|
Читайте также: |
1) Интенсивность излучения измеряется в Вт/м2 и соответствует количеству энергии
перенесенной за 1 сек., через поверхность площадью 1м2, расположенную пер-
пендикулярно направлению распространения излучения [Э (Дж)/м2/сек.]
2) Интенсивность потока частиц характеризуется суммарным колличеством частиц,
проходящих за 1 сек,через поверхность площадью 1м″ расположенную перпенди-
кулярно направлению распространения частиц (К/м2/см.).
3) Величина воздействия ионизирующего излучения на аппаратуру характеризуется
дозой излучения, поглощенной аппаратурой и вычисляется как отношение колли-
чества поглощенной энергии к массе (в килограммах) аппаратуры (при этом энер-
гия частично отражается частично поглощается).
Основные характеристики стойкости аппаратуры к ионизирующим излучениям (И.И.).
Радиационная стойкость – свойство аппаратуры, отдельных элементов материалов и
т.п. выполнять свои функции и сохранять значения параметров в пределах установленных
норм во время действия (И.И.). Количественной оценкой радиационной стойкости является
критерий радиационной стойкости
Критерий радиационной стойкости – предельное численное значение определяющего
параметра радиационной стойкости.
Определяющий параметр – параметр, изменение значения которого при воздействии
И.И. свыше некоторого определенного значения исключает возможность применения по на-
значению. Определяющие параметры свой для каждого типа изделия: уровень шумов, про-
водимость, ток утечки.
Влияние ионизирующих излучений на электронную элементную базу.
Влияние на резисторы осуществляется в виде:
1) Происходят обратимые и необратимые изменения значения сопротивления
2) Увеличивается уровень шумов резисторов
3) Ухудшается влагостойкость резисторов
Основная причина влияния ионизирующих излучений – резкое увеличение проводи-
мости из-за ионизационных эффектов в материалах (резкое увеличение проводимости в сре-
де окружающего резистор и материалах).
Гамма излучение вызывает в основном обратимые процессы. После окончания облу-
чения исходное значение определяющегопараметра (например, сопротивления___却__) восстанавли-
вается менее чем через 2мсек.
Нейтронное излучение – может стать причиной ухудшения влагостойкости резисто-
ров и обратимых либо необратимых изменениях их номиналов. Необратимые дефекты объ-
ясняются нарушением их структуры, материалов, нарушением защитных покрытий, опрес-
совки, резистивного слоя.
Устойчивость резонаторов к И.И
1. Наиболее устойчивы к ионизирующим излучениям
а) Бороуглеродистые резисторы (увеличение сопротивления на 20%, снижение влаго-
стойкости в 2 раза);
б) Композиционные резисторы (собственные шумы увеличиваются в 2 раза, увеличе-
ние сопротивления до 10%)
Более устойчивы к ионизирующим излучениям пленочные углеродистые резисторы
(постепенное увеличение сопротивления до 3,5% (0)).
а) Керамические и проволочные резисторы (необратимое увеличение сопротивления
менее чем на 2% от исходной величины);
б) Тонкопленочные интегральные резисторы (без существенных изменений величины
сопротивления).
Приемы снижения эффективности воздействия И.И.
1) Применять резисторы с номиналом не более 10 кОм.
2) Высокоомные резисторы защищать заливкой либо опресовкой эпоксидной смо-
лой. Увеличение толщины защитного слоя в10 раз позволяет снизить нестабиль-
ность резистора в 6-8 раз.
3) Применять резисторы как можно меньших размеров.
Влияние на конденсаторы.
Влияние на И.И. осуществляется в виде:
1) Изменение параметров электрической прочности (рабочее напряжение, ТКЕ –
температурный коэффициент).
2) Изменение сопротивления изоляции, определяющие ток утечки.
3) Изменение диэлектрических потерь (дополняющий угол сдвига фаз между векто-
рами тока и напряжения) он определяет активную мощность выделяемую в кон-
денсаторе.
Основные причины изменения параметров конденсатора.
Изменения в структуре диэлектрика, механическая деформация, ионизация диэлек-
трика и окружающей среды.
Гамма излучение и рентгеновское излучение вызывает обратимые радиационные де-
фекты.
Нейтронное излучение вызывает как обратимые так и необратимые радиационные
дефекты.
