7.3.2 Надежность элементов
Надежность элемента определяется технологией его изготовления, его нагрузкой в данной схеме и внешними факторами )температурой, вибрацией, влажностью и т.д.)
Коэффициентом нагрузки элемента называется отношение действительного значения фактора влияющего на надежность к ого номинальному (оговоренному в технических условиях) значению
. (7.21)
Для резисторов
это отношение мощности, рассеиваемой
резистором, к его номинальной мощности
.
Для конденсатора это отношение рабочего напряжения к номинальному.
Для полупроводниковых элементов это нагрузка по току, напряжению, мощности.
Режим, когда
называют нормальным, а когда
- разгруженным.
Для большинства элементов электронной аппаратуры изменение интенсивности отказов во времени имеет вид
Рис. 7.10 Зависимость интенсивности отказа от времени
На графике интенсивности отказа можно выделить три участка:
- период приработки,
отличается повышенным значением
интенсивности отказа, отсеивается брак;
- период нормальной
работы, когда интенсивность отказа
остается практически постоянной;
- период старения,
когда сказывается старение из-за
механической усталости, старения
материала, повышенного износа.
Разгруженный режим существенно увеличивает период нормальной работы и широко используется в электронной аппаратуре.
На рис. 7.11 приведены примерные графики зависимости интенсивности отказа от коэффициента нагрузки и внешних факторов. Из рис. 7.11 следует, что внешним фактором всегда влияющим на надежность является температура, которую особенно важно учитывать при выборе полупроводниковых приборов.
7.3.3 Надежность аппаратуры без восстановления
Надежность аппаратуры характеризуется вероятность безотказной работы за определенное время или временем безотказной работы с заданной вероятностью безотказной работы.
Например.
,
или приР =
0.95 t
= 2000 часов.
Отказом изделия назовем состояние, когда изделие не может быть использовано по прямому назначению. Отказ изделия обусловлен отказом элементов, нарушающих нормальную работу изделия, расстройкой параметров, нарушением условий эксплуатации (питания, температуры, механическими воздействиями).
Далее учитываем лишь отказы, обусловленные отказом элементов. При этом необходимо учитывать только элементы, отказ которых ведет к отказу изделия.
Если для иправности изделия необходима исправность всех элементов, то вероятность безотказной работы изделия равна произведению ВБР элементов
,
где
- ВБРi-го
элемента. (7.22)
Для периода
нормальной работы
,
и ВБР подчиняется экспоненциальному
закону
.
(7.23)
При этом вероятность безотказной работы изделия равна
, (7.23)
где
.
Методика расчета ВБР изделия:
Определяем
.Вычисляем
Определяем
.
При
среднее время безотказной работы равно
,
. (7.24)
7.3.4 Надежность аппаратуры с восстановлением
Если аппаратура
восстанавливается, то она используется
многократно. Время восстановления
величина случайная, считают, что
вероятность восстановления подчиняется
экспоненциальному закону со средним
временем восстановления
, где
- интенсивность восстановления.
Надежность аппаратуры с восстановлением характеризуют:
Наработкой на
отказ, которая, при
,
равна среднему времени безотказной
работыТСР.
Коэффициентом готовности – вероятностью того, что изделие исправно
. (7.25)
При длительной эксплуатации начинает сказываться старение элементов, при этом надежность начинает резко падать. Поэтому для ответственных изделий вводят понятие ресурса.
Ресурс – время, после которого изделие не должно эксплуатироваться по прямому назначению, не смотря на его работоспособность.
7.3.5 Сравнительная оценка надежности контактных и бесконтактных схем
Для бесконтактных
элементов (полупроводниковых схем)
интенсивность отказа мало зависит от
вида обрабатываемых сигналов
.
Для контактных элементов (реле) интенсивность отказов реле определяется уравнением
, (7.26)
Где
- интенсивность отказа катушки реле,
- интенсивность
отказа контакта на одно переключение,
- число работающих
контактов реле,
М – число срабатываний в час.
Для сравнения схем при экспоненциальном законе для ВБР достаточно сравнить суммарные интенсивности отказов.
Для бесконтактной схемы
.
Для контактной схемы
.
Считаем число переключений в час для всех контактных элементов одинаковым, тогда зависимость суммарных интенсивностей отказа для контактных и бесконтактных схем от числа переключений будет выглядеть как на рис. 7.11.
Существует критическая частота срабатываний МКР, когда при меньших ее значениях оказываются более надежными контактные схемы, это устройства с редким срабатыванием, например, устройства аварийной защиты. При частоте срабатывания выше МКР более надежными оказываются бесконтактные схемы.
Рис. 7.11 Зависимости суммарных интенсивностей отказа
Надо иметь в виду, что изделие может устареть морально, то есть разработаны более эффективные изделия, выполняющие те же функции, но требующие более редкого обслуживания, или более экономичные.