Быстросгораемый печатный кабель

Быстросгораемый печатный кабель

Реферат

Изобретение относится к области электромонтажа, а именно к элементам устройств, предназначенных для защиты электрорадиоаппаратуры от внешних воздействий, на основе плоских печатных кабелей.

В электротехнике известно применение таких устройств, как предохранители, защищающие электроаппаратуру (блок, прибор и т.п.) от воздействия токов, превышающих допустимое предельное значение. В этих случаях электрический проводник в предохранителе разрушается за счет внутреннего теплового разогрева при прохождении электрического тока, превышающего расчетную величину. Но такие устройства отключают только электрические связи, а вот разрушение физических и тепловых связей от внешнего теплового воздействия не обеспечивают.

Наиболее близким по технической сути и достигаемому техническому результату является устройство, применяемое в тепловых извещателях типа ИП 101-1А (см. Извещатель пожарный тепловой максимальный, ИП 101-1А. Руководство по эксплуатации. г. Новосибирск, НПО «Сибирский Арсенал»), принятое авторами за прототип, которое срабатывает при достижении пороговых значений температуры окружающей среды. Его схемное решение выполнено на основе печатной платы с печатными проводниками. Применение устройства позволяет обеспечить защиту объектов различного назначения от внешнего теплового воздействия, но требует использования дополнительных функциональных узлов для разрушения электрических, физических, тепловых и других связей.

Таким образом, задачей данного технического решения являлось обеспечение защиты объектов различного назначения в условиях внешнего теплового воздействия с использованием дополнительных функциональных узлов для разрушения электрических, физических, тепловых и других связей.

В то же время в современной технике существует ряд устройств или систем, после функционирования которых цепи их подключения становятся нежелательными, а в ряде случаев вредными и даже опасными.

В этом случае при внешнем тепловом воздействии, например при пожаре, начинает оплавляться изоляция электропроводки, соответственно при разрушении изоляции проводов и кабелей происходит замыкание в цепях, что может привести к непредсказуемым последствиям.

Рассмотрим известную проблему на примере бортового накопителя информации так называемого «черного ящика». Это устройство предназначено для длительного хранения информации о функционировании различных систем, расположенных на борту летательного аппарата. Упомянутые системы электрически связаны с «черным ящиком» посредством проводов и кабелей. При аварийных ситуациях на сложных объектах высока вероятность возникновения пожара. Очевидно, что воздействие высокой температуры в таких условиях является одним из факторов, влияющих на степень сохранности накопленной информации.

Конструктивное исполнение внешнего корпуса такого «черного ящика» достаточно надежно защищает расположенные внутри устройства хранения информации как от механических, так и от длительных термических воздействий. Однако стойкость к длительному воздействию высокой температуры зависит не только от теплопроводности внешнего корпуса, но также и от наличия «тепловых мостов». Такими «тепловыми мостами» являются провода, по которым передается информация на устройства ее хранения. Если во время пожара изоляция проводов, входящих в «черный ящик», сгорит достаточно быстро, то по медным проводникам тепло будет гораздо более длительное время поступать внутрь защищаемого устройства. Таким образом, по закону энтропии тепло будет распространяться по проводникам внутрь корпуса, где температура значительно ниже, следовательно, повысится температура и внутри «черного ящика», что может привести к повреждению либо полной утрате содержащейся в нем информации.

Общими признаками с предлагаемым авторами быстросгораемым печатным кабелем является наличие в нем как минимум одного печатного проводника.

В отличие от прототипа в предлагаемом авторами быстросгораемом печатном кабеле ширину печатного проводника выбирают в зависимости от заданного времени тепловой деструкции печатного кабеля по формуле:

m=p C_p/α ∈_n,

где

m - ширина печатного проводника, м;

p - удельная плотность материала печатного проводника, кГ/м³;

C_p - удельная теплоемкость материала печатного проводника, Дж/кГ К;

α - коэффициент теплоотдачи внешней среды, Вт/м²К;

∈_n - показатель тепловой инерции процесса достижения печатным проводником температуры деструкции, сек.

В частных случаях, то есть в конкретных формах исполнения, изобретение характеризуется следующими признаками:

- однопотенциальные цепи выполнены как минимум из двух печатных проводников;

- печатные проводники выполнены из гальванически осажденной фольги;

- печатные проводники выполнены из напыленного или осажденного металла;

- соотношение ширины к толщине печатного проводника выбирают не менее 10.

Именно это позволяет сделать вывод о наличии причинно-следственной связи между совокупностью существенных признаков заявляемого технического решения и достигаемым техническим результатам.

Указанные признаки, отличительные от прототипа и на которые распространяется испрашиваемый объем правовой защиты, во всех случаях достаточны.

