Obudowa do elektroniki pracującej na zewnątrz – o czym warto pamiętać już na etapie projektu?

Elektronika coraz częściej opuszcza kontrolowane warunki hali produkcyjnej czy serwerowni i trafia bezpośrednio do środowiska pracy. Czujniki IoT, systemy monitoringu, stacje meteorologiczne, urządzenia telemetryczne, instalacje fotowoltaiczne czy infrastruktura komunikacyjna muszą działać niezawodnie pomimo deszczu, pyłu, promieniowania UV i dużych wahań temperatury.

W takich zastosowaniach sam dobór komponentów elektronicznych nie wystarczy. Ostateczna niezawodność urządzenia zależy również od odpowiednio dobranej obudowy, która chroni elektronikę przed czynnikami środowiskowymi i mechanicznymi.

Źródło: Phoenix Contact

Stopień ochrony IP to dopiero początek

Jednym z podstawowych parametrów obudowy jest stopień ochrony IP definiowany przez normę IEC/EN 60529. Pierwsza cyfra określa poziom ochrony przed dostępem do niebezpiecznych części oraz przedostawaniem się ciał obcych, druga natomiast informuje o odporności na wodę.

W praktyce projektanci często skupiają się wyłącznie na wysokim stopniu ochrony IP, zapominając o innych zagrożeniach występujących w rzeczywistych warunkach eksploatacji. Nawet szczelna obudowa może okazać się niewystarczająca, jeśli nie jest odporna na promieniowanie UV, wahania temperatury czy uszkodzenia mechaniczne.

Szczególnie wymagające środowiska występują w aplikacjach zewnętrznych, gdzie urządzenia przez wiele lat narażone są na działanie deszczu, śniegu, pyłu oraz agresywnych zanieczyszczeń obecnych w powietrzu.

Nie tylko woda. Problemem jest również promieniowanie UV i korozja

W warunkach przemysłowych na powierzchni urządzeń osadzają się cząstki pyłu, soli oraz substancji chemicznych. W połączeniu z wilgocią mogą one przyspieszać proces korozji elementów metalowych.

Dodatkowym wyzwaniem jest promieniowanie UV. Długotrwała ekspozycja na światło słoneczne powoduje starzenie się wielu tworzyw sztucznych, prowadząc do utraty właściwości mechanicznych i zmian kolorystycznych. Dlatego w aplikacjach zewnętrznych warto wybierać obudowy wykonane z materiałów przeznaczonych do wieloletniej pracy pod wpływem promieniowania słonecznego.

Wibracje i uderzenia często decydują o żywotności urządzenia

Urządzenia instalowane na słupach, maszynach czy konstrukcjach przemysłowych narażone są na ciągłe drgania, wibracje i przypadkowe uderzenia.

Odporność obudowy na tego typu obciążenia określana jest klasą IK zgodnie z normą IEC 62262. Parametr ten informuje o energii udaru mechanicznego, którą obudowa jest w stanie wytrzymać bez utraty swoich właściwości ochronnych.

W aplikacjach terenowych warto zwracać uwagę nie tylko na klasę IP, ale również na klasę IK. W wielu przypadkach to właśnie uszkodzenia mechaniczne są przyczyną awarii urządzeń pracujących poza budynkami.

Kondensacja pary wodnej. Zagrożenie, którego nie widać

Jednym z najczęściej pomijanych problemów jest zjawisko kondensacji pary wodnej wewnątrz obudowy.

Urządzenie pracujące na zewnątrz podlega ciągłym zmianom temperatury. W ciągu dnia wnętrze może nagrzewać się od promieniowania słonecznego i ciepła generowanego przez elektronikę, a nocą gwałtownie się schładzać. Powoduje to zmianę ciśnienia oraz skraplanie wilgoci wewnątrz obudowy.

Rozwiązaniem są membrany wyrównujące ciśnienie, które umożliwiają wymianę powietrza pomiędzy wnętrzem a otoczeniem, jednocześnie ograniczając ryzyko przedostawania się wody i zanieczyszczeń.

Membrana wyrównująca ciśnienie zapewnia odpowiednią wymianę powietrza | Źródło: Phoenix Contact

Jak ułatwić sobie projektowanie urządzeń terenowych?

