Многие компании обращаются к нам с одной и той же досадной проблемой: их сенсорные экраны, предназначенные для работы в экстремальных условиях от -30°C до +70°C (от -22°F до +158°F), выходят из строя намного раньше ожидаемого срока службы. Эти экраны, рассчитанные на работу в условиях сильного солнечного света, колебаний температур и даже заморозков, часто выходят из строя так, что удивляют и операторов, и разработчиков, что приводит к дорогостоящей замене, проблемам с обслуживанием и неудовлетворенности клиентов.
Благодаря многолетней работе с экранами для наружного применения мы выявили наиболее распространенные причины их выхода из строя и знаем, что они часто связаны с непониманием того, что же на самом деле требуется от экранов для наружного применения. От ограничений естественного охлаждения до часто вводящих в заблуждение результатов тестирования в климатических камерах - трудности эксплуатации сенсорных экранов вне помещений выходят далеко за рамки первоначальных спецификаций. В этой статье мы рассмотрим основные причины, по которым наружные экраны выходят из строя, и узнаем, как осознанный подход к охлаждению, тестированию и осведомленности об окружающей среде может изменить ситуацию.
Пределы пассивного охлаждения
Почему пассивное охлаждение часто оказывается неэффективным
Пассивное охлаждение, или естественная конвекция, - это метод отвода тепла без использования механических вентиляторов или других активных компонентов. Этот подход использует естественный поток воздуха над поверхностью устройства для отвода тепла в окружающую среду. Хотя этот метод работает в определенных условиях, он по своей сути ограничен в возможностях управления высокими тепловыми нагрузками, особенно в наружной среде с экстремальной жарой и высоким уровнем солнечного света.
В условиях, когда температура окружающей среды держится около 50°C (122°F), 15,6-дюймовый сенсорный монитор с пассивным охлаждением может рассеивать только около 30 Вт тепла при использовании оптимизированного, благоприятного для конвекции радиатора на задней стороне устройства. Эта цифра получена в результате анализа методом конечных элементов (МКЭ), который моделирует, насколько эффективно может быть рассеяно тепло в данных условиях. Однако важно отметить, что эти расчеты не учитывают дополнительную тепловую нагрузку от прямого солнечного света. Без дополнительного активного охлаждения наружные экраны, полагающиеся только на пассивное охлаждение, могут быстро превысить безопасную рабочую температуру, что приведет к сбоям в работе дисплея, сокращению срока службы или полному отказу.
Влияние солнечной нагрузки на пассивное охлаждение
Помимо высоких температур окружающей среды, на экраны, установленные на открытом воздухе, также влияет солнечная нагрузка - тепло, поглощаемое прямыми солнечными лучами. Солнечная нагрузка может вызвать значительный тепловой стресс, особенно в устройствах, предназначенных для постоянного использования на открытом воздухе. Чтобы проиллюстрировать степень этого воздействия, давайте рассмотрим солнечную нагрузку на 15,6-дюймовый сенсорный экран при полном солнечном свете.
Расчет солнечной нагрузки для 15,6-дюймового экрана
** Площадь поверхности 15,6" наружного монитора:** 0,0669 (м2)
Солнечная нагрузка Солнечный свет: 1000 (Вт)/(м2)
15,6-дюймовый экран Солнечная нагрузка: 0,0669 м2 x 1,000 Вт/м2 = 66,9 Вт
Этот результат показывает, что 15,6-дюймовый экран может поглощать до 66,9 Вт дополнительного тепла при воздействии прямого солнечного света. Когда температура окружающей среды уже находится на уровне 50°C (122°F), эта дополнительная солнечная нагрузка выводит внутреннюю температуру экрана далеко за пределы типичного рабочего диапазона ЖК-дисплеев, составляющего 70-80°C (158-176°F). Следовательно, одного пассивного охлаждения недостаточно, и устройства часто превышают свои тепловые пределы, что приводит к частому перегреву и раннему выходу устройства из строя.
Почему испытания в климатической камере не отражают реальных условий жизни
Ограничения испытаний в климатической камере
Испытания в климатической камере - это стандартная практика в промышленности для имитации экстремальных условий температуры и влажности. Однако эти испытания часто основываются на контролируемом, принудительном воздушном потоке внутри камеры, что не позволяет точно воспроизвести внешние условия. Принудительный поток воздуха помогает стабилизировать температуру, искусственно улучшая теплоотдачу, что приводит к результатам испытаний, которые кажутся более благоприятными, чем те, которые устройство могло бы испытать на открытом воздухе.
Это несоответствие критически важно: в реальных условиях на открытом воздухе сенсорные экраны полностью зависят от естественной конвекции для охлаждения, которая не может рассеивать тепло так же эффективно, как принудительный воздушный поток. В результате экраны, прошедшие испытания в климатической камере, могут не справляться со своей задачей в реальных условиях эксплуатации, особенно в среде с интенсивной солнечной нагрузкой и высокой температурой окружающей среды.
Тестирование для реального применения
Тестирование для наружного применения всегда должно включать условия, соответствующие реальному сценарию. Для сенсорных экранов, устанавливаемых вне помещений, это означает имитацию высокотемпературной среды без принудительного обдува. Кроме того, тестирование должно проводиться при включенном устройстве, а не просто в условиях хранения. Только имитируя рабочие тепловые нагрузки, производители могут точно оценить, сможет ли экран выдержать длительное использование на открытом воздухе.
