دمای کاری قطعات چیست؟ فرق قطعه تجاری با صنعتی و نظامی چیست؟

دمای کاری یا Operating Temperature، به محدوده دمایی مجاز برای هوای اطراف قطعات یا دستگاه های الکترونیکی و مکانیکی گفته می شود که در این بازه دمایی می توانند کار کنند. دستگاه ها در یک محدوده دمایی مشخص می توانند به طور موثر عمل کنند که این محدوده بر اساس نحوه عملکرد و محتوای کاری آن تغییر می کند. برای دمای کاری دو حد تعریف می شود، حداقل دمای مجاز و حداکثر یا اوج دمای مجاز. در خارج این محدوده عملکرد دستگاه مشخص نیست و بسیار محتمل است که به درست عمل نکند.

دمای کاری یکی از مواردی است که در مهندسی قابلیت اطمینان (Reliability engineering) مورد بررسی قرار می گیرد. در علم زیست شناسی نیز به عبارت Operating temperature برمی خوریم که مشابه به همین مطلب است.

فهرست مطالب

بازه های دمای کاری قطعات:

یکی از سوال هایی که برای اکثر دانشجویی الکترونیک پیش می آید این است که چرا بعضی قطعات را با عنواین تجاری، صنعتی یا نظامی از هم جدا می کنند و تفاوت بین این گروه های چیست. بزرگترین تفاوت برای این گروه ها محدوده دمای کاری آنهاست. اکثر شرکت های تولید کننده طبقه بندی مشابه زیر را برای محصولات خود به کار می برند:

تجاری: دمای کاری بین 0 تا 70 درجه سانتی گراد
صنعتی: دمای کاری بین -40 تا 85 درجه سانتی گراد
نظامی: دمای کاری بین -55 تا 125 درجه سانتی گراد

البته این یک استاندارد اجباری نیست و هر شرکتی می تواند محدوده های کاری خود را تعریف کند. از این رو در استفاده از قطعات حتما به اطلاعات فنی و دیتاشیت (Datasheet) های موجود مراجعه کنید. برای مثال شرکت مکسیم از پنج بازه برای درجه بندی و گرید قطعات خود استفاده می کند:

کاملا نظامی: از -55 تا 125 درجه سانتی گراد
خودرویی: از -40 تا 125 درجه سانتی گراد
سطح دو AEC-Q100: از -40 تا 105 درجه سانتی گراد
صنعتی توسعه یافته: از -40 تا 85 درجه سانتی گراد
صنعتی: از -20 تا 85 درجه سانتی گراد

استفاده از این درجه بندی ها به شما اطمینان می دهد که قطعه برای کاربردی مد نظر مناسب می باشد. همچینین در شرایط دمایی محیطی که قرار است بکار گرفته شود بدون هیچ مشکلی عمل خواهد کرد. محدوده دمای کاری معمولی تحت تاثیر چند عامل دیگر مانند، میزان اتلاف توان دستگاه می باشد.

این عوامل هستند که آستانه دمایی را برای دستگاه تعریف می کنند. یعنی حداکثر دمای کاری، دمایی است که بالاتر از آن دستگاه قادر به انجام فعالیت نخواهد بود. شرکت تولید کننده تضمین می کند بین این دو حد بالا و پایین قطعه به صورت نرمال کار خواهد کرد.

برای قطعات الکترونیکی نیمه هادی، دمای کاری با دمای پیوند نیمه هادی یکی است. خود دمای پیوند تحت تاثیر دمای هوای اطراف و مدار مجتمع داخلی آن می باشد و فرمول محاسبه آن به صورت زیر است:

T_j = T_a + P_D * R_ja

در این فرمول T_j دمای پیوند نیمه هادی بر حسب درجه سانتی گراد است، T_a دمای هوای اطراف، P_D توان تلف شده مدار مجتمع بر حسب وات و مقاومت پیوند در دمای محیط است که بر حسب درجه سانتی گراد بر وات است.

