Проекты в сложных производственных условиях

Использование сложных электронных устройств и датчиков для улучшения и расширения производственныхмеханических и производственных процессов в промышленных приложениях возможно только в том случаеесли все компоненты выживают в суровых условияхСистемы должны выдерживать жаркиевлажные и суровые условияа также разрушительные электрические и магнитные поля.

Электронные устройства и датчики
Рис. 1. Электронные устройства и датчики для улучшения и расширения производственных, механических и производственных процессов.

Конкретные условия окружающей средыв которых используется продуктвлияют на его характеристикиТакие характеристики следует указать в первую очередьСуровые условия в промышленных приложениях включают попадание твердых частицэкстремальные температурыфизическое воздействиеэлектростатический разряд (ESD), электромагнитные помехи (EMIи вибрациюВсе эти условияесли их не предотвратитьсо временем приведут к выходу из строя электронного оборудования.

Соображения о высоких температурах и температурах полупроводников

    Высокие температуры являются основным фактором ухудшения состояния окружающей средыПрохладный климат важен для эффективной работы электронного устройстваМикроклимат внутри вытяжки токсичентемпература окружающей среды редко опускается ниже 125  CДатчики продуктов сгорания и выхлопных газов должны работать в жарких и тяжелых условияхВысокотемпературная электроника должна составлять цепь управлениякоторая управляет исполнительными механизмами и датчиками.

   При использовании в высокотемпературных средах электроника должна иметь активное или пассивное охлаждениечтобы детали оставались в пределах их рабочих температурЭто непрактично в большинстве реальных ситуацийПолупроводниковая невосприимчивость (ICохватывает диапазон рабочих температурзащиту от сбоевуправление высокими электрическими шумами и электростатические разрядыПрочная конструкция является ключевым фактором для долгосрочной эксплуатации и позволяет получать надежный конечный продукт с хорошей репутациейДолговечность является обязательным условием промышленной экосистемыхарактеризующейся экстремальными условиями эксплуатации с температурой IC от —40  C до + 85  CОжидаетсячто эксплуатация при повышенных температурах сохранитсяи в автомобильной промышленности в конечном итоге могут возникнуть рабочие температуры в диапазоне от —40  C до + 125  C.

Тепловые проблемы возникаюткогда электронные устройства хранятся в герметичной промышленной средеУстройства рассеивают тепло, и повышение температуры может повредить устройстваесли с ними не обращаться должным образомВ регуляторах напряжения и силовых ИС для предотвращения таких сценариев используются тепловые выключателиВыбор корпусов со сверхнизким тепловым сопротивлением помогает отводить тепло от устройстваДобавление алюминиевых тепловых трубок или радиаторов к этому корпусу обеспечивает меньшее тепловое сопротивление воздухуЭто снижает рабочую температурузначительно улучшая ее долгосрочную надежность.

Управление переходами напряжения

Неправильная проводка или случайное короткое замыкание вызывают скачки напряжения на шнурах питанияЭти переходные процессы могут повредить цепи ниже по потокуесли входы останутся незащищеннымиПростая и дискретная схемасостоящая из последовательного предохранителя с ограничителем переходного напряжениядиода (TVS), стабилитрона или металлооксидного варистора (MOV), обычно используется для защиты от большинства переходных процессов напряжения.

Более контролируемый подход к управлению перенапряжением и переходными процессами заключается в интеграции схемы реакции и защитного порога в ИСВнутренние диоды и компараторы спроектированы в различных схемах защиты и контролячтобы каждый раз обеспечивать окончательный откликНекоторые ИС включают защиту от высокого напряжения для линий передачи данныхУстройство защиты от повреждений активируется при превышении нормального уровня напряжения линии передачи данных для защиты от поврежденийХорошим примером является семейство мультиплексоров MAX4708Для получения дополнительной информации о продуктах для подавления переходных напряжений.

Соображения по искробезопасности

Под искробезопасностью понимается разработанный метод взрывозащитыкоторый экранирует электрическую цепьИскробезопасные системы ограничивают потребление энергии даже в случае множественных отказовЭти барьеры предназначены для ограничения энергиивыделяемой в случае отказа компонента или кабеляЦель — остановить возгораниеНекоторые рекомендации по искробезопасной конструкции описаны ниже.

Используемые батареи должны быть достаточно прочнымичтобы выдерживать ожидаемые условия окружающей средыУтечка электролита должна быть как можно меньшечто может произойти в условиях сильного короткого замыкания.

