11 Розрахунок характеристик надійності

Розрахунки проводимо відповідно до рекомендацій приведених в методичці [8].

Надійність є одним з основних параметрів виробу, після розрахунків якого робляться висновки про вірність вибраної схеми та конструкції виробу. Надійність приладу визначається надійністю та кількістю елементів, які використовуються, кількістю зв’язків між ними, способами кріплення елементів та видами їх з’єднань між собою, а також впливом зовнішніх факторів, теплових та електричних навантажень елементів приладу.

Розрахунок надійності пристрою полягає у визначенні показників надійності виробу за відомими характеристиками надійності складових елементів і умовами експлуатації. Вихідними показниками розрахунку надійності є інтенсивності відмов радіоелементів за нормальних умов.

Вихідними даними для виконання розрахунків з надійності є:

• принципова електрична схема КБР.ПБ.100752.01.001 ЕЗ;

• перелік елементів КБР.ПБ.100752.01.001 ПЕЗ;

• довідникові дані інтенсивностей відмов радіоелементів, які входять до схеми.

• значення поправочних коефіцієнтів k_H, k_B, k_A.T.та k_тн (див.

таблиці 3.1;3.2;3.3);

• задана робоча температура T=+20°С.

Необхідно визначити наступні показники надійності стабілізованого джерела живлення:

• сумарну інтенсивність відмов для всіх елементів, що входять до принципової електричної схеми - Хт.;

• середній наробіток до відмови - Т;

• імовірність безвідмовної роботи за час t = 2000 год - Р(2000).

Таблиця 11.1 Значення поправочного коефіціента k_М, який враховує механічні фактори

Умови експлуатації об'єкта проектування	Поправочий коефіціентkm
	При вібраціях	При ударних навантаженнях	Сумарна дія всіх
Лабораторні	1,00	1,00	1,0
Стаціонарні	1,04	1,03	1,07
Автофургонні	1,35	1,08	1,46
Продовження таблиці 11.2
Залізнодорожні	1,40	1,10	1,54
Корабельні	1,30	1,05	1,37
Авіаційні	1.46	1,13	1,65

Таблиця 11.3 Значення поправочного коефіціента k_Н, який враховує дію вологості і температури

Вологість, %	Температура, °С	Поправочний коефіцієнт кв
60...70	20...40	1,0
90...98	20...25	2,0
90...98	30...40	2,5

У відповідності із алгоритмом виконання розрахунків, та згідно з переліком елементів КБР.ПБ.100768.01.001 ПЕЗ складається перелік за групами елементів, для кожної з яких за довідниковими даними призначається нормоване значення λ_iо. Для визначення експлуатаційного поправочного коефіцієнта k_е необхідно враховувати наступні фактичні умови експлуатації джерела живлення:

• ударні навантаження, вібрації, сумарні механічні навантаження;

• вплив вологості при робочій температурі;

• вплив зміни атмосферного тиску

Таблиця 11.3. Значення поправочного коефіцєнта к_ат., який враховує дію атмосферного тиску

Висота, км	Поправочний коефіцієнт кат
0...1	1,00
1...2	1,05
2...3	1,10
3...5	1,14
5...6	1,16
6...8	1,20
8...10	1,25
10...15	1,30
15...20	1,35
20...25	1,38

Регламентація цих фактичних умов експлуатації для джерела живлення повинна бути визначена у технічному завданні (ТЗ) на його розробку або у технічних умовах (ТУ) виробника. У нашому випадку газоаналізатор призначається для експлуатації в стаціонарних умовах - це апаратура, експлуатована в опалюваних і неопалювальних приміщеннях, приміщеннях з підвищеною вологістю, на відкритому повітрі, у виробничих цехах. Умови експлуатації і транспортування такою апаратури характеризуються дуже широким діапазоном робочих (50 ÷ +50 °С) і граничних (- 50 ÷ +65 °С) температур, вологістю до 90÷98 %, вібрацією до 120 Гц при 4..6 g, наявністю багатократних (до 5g) і поодиноких (до 75g) ударів, дією дощу до 3 мм/мін і соляного туману з дисперсністю крапель до 10 мкм і вмістом води до 3 г/м3.На підставі заданих умов, за таблицями 3.1; 3.2; 3.3 визначають часткові поправочні коефіцієнти к_н = 1,07; к_в = 1 ( до 90 %); к_а._т. = 1,05 ( 120 м над рівнем мор’я).

Тоді, за формулою :

k_e = k_H * k_B * k_A.T.= 1,0815. (11.1)

Отримане значення ке також заносять у звітну таблицю 11.4.

З метою врахування коефіцієнта фактичного навантаження і температури для кожного з елементів, які внесені в таблицю 11.4 необхідно спочатку визначити k_н а потім зробити перенормування цих величин із врахуванням робочої температури T =+20°С.

Коефіцієнти навантаження k_н визначають із врахуванням карти робочих режимів та рекомендацій, викладених в таблиці 1 "До визначення..." для різних груп елементів. Зокрема, для елементів, що входять до схеми використані наступні підходи.

• Резистор R1. Оцінка може бути виконана по параметру .