Наибольшей стойкостью к И.И. обладают _______конденсаторы с неорганическим диэлектри-
ком: керамикой, стекло эмалью, слюдой. Изменение параметров при облучении нейтронами
не превышает долей или единиц процентов. Мене чем через два часа после окончания облу-
чения параметры восстанавливаются для исходного значения. Плохой устойчивостью к И.И.
обладают конденсаторы с органическим диэлектриком (бумага, полистирол, лавсан, орто-
пласт). При облучении сопротивление изоляции падает в 10-20 раз, увеличивается tgβ, номи-
нал ёмкости изменяется на единицы и десятки процентов
Электролитические конденсаторы при облучении претерпевают зачастую разгермети-
зацию из-за разложения электролита.
Из интегральных тонкоплёночных конденсаторов наиболее устойчивы к И.И. конден-
саторы с диэлектриком на танталовой основе (Al2O3).
Воздействие И.И. на полупроводниковые приборы.
Полупроводниковые приборы, особенно низкочастотные транзисторы, являются, как
правило, слабым местом электронной аппаратуры по отношению к И.И. В связи с этим оцен-
ка нижнего уровня радиационной стойкости аппаратуры определяется именно этим слабым
местом. В особо ответственных случаях, когда обеспечение особо высокой стойкости аппа-
ратуры к И.И. следует заменять полупроводниковые приборы элементами, имеющими более
высокую радиационную стойкость, например, магнитные элементы, электронные лампы и
т.п. Конечно, при этом аппаратура, возможно, будет иметь другиеэксплуатационные и тех-
нические характеристики.
Транзисторы
Основные явления, наблюдаемые при облучении И.И.
Деградация коэффициентов передачи по току и как следствие изменение вольтампер-
ных характеристик, обусловленных возникновением деградации в полупроводниковом мате-
риале.
Биполярные транзисторы.
1) Обратимое возрастание токов Iко из-за ионизационных эффектов
2) Возрастание тока базы и снижение коэффициента усиления по току
Наиболее устойчивыми к И.И. являются:__
Высокочастотные транзисторы.
-большие трудности возникают с мощными транзисторами имеющими, как правило,
невысокую радиационную стойкость.
Необходимо уменьшить коэффициент в отдельных каскадах вводя дополнительные
каскады усиления, ввести в усилительные каскады обратную связь, повышая напряжение
смещения с целью уменьшения чувствительности к увеличению токов утечки.
Униполярные транзисторы.
Транзисторы данного типа имеют гораздо меньшую радиационную стойкость чем би-
полярные транзисторы. Наиболее чувствительны к И.И.транзисторы с изолированным затво-
ром (МДП-транзисторы).
Два вида воздействия на полупроводниковые приборы.
1) Ионизирующее действие – оно приводит к возникновению в объёме полупровод-
ника избыточных зарядов, которые, двигаясь под действием градиентов концен-
трации электрических полей, создают фототоки. После окончания облучения фо-
тотоки пропадают, т.е. наблюдаются обратимые дефекты. Фототок – упорядочен-
ное движение фотоэлектронов. Фотоэлектроны электроны, вылетающие из веще-
ства при фотоэффекте.
2) Структурные нарушения, обусловленные взаимодействием И.И. с кристалличе-
ской решёткой полупроводника. Даже самые незначительные изменения (нару-
шения) кристаллической решётки вызывает значительные изменения параметров
полупроводников, т.е. наблюдаются необратимые радиационные дефекты.
Полупроводниковые диоды.
Основные искажения:
1) Появление фототоков на один-два порядка больше рабочих токов.
2) Изменение сопротивления диода.
Германиевые диоды.
1) Нейтронное излучение вызывает измененные проводимости диодов. При этом в
прямом направление проводимость уменьшается, в обратном увеличивается
2) Фотонное излучение вызывает возникновение фототоков, возрастание обратного
тока, уменьшение ёмкости p-n перехода. Через несколько дней после прекраще-
ния облучения параметры диодов восстанавливаются.
Кремниевые диоды.
Нейтронное излучение.
а) Точечно-контактные типы диодов - уменьшается проводимость в прямом и обрат-
ном направлении
б) Плоскостные диоды - проводимость в прямом направлении уменьшается, в обрат-
ном направлении с увеличением И.И. в начале растёт, потом падает.
Сильное _______нейтронное излучение приводит к прекращению работы диодов.
Гамма излучение вызывает обратимые изменения вольтамперных характеристик.
Туннельные диоды.
Заметное изменение вольтамперных характеристик наблюдается при очень сильном
нейтронном излучении. Туннельные диоды устойчивы к ионизирующим эффектам.
