电子仪器设备机箱的可靠性设计

电子仪器设备机箱的可靠性设计蓝军1舒茜21.乐山师范学院；2.乐山职此技术学院。四川乐山，614004观外形等功能，因此机箱可靠性设计是仪器设计中具有重要意义。本文通过对机箱有关防热、抗振、抗辐射、美观外形的设计讨论，阐述了机箱可靠性设计的一般原则与措施，对仪器设备的机箱可靠性设计具有定的指导与借鉴作用。

对于电子仪器设音的整机结构与功能来说，机箱具有重要地位。机箱具有热交换、防尘、屏蔽、防止内部元器件免受损坏、抗辐射和美观外形等功能，对于电子仪器设音设计来说，机箱的可靠性设计就必须针对相应仪器机箱的功能对机箱进行分析与综合考虑，达到机箱*优化设计的目的。

1机箱的防热设计在电子仪器设音中，热量主要来自阻性载流的元器件。如变压器、集成电路、大功率晶体管、发光器件、扼流圈和大功率电阻等，机箱散热设计主要就是将电子仪器内部的热量以热传导、热对流和热辐射的形式散发到周围介质中。机箱防热设计的目的就是对仪器机箱采用合理的热交换方式，以*低的热交换代价，获取较高的热交换效率，以保证仪器设音能在规定的热环境下稳定可靠地工作。防热设计的根据是①设音和元件的发热功率。②发热元件和热敏元件的*高允许工作温度。③设音和元件所处的工作环境温度局低。

根据热传导、热对流与热辐射理论可以得出，对于电子仪器设音机箱设计一般采用如下措施。

1）为了提高机箱的热传导能力，选用导热系数大的材料作机箱。一般说来金属导热系数*大，非金属次之。因此对于电子仪器设音一般要考虑金属中性价比较高的铜、铸铁、钢、硅钢、铝等作机箱。

2）为了提高机箱的热辐射能力，在机箱的内外表面应涂上粗糙的黑漆。颜色越深其热辐射越好，而且粗糙的表面比光滑表面的热辐射能力强如果美观上要求不高，可涂复黑色皱纹漆。其热辐射效果更好。

3）在机箱上合理地开通风孔，可以加强气流对流换热作用。通风孔的位置可以开在机箱的顶部、底部或两侧，通常通风孔开于底部比其它部位的散热效果好。开孔时应注意不能使气流短路，进出风口应开在温差大的两处，距离不能太近。考虑空气在电子设音内部受热体积会膨胀，机箱上通风孔的出口面积要比入口面积大。

4）机箱内部的热量可以通过内部的金属结构件传导给机箱，再由机箱以热辐射和热对流的形式传给外部环境个别设音由于其机箱热量不易散失，还应考虑对机箱采取强制风冷、强制水冷或半导体制冷等方式，对机箱进行冷却同时对机箱内部各部分产生的热量要采取适当措施进行有效地热量交换。

5）机箱要有足够的机械强度，以防止内部元器件受损。

2机箱的抗振设计电子类仪器设音在运输和使用中经常要受到各类机械因素，如机械振动、冲击、离心力和摇摆等的影响，这些影响中*常见的是机械振动。这类机械振动能破坏仪器内各种连接处，如焊缝、铆接等的结构强度；引起结构声降低电子元器件使用寿命；破坏仪器仪表的正常工作条件，降低测量精度也可能使设音形成难于检修的软故障“，甚至导致损坏；恶化工作条件，使人易疲劳、引起技术事故，长久下去会使人咄成生理疾病。机械振动就其产生原因大致有2种一种是仪器本身工作时力和力矩的不平衡引起的振动；另一种是由于外力或力矩作用于机架或机箱上而引起的振动。因此在电子仪器设音设计中必须考虑机械振动对电子仪器设音的影响，并能采取适当措施抑制机械振动。

减少和控制机箱振动的方法可归纳为如下三类减小扰动减小或消除振动源的激励防止共振防止或减小机箱对振动的响应采取隔板措施减小或隔离振动的传递。

根据振动理论，对于机箱的抗振设计一般采用如下措施。

1）针对不同仪器工作的环境而选用合适的材料，以便能保护机箱内元器件的安全。对于机械振动较大的工作环境要选用钢质、铁质等刚性材料作机箱材料，能有效地防止或减小机箱结构对振动的响应。同时机箱选用刚性大的材料能增加重量，提高构件刚度，减少振动和振幅，将机箱或仪器整体做得非常笨重，这在不考虑重量、空间及成本的情况下，不失为一种近乎理想的减振设计方法。

2）从材料力学知道，当构件的材料一定时，抗扭刚度取决于构件的截面形状和尺寸，因此对机箱材料板材要选择合理的截面形状和尺寸，增加机箱壁缘也可有效提高刚度。

3）对于电子仪器内部的振动源可采用独立安装，对于无法独立安装的振动源则可用吸振材料做成屏蔽罩。将振源隔离开。

4）将机箱的地脚螺栓紧固并加乳胶海棉、隔ri电子仪器设备机箱的可靠性设计I振橡胶或金属弹性材料等，或通过安装减振装置，如油减震器、空气减震器等可以有效地减振，但导致结构复杂。

5）利用复相型合金、铁磁型合金、孪晶型合金、位错型合金等减震合金的减振性能来减振。

6）在电子仪器设音内振动较强处安装隔板或隔振系统。对于抗振动要求较高的部分可采用多层隔板或双层隔振系统隔离技术。

3机箱的抗电磁设计电子仪器设音在工作时不仅受到环境中各种电磁干扰，而且有些设音还受到仪器内部分电路的电磁影响。仪器的机箱对于仪器屏蔽电磁干扰具有重要作用，充分作好仪器机箱的抗电磁设计，能提高仪器抗干扰能力、屏蔽效能和仪器测量精确度。

