Preprosto povedano, mikro stikalo je elektromehanska naprava, ki lahko nadzira vklop in izklop stikala z zelo majhno količino gibanja. Njegova jedrna struktura vključuje predvsem kontaktne točke, elastične komponente, zunanje lupine in operativne palice. Delovno načelo je dejansko potiskati kovinske stike, da se prekinejo ali povežejo z zunanjo silo. Ima značilnosti hitrega odziva, močno trajnost in ni nagnjen k odpovedi. Na primer, gumbi klimatske naprave na daljavo, stikala za zasilno zaustavitev opreme tovarniške montažne linije in naprave za zaznavanje v ključavnicah avtomobilskih vrat lahko najdete v stvareh, ki se jih lahko dotaknete vsak dan.
Temperatura okolice močno vpliva na delovno stabilnost te vrste stikala. Konkretno, v visokotemperaturnem okolju, kot je dolgoročno delovno sceno nad 60 stopinj, je plastična lupina enostavno deformirati in povzročiti slab stik; Nizka temperatura minus 20 stopinj lahko vzmetne komponente strdijo in vplivajo na hitrost ponastavitve. Preprosto povedano, temperaturne spremembe bodo neposredno vplivale na delovanje materialov, kot sta staranje izolacijske plasti in krčenje kovinskih delov skrajšalo življenjsko dobo. Zato je v fazi oblikovanja izdelka treba sprejeti ukrepe toplotne zaščite v skladu s scenarijem aplikacije, kot je namestitev toplotnih umivalnikov na visokotemperaturne območja ali uporaba maščobe proti zbrisu na stikala v nizkotemperaturnih okoljih, kar lahko učinkovito izboljša zanesljivost delovanja opreme.
Vpliv visoke temperature na delovanje mikro stikal
Visoko temperaturno okolje bo imelo številne učinke na delovno stanje mikro stikala. Na primer, glede na električno delovanje lahko nenehno zmanjšuje vrednost izolacijske odpornosti. Ta pojav je predvsem zato, ker bo visoka temperatura pospešila hitrost molekulskega gibanja znotraj izolacijskega materiala, kar ima za posledico povečanje verjetnosti puščanja toka. Povečanje vrednosti kontaktne odpornosti je običajno posledica dejstva, da je kontaktna površina pri visokih temperaturah večja verjetnost, da tvori oksidni sloj. Ta oksidna plast bo ovirala normalen prenos toka kot pregrada. Kar se tiče izolacijske sposobnosti materiala, ko se temperatura dvigne na določeno raven, bo večja verjetnost, da bo razgrajena zaradi napetosti.
Glede na mehanske lastnosti se bo elastičnost vzmeti poslabšala. To je lahko zato, ker so kovinski materiali nagnjeni k lezenju pri visokih temperaturah, kar ima za posledico manjši odmik kot prej. Kontaktni materiali, kot sta baker ali srebro, so nagnjeni k oksidacijskim reakcijam ali mehčanju materiala v visokotemperaturnih okoljih, kot je nastajanje oksidne plasti s slabo prevodnostjo. Obstajajo tudi plastični deli, kot sta zunanja lupina ali notranji nosilec, ki se lahko deformirajo zaradi toplotne ekspanzije in krčenja, kar ima za posledico razpoke ali neskladje velikosti.
Kemična stabilnost, ki jo povzroča visoka temperatura, potrebuje tudi posebno pozornost. Maziva je enostavno izhlapevati in izgubiti, še posebej, ko dolgo časa delajo v visokem temperaturnem okolju, se bo notranja izguba trenja znatno poslabšala. Snovi, kot so polimerni materiali, bodo svoje molekularne verige zlomile pod neprekinjenimi visokimi temperaturami, kar pogosto imenujemo pospešeno staranje materiala.
Dolgoročni visoki temperaturni pogoji bodo znatno skrajšali življenjsko dobo mikro stikala. Na primer, ko se stiki večkrat vklopijo in izklopijo, lahko visoke temperature med stiki povzročijo oprijem ali ablacijske oznake. Obstajajo tudi težave, kot so staranje izolacijskih materialov, ki lahko povzročijo naključne kratke stike. Na primer, pri dejanski uporabi določene industrijske opreme, ko je mikro stikalo neprekinjeno delovalo 2000 ur v visokih temperaturnih pogojih 85 stopinj, je bilo ugotovljeno, da je bila površina stika pokrita z debelo oksidno plastjo. V tem času se je vrednost izolacijske odpornosti znatno zmanjšala z začetnih 100 megohmov na samo 1 megohm, kar je sčasoma privedlo do nesreče, da se izolacijski sloj pokvari.