Интегральные диоды.
Более устойчивы к И.И. особенно высокочастотные диоды.
Интегральные схемы.
Действие И.И. проявляется в обратимых и необратимых изменениях параметров вхо-
дящих в интегральные микросхемы элементов (резисторов, конденсаторов, транзисторов).
Наиболее устойчивы к воздействию И.И. интегральные схемы на основе керамических эле-
ментов (керамические твёрдые схемы).__
В связи с тем, что логические схемы, как правило менее чувствительны к изменениям
коэффициента усиления транзистора по току и к изменению токов утечки переходов, чем
линейные схемы, логические интегральные схемы, как правило, имеют большую радиацион-
ную стойкость.
Способы защиты от ионизирующего излучения.
Основные способы защиты аппаратуры от И.И. сводятся к экранированию. Для защи-
ты от α и β излучений относительно тонкие металлические (стальные, алюминиевые, медные
и др.) экраны снижают эффективность излучения на порядок. Например, стальной экран
толщиной 1,5мм снижает эффективность α и β излучения более чем в 10 раз. Для защиты от
гамма и нейтронного облучения тонкие металлические экраны негодны (например, стальной
экран толщиной в15см снижает эффективность не более чем на порядок). Для защиты от
этих излучений применяются массивные свинцовые, свинцово-графитные, свинцово- поли-
этиленовые.
Воздействие солнечной радиации.
Основные составляющие воздействия:
1) Видимый свет;
2) Ультрафиолетовое излучение;
3) Инфракрасное излучение (тепло).
Видимый свет:
• химическое разложение некоторых видов пластмасс (например, хлориды);
• образование озона (окисляющее химическое воздействие).
Ультрафиолет:
• частичное разложение полимеров, содержащих хлор (полихлорвиниловая изоля-
ция);
• ускоряет (является катализатором) реакции окисления полиэтилена, полистирола.
Инфракрасное излучение:
- увеличение температуры.
Механические воздействия.
Разновидностями механических воздействий являются:
1) Гармонические вибрации, основные параметры которых:
а) частота;
б) амплитуда;
в) продолжительность.
2) Ударные нагрузки, основные параметры которых:
а) длительность ударного импульса и его форма;
б) максимальное число одиночных ударов или их серий;
в) мгновенная скорость при ударе.
3) Линейные ускорения (инерционные воздействия) основные параметры которых:
а) величина ускорения;
б) длительность ускорения;
в) знак воздействия ускорения.
Ниже приводится краткое описание вышеперечисленных механических воздействий.
Вибрация – длительное знакопеременное колебание, воздействующее на конструк-
цию.
В чём проявляется вибрационное воздействие. Вибрация представляет собой возбуж-
денные колебания, вынуждающие конструкцию колебаться с частотой вынуждающих коле-
баний. После прекращения вибрации конструкция некоторое время осуществляет колебания
с собственной частотой. Максимальные механические перегрузки конструкция испытывает в
том случае, когда частота вибрации совпадает с собственной частотой конструкции, то есть,
наблюдается явление резонанса. В этом случае, например, появляются разрушения печатной
платы, отдельных элементов на ней, отрыв паяных выводов элементов и проводов, проявля-
ются усталостные явления и изнашивания.
Таким образом, проявление воздействия вибрации состоит в том, что конструкция в
целом и каждая деталь, входящая в её состав, начинают совершать вынужденные колебания
с частотой источника вибрации. Для каждой конструктивной единицы существует так назы-
ваемая частота собственных колебаний. При совпадении собственной частоты колебаний и
частоты источника вибрации (явление резонанса) происходит наибольшее разрушение кон-
струкции.
Различают два понятия:
• виброустойчивость;
• вибропрочность.
Виброустойчивость - способность конструкции нормально функционировать в усло-
виях воздействия вибрации.
Вибропрочность - способность конструкции противостоять разрушающему воздейст-
вию вибрации, выдержать её и нормально функционировать после устранения вибрации.
Удар – кратковременное механическое воздействие, длительность которого примерно
равна двойному времени распространения ударной волны через объект подвергшийся удару.
В чём выражается удар?
В момент удара происходит колебание системы на вынужденной частоте, определяе-
мой длительностью удара, а _______после него на собственной частоте конструкции.
При ударе механическая энергия переходит вэнергию деформации, в тепло.
Механический удар возникает при изменении скорости тела за короткий промежуток
времени, сопровождающийся полным или частичным переходом энергии запасённой телом в
энергию деформации и тепло. Удар происходит при резком торможении или разгоне тела,
например при падении прибора, при столкновениях.