Задачей предлагаемого изобретения является обеспечение физического разрушения механических, электрических и тепловых связей при завершении работы аппаратуры или возникновении аварийной ситуации в критических цепях, в том числе и снижение дополнительного нагрева электронных элементов внутри корпуса за счет быстрого сгорания печатного кабеля.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в быстросгораемом печатном кабеле, содержащем как минимум один изолированный печатный проводник, особенность заключается в том, что ширину печатного проводника выбирают в зависимости от заданной тепловой деструкции печатного кабеля по формуле:

m=p C_p/α ∈_n,

где

m - ширина печатного проводника, м;

p - удельная плотность материала печатного проводника, кГ/м³;

C_p - удельная теплоемкость материала печатного проводника, Дж/кГ К;

α - коэффициент теплоотдачи внешней среды, Вт/м²К;

∈_n - показатель тепловой инерции процесса достижения печатным проводником температуры деструкции, сек.

Новая совокупность элементов, а также наличие связей между ними позволяют, в частности, за счет того, что ширину печатного проводника выбирают в зависимости от заданного времени тепловой деструкции печатного кабеля, обеспечить физическое разрушение механических, электрических и тепловых связей при завершении работы аппаратуры или при возникновении аварийной ситуации в критических цепях и, тем самым, снизить дополнительный нагрев электронных элементов внутри корпуса за счет быстрого сгорания печатного кабеля.

Признаки, характеризующие изобретение в конкретных формах исполнения, позволяют, в частности, за счет того, что:

- однопотенциальные цепи выполнены как минимум из двух печатных проводников, обеспечить заданное значение падения напряжения на деструктируемом участке печатного проводника или заданную плотность тока при сохранении расчетного значения ширины каждого отдельного параллельного печатного проводника и, тем самым, заданное время и скорость деструкции всего печатного кабеля;

- печатные проводники выполнены из гальванически осажденной фольги, которая обладает меньшей удельной плотностью по сравнению с катаной фольгой или волоченной медью круглых проводников, что позволит сократить время деструкции в сравнимых габаритах;

- печатные проводники выполнены из напыленного или осажденного металла, получить меньшую толщину печатных проводников;

- соотношение ширины к толщине печатного проводника выбирают не менее 10, что позволяет уменьшить время тепловой деструкции каждого печатного проводника.

Сущность изобретения заключается в том, что в известном печатном кабеле, содержащем как минимум один изолированный печатный проводник, в отличие от прототипа, согласно изобретению ширину печатного проводника выбирают в зависимости от заданного времени тепловой деструкции печатного кабеля по формуле:

m=p C_p/α ∈_n,

где

m - ширина печатного проводника, м;

p - удельная плотность материала печатного проводника, кГ/м³;

C_p - удельная теплоемкость материала печатного проводника, Дж/кГ К;

α - коэффициент теплоотдачи внешней среды, Вт/м²К;

∈_n - показатель тепловой инерции процесса достижения печатным проводником температуры деструкции, сек.

Отличительные признаки предложенного технического решения позволяют разработать быстросгораемый печатный кабель с заданными временем деструкции печатного проводника, за счет учета показателей удельной плотности, теплоемкости и коэффициента теплоотдачи внешней среды, определить конструктивный параметр печатного кабеля - ширину печатного проводника.

Предлагаемый быстросгораемый печатный кабель работает следующим образом.

При внешнем тепловом воздействии на защищаемый объект конструктивные элементы быстросгораемого печатного кабеля теряют свои физико-химические и механические свойства, кабель при этом полностью рассыпается. В результате, прекращаются какие-либо физические, электрические и тепловые связи с защищаемым объектом, что исключает в последующем возможность нештатной его работы.

Применение предлагаемого изобретения позволяет обеспечить физическое разрушение механических, электрических и тепловых связей при аварийных ситуациях в критических цепях либо при необходимости прекращения работы аппаратуры, тем самым снизить дополнительный нагрев электронных элементов внутри корпуса защищаемого объекта, исключить возможность несанкционированного включения его исполнительных механизмов и выход их из строя.

В ходе натурных экспериментов установлено время деструкции кабеля, которое составило от 0,01 до 1 секунды в зависимости от температуры пламени для различных вариантов конструктивного исполнения кабеля.

На основе предложенного технического решения разработана конструкторско-технологическая документация и намечено серийное производство быстросгораемого печатного кабеля.

1. Быстросгораемый печатный кабель, содержащий как минимум один изолированный печатный проводник, отличающийся тем, что ширину печатного проводника выбирают в зависимости от заданного времени тепловой деструкции печатного кабеля по формуле:m=pC_p/α∈_n,гдеm - ширина печатного проводника, м,p - удельная плотность материала печатного проводника, кГ/м³,C_p - удельная теплоемкость печатного проводника, Дж/кГ К,α - коэффициент теплоотдачи внешней среды, Вт/м²К,∈_n - показатель тепловой инерции процесса достижения печатным проводником температуры деструкции, сек.

2. Быстросгораемый печатный кабель по п. 1, отличающийся тем, что однопотенциальные цепи выполнены как минимум из двух печатных проводников.

3. Быстросгораемый печатный кабель по п. 1, отличающийся тем, что печатные проводники выполнены из гальванически осажденной фольги.

4. Быстросгораемый печатный кабель по п. 1, отличающийся тем, что печатные проводники выполнены из гальванически осажденного металла.

5. Быстросгораемый печатный кабель по п. 1, отличающийся тем, что соотношение ширины к толщине печатного проводника выбирают не менее 10.