Mnoga podjetja se na nas obrnejo z enako neprijetno težavo: njihovi zunanji zasloni na dotik, ki so namenjeni za ekstremna območja od -30 °C do +70 °C, se pokvarijo veliko prej, kot je predvidena njihova življenjska doba. Ti zasloni, izdelani za vzdržljivost pri močni sončni svetlobi, nihajočih temperaturah in celo zmrzovanju, pogosto odpovedo na načine, ki presenetijo tako upravljavce kot razvijalce, kar vodi v drage zamenjave, težave pri vzdrževanju in nezadovoljstvo strank.
Z dolgoletnim delom z zunanjimi aplikacijami smo ugotovili najpogostejše razloge za okvare teh zaslonov in vemo, da pogosto izvirajo iz napačnega razumevanja tega, kaj resnično zahteva oznaka "za uporabo na prostem". Od omejitev naravnega hlajenja do pogosto zavajajočih rezultatov testiranja v klimatski komori - ovire pri uporabi zunanjih zaslonov na dotik daleč presegajo začetne specifikacije. V tem prispevku se bomo poglobili v glavne razloge za napake zunanjih zaslonov in kako lahko informiran pristop k hlajenju, testiranju in okoljski ozaveščenosti bistveno spremeni stanje.
Omejitve pasivnega hlajenja
Zakaj pasivno hlajenje pogosto ne uspeva
Pasivno hlajenje ali naravna konvekcija je način odvajanja toplote brez uporabe mehanskih ventilatorjev ali drugih aktivnih komponent. Ta pristop izkorišča naravni tok zraka nad površino naprave za odvajanje toplote v okolje. Čeprav ta metoda deluje pod določenimi pogoji, je po naravi omejena pri obvladovanju velikih toplotnih obremenitev, zlasti v zunanjih okoljih z izjemno vročino in veliko izpostavljenostjo sončni svetlobi.
V okoljih, kjer se temperature okolja gibljejo okoli 50 °C, lahko 15,6-palčni monitor z zaslonom na dotik samo s pasivnim hlajenjem odvede le približno 30 W toplote, če uporablja optimiziran, konvekciji prijazen hladilnik toplote na zadnji strani naprave. Ta podatek je pridobljen na podlagi analize z metodo končnih elementov (FEM), ki simulira, kako učinkovito je mogoče odvajati toploto pod temi pogoji. Vendar je treba opozoriti, da ti izračuni ne upoštevajo dodatne toplotne obremenitve zaradi neposredne sončne svetlobe. Brez dodatnega aktivnega hlajenja lahko zunanji zasloni, ki se zanašajo samo na pasivno hlajenje, hitro presežejo varno delovno temperaturo, kar povzroči okvare zaslona, krajšo življenjsko dobo ali popolno odpoved.
Vpliv sončne obremenitve na pasivno hlajenje
Poleg visokih temperatur okolja na zunanje zaslone vpliva tudi sončna obremenitev - toplota, ki jo absorbira neposredna sončna svetloba. Sončna obremenitev lahko povzroči veliko toplotno obremenitev, zlasti pri napravah, ki so zasnovane za stalno uporabo na prostem. Za ponazoritev obsega tega vpliva si oglejmo sončno obremenitev 15,6-palčnega zaslona na dotik pri polni sončni svetlobi.
Izračun sončne obremenitve za 15,6-palčni zaslon
Površina 15,6-palčnega zunanjega monitorja: 0,0669 (m2)
Solarna obremenitev Sončna svetloba: 1000 (vatov)/(m2)
15,6-palčni zaslon Sončna obremenitev: 0,0669 m2 x 1 000 W/m2 = 66,9 W
Ta rezultat kaže, da lahko 15,6-palčni zaslon absorbira do 66,9 W dodatne toplote, če je izpostavljen neposredni sončni svetlobi. Če je temperatura okolice že 50 °C, ta dodatna sončna obremenitev dvigne notranjo temperaturo zaslona precej nad običajno območje delovanja LCD-zaslonov, ki znaša 70-80 °C. Zato samo pasivno hlajenje ne zadostuje in naprave pogosto presežejo svoje toplotne omejitve, kar vodi do pogostega pregrevanja in zgodnje okvare naprave.