При ударе на аппаратуру воздействуют силы. Возникают напряжения и упругие или
остаточные деформации, которые часто приводят к разрушениям.
Напряжение и деформация распространяются в материалах изделий не мгновенно, а с
некоторыми конечными скоростями. В связи с этим при ударе возникает сложное поле на-
пряжений, изменяющихся и от точки к точке и от времени.
Интенсивность воздействия определяется ускорением, сообщаемым аппаратуре или
значением силы, действующей при ударе и направлением и длительностью их воздействия.
Основные параметры удара:
а) максимальное количество ударов (серия ударов);
б) длительность ударного импульса;
в) форма ударного импульса;
г) мгновенная скорость при ударе.
Ускорение – механическая динамическая или статическая нагрузка на конструкцию.
Ускорение проявляется при движении объекта с переменной скоростью (например, при раз-
гоне или торможении, по криволинейной траектории – центробежное ускорение). Таким об-
разом, следует различать линейное и центробежное ускорение.
Основные параметры ускорения:
• величина ускорения;
• длительность воздействия;
• знак воздействия.
Повреждения вызываемые механическими воздействиями.
1) нарушение герметичности из-за нарушения паяных, сварных и клеевых швов и
появление трещин;
2) разрушение корпуса прибора и отдельных его частей вследствие механического
резонанса или усталости (обрыв, отслоения, потрескивания);
3) обрыв монтажных связей (особенно печатных);
4) расслоение многослойных печатных плат;
5) отслоение печатных проводников;
6) растрескивание керамических подложек;
7) временный или окончательный выход из строя разъёмных и неразъёмных элек-
трических контактов (в реле, соединителях, цепях заземления, экранирование и
т.д.);
8) появление паразитных связей;
9) смещение положения органов настройки и управления;
10) выход из строя механических узлов (подшипников, зубчатых колёс, крепежа);
11) частичные обратимые или необратимые изменения параметров в полупроводни-
ковых элементов из-за смещения энергетических уровней, изменение ширины зо-
ны проводимости;
12) сбои цифровых устройств;
13) снижение точности работы;
14) повышение энергопотребления;
15) снижение чувствительности.
Основные методы защиты от механических воздействий.
1) уменьшение интенсивности источника механических воздействий;
2) виброизоляция;
а) демпфирование – поглощение механических колебаний за счёт трения в материале
упругой опоры (резина, поролон, вибропоглощающее покрытие);
б) амортизация – поглощение механических воздействий за счёт применения механи-
ческих колебательных устройств (пружин, гироскопов);
3) применение наиболее жёстких и прочных компонентов.
20. Гальваническая развязка цепей электронных устройств (оптронная развязка). Примеры.
21. Защита электронных устройств от помех с помощью фильтров.
22.Защита электронных устройств от помех с помощью ферритов.
23. Защита электронных устройств от помех: заземление
24. Надежность электронных схем. Методы расчета.
Надежность - свойство [далее - (сво-во)] объекта [далее - (ОБ)] выполнять требуемые функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели в течение заданного периода времени.
Надежность представляет собой комплексное сво-во, сочетающее в себе понятие работоспособности, безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохранности.
Работоспособность - представляет собой состояние ОБ, при котором он способен выполнять свои функции.
Безотказность - сво-во ОБ сохранять свою работоспособность в течение определенного времени. Событие, нарушающее работоспособность ОБ, называется отказом. Самоустраняющийся отказ называется сбоем.
Долговечность - сво-во ОБ сохранять свою работоспособность до предельного состояния, когда его эксплуатация становится невозможной по техническим, экономическим причинам, условиям техники безопасности или необходимости капитального ремонта.
Ремонтопригодность - определяет приспособляемость ОБ к предупреждению и обнаружению неисправностей и отказов и устранению их путем проведения ремонтов и технического обслуживания.
Сохраняемость - сво-во ОБ непрерывно поддерживать свою работоспособность в течение и после хранения и технического обслуживания.
Основные показатели надежности
Основными качественными показателями надежности является вероятность безотказной работы, интенсивность отказов и средняя наработка до отказа.
Вероятность безотказной работы P(t) представляет собой вероятность того, что в пределах указанного периода времени t, отказ ОБ не возникнет. Этот показатель определяется отношение числа элементов ОБ, безотказно проработавших до момента времени t к общему числу элементов ОБ, работоспособных в начальный момент.
