батарейке без разбора корпуса. Семисегментные индикаторы вклеиваются в отверстия в корпусе, а переключатели закрепляются в отверстиях с помощью винтового соединения.
Остальные элементы блока смонтированы на печатной плате из фольгированного стеклотекстолиста толщиной 1,5 мм. Плата крепится к основанию блока паралельно, с помощью уголковых скобок и 4-х винтов.
3.1.1.2. Выбор и обоснование компоновочных характеристик ячейки.
В данном случае под ячейкой понимается печатная плата с установленными на ней элементами. Способ установки ЭРЭ – односторонний. Конструкция ячеек - бескорпусная. Форму печатных плат выбираем прямоугольную, что облегчает определение их компоновочных характеристик. Компоновочные характеристики печатных плат – ориентировочное определение массогабаритных характеристик.
При размещении ЭРЭ-тов на печатных платах, ЭРЭ-ты заменяют установочными моделями. При определении площади печатных плат посадочное место ЭРЭ представляет собой проекцию установочной площади на плату. В сумме установочные площади определяют размеры печатных плат. При этом произведение сторон печатной платы должно соответствовать площади печатной платы.
3.1.1.3. Определение массо-габаритных размеров ячейки.
1) Определение установочной площади Sуст элементов. Установочная площадь каждого отдельно взятого элемента выбирается из приложения 1, из таблицы «Перечень элементов схемы и их характеристики».
2) Определение суммарной установочной площади элементов, расположенных на каждой плате:
SустS= 1,3<img width=«31» height=«45» src=«ref-1_444789395-254.coolpic» v:shapes="_x0000_i1025">Sустi ( 1.1)
SустS= 1,3<img width=«10» height=«13» src=«ref-1_444789649-185.coolpic» v:shapes="_x0000_i1026">4725,6 = 5624 мм2;
3) Определение площадей печатных плат:
Sn.n. = <img width=«68» height=«45» src=«ref-1_444789834-321.coolpic» v:shapes="_x0000_i1027">, (1.2)
где Ks – коэффициент заполнения площади печатной платы, Ks = 0,8
Sn.n = <img width=«39» height=«44» src=«ref-1_444790155-271.coolpic» v:shapes="_x0000_i1028"> = 7033 мм2;
4) Определение габаритных размеров печатных плат. Из нескольких вариантов соотношений сторон ПП выбрали плату со следующими размерами:
1 плата 65х110;
5) Определение габаритных размеров ячеек. На горизонтально расположенной плате длина и ширина платы будут соответственно равны длине и ширине ячейки:
В = 65 мм, L = 110 мм;
Высота ячейки равна:
Н = maxHэ+ hn.n, (1.3)
где max Hэ – высота самого высокого элемента на плате,
H – толщина печатной платы.
Н = 9 + 1,5 = 10,5 мм,
6) Определение массы ячеек.
Масса каждой ячейки состоит из массы печатной платы и массы элементов, расположенных на ней.
Масса каждого элемента mi представлена в приложении 1 в таблице 1.
mяч= mnn + Smi , (1.4)
где mnn = ρхV – масса печатной платы, кг,
ρ– плотность материала платы, кг/м3
V – объем ячейки, м3
mnn = 2,4х103<img width=«12» height=«13» src=«ref-1_444790426-185.coolpic» v:shapes="_x0000_i1029">9,9х10-6 = 0,02376 кг.,
mяч = 0,04025 + 0,02376 = 0,06401 кг.,
Вывод: найдены массо-габаритные размеры ячеек.
3.1.1.4. Выбор способов крепления плат.
Горизонтально расположенную плату крепят на двух П-образных скобках с помощью 4 винтов и гаек, причем винты проходят через плату, скобки и основание.
Скобки изготовлены из алюминия.
3.1.2. Анализ и уточнение варианта.
3.1.2.1. Определение компановочных характеристик корпуса частотомера включает в себя 2 этапа:
1) Определение габаритных размеров корпуса блока,
2) Определение общей массы конструкции блока.
Габаритные размеры корпуса блока определяются исходя из конструкторских соображений.