根据电磁辐射理论，对于电子仪器机箱的设计一般采用如下措施。

1）材料的选择和屏蔽机箱的设计。对于用于电磁屏蔽的机箱材料的电导率、磁通率越高，屏蔽效果越好，但材料的选用还受到强度、重量、散热性、工艺性等因素的制约。当屏蔽效果不太好时，可考虑对其进行表面处理。在屏蔽机箱设计时，应使机箱有足够的厚度以增大磁路横切面积，增加屏蔽效果；同时在垂直于磁通方向不能开口，以免增大磁阻。

2）机箱要良好接地。仪器机箱接地有2个重要作用一是接地能使屏蔽具有较好效果，二是消除静电影响。当抑制外界对同轴电缆线的干扰时，应采取屏蔽层一端接地，另一端悬空的连接方法。当同轴电缆中心导线是干扰源时，应采取屏蔽层一端接地，另一端串联1个电阻的方法。这时无论是高频还是低频，对磁屏蔽都能收到良好的效果。

3）机箱上通风孔的屏蔽。为了满足被屏蔽对象（设音、组件等）的通风散热要求，必须在屏蔽体上开通风孔。孔的泄漏与多种因素有关，如离开场源的距离、电磁场的频率、开孔的面积和开孔的形状等。对于某一具体场源而言，泄漏将随孔的面积增加而增加，在开孔面积相同的情况下。

长方形的孔比正方形的泄漏大。正方形的孔比孔泄漏大。一般在不同的频率要求下。屏蔽效能的高低，采用的结构形式不同。

①通风孔覆盖金属丝网。采用环形压圈通过紧固螺钉把金属丝网安装在屏蔽体的通风孔上。如果网孔密、网丝粗及网丝的导电性能好，则网的屏蔽效能就高。一般在100MHz的频段内，铜网有较高的屏蔽效能，如果采用双层铜网，中间处加防尘材料进行滤尘，则屏蔽效能I技术在线ri电子仪器设备机箱的可靠性设计I可更高。周边可安装橡胶密封卷曲螺旋组合衬垫，亦可使金属丝网与屏蔽体之间获得良好的电接触。

②穿孔金属板作通风孔。当工作频率比较低，对屏蔽效能要求不甚高时，用许多小孔代替大口径的通风孔是提高屏蔽体屏蔽效能的有效方法，它可以直接在屏蔽体上开许多小孔进行通风散热。与金属丝网相比，其特点是屏蔽性能稳定，因为它不存在金属丝网固有的网丝交叉点接触电阻不稳定的问题，具有结构与工艺简单，成本低等优点。在设计通风孔的孔径、孔间距与屏蔽效能的关系上，实践经验数据为通风孔直径为4mm，间距为5mm以行列对齐的阵列孔。

③采用截止波导式通风窗。频率高于100MHz时，金属丝网和穿孔金属板的屏蔽效能显著下降，特别是当孔眼尺寸与电磁波波长可比拟时，则孔眼将引起严重的泄漏。在甚高频以上，若既要有高屏蔽效能，又要通风良好，可采用截止波导式通风孔板（如蜂窝状通风孔板）。

4）机箱上缝隙的屏蔽处理。机箱上的缝隙引起电磁的泄漏，缝隙越长，泄漏越多，设计时主要考虑①减少缝隙数量。采用合理的结构使缝隙数量*小。②增加缝隙深度。增加缝隙深度可增大缝隙的传输损耗。③减少缝隙长度。通过增加镙钉数量可以减少电磁的泄漏。④改变缝隙的形式。如将平缝改为坡缝，可增大电磁波的反射损耗和传输损耗。⑤用导电垫代替普通垫。导电垫的变形量控制在15%左右，可发挥较好作用。

4机箱的色彩设计色彩是电子仪器设音咄型的重要因素，它能美化产品满足人们的审美要求电子仪器设音在作造型设计时，有良好的色彩设计，就能更好地发挥产品的功能与使用效果，而色彩设计直接体现在机箱上。

1）面板色彩。机箱的色彩首先反映到机箱的作面板上，因面板上常有显示器、指示灯、旋钮、开关、按键、接插件和文字标识等，这些元器件供使用者作、观测使用，要求面板色彩宜人、亲切。面板底色一般采用单色调，主要选用较暗和柔和的色彩，如淡蓝色和浅绿色等。如面板较大且元器件较少时，可采用两套及以上色进行色彩分割，以协调比例和丰富色彩。面板色彩要简洁明快，不能色彩过多，以免过于花俏和色彩杂乱，而影响人的视觉感受。

2）机箱的整体色彩。仪器的机箱总体色调采用明度较高，表面精细或具微弱光泽的暖色调。有利于表现仪器的精密与轻巧。适当的降低色彩纯度，可减少对人眼的刺激。体积较小的仪器仪表，一般采用单一的色彩处理，使人感觉精致体积较大的仪器仪表，可采用两套色或三套色处理。在仪器仪表侧面或机脚处使用调和的邻近色，并在明度上进行变化，取得丰富统一的色彩效果。

5结束语电子仪器设音设计是仪器仪表研究的重要课题。其机箱设计是设计过程中值得关注的重要环苷。通过对电子仪器设音的防热、抗振、抗电磁辐射、美观外形设计方面的探讨，对进一步提高机箱可靠性设计质量和仪器仪表可靠性方面都具有重要意义。