Zakaj testiranje v klimatski komori ne zajame resničnih razmer
Omejitve preskušanja v klimatski komori
Testiranje v klimatski komori je standardna praksa v industriji za simulacijo ekstremnih temperaturnih in vlažnostnih razmer. Vendar se ti preskusi pogosto zanašajo na nadzorovan, prisiljen pretok zraka v komori, ki ne posnema natančno zunanjih okolij. Prisilni pretok zraka pomaga stabilizirati temperaturo z umetnim izboljšanjem odvajanja toplote, zaradi česar so rezultati preskusov na videz ugodnejši od tistih, ki bi jih naprava doživela na prostem.
To neskladje je kritično: v resničnem zunanjem okolju so zasloni na dotik pri hlajenju v celoti odvisni od naravne konvekcije, ki ne more odvajati toplote tako učinkovito kot prisilni zračni tok. Zato lahko zasloni, ki uspešno opravijo teste v klimatski komori, še vedno težko ohranijo učinkovitost v dejanskih pogojih delovanja, zlasti v okoljih z močnimi sončnimi obremenitvami in visokimi temperaturami okolice.
Testiranje za uporabo v resničnem okolju
Testiranje za uporabo na prostem mora vedno vključevati pogoje, ki ustrezajo dejanskim razmeram. Pri zunanjih zaslonih na dotik to pomeni simulacijo visokotemperaturnih okolij brez prisilnega pretoka zraka. Poleg tega je treba testiranje opraviti z vklopljeno napravo in se ne osredotočiti zgolj na pogoje shranjevanja. Samo s simulacijo toplotnih obremenitev pri delovanju lahko proizvajalci natančno ocenijo, ali lahko zaslon zdrži dolgotrajno uporabo na prostem.
Vrzeli v poznavanju okoljskega testiranja
Neustrezne preskusne metode v industriji
Številni proizvajalci spregledajo pomen strogega okoljskega testiranja v realnih razmerah in pogosto izvajajo teste z izklopljenimi napravami ali v idealiziranih laboratorijskih okoljih. Ti preskusi sicer lahko zagotovijo podatke o trajnosti shranjevanja, ne odražajo pa obratovalne odpornosti - resničnega dejavnika zanesljivosti zunanjih zaslonov na dotik.
Sončna obremenitev je velika v primerjavi z ustvarjanjem toplote pri osvetlitvi LCD
Sončna obremenitev s soncem je velika in večina proizvajalcev je običajno ne upošteva. Če postavite 30-vatni monitor v klimatsko komoro s prisilnim pretokom zraka, to preprosto ne odraža resničnega sveta.
Napajanje naprave je obvezno
Brez testiranja z napajanjem v scenarijih, ki zahtevajo veliko toplote, proizvajalci tvegajo, da bodo izdali zaslone, ki ne bodo vzdržali dejanskih pogojev, za katere so namenjeni na trgu. Sčasoma lahko te vrzeli v testiranju povzročijo zaslone, ki ob uporabi na prostem nepričakovano odpovedo, kar spodkopava zaupanje strank in vodi v povečanje stroškov vzdrževanja.
Ko je zaslon na dotik aktivno vklopljen, poleg toplote iz okolja zaradi sončne obremenitve in visokih temperatur okolice ustvarja tudi lastno toploto. Preizkušanje v pogojih napajanja pomaga zagotoviti, da notranje komponente zaslona prenesejo kumulativno toplotno obremenitev, kar zagotavlja realno merilo vzdržljivosti naprave. Če tega koraka ne upoštevamo, se pojavijo zasloni, za katere se zdi, da so uspešno opravili testiranje, vendar se na terenu slabo obnesejo.
Pomen aktivnega hlajenja zunanjih zaslonov
Kako deluje aktivno hlajenje
V nasprotju s pasivnim hlajenjem, ki se zanaša le na naravno konvekcijo, aktivno hlajenje uporablja mehanske metode, kot so ventilatorji, za premikanje zraka nad radiatorji naprave. To prisilno kroženje zraka znatno poveča odvajanje toplote in pomaga zaslonu, da ohranja stabilno notranjo temperaturo, tudi če je izpostavljen visoki vročini in sončni svetlobi.