Интенсивность отказов l(t) - это число отказов n(t) элементов ОБ в единицу времени, отнесенное к среднему числу элементов Nt ОБ, работоспособных к моменту времени Dt:
l(t)=n(t)/(Nt*Dt), где
Dt - заданный отрезок времени.
Например: 1000 элементов ОБ работали 500 часов. За это время отказали 2 элемента. Отсюда, l(t)=n(t)/(Nt*Dt)=2/(1000*500)=4*10-6 1/ч, т.е. за 1 час может отказать 4-е элемента из миллиона.
Показатели интенсивности отказов комплектующих берутся на основании справочных данных [ 1, 6, 8 ]. Для примера в табл. 1 приведена интенсивность отказов l(t) некоторых элементов.
Табл. 1.
| № | Наименование элемента | Интенсивность отказов, *10-5, 1/ч |
| Резисторы | 0,0001…1,5 | |
| Конденсаторы | 0,001…16,4 | |
| Трансформаторы | 0,002…6,4 | |
| Катушки индуктивности | 0,002…4,4 | |
| Реле | 0,05…101 | |
| Диоды | 0,012…50 | |
| Триоды | 0,01…90 | |
| Коммутационные устройства | 0,0003…2,8 | |
| Разъемы | 0,001…9,1 | |
| Соединения пайкой | 0,01…1 | |
| Провода, кабели | 0,01…1 | |
| Электродвигатели | 100…600 |
Табл. 2.
| № | Наименование элемента | Коэффициент надежности |
| Резисторы | 1,0 | |
| Конденсаторы | 0,25…0,83 | |
| Трансформаторы | 1,3…3,0 | |
| Катушки индуктивности | 1…2 | |
| Реле | 1…10 | |
| Диоды | 1,3…30,0 | |
| Триоды | 1,3…75,0 | |
| Электродвигатели | 10…40 |
Надежность ОБ, как системы, характеризуется потоком отказов L, численно равное сумме интенсивности отказов отдельных устройств:
L=åli
По формуле рассчитывается поток отказов и отдельных устройств ОБ, состоящих, в свою очередь, из различных узлов и элементов, характеризующихся своей интенсивностью отказов. Формула справедлива для расчета потока отказов системы из n элементов в случае, когда отказ любого из них приводит к отказу всей системы в целом. Такое соединение элементов называется логически последовательным или основным. Кроме, того, существует логически параллельное соединение элементов, когда выход их строя одного из них не приводит к отказу системы в целом. Связь вероятности безотказной работы P(t) и потока отказов L определяется:
P(t)=exp(-Dt), очевидно, что 0<P(t)<1 и 0<P(t)<1 и p(0)=1, а p(¥)=0
Средняя наработка до отказа To - это математическое ожидание наработки ОБ до первого отказа:
To=1/L=1/(åli), или, отсюда: L=1/To
Время безотказной работы равно обратной величине интенсивности отказов.
Например: технология элементов обеспечивает среднюю интенсивность отказов li=1*10-5 1/ч. При использовании в ОБ N=1*104 элементарных деталей суммарная интенсивность отказов l о= N*li=10-1 1/ч. Тогда среднее время безотказной работы ОБ To=1/lо=10 ч. Если выполнить ОБ на основе 4-х больших интегральных схем (БИС), то среднее время безотказной работы ОБ увеличится в N/4=2500 раз и составит 25000 ч. или 34 месяца или около 3 лет.
Расчет надежности
Формулы позволяют выполнить расчет надежности ОБ, если известны исходные данные - состав ОБ, режим и условия его работы, интенсивности отказов его компонент (элементов). Однако при практических расчетах надежности есть трудности из-за отсутствия достоверных данных о интенсивности отказов для номенклатуры элементов, узлов и устройств ОБ. Выход из этого положения дает применение коэффициентного метода. Cущность коэффициентного метода состоит в том, что при расчете надежности ОБ используют не абсолютные значения интенсивности отказов li, а коэффициент надежности ki, связывающий значения li с интенсивностью отказов lb какого-либо базового элемента:
ki=li/lb
Коэффициент надежности ki практически не зависит от условий эксплуатации и для данного элемента является константой, а различие условий эксплуатации ku учитывается соответствующими изменениями lb. В качестве базового элемента в теории и практике выбран резистор. Показатели надежности комплектующих берутся на основании справочных данных [ 1, 6, 8 ]. Для примера в табл. 2 приведен коэффициенты надежности ki некоторых элементов. В табл. 3 приведены коэффициенты условий эксплуатации ku работы для некоторых типов аппаратуры.