قطعات کلاس نظامی و هوا-فضا

قطعاتی که در صنایع نظامی و هوا فضا مورد استفاده قرار می گیرند باید بتوانند در محدوده دمایی بیشتری عمل کنند. در دپارتمان دفایی امریکا برای محصولات قابل استفاده در صنایع نظامی یک استاندارد تعریف شده. تمام قطعات و دستگاه ها در محدوده های تعریف شده تست و مورد بررسی قرار می گیرند. یکی از این استاندارد ها MIL-STD-810 می باشد که در آن ملاحظات مورد نیاز برای محیط کاری تجهیزات مشخص شده است.

برای مثال، در استاندارد MIL-STD-810G مشخص می کند زمانی ثبات دمای حاصل می شود که قطعه یا قطعاتی که بیشترین تاخیر حرارتی را دارند،نباید نرخ تغییر دمای آنها کمتر از 2.0 درجه سانتی گراد بر ساعت باشد. همچنین درآن پروسه هایی برای ارزیابی عملکرد تجهیزات در زیر بار دمایی شدید تعریف شده است.

قطعات کلاس تجاری و خرده فروشی

محصولات کلاس تجاری، سرگرمی و خرده فروشی با الزامات کمتری نسبت به محصولات کلاس نظامی و هوا فضا تولید می شوند. به عنوان مثال، شرکت اینتل میکرو کنترلر های خود را در سه درجه تجاری، صنعتی و توسعه یافته تولید و ارائه می کند.

از آنجایی که برخی از قطعات در حین انجام کار گرما تولید می کنند، ممکن است به مدیریت حرارتی نیاز داشته باشند تا در محدوده دمای کاری تعریف شده ی خود با اطمینان و به درستی کار کنند. مخصوصاً تجهیزاتی که به طور معمول در نزدیکی حداکثر دمایی کاری خود عمل می کنند.

برای خنک نگه داشتن یک میکروکنترلر که در یک کاربرد تجاری و یا خرده فروشی بکار رفته است، می توان از یک هیت سینک (Heatsink) که گردش هوایی قابل قبولی بر روی سطوح خود داشته باشد، بهره برد. خیلی از سیستم ها به نوعی طراحی می شوند که از پردازنده ها در مقابل شرایط دمایی غیر عادی محافظت می کنند. برای مثال در شرایطی که دمای هوای محیط بیش از حد باشد یا یکی از اجزا مدیریت حرارتی مانند فن از کار بیوفتد. البته اگر دستگاه یا سیستم به خوبی طراحی شده باشد، این ویژگی های دفاعی هرگز فعال نخواهند شد.

در برخی موارد برای نگه داشتن قطعات و تجهیزات در دمای کاری عادی نیاز به سیستم های خنک کننده است و مدیریت حرارتی است ولی این امر می تواند بر عملکرد و سطح نویز تاثیر بگذارد. در کاربرد های مسکونی و در بعضی شرایط باید استراتژی هایی برای کاهش نویز بکار بست که از هم سطح نویز ناراحت کننده و مشکل ساز نباشد و هم قطعه و دستگاه از محدوده دمای کاری خود خارج نشود.

بازده نیز در دمای کاری تاثیر گذار است. قطعاتی که بازده پایینی دارند یعنی بیشتر انرژی حرارتی تولید می کنند و همین امر باعث کاهش محدوده دمای کاری قطعه خواهد شد.

برای دستگاه های قابل حمل باتری یک عامل محدود کننده بزرگ می باشد. عمر باتری خود تحت تاثیر دمای اطراف آن است. البته دمای کاری باتری های بسیار محدود است و معمولاً محدوده دمای کاری باتری مشخص کننده محدوده دمای کاری دستگاه می شود. برای همین محققان در تلاشند تا با بهرمندی از تکنولوژی های جدید حدود دمای کاری را جابجا کنند.

سفارش برای برد الکترونیکی تکمیل شده

شرکت مرصا ارائه دهنده خدمات PCBA می باشد یعنی تمام خدمات لازم در ارتباط با تولید بردهای الکترونیکی شامل طراحی، چاپ و مونتاژ را برای شما انجام خواهیم داد. همچنین براحتی می توانیم قطعات مورد نیاز برای پروژه شما را تامین کنیم. برای مشخص کردن کلاس قطعات مصرفی نیز می توانید از مشاوره متخصصین ما بهره ببرید. تامین تمام کلاس ها برای ما مقدور است تنها کافی است شما از طریق زیر سفارش خود را ثبت کنید یا با ما تماس بگیرد.