Odvajanje toplote s sevanjem ni veliko
Primerjava odvajanja toplote s sevanjem v primerjavi z odvajanjem toplote s prisilno konvekcijo precej odpira oči. V našem primeru 15,6-palčnega zaslona na dotik je odvajanje toplote s sevanjem le 14 W v primerjavi s 86 W pri prisilni konvekciji. Upoštevajte, da ta izračun vključuje zelo optimiziran koncept hladilnika toplote. Na trgu običajno vidite zaprto jekleno škatlo, prevlečeno s črnim praškastim premazom. Ta bi se obnesla bistveno slabše. Večina ljudi dejansko gradi pečico za peko. Za boljšo predstavo vstavite 100-vatno žarnico v precej majhno jekleno škatlo.
Pri zaslonih na dotik, ki delujejo pri visokih temperaturah ali neposredni sončni svetlobi, je aktivno hlajenje ključni dejavnik za zagotavljanje stalnega delovanja. Brez njega se bodo tudi dobro zasnovani zasloni verjetno pregrevali, zlasti pri velikih sončnih obremenitvah in dolgotrajni izpostavljenosti visokim temperaturam okolice.
Aktivno hlajenje v dejanskih scenarijih
Aktivno hlajenje se je izkazalo za učinkovito pri ohranjanju stabilnosti naprave v okoljih do 50 °C z visokimi sončnimi obremenitvami. V takšnih razmerah pasivno hlajenje ne bi uspelo odvesti potrebne količine toplote, medtem ko sistemi aktivnega hlajenja pomagajo zaslonu ohraniti funkcionalnost in podaljšati njegovo življenjsko dobo. Na območjih, kjer so visoke temperature in neposredna sončna svetloba običajni pojav, je aktivno hlajenje nujno za preprečevanje napak, povezanih s pregrevanjem, in zagotavljanje zanesljivega delovanja zaslona v daljšem časovnem obdobju.
Enostavna fizika, ki je vzrok za okvare zunanjih zaslonov
Omejitve odvajanja toplote
Toplotne okvare zunanjih zaslonov na dotik so posledica osnovnih fizikalnih načel: ko proizvodnja toplote v napravi preseže njeno sposobnost odvajanja toplote, se notranja temperatura naprave še naprej povečuje. V zunanjih okoljih lahko do tega neravnovesja pride hitro, ko sončna obremenitev in temperature okolice presežejo naravno hladilno zmogljivost naprave.
Zasloni, ki se zanašajo izključno na pasivno hlajenje, so še posebej ranljivi v okoljih z visoko temperaturo. Ko temperatura okolja in sončna obremenitev skupaj ustvarita pogoje, v katerih naravno konvekcijsko delovanje ni ustrezno, je pregrevanje neizogibno. Ta toplotna obremenitev pospešuje razgradnjo sestavnih delov, kar na koncu povzroči okvare zaslona, zmanjšano zmogljivost in skrajšano življenjsko dobo naprave.
Zakaj Interelectronix?
V industriji delamo že skoraj 25 let in razumemo izzive pri ustvarjanju zanesljivih in vzdržljivih zunanjih zaslonov na dotik. Naša ekipa je dobro seznanjena z zunanjimi aplikacijami ter pozna omejitve in zahteve pasivnih in aktivnih hladilnih rešitev. Z združevanjem testiranja v realnem svetu z naprednimi tehnikami hlajenja strankam pomagamo razviti sisteme zaslonov na dotik, ki zanesljivo delujejo v ekstremnih razmerah.
Ne glede na to, ali želite izboljšati delovanje obstoječih sistemov ali razviti nove aplikacije za uporabo na prostem, vam Interelectronix pomaga na vsakem koraku. S svojimi izkušnjami na področju toplotnega upravljanja in okoljskega testiranja vam lahko pomagamo izdelati zaslone, ki bodo kos zahtevam zunanjih okolij z visoko temperaturo in veliko sončne svetlobe. Obrnite se na nas še danes in skupaj poskrbimo, da bodo vaše naprave trajno učinkovite in zadovoljne za stranke.