Определяем ориентировочный объем проектируемой конструкции:
VS= <img width=«27» height=«41» src=«ref-1_444790611-227.coolpic» v:shapes="_x0000_i1030"><img width=«31» height=«45» src=«ref-1_444789395-254.coolpic» v:shapes="_x0000_i1031">Vустi, (1.5)
где Кv – обобщенный коэффициент заполнения объема,
Vустi – установочный объем i-го элемента.
В качестве установочного объема i-го элемента выбираем объем ячейки. Тогда формула примет вид:
VS= <img width=«27» height=«41» src=«ref-1_444790611-227.coolpic» v:shapes="_x0000_i1032"> <img width=«31» height=«45» src=«ref-1_444791319-255.coolpic» v:shapes="_x0000_i1033">Vячi (1.6)
Vячi= Hi<img width=«12» height=«13» src=«ref-1_444790426-185.coolpic» v:shapes="_x0000_i1034">Li<img width=«12» height=«13» src=«ref-1_444790426-185.coolpic» v:shapes="_x0000_i1035">Bi (1.7)
Vяч1 = 65<img width=«12» height=«13» src=«ref-1_444790426-185.coolpic» v:shapes="_x0000_i1036">110<img width=«12» height=«13» src=«ref-1_444790426-185.coolpic» v:shapes="_x0000_i1037">10,5=75075 мм3 = 750,7<img width=«12» height=«13» src=«ref-1_444790426-185.coolpic» v:shapes="_x0000_i1038">10-6м3,
VS= <img width=«27» height=«44» src=«ref-1_444792499-217.coolpic» v:shapes="_x0000_i1039"><img width=«10» height=«13» src=«ref-1_444789649-185.coolpic» v:shapes="_x0000_i1040">750,7<img width=«12» height=«13» src=«ref-1_444790426-185.coolpic» v:shapes="_x0000_i1041">10-6 = 938<img width=«12» height=«13» src=«ref-1_444790426-185.coolpic» v:shapes="_x0000_i1042">10-6м3.
Высота корпуса блока определяется по формуле:
H = Hяч +Х1+Х2, (1.8)
где Hяч – высота ячейки,
Hяч=95 мм,
Х1, Х2 – припуски размеров для обеспечения свободной входимости ячейки в блок,
Х1 = 5,5 мм, Х2 = 5 мм.
H = 10,5 + 5,5 + 5 = 21 мм.
Ширина корпуса блока определяется по формуле:
B = Bяч+ Y1 + Y2, (1.9)
где Bяч – размер ячейки,
Bяч = 65 мм,
Y1,Y2 – припуски размеров для обеспечения свободной входимости ячейки в блок,
Y1 = 2,0 Y2 = 3 мм
B = 65 + 2,0+3 = 70 мм.
Длина корпуса блока определяется по формуле:
L = Lяч+ Z1 + Z2, (1.10)
где Lяч – размер ячейки, Lяч = 110 мм
Z1, Z2 – припуски размеров для обеспечения свободной входимости ячеек в блок,
Z1 = Z2 = 2,5 мм
продолжение
--PAGE_BREAK--L = 110 + 2,5 + 2,5 = 115 мм
Масса конструкции блока определяется по формуле:
m = mяч + mк + mосн + mдоп, (1.11)
где mяч– масса ячейки, кг,
mк – масса корпуса блока, кг,
mосн – масса основания блока, кг,
mдоп – масса дополнительных элементов, кг.
m = 0,06401 + 0,102 + 0,076 + 0,0165 = 0,25 кг.
Вывод: Определены габариты блока H<img width=«12» height=«13» src=«ref-1_444790426-185.coolpic» v:shapes="_x0000_i1043">L<img width=«12» height=«13» src=«ref-1_444790426-185.coolpic» v:shapes="_x0000_i1044">B,
21<img width=«12» height=«13» src=«ref-1_444790426-185.coolpic» v:shapes="_x0000_i1045">115<img width=«12» height=«13» src=«ref-1_444790426-185.coolpic» v:shapes="_x0000_i1046">70,
и масса m = 0,25 кг.
3.1.2.2. Расчет теплового режима блока.
Расчет теплового режима блока производят в 2 этапа:
1) определение температуры корпуса блока tк;
2) определение среднеповерхностной температуры нагретой зоны tн.з.