Влияние на надежность элементов основных дестабилизирующих факторов - электрических нагрузок, температуры окружающей среды - учитывается введением в расчет поправочных коэффициентов a. В табл. 4 приведены коэффициенты условий a работы для некоторых типов элементов. Учет влияния других факторов - запыленности, влажности и т.д. - выполняется коррекцией интенсивности отказов базового элемента с помощью поправочных коэффициентов.
Результирующий коэффициент надежности элементов ОБ с учетом поправочных коэффициентов:
ki'=a1*a2*a3*a4*ki*ku, где
ku - номинальное значение коэффициента условий эксплуатации
ki - номинальное значение коэффициент надежности
a1 - коэффициент учитывающий влияние электрической нагрузки по U, I или P
a2 - коэффициент учитывающий влияние температуры среды
a3 - коэффициент снижения нагрузки от номинальной по U, I или P
a4 - коэффициент использования данного элемента, к работе ОБ в целом
Табл. 3.
| № | Условия эксплуатации | Коэффициент условий |
| Лабораторные условия | ||
| Аппаратура стационарная: | ||
| - в помещениях | 2…8 | |
| - вне помещений | 10…15 | |
| Подвижная аппаратура: | ||
| - корабельная | 40…60 | |
| - автомобильная | 50…70 | |
| - поездная | 60…80 |
Табл. 4.
| № | Наименование элемента и его параметры | Коэффициент нагрузки |
| Резисторы: | ||
| - по напряжению | 0,7…0,8 | |
| - по мощности | 0,3…0,7 | |
| Конденсаторы | ||
| - по напряжению | 0,7…0,8 | |
| - по реактивной мощности | 0,8…0,9 | |
| Диоды | ||
| - по прямому току | 0,7…0,8 | |
| - по обратному напряжению | 0,7…0,85 | |
| - по температуре перехода | 0,7…0,8 | |
| Триоды | ||
| - по току коллектора | 0,7…0,8 | |
| - по напряж. коллектор-эмиттер | 0,7…0,8 | |
| - по рассеиваемой мощности | 0,7…0,8 |
Порядок расчета состоит в следующем:
1. Определяют количественные значения параметров, характеризующие нормальную работу ОБ.
2. Составляют поэлементную принципиальную схему ОБ, определяющую соединение элементов при выполнении ими заданной функции. Вспомогательные элементы, использующиеся при выполнении функции ОБ, не учитываются.
3. Определяются исходные данные для расчета надежности:
4. Определяются основные показатели надежности ОБ, при логически последовательном (основном) соединении элементов, узлов и устройств:
Если в схеме ОБ есть участки с параллельным соединением элементов, то сначала делается расчет показателей надежности отдельно для этих элементов, а затем для ОБ в целом.
5. Найденные показатели надежности сравниваются с требуемыми. Если не соответствуют, то принимаются меры к повышению надежности ОБ (см. часть 2).
6. Средствами повышения надежности ОБ являются:
- введение избыточности, которая бывает:
Пример расчета:
Рассчитаем основные показатели надежности для вентилятора на асинхронном электродвигателе. Схема приведена на рис. 1. Для пуска М замыкают QF, а затем SB1. KM1 получает питание, срабатывает и своими контактами КМ2 подключает М к источнику питания, а вспомогательным контактом шунтирует SB1. Для отключения М служит SB2.
Рис.1.
В защите М используются FA и тепловое реле KK1 с КК2. Вентилятор работает в закрытом помещении при T=50 C в длительном режиме. Для расчета применим коэффициентный метод, используя коэффициенты надежности компонент схемы. Принимаем интенсивность отказов базового элемента lb=3*10-8. На основании принципиальной схемы и ее анализа, составим основную схему для расчета надежности (см. рис. 2). В расчетную схему включены компоненты, отказ которых приводит к полному отказу устройства. Исходные данные сведем в табл. 5.