Vpliv nizkotemperaturnega okolja na mikro stikala
Negativni učinki, ki jih povzroča nizka temperatura
- Težave pri mehanskem delovanju: Kadar je temperatura prenizka, se bo elastični modul vzmeti kovinskega materiala povečal, to je, da bo vzmet težje, kar neposredno vodi do potrebe po uporabi večje delovne sile za sprožitev stikala. Hkrati se kontaktni tlak materiala na kontaktni točki zmanjša pod delovanjem nizke temperature, kar lahko vpliva na stabilnost vezja. Še posebej je treba opozoriti, da bo nizka temperatura povzročila tudi mazanje materiala. Na primer, nekatere maščobe bodo postale tako viskozne kot lepilo, zaradi česar bo gibanje notranje mehanske strukture ne gladko.
- Spremembe materialne trdnosti: Na primer, plastične lupine so nagnjene k finim razpokom v podzerovih okoljih, tako kot so plastične skodelice za vodo, nameščene na prostem pozimi, nagnjene k zamrzovanju in razpokanju. Pri kovinskih stikih lahko nizko temperaturno okolje tvega, da se kovinske površine prilepijo drug na drugega, kar pogosto imenujemo hladno varjenje. Ta položaj je še posebej nagnjen k pogostim scenarijem delovanja.
- Neuspeh sistema mazanja: Običajni mazalni materiali se bodo znatno strdili pri temperaturah sub-nič, koeficient trenja med mehanskimi strukturami pa se bo v tem trenutku eksponentno povečal. Na primer, nekatera stikala, strukturirana z zobniki, bodo v tem primeru doživela očitne delovne marmelade, dolgoročno delovanje v tem stanju pa bo pospešilo obrabo in staranje delov.
Dinamične spremembe v značilnostih stikala
Ko je temperatura prenizka, se bo gibalna odpornost pogonske palice znatno povečala, kar bo povzročilo, da bo hitrost odziva celotnega stikala postala počasna. Na primer, v elektronskem stikalu za zaklepanje vrat, ki se uporablja na prostem v severni zimi, se pogosto sproži pol sekunde po pritisku gumba. Kontaktno stanje kontaktne točke bo postalo tudi nestabilno pri nizkih temperaturah, tako kot zvok toka, ko ima stari radio slab stik, in pride do nenormalnih pojavov. Poleg tega operater zaradi znatnega povečanja togosti vzmeti pogosto meni, da je gumb za preklop težje pritiskati kot pri običajni temperaturi, za dokončanje stikalnega dejanja pa je potrebna več moči rok.
Zaščitni ukrepi v okolju z visoko temperaturo\/nizko temperaturo
Pri dejanski uporabi različnih temperaturnih pogojev lahko iz štirih dimenzij prilagodimo prilagodljive prilagoditve. Najprej je na primer na ravni izbire materiala, na primer pri visokih temperaturnih priložnostih, priporočljivo dati prednost kontaktni strukturi procesa keramične prevleke ali upoštevati visoko temperaturno odporne kovinske materiale, kot je zlitina volframa. Za spomladanske komponente lahko uporabimo visoko temperaturno odporne materiale, kot je Inconel, ali pa lahko poskusite spomladanske strukture na osnovi keramike. Za scenarije z nizko temperaturo je treba posebno pozornost nameniti plastičnim delem. Na primer, materiali s hladno odpornimi lastnostmi, kot je polikarbonat PC, so primernejši. Hkrati je treba na kontaktno površino dodati prevleko, ki preprečuje hladno varjenje, na primer zlata prevleka.
