Файл: Доценко Н.С. Долговечность элементов радиоэлектронной аппаратуры (влияние влаги).pdf

тому в первом приближении старение элементов можно считать независимым от мгновенных значений других эксплуатационных факторов [9]:

ф(<і. *2......... ^ ) = Ф ( О ф( £ 7) ф ( 2)ф (т р),

где t°, U, Z, Тр — интенсивности внешних воздействий — изме­ нения температуры, напряжений питания, относительной влаж­ ности и времени работы элемента.

Запас устойчивости элемента, выходной параметр которого представляет собой функцию ряда входных параметров, опреде­ ляет допустимое изменение значений входного параметра во время эксплуатации. Наиболее правильный учет этих значений происходит тогда, когда при проектировании элементов произ­ водят расчет эксплуатационных допусков на выходные параметры, которые представляют в виде элементарных погрешностей при действии повышенной влажности, температуры и т. д.

Почти во всех случаях закон распределения вероятностей значений суммарной погрешности весьма близок к нормальному.

практически независимых и соизмеримых слагаемых нестабиль­ ности выходного параметра элемента, который можно предста­ вить как функцию (5) многих переменных. Тогда при воздейст­ вии влаги величина выходного параметра элемента изменится вследствие изменения величин параметров функциональных узлов и примет вид [16]:

параметров в результате воздействия влаги.

Изменения температуры окружающей среды и старение ма­ териалов под воздействием температуры и нагрузки вызовут дополнительные изменения величины выходного параметра элемента, так как изменятся величины параметров функциональ­ ных узлов.

При линейных и циклических изменениях параметров функ­ циональных узлов под воздействием температуры величина от­ клонения ДХѴТ каждого из параметров от его первоначального

значения Хѵо равна ДХѵГ = Xvoa.xht, где ах — температурный

коэффициент параметра Хѵ; Дt° = t° — 20° С — разность тем­ ператур.

Другим фактором, который необходимо учитывать при контроле требуемого качества изготовления элементов для обе­ спечения их высокой эксплуатационной надежности, является старение материалов функциональных узлов. Введя линейную

ДХуст -“ ХѵоСАДт,

57

Аѵ

существования данного элемента, включая его хранение и пред­ полагаемый срок работы в схеме прибора; ДХѴ — изменение параметра функционального узла за 1 и.

Полная величина параметра с учетом старения и темпера­ турных изменений равна сумме первоначального значения па­ раметра и его отклонений, вызванных указанными причинами:

Аѵ = Хѵ0 -)- ДХѴСТ -}- ЛХѵГ = Хѵ0 (1 -f- oc^Äf) + С х Дт. (60)

Таким образом, на основании уравнений (59) и (60) суммар­ ную нестабильность выходного параметра элемента как функцию параметров функциональных узлов, зависящих от влаги, темпе­ ратуры II старения, можно выразить в виде:

После необходимых преобразований получаем уравнение относительной погрешности выходного параметра элемента, вызванной совместным действием влаги, температуры и старения [9, 29]:

(бі)

Индекс «нуль» у квадратных скобок означает, что в выражения коэффициентов влияния нужно поставить номинальные значе­ ния параметров узлов.

58

В каноническом виде уравнение (61) можно представить

в виде:

где A[ — коэффициент влияния, не зависящий от вида погрешно­ стей, который определяется из полного дифференциала от уравне­ ния выходного параметра элемента, путем деления полученного выражения на первоначальное; ДХ,7Х,-— производственная по­ грешность; Л у — погрешность выходного параметра, вызванная

времени (öj) и через время Дт (6^), т. е. разброс параметра функ­

ционального узла.