Для выполнение расчета теплового режима необходимы следующие исходные данные:
- размеры корпуса:
— ширина B = 0,070 м;
— длина L = 0,115 м;
— высота H = 0,050 м;
- размеры нагретой зоны l<img width=«12» height=«13» src=«ref-1_444790426-185.coolpic» v:shapes="_x0000_i1047">b<img width=«12» height=«13» src=«ref-1_444790426-185.coolpic» v:shapes="_x0000_i1048">h, 0,110<img width=«12» height=«13» src=«ref-1_444790426-185.coolpic» v:shapes="_x0000_i1049">0,060<img width=«12» height=«13» src=«ref-1_444790426-185.coolpic» v:shapes="_x0000_i1050">0,01;
- величина воздушных зазоров между
нагретой зоной и нижней поверхностью корпуса hн = 0,005 м,
нагретой зоной и верхней поверхностью корпуса hв = 0,0055 м;
- мощность, рассеиваемая блоком в виде теплоты Ро = 2,6 Вт;
- мощность радиоэлементов, расположенная непосредственно на корпусе блока Рк = 2 Вт;
- температура окружающей среды tо = 25оС
Этап 1. Определение температуры корпуса.
1. Рассчитываем удельную поверхность мощность корпуса блока:
qк= Po/Sк, (2.0)
где Sк – площадь внешней поверхности корпуса блока,
Sк= 2<img width=«10» height=«13» src=«ref-1_444789649-185.coolpic» v:shapes="_x0000_i1051">(H<img width=«10» height=«13» src=«ref-1_444789649-185.coolpic» v:shapes="_x0000_i1052">B+B<img width=«10» height=«13» src=«ref-1_444789649-185.coolpic» v:shapes="_x0000_i1053">L+H<img width=«10» height=«13» src=«ref-1_444789649-185.coolpic» v:shapes="_x0000_i1054">L) (2.1)
Sк= 2<img width=«12» height=«13» src=«ref-1_444790426-185.coolpic» v:shapes="_x0000_i1055">(0,050<img width=«10» height=«13» src=«ref-1_444789649-185.coolpic» v:shapes="_x0000_i1056">0,070+0,070<img width=«10» height=«13» src=«ref-1_444789649-185.coolpic» v:shapes="_x0000_i1057">0,115+0,050<img width=«10» height=«13» src=«ref-1_444789649-185.coolpic» v:shapes="_x0000_i1058">0,115) = 0,0346 м2
qк= 0,6/0,0346 = 17,3 Вт/м
2. Перегрев корпуса блока в первом приближении <img width=«15» height=«17» src=«ref-1_444796231-187.coolpic» v:shapes="_x0000_i1059">tк = 2 оС
3. Определяем коэффициент лучеиспускания для верхней <img width=«15» height=«15» src=«ref-1_444796418-194.coolpic» v:shapes="_x0000_i1060">лв, боковой <img width=«15» height=«15» src=«ref-1_444796418-194.coolpic» v:shapes="_x0000_i1061">лб, нижней <img width=«15» height=«15» src=«ref-1_444796418-194.coolpic» v:shapes="_x0000_i1062">лн поверхностей корпуса:
<img width=«15» height=«15» src=«ref-1_444796418-194.coolpic» v:shapes="_x0000_i1063">лi = Еi<img width=«10» height=«13» src=«ref-1_444789649-185.coolpic» v:shapes="_x0000_i1064">5,67[(<img width=«88» height=«41» src=«ref-1_444797379-301.coolpic» v:shapes="_x0000_i1065">)4 – (<img width=«56» height=«41» src=«ref-1_444797680-269.coolpic» v:shapes="_x0000_i1066">)4] /<img width=«15» height=«17» src=«ref-1_444796231-187.coolpic» v:shapes="_x0000_i1067">tк , (2.2)
где Еi – степень черноты i-й наружной поверхности корпуса, для боковой и верхней поверхностей Е = 0,92
При расчете получилось:
<img width=«15» height=«15» src=«ref-1_444796418-194.coolpic» v:shapes="_x0000_i1068">лв = 5,4;
<img width=«15» height=«15» src=«ref-1_444796418-194.coolpic» v:shapes="_x0000_i1069">лб = 5,4;
<img width=«15» height=«15» src=«ref-1_444796418-194.coolpic» v:shapes="_x0000_i1070">лн = 5,4.
