第8章 可靠性课件.ppt

第八章 可靠性设计; 智能仪表除了具有优良的性能(如精度、量程)、强大的功能 (如显示、可操作性、信号输出)及较低的成本外，从应用的角度可靠性是最重要的指标。可靠性不高----仪表故障维修、无法正常生产、损坏相关设备、危及人身安全。 可靠性技术是涉及面广泛的综合性技术，可靠性贯穿于产品的设计、制造、使用维护的整个过程。 研制阶段的可靠性从三个方面考虑： a．减少因设计和制造带来的不可靠因素； b．抗干扰技术，干扰是影响系统可靠性主要因素； c．系统的容错性设计，当影响系统可靠性的事件发生时，系统如何避免和减少损失。;8.1 可靠性设计基础; 2、失效率（故障率） 指智能仪表运行到t时刻后单位时间内发生故障的仪表台数与t时刻完好仪表台数之比。 失效率λ(t)：λ(t)= N[R(t)-R(t+Δt)]/[NR(t)*Δt] 将上式写成微分形式得：;仪表系统典型的失效率曲线 (a)经典浴盆曲线 (b)新浴盆曲线 ; 只要知道产品的失效率，就很容易获得平均故障间隔时间MTBF。 由上式可得到： ;可用性---仪表能按要求正常工作的概率，也就是仪器的使用效率。可用性A与MTBF和MTTR之间的关系为： ;二、影响可靠性的因素; ①电网干扰：电网的高次谐波、尖峰脉冲，电压大幅波动等形成干扰。 ②空间电磁干扰：电场、磁场、电磁波、雷电、辐射射线通过各种耦合途径进入仪表，特别是大功率电动设备。 ③操作失误干扰：设计存在不足误操作可能造成严重后果，影响正常使用。 ④环境理化干扰：温度、湿度、压力、腐蚀气体、风沙尘土对仪表性能和寿命的影响。 ⑤机械振动干扰：安装在塔、架、管道上及安装运输过程的仪表，振动影响其性能和寿命。;2、内部干扰;四、方案设计时可靠性的原则; 3、合理划分软硬件功能：软件具有硬件无法比拟的功能，不存在失效性，应以软代硬。但软件负担过重，CPU时间资源不允许，开发的难度增大不易保证软件的可靠性。可使用可编程芯片，简化硬件提高可靠性。 4、数字代模拟电路：数字电路稳定性好、抗干扰能力强、易集成制造、易标准化设计；多采用集成度高的数字芯片，密封好、焊点少、失效率低。 5、变被动为主动：方案设计时，对易遭受干扰的环节主动采取可靠性保障措施，以免出现问题时被动应付。抗干扰技术和容错技术是重要的主动措施。;一、元器件选用; 2、电阻和电位器选用 按材料分：合金型、薄膜型、合成型。 ①阻值稳定性：材料老化阻值缓慢变化，受温度影响阻值变化。精密电路中温漂系数很重要。 ②工作频率：高频工作时，参数受分布电容、趋肤效应、介质损耗、引线电感等影响。 ③功率：承受的功率超过额定值时，会因温度升高而失效，可降额使用。 ④噪声：微弱信号电路中，噪声值得重视。 特点：同类电位器比电阻的性能和可靠性差，失效率大10—100倍，故少用、采取容错措施（开路、短路）；性能为： 高碳膜→金属膜→精密合金箔电阻低；绕线电阻稳定性最好，用于精密测量中。; 3、电容器选用 介质不同分：无机、有机、电解介质三类。 ①频率范围：电容工作在交流状态，存在固有的谐振频率（自身、引线电感），须工作频率小于谐振频率，介质限制了频率，没有高低频特性都好的电容器。高频用瓷、云母介质；中频用有机聚合物介质；低频用电解介质。 ②容量稳定性：温度和制造工艺影响稳定性。聚苯乙烯最好；高频云母优于瓷介质；低频胆介质优于铝电解。 ③噪声性能：漏电产生噪声，损耗角正切值小的电容噪声小。电解电容噪声最大。 ④电压负荷：随着频率增大承受的电压下降。承受电压高无机→聚合物→电解低。 ⑤承受功率：电源滤波中应考虑功率问题。 电容对电路性能和可靠性影响大的多，容易失效。; 4、集成芯片选择 集成芯片性能优越、稳定性好、分散性小、可靠性高，所以应优先选用。分为模拟和数字芯片。 ①数字芯片：实现功能、速度、电压范围、信号状态与电平阈值、关门电阻、扇出系数、最高工作功率、单门延时、噪声容限、工作温度范围、功耗、封装形式。 选择：