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

о. в. При этом сопротивление Rs снизилось с 4 - ІО10 до 9,5-ІО8, т. е. на 1,5 порядка. Таким образом, мак­ симально допустимой влажностью, при которой элемент сохраняет Rs, является 50%-ная о. в., т. е. ркр = = 8,8 мм рт. ст при 20° С. Эта величина о. в. носит на­ звание критической.

Рис. 48. Схема устройства определения критической влажности элемента

Следовательно, при анализе работоспособности пье­ зоэлектрического элемента экспериментально был оп­ ределен характер зависимости tg б и внутреннего со­ противления постоянному току R n_т пьезокерамических призм от о. в. воздуха ср (рис. 49). С изменением tg б изменяется механико-электрический к. п. д. г) пьезоке­ рамического элемента. Если допустимое изменение г| равно А0, то критическое значение R max и tg бкр соггласно формул (63) — (68) может определяться выра­ жениями:

150

где п — коэффициент трансформации; Яы— механиче­ ское сопротивление пьезокерамического элемента; С — электрическая емкость;

1+ Ro/Rn

При этом если учесть, что R = ---------, toС tg 5

то тангенс угла диэлектрических потерь может быть

скую концентрацию паров воды ркр. Тогда на основа­ нии формул гл. 1и 2 срок службы для изоляции в виде цилиндра можно выразить так:

Обычно при расчете времени эффективной влагоза­ щиты следует рассматривать два случая: 1) защита не­ влагоемкого изделия и 2) защита изделия, имеющего влагоемкие элементы, такие как бумага, ‘ хлопчатобу­ мажная пряжа и другие гигроскопические материалы.

151

Дело в том, что водяные пары, проникшие под оболочку невлагоемкого изделия, целиком идут на повышение парциального давления водяных паров в замкнутом объеме между оболочкой и невлагоемким изделием, в то время, как при наличии влагоемкой составляющей под оболочкой они поглощаются ею, до определенного мо­ мента, не вызывая ухудшения электрических характе­ ристик элемента. Тогда срок службы влагоемкого функ­ ционального ядра можно определить из выражения

а срок службы для невлагоемкого функционального ядра из выражения

В случае, если меняется влажность изоляционного материала, его проводимость растет как а = о0е'л z, а

сопротивление изоляции /?нз = Rii30- ек z падает. Эффективность пьезокерамических элементов, ра­

ботающих в режиме приема в зависимости от условий их эксплуатации, определяется чувствительностью холо­ стого хода:

где kq — коэффициент дифракции; Sn — площадь при­ емной поверхности пьезокерамического элемента; гм — механический импеданс заторможенного пьезокерами­ ческого элемента; z — электрический импеданс затор­ моженного пьезокерамического элемента.

Множитель а (104) для пьезокерамического элемента (рис. 50) определяется из следующих выражений:

при работе на резонансной частоте

ар = У ' И Г + при работе на частоте значительно ниже резонансной

/ 1 -figö'

152

где б — частотнозависимый коэффициент, определяемый

'Cj/fg‘ -n

Рис. 50. Эквивалентные электрические схемы пьезо­ керамических элементов: а — нагруженного; б — ненагруженного; в — общая схема

Модуль внутреннего сопротивления пьезокерамиче­ ского элемента на любой частоте равен IZBI= •

Пористость пленки изоляционного покрытия пьезо­ керамического элемента, через которую проникает влага, на основании (78) можно определить так:

DAxAc '

153

Так как уравнение (78) применяется для условий, когда градиент концентрации не зависит от времени, то для момента времени Ат используется усредненный по времени градиент, определенный на линейном участке кривой зависимости количества продиффундировавшей влаги от времени,

AQ = V (с2—Cj),

где с0 —• концентрация диффундирующей влаги в на­ чальный момент времени; сг, с2 — концентрация про­ диффундировавшей влаги в моменты времени и т 2.

Подставляя значения АQ и Дсср в формулу (105), получим окончательное выражение для определения пористости:

D (Tj — т2) (2с0 — сх — Сп)

где d — толщина пленки; D —• коэффициент диффузии. Определенная по формуле (106) пористость 5 пред­ ставляет собой суммарную площадь сечения сквозных пор, заполненных электролитом и носит несколько условный характер. Опадает значение некоторой сквоз­ ной пористости, которая в данных условиях обеспечи­

ных режимов работы пьезокерамического элемента мо­ гут быть определены из выражений (99), (100). Зная ве­ личины RKP и tg ö Kp, можно по экспериментально оп­ ределенной зависимости tg 6 = / (с) найти критическую для данного типа пьезокерамического элемента концен­ трацию паров воды ркр.

Тогда, если выполняется закон Генри, то для эле­ ментов 1- и 2-го типов с плоскими и цилиндрическими

154

полимерными оболочками критический срок службы можно определить из выражений

ров воды в среде; р 0р кр — начальное и критическое дав­

Таким образом, определив по вышеприведенным вы­ ражениям срок службы наиболее слабого функциональ­ ного узла, можно по формуле (34) определить срок службы всего элемента.

Приближенный расчет на заданную долговечность

Расчет элементов на заданную долговечность прово­ дится на ранней стадии проектирования, чтобы опреде­ лить, соответствует ли разработанный элемент требова­ ниям, предъявленным к долговечности заказчиком. Эти требования задаются обычно с помощью среднего срока службы и установленного технического ресурса. Рас­ чет ведется по приведенным выше формулам от задан­ ного значения показателя долговечности на элемент

155