4. Для определяющей температуры tm= to+ 0,5<img width=«15» height=«17» src=«ref-1_444796231-187.coolpic» v:shapes="_x0000_i1071">tк = 30oC рассчитываем число Грасгофа Gr для каждой поверхности корпуса:
Grmi = <img width=«16» height=«21» src=«ref-1_444798905-203.coolpic» v:shapes="_x0000_i1072">m<img width=«14» height=«18» src=«ref-1_444799108-188.coolpic» v:shapes="_x0000_i1073"> g <img width=«41» height=«55» src=«ref-1_444799296-267.coolpic» v:shapes="_x0000_i1074"><img width=«15» height=«17» src=«ref-1_444796231-187.coolpic» v:shapes="_x0000_i1075">tк, (2.3)
где Lопрi – определяющий размер i-й поверхности корпуса,
<img width=«16» height=«21» src=«ref-1_444798905-203.coolpic» v:shapes="_x0000_i1076">m – коэффициент объемного расширения, для газов
<img width=«16» height=«21» src=«ref-1_444798905-203.coolpic» v:shapes="_x0000_i1077">m = (tm+ 273)-1= 0,003,
g – ускорение свободного падения, g = 9,8 м<img width=«14» height=«13» src=«ref-1_444800156-185.coolpic» v:shapes="_x0000_i1078">с-2;
Vm – кинетическая вязкость газа, Vm = 16,96<img width=«14» height=«13» src=«ref-1_444800156-185.coolpic» v:shapes="_x0000_i1079">10-6 м2/с;
Grmв= 0,003<img width=«10» height=«13» src=«ref-1_444789649-185.coolpic» v:shapes="_x0000_i1080">9,8<img width=«83» height=«44» src=«ref-1_444800711-331.coolpic» v:shapes="_x0000_i1081"><img width=«14» height=«18» src=«ref-1_444799108-188.coolpic» v:shapes="_x0000_i1082">2 = 5,5
Grmб= 0,003<img width=«10» height=«13» src=«ref-1_444789649-185.coolpic» v:shapes="_x0000_i1083">9,8<img width=«83» height=«44» src=«ref-1_444801415-332.coolpic» v:shapes="_x0000_i1084"><img width=«17» height=«22» src=«ref-1_444801747-192.coolpic» v:shapes="_x0000_i1085">2 = 0,45
Grmн= 0,003<img width=«11» height=«13» src=«ref-1_444801939-185.coolpic» v:shapes="_x0000_i1086">9,8<img width=«83» height=«44» src=«ref-1_444802124-332.coolpic» v:shapes="_x0000_i1087"><img width=«17» height=«22» src=«ref-1_444801747-192.coolpic» v:shapes="_x0000_i1088">2 = 5,5
5. Определяем число Прандтля Рч, Рч = 0,701
6. Находим режим движения газа, обтекающего каждую поверхность корпуса:
(Gr<img width=«11» height=«13» src=«ref-1_444801939-185.coolpic» v:shapes="_x0000_i1089">Рч)mв = (Gr<img width=«11» height=«13» src=«ref-1_444801939-185.coolpic» v:shapes="_x0000_i1090">Рч)mн = 3,8
(Gr<img width=«11» height=«13» src=«ref-1_444801939-185.coolpic» v:shapes="_x0000_i1091">Рч)mб = 0,315
Так как (Gr<img width=«14» height=«13» src=«ref-1_444800156-185.coolpic» v:shapes="_x0000_i1092">Рч)m<img width=«13» height=«16» src=«ref-1_444803388-194.coolpic» v:shapes="_x0000_i1093">5<img width=«11» height=«13» src=«ref-1_444801939-185.coolpic» v:shapes="_x0000_i1094">102, то режим переходный к ламинарному.