, де величина Р_доп.ту відповідає максимальній потужності призначеного типономіналу резистора.

Тоді визначаємо:

Аналогічні розрахунки виконуються і для інших резисторів:

R2, R17, R18, R19:

R3:

R4:

R5 :

R6, R12, R13 :

R7 :

R8 :

R9, R14, R15 :

R10 :

R11 :

R16 :

• Конденсатор С1. Оцінка виконується по фактичному значенню максимальної робочої напруги U_{роб.мах}.

Аналогічні розрахунки виконуються і для інших конденсаторів:

С2, С6 :

С3 :

С4 :

С5 :

С7, С8 :

С9, С10 :

• Транзистор VT1

• Діоди VD1, VD2

Аналогічні розрахунки виконуються і для інших стабілітронів:

VD3: = 0,032.

• Мікросхеми DA1, DA2

• Мікросхема DA3 = 0,0007.

Визначені значення коефіцієнтів навантаження k_H заносимо в таблицю 12.4. Для подальших розрахунків отримані значення k_H необхідно перенормувати з врахуванням заданої робочої температури T= + 2О °С. Цей етап роботи виконується шляхом використання довідникової таблиці , або довідниковими даними використаних радіоелементів, в якій зведені значення поправочних коефіцієнтів k_тн, що враховують вплив температури на коефіцієнт навантаження k_н для окремих груп елементів. В разі відсутності точного значення k_тн яке відповідає заданій парі значень" k_н-T", визначених на попередньому етапі, в якості вихідного значення k_тн призначають найближче сусіднє в таблиці значення. Отримані величини поправочних коефіцієнтів k_тн також заносимо в таблицю 11.4.

Таблиця 11.4 Показники надійності елементів

№ п/п	Найменування і типономінали елементів	n, шт.	λ0,10-8 год–1	ke	tC	kn	ktn		λ=λ0*n
1	R1 PE1206FR-07750R	1	1.5	1,082	+20	0.47	1		1.5
2	R2, R17, R18, R19 PE1206FR-0.71K	4	1.5	1,082	+20	0.134	1		6
3	R3 RK732010FR0775R	1	1	1,082	+20	0.18	1		1
4	R4 RK730805F-0747K	1	1	1,082	+20	0.4	1		1
5	R5 RK73080F-071.8K	1	1.5	1,082	+20	0.21	1		1.5
6	R6, R12, R13 RK730805F-0.710K	3	1	1,082	+20	0.3	1		3
7	R7 PE1206FR-0.7200K	1	1.5	1,082	+20	0.13	1		1.5
8	R8 PE1206FR-0.7430R	1	1.5	1,082	+20	0.35	1		1.5
9	R9, R14, R15 PVG5H103C03	3	2	1,082	+20	0.22	1		6
10	R10 RK732010FR077100K	1	1	1,082	+20	0.41	1		1
11	R11 RK730805F-0750R	1	1	1,082	+20	0.18	1		1
12	R16 PE1206FR-0.73.9K	1	1.5	1,082	+20	0,28	1		1.5
13	C1 CX1210MNPO8BBU2	1	1	1,082	+20	0,3	1		1
14	C2, C6 CC0603MRX7R8BW6.8	2	1	1,082	+20	0,26	1		2
15	C3 EC62	1	2	1,082	+20	0,42	1		2
16	C4 CDA71	1	1,5	1,082	+20	0,31	1		1.5
17	C5 ECS62	1	2	1,082	+20	0,4	1		2
18	C7, C8 EVJ61	2	1	1,082	+20	0,24	1		2
19	C9, C10 CC0603MRX7R8BW6.8	2	1	1,082	+20	0,26	1		2
20	VD1, VD2 КС191Ф ТТЗ.362.103 ТУ	2	42	1,082	+20	0,027	1		84
21	VD3 КС156Г аАО.336.601 ТУ	1	38	1,082	+20	0,032	1		38
22	VT1 КП303Е Ц20.336.601 ТУ	1	180	1,082	+20	0.23	1		180
23	DA1,DA2 КР544УД1А БКО.348.257 ТУ	2	7	1,082	+20	0,0004	1		14
24	DA3 КР595СА3А	1	12	1,082	+20	0,0007	1		12
Разом								367

Після заповнення всіх стовпчиків таблиці 11.4. необхідно визначити λ_Σ , що фактично є сумою всіх складових. Отримане значення λ_Σ записується в графу "Разом".

На підставі отриманого значення λ_Σ за формулою (11.2) розраховують величину Випадкової неперервної величини ВНВ (СНВ):

(11.2)

Значення імовірності безвідмовної роботи (ІБР) за час t = 2000 годин оцінюють за формулою (11.3):

Р(t) = ≈ 1 (11.3)

Таким чином, в результаті виконання оціночних розрахунків показників з надійності отримані наступні показники:

• сумарна інтенсивність відмов для всієї складальноїодиниці на друкованій платі λ_∑=367 10^-8 год ;

• середній наробіток до відмови Т ≈ 275 тис. год;

• імовірність безвідмовної роботи за час t = 2000 год - Р(2000) ≈ 0,997.