Табл. 5.
| Базовый элемент, 1/ч | lб | 3*10-8 | ||||||||
| Коэф. условий эксплуатации | ku | 2,5 | ||||||||
| Интенсивность отказов | lб’ | lб* ku=7,5*10-8 | ||||||||
| Время работы, ч | t | |||||||||
| Элемент принципиальной схемы | QF | FA | KK2 | KM1 | SB1 | SB2 | KM2 | KK1 | M | |
| Элемент расчетной схемы | Э1 | Э2 | Э3 | Э4 | Э5 | Э6 | Э7 | Э8 | Э9 | |
| Число элементов | Ni | |||||||||
| Коэф. надежности | ki | |||||||||
| Коэф. нагрузки | Kn | 0,6 | 0,6 | 0,6 | 0,6 | 0,6 | 0,8 | 0,6 | 0,6 | 0,85 |
| Коэф. электрической нагрузки | a1 | 3,5 | ||||||||
| Коэф. температуры | a2 | |||||||||
| Коэф. нагрузки по мощности | a3 | 0,52 | 0,52 | 0,52 | 0,8 | |||||
| Коэф. использования | a4 | 4,4 | 4,2 | 4,2 | 0,3 | 4,4 | 4,2 | 4,4 | ||
| Произведение коэф. a | *a | 4,4 | 2,2 | 0,52 | 0,52 | 4,2 | 0,3 | 4,4 | 4,2 | 12,32 |
| Коэф. надежности | ki’ | 2,2 | 5,2 | 1,5 | 75,6 | |||||
| Ni*ki’ | 6,6 | 5,2 | 1,5 | 226,8 | ||||||
| S(Ni*ki’) | 3783,9 | |||||||||
| Наработка до отказа, ч | To | 1/[lб’*S(Ni*ki’)]=3523,7 | ||||||||
| Вероятность | p(t) | е[-lб’*To*S(Ni*ki’)]=0,24 |
По результатам расчета можно сделать выводы:
1. Наработка до отказа устройства: To=3524 ч.
2. Вероятность безотказной работы: p(t)=0,24. Вероятность того, что в пределах заданного времени работы t в заданных условиях работы не возникнет отказа.
Часть 2.
Частные случай расчета надежности.
1. Объект (далее ОБ) состоит из n блоков, соединенных последовательно (см. рис. 3). Вероятность безотказной работы каждого блока p. Найти вероятность безотказной работы P системы в целом.
Решение: P=pn
2. ОБ состоит из n блоков, соединенных параллельно (см. рис. 4). Вероятность безотказной работы каждого блока p. Найти вероятность безотказной работы P системы в целом.
Решение: P=1-(1-p)2
3. ОБ состоит из n блоков, соединенных параллельно (см. рис. 5). Вероятность безотказной работы каждого блока p. Вероятность безотказной работы переключателя (П) p1. Найти вероятность безотказной работы P системы в целом.
Решение: P=1-(1-p)*(1-p1*p)
4. ОБ состоит из n блоков (см. рис. 6), с вероятность безотказной работы каждого блока p. С целью повышения надежности ОБ произведено дублирование, еще такими-же блоками. Найти вероятность безотказной работы системы: с дублированием каждого блока Pa, с дублированием всей системы Pb.
Решение: Pa=[1-(1-p)2]n Pb=[1-(1-p)n]2
5. ОБ состоит из n блоков (см. рис. 7), с вероятность безотказной работы каждого блока p, величина которой условно показаны на рисунке. С целью повышения надежности ОБ произведено дублирование, еще такими-же блоками, наименее надежных блоков. Найти вероятность безотказной работы P системы.
Решение: P=[1-(1-p1)2]*[1-(1-p2)3]*p3*p4*[1-(1-p5)*(1-p6)]
6. ОБ состоит из 3-х узлов (см. рис. 8). В первом узле n1 элементов, во втором узле n2 элементов. В третьем узле n3 элементов. Вероятность безотказной работы каждого элемента p. Найти вероятность безотказной работы P системы.
Решение: P1=pn1 P2=pn2 P3=pn3
P23=1-(1-pn2)*(1-pn3)
P= pn1*[1-(1-pn2)*(1-pn3)]
7. ОБ состоит из 2-х узлов U1 и U2, соединенных последовательно, и стабилизатора C (см. рис. 9). При исправном C вероятность безотказной работы U1=p1, U2=p2. При неисправном C вероятность безотказной работы U1=p1', U2=p2'. Вероятность безотказной работы C=ps. Найти вероятность безотказной работы P системы в целом.
Решение: P=ps*p1*p2+(1-ps)*p’1*p’2
8. ОБ состоит из 2-х узлов U1 и U2, соединенных параллельно, и стабилизатора C (см. рис. 10). При исправном C вероятность безотказной работы U1=p1, U2=p2. При неисправном C вероятность безотказной работы U1=p1', U2=p2'. Вероятность безотказной работы C=ps. Найти вероятность безотказной работы P системы в целом.