7. Рассчитываем коэффициенты теплообмена конвекцией для каждой поверхности корпуса блока <img width=«15» height=«15» src=«ref-1_444796418-194.coolpic» v:shapes="_x0000_i1095">кi:
<img width=«15» height=«15» src=«ref-1_444796418-194.coolpic» v:shapes="_x0000_i1096">кi= 1,18<img width=«29» height=«43» src=«ref-1_444804155-236.coolpic» v:shapes="_x0000_i1097">(Gr<img width=«14» height=«13» src=«ref-1_444800156-185.coolpic» v:shapes="_x0000_i1098">Рч)1/8m<img width=«14» height=«13» src=«ref-1_444800156-185.coolpic» v:shapes="_x0000_i1099">Ni, (2.4)
где <img width=«15» height=«19» src=«ref-1_444804761-198.coolpic» v:shapes="_x0000_i1100">m – теплопроводность газа, <img width=«15» height=«19» src=«ref-1_444804761-198.coolpic» v:shapes="_x0000_i1101">m = 2,68<img width=«14» height=«13» src=«ref-1_444800156-185.coolpic» v:shapes="_x0000_i1102">10-2 Вт/м<img width=«14» height=«13» src=«ref-1_444800156-185.coolpic» v:shapes="_x0000_i1103">К,
Ni – коэффициент, учитывающий ориентацию поверхности корпуса:
Ni = <img width=«220» height=«75» src=«ref-1_444805527-850.coolpic» v:shapes="_x0000_i1104">
<img width=«15» height=«15» src=«ref-1_444796418-194.coolpic» v:shapes="_x0000_i1105">кв = 1,18<img width=«76» height=«44» src=«ref-1_444806571-318.coolpic» v:shapes="_x0000_i1106"><img width=«14» height=«13» src=«ref-1_444800156-185.coolpic» v:shapes="_x0000_i1107">3,81/8<img width=«14» height=«13» src=«ref-1_444800156-185.coolpic» v:shapes="_x0000_i1108">1,3 = 0,42
<img width=«15» height=«15» src=«ref-1_444796418-194.coolpic» v:shapes="_x0000_i1109">кб = 1,18<img width=«76» height=«44» src=«ref-1_444807453-315.coolpic» v:shapes="_x0000_i1110"><img width=«14» height=«13» src=«ref-1_444800156-185.coolpic» v:shapes="_x0000_i1111">0,311/8<img width=«14» height=«13» src=«ref-1_444800156-185.coolpic» v:shapes="_x0000_i1112">1 = 0,54
<img width=«15» height=«15» src=«ref-1_444796418-194.coolpic» v:shapes="_x0000_i1113">кн = 1,18<img width=«76» height=«44» src=«ref-1_444806571-318.coolpic» v:shapes="_x0000_i1114"><img width=«14» height=«13» src=«ref-1_444800156-185.coolpic» v:shapes="_x0000_i1115">3,81/8<img width=«14» height=«13» src=«ref-1_444800156-185.coolpic» v:shapes="_x0000_i1116">0,7 = 0,22
8. Определяем тепловодную проводимость между поверхностью корпуса и окружающей средой Gк:
Gк = (<img width=«15» height=«15» src=«ref-1_444796418-194.coolpic» v:shapes="_x0000_i1117">кн+<img width=«15» height=«15» src=«ref-1_444796418-194.coolpic» v:shapes="_x0000_i1118">лн) Sн+(<img width=«15» height=«15» src=«ref-1_444796418-194.coolpic» v:shapes="_x0000_i1119">кб+<img width=«15» height=«15» src=«ref-1_444796418-194.coolpic» v:shapes="_x0000_i1120">лб) Sб+(<img width=«15» height=«15» src=«ref-1_444796418-194.coolpic» v:shapes="_x0000_i1121">кв+<img width=«15» height=«15» src=«ref-1_444796418-194.coolpic» v:shapes="_x0000_i1122">лв) Sв, (2.5)
где Sн, Sб, Sв – площади нижней, боковой и верхней поверхностей корпуса соответственно;
Sн = Sв = L<img width=«14» height=«13» src=«ref-1_444800156-185.coolpic» v:shapes="_x0000_i1123">B = 0,0080 м2
Sб= 2H (L+B) = 2<img width=«14» height=«13» src=«ref-1_444800156-185.coolpic» v:shapes="_x0000_i1124">0,05 (0,115+0,03) = 0,0185 м2
При расчете получилось:
Gк = 0,235
9. Рассчитываем перегрев корпуса блока во втором приближении <img width=«15» height=«17» src=«ref-1_444796231-187.coolpic» v:shapes="_x0000_i1125">tко:
