47. Форсированные испытания на надежность

Допустим, что проводятся два испытания П^о_х и П^Ф_Х однотипных устройств РЭС с целью оценки количественной характеристики надежности параметров X.

Испытание П^Ф_Х считается форсированным относительно испытания П^о_х , если время испытания в форсированном режиме τ^Ф_Х меньше времени τ⁰ _х испытания в нормальном режиме. Кроме того, должны соблюдаться следующие условия:

• в форсированном режиме Е^Ф_Х испытываемые устройства должны отказывать раньше, чем в нормальном режиме Е^о _х Е^Ф_Х;

• при квалификационных испытаниях П^о _х и П^Ф_Х должны быть равны точности результатов, а при контрольных могут быть получены ошибки первого и второго рода (α^Ф = α^о; β^Ф = β⁰).

Испытание не считается форсированным, если сокращение времени z*_x достигается лишь за счет сокращения объема выборки.

Степень сокращения испытаний на надежность определяется с помощью временного К_τ и нагрузочного К_н коэффициентов. Временной коэффициент равен отношению

К_τ = τ⁰/τ^Ф, (7.1)

где τ⁰ – продолжительность испытания, в течение которой при номинальной нагрузке фиксируется определенное число отказов; τ^Ф – продолжительность испытания, в течение которого при форсированной нагрузке фиксируется то же число отказов.

Отношение числа отказов n^Ф, выявленных при форсированных испытаниях за время τ^Ф, к числу отказов n⁰, выявленных при нормальных условиях испытаний за то же время τ^Ф, называется нагрузочным коэффициентом, т.е.

К_н = n^Ф/n⁰. (7.2)

Проведение форсированных испытаний связано с необходимостью выбора критерия, с помощью которого можно было бы оценить характеристики надежности в режимах Е^о и Е^Ф. В качестве такого критерия иногда используется коэффициент подобия

К = T⁰/T^Ф, (7.3)

где T⁰, T^Ф – средние наработки до отказа (на отказ для восстанавливаемых устройств) в условиях нормальных и форсированных испытаний.

В общем случае с увеличением коэффициента подобия К время испытания уменьшается. Однако пределы изменения коэффициента подобия ограничены. Связано это с тем, что, например, повышение или понижение температуры даже в допустимых по ТУ пределах вызывает изменение параметров как отдельных элементов, так и целиком компоновочных схем РЭС.

Произвольное изменение (с целью сокращения времени испытания на надежность) в широком диапазоне электрических нагрузок, нагрева или охлаждения, механических и других воздействий может привести к изменению физических свойств конструкционных материалов и комплектующих элементов РЭС.

Необходимо также учитывать, что изменения электрического сопротивления поверхностных и композиционных резисторов в зависимости от температуры являются обратимыми, если температура не превышает предельно допустимую, в противном случае происходит необратимое изменение электрического сопротивления резистора. У германиевых транзисторов с увеличением температуры на 10 °С примерно в 2 раза увеличивается обратный ток через коллекторный переход. С увеличением температуры уменьшается сопротивление изоляции РЭС, возрастает тангенс угла диэлектрических потерь и паразитная емкость, что, в свою очередь, приводит к увеличению уровня потерь и ухудшению стабильности работы схем.

• Зависимости коэффициентов подобия от условий и режимов испытаний устанавливаются в процессе предварительных исследований. Численные значения коэффициентов подобия К некоторых элементов приведены в табл. 7.5.

Таблица 7.5

Значения коэффициентов подобия

Элементы		Коэффициент		подобия К
	Kн=1		1,3		1,7	2,0
Резисторы	2,2		3,8		5	1,5
Конденсаторы	3		8,2		27	67
Кристаллические диоды	27		45		89	134

Данные табл. 7.5 соответствуют коэффициентам при условиях:

• режим Е⁰, t = 30 ºC (T⁰);

• режим Е^Ф, К_н = Var, t = 75 ºC (T^Ф).

Длительность форсированных испытаний на надежность определяется по формуле _{τ = τ}⁰_/К, (7.4)

где τ⁰ – заданное время испытания в режиме Е⁰.

В случае экспоненциального распределения среднее время наработки до отказа можно принять равным

_Т^Ф _{= Nτ}^Ф_{, (7.5)}

где N – количество испытываемых устройств; τ^Ф – наработка устройств в форсированном режиме до появления первого отказа.

Средняя наработка до отказа Т⁰ с учетом (7.5) определяется из зависимости Т₀ = КТ^Ф = KNτ^Ф. (7.6)

Выше уже отмечалось, что форсированные испытания на надежность имеют ряд очевидных преимуществ: можно значительно сократить время и затраты на процесс испытаний. В то же время при практической реализации форсированных испытаний на надежность возникают определенные проблемы. Связаны они, прежде всего, с тем, что для большинства типов РЭС не установлены функциональные зависимости между показателями надежности нормальных и форсированных испытаний.

Важно также иметь в виду, что при форсированных испытаниях имеется определенный предел, за которым вступают в силу факторы, отсутствующие в реальных условиях эксплуатации РЭС. Из-за влияния этих факторов оценка качества любого изделия, в том числе и важнейшего его показателя – надежности, полученная при ускоренных испытаниях, может оказаться искаженной или совершенно ошибочной.

Существует множество таких РЭС, ускоренное испытание которых просто невозможно. К ним, в частности, относятся определенные виды электронно-лучевых трубок. 168