Решение: P=ps*[1-(1-p1)*(1-p2)]+(1-ps)*[1-(1-p1')*(1-p2')]
9. ОБ состоит из 2-х узлов U1 и U2. Вероятность безотказной работы за время t узлов: U1 p1=0.8, U2 p2=0.9. По истечении времени t ОБ несправен. Найти вероятность, что:
- H1 - неисправен узел U1
- H2 - неисправен узел U2
- H3 - неисправны узлы U1 и U2
Решение: Очевидно, имело место H0, когда оба узла исправны.
Событие A=H1+H2+H3
Априорные (первоначальные) вероятности:
- P(H1)=(1-p1)*p2 =(1-0.8)*0.9=0.2*0.9=0.18
- P(H2)=(1-p2)*p1 =(1-0.9)*0.8=0.1*0.8=0.08
- P(H3)=(1-p1)*(1-p2) =(1-0.8)*0.9=0.2*0.1=0.02
- A=i=1å3*P(Hi)=P(H1)+P(H2)+P(H3) =0.18+0.08+0.02=0.28
Апостерионые (конечные) вероятности:
- P(H1/A)=P(H1)/A=0.18/0.28=0.643
- P(H2/A)=P(H2)/A=0.08/0.28=0.286
- P(H3/A)=P(H3)/A=0.02/0.28=0.071
10. ОБ состоит из m блоков типа U1 и n блоков типа U2. Вероятность безотказной работы за время t каждого блока U1=p1, каждого блока U2=p2. Для работы ОБ достаточно, чтобы в течение t работали безотказно любые 2-а блока типа U1 и одновременно с этим любые 2-а блока типа U2. Найти вероятность безотказной работы ОБ.
Решение: Событие A (безотказная работа ОБ) есть произведение 2-х событий:
- A1 - (не менее 2-х из m блоков типа U1 работают)
- A2 - (не менее 2-х из n блоков типа U2 работают)
Число X1 работающих безотказно блоков типа U1 есть случайная величина, распределенная по биномиальному закону с параметрами m, p1. Событие A1 состоит в том, что X1 примет значение не менее 2, поэтому:
P(A1)=P{X1>2}=1-P(X1<2)=1-P(X1=0)-P(X1=1)= 1-(g1m+m*g2m-1*p1), где g1=1-p1
аналогично: P(A2)=1-(g2n+n*g2n-1*p2), где g2=1-p2
Вероятность безотказной работы ОБ:
R =P(A)=P(A1)*P(A2)= [1-(g1m+m*g2m-1*p1)]*[1-(g2n+n*g2n-1*p2)], где g1=1-p1, g2=1-p2
11. ОБ состоит из 3-х узлов (см. рис. 11). В узле U1 n1 элементов с интенсивностью отказов l1. В узле U2 n2 элементов с интенсивностью отказов l2. В узле U3 n3 элементов с интенсивностью отказов l2, т.к. U2 и U3 дублируют друг друга. U1 выходит из строя если в нем отказало не менее 2-х элементов. U2 или U3, т.к. дублируются, выходят из строя если в них отказал хотя бы один элемент. ОБ выходит из строя если отказал U1 или U2 и U3 вместе. Вероятность безотказной работы каждого элемента p. Найти вероятность того, что за время t ОБ не выйдет из строя.
Решение: Вероятность выхода из строя одного элемента U1, U2 или U3 за t равны:
p1=1-e-l1*t p2=p3=1-e-l2*t
Вероятность выхода из строя U1 за t равна:
R1=1-(1-p1)n1*n1*p1*(1-p1)n1-1
Вероятности выхода из строя U2 и U3 равны:
R2=1-(1-p2)n2 R3=1-(1-p3)n3
Вероятности выхода из строя всего ОБ:
R=R1+(1-R1)*R2*R3
25. Требования к надежности, международные стандарты качества.
26. Современная технология производства электронных схем. Уровни развития интегральной технологии производства микросхем. Базовые материалы
27. Методы и технологические этапы, применяемые при изготовлении микросхем по интегральной технологии
28. Технология производства печатных плат (ПП). Принципы компоновки и трассировки компонентов на ПП.
Дата добавления: 2015-07-11; просмотров: 138 | Нарушение авторских прав
| <== предыдущая страница | | | следующая страница ==> |
| Ионизирующее излучение (И.И.). | | | Техника разводки печатных плат |