<img width=«15» height=«17» src=«ref-1_444796231-187.coolpic» v:shapes="_x0000_i1126">tко = (Ро/ Gк) Ккп<img width=«14» height=«13» src=«ref-1_444800156-185.coolpic» v:shapes="_x0000_i1127">Кн1, (2.6)
где Ккп – коэффициент зависящий от коэффициента перфорации корпуса блока,
Ккп = 0,6
Кн1 – коэффициент, учитывающий атмосферное давление окружающей среды,
Кн1 = 1
Расчет: <img width=«15» height=«17» src=«ref-1_444796231-187.coolpic» v:shapes="_x0000_i1128">tко = (0,6/0,235)<img width=«14» height=«13» src=«ref-1_444800156-185.coolpic» v:shapes="_x0000_i1129">0,6<img width=«14» height=«13» src=«ref-1_444800156-185.coolpic» v:shapes="_x0000_i1130">1 = 1,8оС
10.Определяем ошибку расчета:
<img width=«15» height=«19» src=«ref-1_444811670-199.coolpic» v:shapes="_x0000_i1131">= <img width=«64» height=«27» src=«ref-1_444811869-254.coolpic» v:shapes="_x0000_i1132">/ <img width=«15» height=«17» src=«ref-1_444796231-187.coolpic» v:shapes="_x0000_i1133">tко (2.7)
Расчет: <img width=«15» height=«19» src=«ref-1_444811670-199.coolpic» v:shapes="_x0000_i1134">= <img width=«52» height=«48» src=«ref-1_444812509-272.coolpic» v:shapes="_x0000_i1135"> = 0,05
Так как <img width=«15» height=«19» src=«ref-1_444811670-199.coolpic» v:shapes="_x0000_i1136">< 0,1, то расчет можно закончить.
11.Рассчитываем температуру корпуса блока:
tк= to + <img width=«15» height=«17» src=«ref-1_444796231-187.coolpic» v:shapes="_x0000_i1137">tко<img width=«12» height=«23» src=«ref-1_444813167-169.coolpic» v:shapes="_x0000_i1138"> (2.8)
tк= 25+1,8= 26,8oC
Этап2. Определение среднеповерхностной температуры нагретой зоны.
1. Вычисляем условную удельную поверхностную мощность нагретой зоны блока q3.
q3 = <img width=«153» height=«44» src=«ref-1_444813336-419.coolpic» v:shapes="_x0000_i1139"> (2.9)
где Р3 – мощность, рассеиваемая в нагретой зоне, Р3 = Ро — Рк
Расчет: q3 = <img width=«327» height=«45» src=«ref-1_444813755-573.coolpic» v:shapes="_x0000_i1140"> = 39,7 Вт/м2
2. Перегрев нагретой зоны относительно температуры, окружающей блок среды в первом приближении:
<img width=«15» height=«17» src=«ref-1_444796231-187.coolpic» v:shapes="_x0000_i1141">tз = 4оС
3. Определяем коэффициент теплообмена излучением между нижними <img width=«15» height=«15» src=«ref-1_444796418-194.coolpic» v:shapes="_x0000_i1142">злн, верхними <img width=«15» height=«15» src=«ref-1_444796418-194.coolpic» v:shapes="_x0000_i1143">злв и боковыми <img width=«15» height=«15» src=«ref-1_444796418-194.coolpic» v:shapes="_x0000_i1144">злб поверхностями нагретой зоны и корпуса:
<img width=«15» height=«15» src=«ref-1_444796418-194.coolpic» v:shapes="_x0000_i1145">злi = Eпi<img width=«14» height=«13» src=«ref-1_444800156-185.coolpic» v:shapes="_x0000_i1146">5,67[(<img width=«88» height=«41» src=«ref-1_444815476-306.coolpic» v:shapes="_x0000_i1147">)4 – (<img width=«55» height=«41» src=«ref-1_444815782-271.coolpic» v:shapes="_x0000_i1148">)4] / (<img width=«15» height=«17» src=«ref-1_444796231-187.coolpic» v:shapes="_x0000_i1149">tз — <img width=«15» height=«17» src=«ref-1_444796231-187.coolpic» v:shapes="_x0000_i1150">tко)] (2.10)
где Eпi – приведннная степень черноты i-й поверхности нагретой зоны и корпуса:
Eпi = [<img width=«28» height=«41» src=«ref-1_444816427-222.coolpic» v:shapes="_x0000_i1151"> + (<img width=«24» height=«41» src=«ref-1_444816649-214.coolpic» v:shapes="_x0000_i1152"> — 1) <img width=«24» height=«41» src=«ref-1_444816863-240.coolpic» v:shapes="_x0000_i1153">]-1, (2.11)
E3i и S3i – степень черноты и площадь i-й поверхности нагретой зоны.