Части аккумуляторов энергиитакие как конденсаторыкатушки и ферритовые шарикимогут быть чувствительны к соблюдению характеристик искрового зажиганияДоступная энергияхранящаяся в нихдолжна быть ограниченачтобы не было достаточно энергии для воспламенения взрывоопасной атмосферыГерметизация используется для защиты цепей от искрового воспламенения.

Проекты в сложных производственных условиях
Рис. 2. MOV, стабилитрон и TVS-диод (ограничитель переходных напряжений)

Комфортные покрытия

Конформные покрытия необходимы для повышения долговечности и надежности электронных компонентовПродукт обеспечивает повышенную защиту от пылиудароввибрациихимикатовгрязиистираниягрибкавлаги и механических воздействийКонформные покрытия включаютоднокомпонентные УФотверждаемые составыодно— и двухкомпонентные силиконыодно— и двухкомпонентные эпоксидные смолы и специализированную экономичную латексную систему.

Степень защиты (IPи рейтинги NEMA

Герметичный корпус предотвращает попадание воды или пылиЗамкнутый объем пространства используется для безопасного хранения электроники в суровых условияхКонтекстным стандартом является IEC 60529как это определено Международной электротехнической комиссией (IEC). Этот стандарт определяет количество типов и степеней защитыобеспечиваемых корпусом для своего электрического оборудованияСам код IP имеет вид «IP XY», где числа X и Y обозначают защиту от проникновения твердых частиц и воды соответственноОни обычно используются для приложенийкоторые подвергаются воздействию элементова также пыли или влагиТипичные пользовательские отрасли включают морские нефтегазовые платформыбезопасностьосвещениеотдых и пищевую промышленность.

Национальная ассоциация производителей электрооборудования (NEMAпредлагает популярный стандарт защитных корпусованалогичный коду IP (IEC 60529). NEMA 250 охватывает более широкий диапазон тяжелых условийчем код IPОн также включает рейтингикак небезопасныетак и безопасныедля помещений и на открытом воздухеТакие условия включают попадание инородных тел (таких как пыль или волокна), воды и коррозионных агентоввключая различные газы и атмосферу.  AE1360 является примером металлического корпуса IP66 NEMA 4 для электрических применений в суровых промышленных условияхДля получения дополнительной информации о продуктах с рейтингом IP и NEMA.

Примечания к разъему

При выборе крепежа дизайнеры должны учитывать множество фактороввключая растворителиобледенениетемпературные эффектывоздействие соливлагикоррозии и грибкаНеправильный выбор может повлиять на целостностьпроизводительность и время жизни приложенияПри выборе муфт для тяжелых условий эксплуатации следует учитывать несколько факторов.

Коммуникационные протоколы критически важны для коммуникационных приложенийРазъемы несут различные сигналытакие как последовательные интерфейсы RS232 или I2Cрадиочастотные передачиаудио— и видеосигналымощность или высокоскоростная передача данныхСледует учитывать уровень скорости передачи данных и характеристикиЧто касается потребностей в энергиипроектировщик должен проверить требования к напряжению и току.

В эпоху миниатюризации требования к пространству высокиВсе современные приложения продолжают переходить на микросхемы и технологииобеспечивающие расширенные функциональные возможности в малых формфакторахИнженерыконструкторы должны тщательно выбирать разъемыесли это необходимо.

Другой вопрос — стиль наконечникаМуфты для тяжелых условий эксплуатации обеспечивают металлическое уплотнение при электрическом соединенииЭто электрическое соединение достигается либо припаиванием разъема непосредственно к плателибо через кабельный наконечник.

Разъемы должны защищать компоненты от всех лучей электромагнитных помех (EMI). Это излучение может либо попасть в коробку и затруднить работу устройствалибо выйти из коробки и помешать другим устройствамНесколько специально подобранных разъемов с токопроводящей прокладкой и плакированными металлическими экранами обеспечивают оптимальную защиту от электромагнитных помех в суровых условиях.

Фитинги серии MRD являются отличным примером промышленных муфт для жестких условий окружающей средыдоступны в формфакторах с 23 и 4 позициямиВарианты корпусов включают в себя все пластиковые конструкцииа также металлические запорные корпуса для дополнительной прочностиВарианты монтажа на панели и кабельных наконечников доступны с защитой от прикосновения или без нееОни обладают водонепроницаемостью/ыленепроницаемостью IP67 и соответствуют требованиям охраны окружающей средыздоровья и безопасностиДля получения дополнительной информации об этих продуктах щелкните здесь.

Theme: Elation by Kaira.
Cape Town, South Africa