V konstrukcijski povezavi za oblikovanje se lahko za tesnjenje uporabijo gumijaste tesnjene obroče ali pa lahko neposredno napolnite lepilo za lončenje. Glede na optimizacijo disipacije toplote v dejanskih aplikacijah najdemo, da lahko dodajanje pomožnih toplotnih toplotnih toplotnih toplotnih toplotnih toplotnih toplotnih toplotnih toplotnih toplotnih toplotnih toplotnih toplotnih toplotnih toplotnih toplotnih toplotnih toplotnih toplotnih toplotnih plasti učinkovito ublaži vpliv drastičnih temperaturnih sprememb.
Kar zadeva strategije uporabe opreme in vzdrževanja, je treba tukaj razlikovati različne temperaturne scenarije. V visokotemperaturnih okoljih je treba posebno pozornost nameniti nadzorovanju delovnega časa, na primer, da bi se izognili, da bi bila oprema za dolgo časa v preobremenjenem stanju, ključne parametre, kot je kontaktni odpor, je treba redno preverjati. Kadar se uporablja v nizkotemperaturnih pogojih, je najbolje, da opremo pred tem predhodno segrejete na delovno temperaturo, preden jo začnete. Prav tako je treba prilagoditi izbiro maziva, na primer zamenjavo z nizkotemperaturno mazivo na osnovi silicija. Poleg tega je treba pravilno nadzorovati tudi delovno frekvenco.
Nazadnje v dimenziji okoljskega nadzora vključujejo učinkovitejše rešitve namestitve naprav za nadzor temperature, kot je konfiguriranje ogrevalnih modulov v nizkotemperaturnih pogojih ali namestitev hladilnih ventilatorjev na območjih z visoko temperaturo. Glede na toplotno izolacijsko zaščito lahko izberete materiale, kot so keramična vlakna, da naredite opremo lupine ali poskušate uporabiti nove izolacijske materiale Airgel. Inovativna ideja za toplotno prevodnost je uporaba strukture cevi za toplotno prevodnost, skozi katero se notranja toplota hitro usmeri na zunanji hladilnik.
Analiza eksperimentov in primerov
Podatki o temperaturnem okolju
Na primer, pod visokimi temperaturami (85 stopinj) se bo življenjska doba mikro stikala znatno spremenila. Preprosto povedano, življenjska doba storitve se bo znižala neposredno s 100, 000 operacij pri običajni temperaturi na približno 10, 000 operacije. Položaj v pogojih z nizko temperaturo (-40) ima tudi značilnosti, zlasti sila, potrebna za delovanje, poveča s standardne 1N na 3N.
Kar zadeva spremembo akcijskih značilnosti, je mogoče opaziti, da se bo območje nihanja kontaktne odpornosti pri visoki temperaturi razširil, v bistvu doseže 3 -krat večjo od ravni pri normalni temperaturi. Težava, ki jo povzroča nizkotemperaturno okolje, je predvsem glede na hitrost odziva. Na primer, odzivni čas naprave se bo v primerjavi z normalnimi pogoji podaljšal za približno 50%. Ta položaj kaže, da obstaja bistvena razlika v vplivu temperature na delovanje opreme.
Analiza dejanskih aplikacijskih situacij
Skozi dejanske primere je mogoče ugotoviti, da bodo inženirji, ko se uporabljajo na področju avtomobilske proizvodnje, posebno pozorni na temperaturo motornega prostora. Na primer, izbrali bodo rešitev, ki uporablja keramične stike z visoko temperaturnimi vzmeti. Ta kombinacija lahko stabilno deluje več kot 5, 000 ure v neprekinjenem visokotemperaturnem okolju 120 stopinj.
V posebnih scenarijih aplikacije vesoljskega vesolja so metode obdelave drugačne. Na primer, mikro stikala, nameščena na satelitih, bodo uporabljala tehnologijo vakuumske embalaže in hkrati uporabljala posebna nizkotemperaturna maziva, tako da je mogoče v ekstremnem okolju minus 60 stopinj še vedno zagotoviti standardne obratovalne zahteve, 000 krat. Ti primeri kažejo, da bodo različne panoge prilagodile rešitve glede na posebne potrebe.
Visoka temperatura povzroča staranje materiala in izolacijsko okvaro, nizka temperatura pa povzroči mehansko zagozdenje in krčenje materiala. Strategijo zaščite je treba izčrpno optimizirati iz štirih vidikov: materiali, struktura, uporaba in nadzor okolja.