Епв= 0,933
Епб=1,98
Епн= 0,933
Отсюда: <img width=«15» height=«15» src=«ref-1_444796418-194.coolpic» v:shapes="_x0000_i1154">злв = 5,9
<img width=«15» height=«15» src=«ref-1_444796418-194.coolpic» v:shapes="_x0000_i1155">злб = 13,9
<img width=«15» height=«15» src=«ref-1_444796418-194.coolpic» v:shapes="_x0000_i1156">злн = 5,9
4. Для определяющей температуры tm=(tк+to+<img width=«15» height=«17» src=«ref-1_444796231-187.coolpic» v:shapes="_x0000_i1157">tз) / 2 = (26,8+25+4) / 2 = 27,9 oC
Находим числа Грасгофа и Прандтля:
Grmн = Grmв = 6,4, Grmб = 2,1
Рч = 0,701
5. Рассчитываем коэффициенты конвективного теплообмена между нагретой зоной и корпусом для каждой поверхности:
для нижней поверхности:
<img width=«15» height=«15» src=«ref-1_444796418-194.coolpic» v:shapes="_x0000_i1158">зкн = <img width=«15» height=«19» src=«ref-1_444804761-198.coolpic» v:shapes="_x0000_i1159">m / hн, (2,12)
для верхней поверхности:
<img width=«15» height=«15» src=«ref-1_444796418-194.coolpic» v:shapes="_x0000_i1160">зкв = <img width=«15» height=«19» src=«ref-1_444804761-198.coolpic» v:shapes="_x0000_i1161">m / hв,
для боковой поверхности:
<img width=«15» height=«15» src=«ref-1_444796418-194.coolpic» v:shapes="_x0000_i1162">зкб = <img width=«15» height=«19» src=«ref-1_444804761-198.coolpic» v:shapes="_x0000_i1163">m / hб,
При расчетах получилось:
<img width=«15» height=«15» src=«ref-1_444796418-194.coolpic» v:shapes="_x0000_i1164">зкн = <img width=«15» height=«15» src=«ref-1_444796418-194.coolpic» v:shapes="_x0000_i1165">зкв = 5,36
<img width=«15» height=«15» src=«ref-1_444796418-194.coolpic» v:shapes="_x0000_i1166">зкб = 4,87
6. Определяем тепловую проводимость между нагретой зоной и корпусом:
Gзк = Кσ<img width=«35» height=«37» src=«ref-1_444819630-248.coolpic» v:shapes="_x0000_i1167">(<img width=«15» height=«15» src=«ref-1_444796418-194.coolpic» v:shapes="_x0000_i1168">злi + <img width=«15» height=«15» src=«ref-1_444796418-194.coolpic» v:shapes="_x0000_i1169">зкi) Sзi, (2,13)
где Кσ– коэффициент, учитывающий кондуктивный теплообмен, Кσ= 0,09
При расчете получилось:
σзк = 0,54
7. Рассчитываем перегрев нагретой зоны <img width=«15» height=«17» src=«ref-1_444796231-187.coolpic» v:shapes="_x0000_i1170">tзо во втором приближении:
<img width=«15» height=«17» src=«ref-1_444796231-187.coolpic» v:shapes="_x0000_i1171">tзо = <img width=«15» height=«17» src=«ref-1_444796231-187.coolpic» v:shapes="_x0000_i1172">tко + <img width=«113» height=«41» src=«ref-1_444820827-368.coolpic» v:shapes="_x0000_i1173"> , (2,14)
где Кw – коэффициент, учитывающий внутреннее перемещение воздуха, Кw = 1
Кн2 – коэффициент, учитывающий давление воздуха внутри блока, Кн2 = 1
Расчет: tзо = 27+ <img width=«94» height=«44» src=«ref-1_444821195-333.coolpic» v:shapes="_x0000_i1174"> = 3,953оС
8. Определяем ошибку расчета:
<img width=«15» height=«19» src=«ref-1_444811670-199.coolpic» v:shapes="_x0000_i1175">= <img width=«67» height=«47» src=«ref-1_444821727-297.coolpic» v:shapes="_x0000_i1176">,
<img width=«15» height=«19» src=«ref-1_444811670-199.coolpic» v:shapes="_x0000_i1177">= <img width=«71» height=«48» src=«ref-1_444822223-336.coolpic» v:shapes="_x0000_i1178">= 0,004
Так как <img width=«15» height=«19» src=«ref-1_444811670-199.coolpic» v:shapes="_x0000_i1179">< 0,1, то расчет может быть закончен.