Из линейности уравнения (62) следует принцип независимо­ сти производственной погрешности, погрешностей, вызванных влагой, температурой и старением, т. е. возможность определе­ ния каждой из них раздельно. Эти уравнения будут исходными для расчета долговечности элемента при воздействии влажности, температуры и старения. Как уже указывалось, величины от­ клонений параметров функциональных узлов, вызванные воз­ действием влаги, температуры и старения, носят случайный ха­ рактер, поэтому оперировать с отклонениями параметров следует по правилам теории вероятностей и на этой основе вести расчет долговечности элементов с учетом допусков. Таким образом, плотность вероятностен суммарной нестабильности выходного параметра элемента в целом независимо от вида функций рас­ пределения составляющих этой нестабильности, может быть представлена [19] в виде

Из приведенных рассуждений следует, что задача опреде­ ления суммарной нестабильности выходного параметра элемента

59

фактически сводится к вычислению ее среднего значения М (ДХѴ) ■

и дисперсии отдельных практически независимых составляющих суммарной нестабильности выходного параметра.

Выходным параметром элемента в зависимости от его функ­ ционального назначения может быть коэффициент усиления, мощность, амплитуда или длительность импульса, величина вы­ ходного напряжения, тока, характеристика направленности и т. д.

Выписанные выше формулы справедливы лишь при опреде­ ленных условиях эксплуатации, для которых известны основ­ ные характеристики функциональных узлов элементов. Как пра­ вило, условия эксплуатации отличаются от расчетных. Кроме того, в большинстве случаев эти условия не могут быть заданы абсолютно точно. Обычно они изменяются случайно в некоторых пределах, поэтому интенсивности внешних воздействий в пред­ полагаемых условиях эксплуатации рассматриваются как слу­ чайные величины, характеризуемые законами распределения, а сами условия эксплуатации определяются вектором — набо­ ром случайных величин, характеризующих комплекс внешних воздействий.

Таким образом, при проектировании и производстве элемен­ тов для определения долговечности при том или ином сочетании допусков на параметры функциональных узлов, необходимо вы­ являть минимальные и максимальные значения допусков, с ко­ торыми могут быть поставлены функциональные узлы в элемент, т. е. те пределы, между которыми будет находиться значение выходного параметра, обеспечивающего работоспособность эле­ мента. Решение данной задачи состоит в том, чтобы на основании анализа заданных допусков на параметры функциональных уз­ лов рассчитать допуск на выходной параметр элемента.

ГЛАВА ВТОРАЯ

ВЛИЯНИЕ ВЛАГИ НА ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ИЗОЛЯЦИОННЫХ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ

5. Некоторые сведения о влагопоглощении электроизоляционных материалов

Влага, постоянно содержащаяся в воздухе атмосферы, представляет опасность для электротехнических и радио­ электронных изделий.

Наиболее опасным является соприкосновение изделий с водяными каплями или водой, что может происходить при следующих условиях:

60

1.Конденсация водяных паров в атмосфере (туман) или конденсация на поверхности изделия.

2.Смачивание брызгами воды (дождем).

3.Погружение непосредственно в воду.

Если образец электроизоляционного материала по­ местить в условия повышенной влажности, то он погло­ тит какое-то количество влаги из атмосферы. При достижении образцом равновесного влагопоглощения дальнейшее увлажнение прекращается (рис. 8). Если материал даже совершенно не поглощает воды, она мо­ жет образовывать на нем поверхностную пленку, как,

ное в процентах. Согласно ГОСТ 4650—60, гигроскопичность Г определяется из соотно­

Здесь т 2 — масса образца после выдержки его в ус­ ловиях 98%-ной о. в.; т1 — масса сухого образца.

На гигроскопичность сильно влияет наличие и- раз­ мер пор внутри материала, в которые проникает вода. Сильно пористые материалы более гигроскопичны, чем материалы плотной структуры. Поскольку молекула

О

воды имеет эффективный диаметр 2,58 А, т. е. весьма малую величину, то она легко может проникать в поры материала. Ниже приводятся ориентировочные размеры (в ангстремах) пор в различных электроизоляционных материалах:

61