Об этом говорится со значительными оговорками, но единственными вариантами электролитических конденсаторов для среды, находящейся под давлением, являются варианты с твердым электролитом, таким как твердые конденсаторы из тантала, полимера тантала или алюминия и полимера.
Например, Cornell Dublier, в частности, заявляет, что все его алюминиевые электролитические конденсаторы имеют рабочий диапазон от 1,5 атмосфер до 10000 футов ( источник - страница 9 ).
Алюминиевые электролитические конденсаторы не совсем свободны от пустот, и их нормальная работа и начальное анодирование гарантируют, что внутри уже есть небольшое количество газообразного водорода, прямо с завода. При умеренном давлении любые загрязняющие вещества будут вытесняться в конденсатор за его уплотнениями, что может вызвать короткое замыкание или изменение емкости, а при более высоких давлениях они просто будут раздавлены внутрь и гарантируют режим отказа при коротком замыкании.
Проще говоря, нормальные алюминиевые электролитики полностью исключены.
Теперь вот где все становится сложнее: при разработке электроники, устойчивой к давлению, вы, по большей части, сами по себе. Под этим я подразумеваю, что вы не найдете ответов на такие вопросы, как «максимальное рабочее давление» большинства компонентов, даже если вы отправите электронное письмо компании. Это потому, что такая ниша невероятно мала и просто не стоит времени и усилий для тестирования или аттестации продуктов в таких необычных условиях окружающей среды.
Есть несколько (очень мало) компаний, которые делают ограниченный выбор компонентов с высоким давлением, таких как конденсаторы, некоторые из которых достигают 10000 фунтов на квадратный дюйм . Эти конденсаторы будут очень дорогими - я даже не смог найти цену, вы должны запросить цену. Если у вас достаточно большой объем, я бы все-таки ожидал, что они будут стоить более 500–1000 долларов за конденсатор. Они также огромные, 50 000 мкФ танталовых конденсаторов, настоящие монстры 10 000 фунтов на квадратный дюйм. Так что на самом деле поиск предварительно квалифицированных деталей, которые являются практичными, также, я думаю, не является реалистичным вариантом для вас.
Это означает, что вы сами должны квалифицировать компоненты. Вы должны принять обоснованное решение и выбрать конденсатор COTS, но никто не может точно сказать вам, будет ли он работать или как его свойства или долговечность будут зависеть от такой среды, как ваша. Вы должны проверить все это самостоятельно.
Именно так следует конструировать большинство устойчивых к давлению электроники. Вы квалифицируете детали индивидуально в ходе собственного тестирования, а затем дополнительно тестируете всю сборку вместе во время тестирования, а затем вы тратите много времени и денег, необходимых, чтобы получить хотя бы небольшое представление о надежности или долговечности вашей установки, Вы просто надеетесь на лучшее (и учитесь на том, что происходит с устройствами в полевых условиях - испытайте огнем, если хотите).
Таким образом, вы также должны четко осознавать, что поставлено на карту, и каковы будут последствия, если ваш совет потерпит неудачу, и следить за тем, чтобы были сделаны скидки, чтобы, например, никому не угрожала безопасность.
Тем не менее, для объемной электролитической емкости твердотельные танталовые конденсаторы будут вашим лучшим выбором для выдерживания давления с минимальными изменениями производительности .
Другой вариант - убедиться, что вам действительно нужны электролитические конденсаторы. Керамические конденсаторы на 10 В и 100 мкФ легко доступны и не слишком дорогие . Этот конденсатор Murata является опцией, например. Просто остерегайтесь графика смещения постоянного тока - большинство керамических конденсаторов большой емкости используют диэлектрики, которые проявляют сегнетоэлектрический эффект. Подобно ферромагнитным материалам в присутствии магнитного поля, сегнетоэлектрические материалы аналогичны, но для электрических полей (а энергия, запасенная в виде электрического поля, в конечном счете, является тем, что в конечном итоге хранит конденсатор). Это означает, что эффективная емкость керамических конденсаторов падает при смещении постоянного тока. Таким образом, вам нужно снизить их емкость и использовать более одного параллельно.
Золотым стандартом в электронике, устойчивой к давлению, всегда был полипропиленовый металлический пленочный конденсатор , но, очевидно, это слишком низкое значение и просто не подходит для применения в любых объемных емкостях. Я думал, что отмечу их здесь для полноты все же.
В заключение, кроме некоторых довольно экзотических конденсаторов высокого давления, которые не подходят для вашего применения, краткий ответ на ваш вопрос заключается в том, что танталовые конденсаторы, как и большинство конденсаторов, просто не имеют максимального номинального рабочего давления . Рейтинг специально подчеркивается - не путайте это с тем, что они могут работать при любом давлении. Они, безусловно, имеют максимальное давление, на которое они могут рассчитывать, но сам рейтинг просто не будет существовать.
Однако не позволяйте всему этому вас обескураживать. Давление, испытываемое такими устройствами, как устойчивая к давлению электроника, намного выше 30 бар, и качественные танталовые конденсаторы являются здесь первым выбором, и все специально предназначенные глубоководные конденсаторы мощностью 10000 PSI также являются танталовыми конденсаторами.
Просто поймите, что производитель не виноват, если или когда конденсаторы выйдут из строя, и вам все равно придется их квалифицировать самостоятельно. Это означает не только проверку на отказ, но и обеспечение того, чтобы их различные свойства, важные для вашей схемы, оставались в допустимых пределах.
Получить твердые танталовые конденсаторы и проверить их самостоятельно. Вы, вероятно, получите его с первой попытки, но будьте готовы попробовать несколько разных марок или типов конструкции.
Заключительные замечания: другие компоненты могут проявлять неожиданное поведение в условиях высокого давления. Убедитесь, что у вас нет ничего, что имеет конструкцию «металлическая банка». Один из них легко не заметить - кристаллы кварца - через отверстие или SMD у них есть пустое пространство внутри банки, и механическое напряжение на кристалле будет снижаться по частоте, если он не будет просто разрушен.
Кроме того, будьте осторожны с мокрыми танталовыми конденсаторами . Вы должны избегать этого. Существует распространенное заблуждение, что жидкости не сжимаются. Это просто неправда - их гораздо сложнее сжать, чем газа, но они по-прежнему сжимаемы, как и твердые вещества. Вот что такое объемный модуль - сжимаемость вещества. Важно отметить, что разница в сжимаемости для жидкостей и твердых веществ составляет от 10 до 100, или от 1 до 2 порядков. Это означает, что жидкость будет сжиматься намного сильнее, чем твердые вещества, что может привести к потенциально значительным механическим нагрузкам.
Что касается воды, она будет сжиматься примерно на 46,4 частей на миллион на атмосферу. Таким образом, данный объем воды потеряет около 0,14% от общего объема при воздействии давления 30 бар. Это не приведет к тому, что что-то взорвется, как консервная банка, но для компонентов с очень хрупкими материалами внутри (например, пятиокись тантала), это может привести к беспокойству при изгибе / деформации. Твердый электролит - это то, что вы хотите.