9. Рассчитываем температуру нагретой зоны:
t3 = to + <img width=«15» height=«17» src=«ref-1_444796231-187.coolpic» v:shapes="_x0000_i1180">tзо (2,15)
Получаем: t3 = 25 + 3,953 = 28,953оС
Так как самый нетермостойкий элемент выдерживает температуру до + 70 градусов цельсия, то полученный тепловой режим работы устраивает нас.
3.1.2.3. Расчёт системы на механические воздействия
Для выполнения расчета механических воздействий необходимы следующие исходные данные:
- геометрические размеры платы, l<img width=«14» height=«13» src=«ref-1_444800156-185.coolpic» v:shapes="_x0000_i1181">b<img width=«14» height=«13» src=«ref-1_444800156-185.coolpic» v:shapes="_x0000_i1182">h, м:
0,11<img width=«14» height=«13» src=«ref-1_444800156-185.coolpic» v:shapes="_x0000_i1183">0,06<img width=«14» height=«13» src=«ref-1_444800156-185.coolpic» v:shapes="_x0000_i1184">0,001;
- диапазон частот вибрации, <img width=«15» height=«17» src=«ref-1_444796231-187.coolpic» v:shapes="_x0000_i1185">fвиб = 10…..30 Гц;
- длительность удара, τ = 10 мс;
- амплитуда ускорения при ударе, Ну = 40 g;
- предельное ускорение, выдерживаемое элементами блока без разрушения:
при вибрации 5 g
при ударах 45 g
при линейных ускорениях 25 g
1) Расчет на действие вибрации.
Расчет собственных колебаний конструкции является трудоемкой задачей. Поэтому заменим конструкцию эквивалентной расчетной схемой. Определяем частоту собственных колебаний отдельных конструкционных элементов.
Частота собственных колебаний равномерно нагруженной пластины вычисляется по формуле:
fo = <img width=«31» height=«49» src=«ref-1_444823872-241.coolpic» v:shapes="_x0000_i1186"><img width=«15» height=«16» src=«ref-1_444824113-187.coolpic» v:shapes="_x0000_i1187"><img width=«32» height=«51» src=«ref-1_444824300-262.coolpic» v:shapes="_x0000_i1188"><img width=«15» height=«16» src=«ref-1_444824113-187.coolpic» v:shapes="_x0000_i1189"><img width=«93» height=«55» src=«ref-1_444824749-354.coolpic» v:shapes="_x0000_i1190"> , (3,1)
где a и b – длина и ширина пластины, м;
D – цилиндрическая жесткость пластины, Н<img width=«14» height=«13» src=«ref-1_444800156-185.coolpic» v:shapes="_x0000_i1191">м;
D = έ<img width=«15» height=«16» src=«ref-1_444824113-187.coolpic» v:shapes="_x0000_i1192">h3/12 (1-<img width=«28» height=«21» src=«ref-1_444825475-197.coolpic» v:shapes="_x0000_i1193">) , (3,2)
продолжение
--PAGE_BREAK--
еще рефераты
Еще работы по коммуникациям
Реферат по коммуникациям
Пробник для проверки цифровых микросхем
3 Сентября 2013
Реферат по коммуникациям
Аналоговый цифровой преобразователь с промежуточным буфером при вы
3 Сентября 2013
Реферат по коммуникациям
Аналоговый цифровой преобразователь с промежуточным буфером при высокой скорости поступления
3 Сентября 2013
Реферат по коммуникациям
Проектирование передатчика
3 Сентября 2013