Przy projektowaniu elektroniki do zastosowań zewnętrznych warto zwrócić uwagę nie tylko na parametry ochronne, ale również na kwestie montażowe:

• możliwość szybkiego montażu PCB,
• dostępność różnych rozmiarów obudowy,
• warianty z przezroczystą pokrywą,
• możliwość plombowania,
• wygodny dostęp serwisowy,
• opcje montażu na ścianie lub słupie.

Wspomniane opcję znacząco upraszczają późniejszą eksploatację urządzenia stąd warto poświęcić czas na ich weryfikację podczas wyboru dogodnego systemu obudów.

Przykład gotowego rozwiązania

Do aplikacji pracujących na zewnątrz producenci oferują specjalizowane serie obudów wyposażone w wysoki stopień ochrony IP, odporność na promieniowanie UV oraz podwyższoną wytrzymałość mechaniczną. Przykładem są serie OCS, ECS oraz MCS firmy Phoenix Contact, przeznaczone do budowy urządzeń telemetrycznych, systemów monitoringu, instalacji fotowoltaicznych czy rozwiązań off-grid.

W zależności od wymagań projektu dostępne są warianty o stopniu ochrony nawet IP69, odporności mechanicznej do IK10 oraz akcesoria umożliwiające montaż na ścianach i słupach.

Obudowa OCS dostępna jest w sześciu rozmiarach. Każdy wariant posiada wersję z pełną lub przezroczystą pokrywą z możliwością plombowania oraz zintegrowaną uszczelką. Ścianki obudowy o grubości 4 mm gwarantują wysoką odporność mechaniczną. Obudowa posiada zintegrowane regulowane mocowanie panelu lub PCB co ułatwia jej elastyczne dostosowanie do projektu.

Obudowa ECS dostępna jest w trzech rozmiarach. Moduł składa się z dwóch części. Korpus o budowie kubełkowej umożliwia montaż płytek PCB o grubości od 1,6 mm do 2,4 mm. Umożliwia również mechaniczną blokadę zabezpieczającą płytkę PCB przed wysunięciem. Jest to dodatkowe ułatwienie w trakcie prac serwisowych lub w niewygodnym otoczeniu. Obudowę dopełnia zatrzaskiwany lub dokręcany front z możliwością plombowania. Dostępny jest on w wersji pełnej, którą można dowolnie otworować w celu wykorzystania szczelnych złącz sygnałowych jak M12 lub szczelnych złącz do transmisji danych.

Obudowy MCS dostępne są w 3 rozmiarach. Ukośna krawędź dwóch części obudowy umożliwia wygodny poziomy montaż PCB z już obsadzonymi gniazdami wejść/wyjść wykorzystując całą powierzchnię obudowy. Opcjonalny zawias zapewnia wygodną instalację i prace serwisowe.

Moduł czujnika w obudowie MCS | Źródło: Phoenix Contact

Dowiedz się więcej Obudowy obiektowe do użytku na zewnątrz | Phoenix Contact

Podsumowanie

Przy projektowaniu elektroniki do pracy w terenie warto patrzeć szerzej niż tylko na stopień ochrony IP. O niezawodności urządzenia decydują również odporność na promieniowanie UV, uszkodzenia mechaniczne, skrajne temperatury oraz skuteczne ograniczenie problemu kondensacji.

Właściwie dobrana obudowa już na etapie projektu może znacząco wydłużyć żywotność urządzenia i ograniczyć ryzyko kosztownych awarii w przyszłości. Warto pamiętać, że nawet w ekstremalnych środowiskach obudowy Phoenix Contact niezawodnie ochronią znajdujące się wewnątrz komponenty elektryczne przed wilgocią, ciepłem, promieniowaniem UV i naprężeniami mechanicznymi. Certyfikowane obudowy z poliwęglanu są lekkie i wytrzymałe. Wytrzymują duże obciążenia mechaniczne w szerokim zakresie temperatur. Obudowy oferują wysoki stopień elastyczności i mogą być indywidualnie dostosowywane i rozszerzane za pomocą akcesoriów.

Jeśli jesteś zainteresowany omówieniem naszych technologii skontaktuj się ze mną.

Paweł Zientarski, Menedżer Obszaru Biznesu – złącza i obudowy do elektroniki | Źródło: Phoenix Contact

Paweł Zientarski, Menedżer Obszaru Biznesu – złącza i obudowy do elektroniki

Tel. +48 694 485 087

email: pzientarski@phoenixcontact.pl

Poznaj pozostałe rozwiązania Phoenix Contact dla elektroników: www.StrefaElektronika.com