Пробелы в осведомленности об экологических испытаниях
Неадекватные методы тестирования в отрасли
Многие производители упускают из виду важность тщательных экологических испытаний в реальных условиях, часто проводя тесты с выключенными устройствами или в идеализированных лабораторных условиях. Хотя такие тесты могут дать данные о долговечности хранения, они не отражают эксплуатационную стойкость - реальный фактор, определяющий надежность наружных сенсорных экранов.
Солнечная нагрузка огромна по сравнению с тепловыделением ЖК-подсветки
Солнечная нагрузка от солнца огромна и обычно не учитывается большинством производителей. Помещение монитора мощностью 30 Вт в климатическую камеру с принудительным потоком воздуха просто не отражает реальной ситуации.
Питание устройства является обязательным
Не проводя тестирование в условиях сильного нагрева, производители рискуют выпустить мониторы, которые не выдержат реальных условий, для которых они предназначены. Со временем такие пробелы в тестировании могут привести к тому, что экраны будут неожиданно выходить из строя при использовании на открытом воздухе, подрывая доверие покупателей и приводя к увеличению расходов на обслуживание.
Когда сенсорный экран активно включен, он генерирует собственное тепло в дополнение к теплу окружающей среды от солнечной нагрузки и высокой температуры воздуха. Тестирование в условиях питания помогает убедиться в том, что внутренние компоненты экрана способны выдержать суммарную тепловую нагрузку, обеспечивая реалистичную оценку долговечности устройства. Игнорирование этого шага приводит к тому, что экраны, которые, казалось бы, прошли тестирование, плохо работают в полевых условиях.
Важность активного охлаждения для наружных экранов
Как работает активное охлаждение
В отличие от пассивного охлаждения, которое полагается исключительно на естественную конвекцию, активное охлаждение использует механические методы, такие как вентиляторы, для перемещения воздуха над теплоотводами устройства. Такая принудительная циркуляция воздуха значительно увеличивает теплоотдачу, помогая экрану сохранять стабильную внутреннюю температуру даже при сильном нагреве и воздействии солнечного света.
Отвод тепла излучением не так уж и велик
Сравнение теплоотдачи за счет излучения с теплоотдачей за счет принудительной конвекции открывает глаза. В нашем примере с 15,6-дюймовым сенсорным экраном тепловыделение за счет излучения составляет всего 14 Вт по сравнению с 86 Вт за счет принудительной конвекции. Пожалуйста, учтите, что этот расчет включает в себя высоко оптимизированную концепцию теплоотвода. То, что Вы обычно видите на рынке, - это закрытая стальная коробка с черным порошковым покрытием. Такая конструкция будет работать значительно хуже. По сути, то, что строит большинство людей, - это печь для выпечки. Чтобы представить себе это еще лучше, поместите лампочку мощностью 100 Вт в довольно крошечную стальную коробку.
Для сенсорных экранов, работающих при высоких температурах или под прямыми солнечными лучами, активное охлаждение является ключевым фактором, обеспечивающим стабильную работу. Без него даже хорошо спроектированные экраны могут страдать от перегрева, особенно при высокой солнечной нагрузке и длительном воздействии высоких температур окружающей среды.
Активное охлаждение в реальных сценариях
Активное охлаждение доказало свою эффективность в поддержании стабильной работы устройства в условиях до 50°C (122°F) при высокой солнечной нагрузке. В таких условиях пассивное охлаждение не сможет отвести необходимое количество тепла, а активные системы охлаждения помогают экрану сохранить функциональность и продлить срок службы. В регионах, где высокие температуры и прямые солнечные лучи - обычное дело, активное охлаждение необходимо для предотвращения сбоев, связанных с перегревом, и обеспечения надежной работы экрана в течение долгого времени.
Простая физика, лежащая в основе отказов наружных экранов
Пределы рассеивания тепла
Тепловые отказы наружных сенсорных экранов сводятся к основным принципам физики: когда тепловыделение устройства превышает его способность рассеивать тепло, его внутренняя температура будет продолжать расти. В уличных условиях этот дисбаланс может возникнуть быстро, когда солнечная нагрузка и температура окружающей среды выводят устройство за пределы его естественной способности к охлаждению.
Экраны, которые полагаются исключительно на пассивное охлаждение, особенно уязвимы в условиях сильного нагрева. Когда температура окружающей среды и солнечная нагрузка в совокупности создают условия, при которых естественная конвекция недостаточна, перегрев неизбежен. Этот тепловой стресс ускоряет деградацию компонентов, что в конечном итоге приводит к поломке дисплея, снижению производительности и сокращению срока службы устройства.
Почему Interelectronix?
Работая в этой отрасли почти 25 лет, мы понимаем все сложности создания надежных и долговечных сенсорных экранов для наружного применения. Наша команда хорошо знакома с наружными приложениями и знает ограничения и требования как пассивных, так и активных решений для охлаждения. Сочетая реальные испытания с передовыми методами охлаждения, мы помогаем клиентам разрабатывать системы сенсорных экранов, которые надежно работают в экстремальных условиях.
Если Вы хотите улучшить производительность существующих систем или разработать новые приложения для работы вне помещений, Interelectronix поможет Вам на каждом шагу. Благодаря нашему опыту в области терморегулирования и испытаний на воздействие окружающей среды мы поможем Вам создать экраны, которые выдержат требования наружной среды с высокой температурой и высокой солнечной освещенностью. Свяжитесь с нами сегодня, и давайте работать вместе, чтобы Ваши устройства обеспечивали длительную производительность и удовлетворенность клиентов.
