2 Расчетная часть

2.1 Расчет надежности счетчика импульсов си 30

Оценка показателей надежности является обязательной процедурой, выполняемой на стадии проектирования аппаратуры. Актуальность задач по расчету надежности объясняется тем, что они дают ответ на вопрос о целесообразности дальнейших затрат, необходимых на отработку технологии и производство устройства.

Надежность – свойство изделия сохранят в течение заданного времени значения функциональных параметров при определенных условиях.

При расчете показателей надежности устройств необходимо распологать справочными данными о показателях надежности элементов.

Надежность – комплексное свойство. Для описания различных сторон надежности использую пять групп показателей надежности: показатели безотказности; показатели ремонтопригодности; показатели долговечности; показатели сохраняемости; комплексные показатели надежности. Для описания надежности счетчика времени СВ-01 используем только показатели безотказности, а конкретно вероятность безотказной работы.

Для расчета находим эксплутационную интенсивность отказов λэ для каждого элемента счетчика времени (см. таб. 4)

Таблица 4. Математические модели определения значений λэ.

Класс (группа) элементов	Вид математической модели
Интегральные микросхемы	λэ = λб Кt КИС Ккорп Кv Кэ Кп
Резисторы	λэ = λб Кр КR КΔ Кэ Кп
Конденсаторы	λэ = λб Кр Кс Кэ Кп
Транзисторы	λэ = λб Кр Кф Кд КU Кэ Кп

Используя справочник, выбираем все составляющие модели расчета и заносим их в таблицу 4

Вычесления, необходимые для нахождения составляющих модели расчета.

Для микроконтролера АТ90S2313-10PC

К_ИС = AN^S;

где А и S - постоянные коэффиценты модели;

N - колличество эелементов в ИМС или бит.

К_ИС = 0.336*1^0,288 = 0.336

Кt = е(В(t_окр - 25));

где В - константа, зависящая от функционального назначния ИМС.

t_окр - температура окружающей среды.

Кt = е(0.021(20-25)) = 0.2854

Для оптопары

Кр =(Iпр.ср / Iпр.ср 0 е [ Еа К(1/tп0 +273 – 1/tп +273)]

Кр =(0.5/20) е [0.6/8.625*10^-5(1/70+273-1/20+273)]=0,235

Где Iпр.ср , Iпр.ср 0 средний прямой ток излучателя

Еа - энергия активации процессов деградации

К – постоянная

m – показатель степени

Диодный мост

Кр = Ае[N_T/273+ t_окр+ΔtK_н+(273+ t_окр+ΔtK_н)/Т_м)^L]

44,1025 е [-2138/273+20+150*0,7+(273+20+150*0,7/448)]=4,870

где А, N_T, Т_м, L, Δt - константы модели;

K_н - коэффицент электрической нагрузки.

Для транзисторов

Кр = Ае[N_T/(273+ t_окр+ΔtK_н)+((273+ t_окр+ΔtK_н)/Т_м)^L]

где А, N_T, Т_м, L, Δt - константы модели;

K_н - коэффицент электрической нагрузки.

Кр = 5.2*е*[-1162/(273+20+150*0.6)+((273+20+150*0.6)/448)^13,8] = 37.477

Для конденсаторов

Кр = A[(K_н/ N_S)^H+1]e[B((t_окр+273)/ N_T)^G]

Кр = 3.59*10^-2[(0.7/0.55)^5.9+1]*e*[4.09((20+273)/358)^5.9] = 0.3747

Кс = 0.2С^0.23 = 0.096

Для резисторов

Кр = Ае[B((t_окр+273)/N_T)^G]e{[(K_н/ N_S)((t_окр+273)/273)^J]^H}

Кр =0.26e[0.5078((20+273)/343)^9.278]e{[(0.7/0.878)((20+273)/273)¹]^0.886}= 0.1266

После того, как мы нашли все составляющие модели расчета, приступаем к расчету эксплутационной интенсивности отказов на основе математической модели для каждого элемента.

Для интегральных микросхем математическая модель выглядит следующим образом:

λэ = λб Кt КИС Ккорп Кv Кэ Кп.

Микроконтролер Attiny2313

λэ = 0.023*10^-6*0.2854*0.336*1*1*1*3 = 0.0066*10^-6

Так как микроконтролер Attiny2313 всего один, дальнейших вычислений не требуется.

Для диодный мост математическая модель выглядит следующим образом:

λэ = λб Кр Кф Кд Кu Кэ Кп

λэ =0,091*10^-6*4,870*1*1*1*1*3=1,32*10^-6

Для оптопары математическая модель выглядит следующим образом:

λэ = λб Кр Кф Кэ Кп

λэ =0,051**10^-6*0,235*1*3=0,035*10^-6

Для резисторов математическая модель выглядит следующим образом:

λэ = λб Кр КR КΔ Кэ Кп

λэ = 0.044*10^-6*0.1266*0.7*2*1*3 = 0.0234*10^-6

Так как λэ вычисленна для одного элемента, вычисляем λэ для всего кол-ва резисторов по следующей формуле, где n - число элементов данной группы:

λ_∑ = λэ*n

λ_∑ = 0.0234*10^-6*24 = 0.5616*10^-6

Для конденсаторов математическая модель выглядит следующим образом:

λэ = λб Кр Кс Кэ Кп

λэ = 0.173*10^-6*0.3747*0.096*1*3 = 0.18*10^-6

Так как λэ вычисленна для одного элемента, вычисляем λэ для всего кол-ва конденсаторов по следующей формуле, где n - число элементов данной группы:

λ_∑ = λэ*n

λ_∑ = 0.18*10^-6*6 = 1.08*10^-6

Для транзисторов математическая модель выглядит следующим образом:

λэ = λб Кр Кф Кд КU Кэ Кп

λэ = 0.065*10^-6*39.941*0.6*1*3 = 0.46*10^-6

Эксплутационную интенсивность отказов для счетчика импульсов СИ-30 расчитываем по следующей формуле:

λэ общ. = λ_∑1+ λ_∑2+ λ_∑3+ λ_∑4+ λ_∑5+ λ_∑6

λэ общ. = 0,18+0,46+0,36+0,0066+5,28+0,07= 6,3566*10^-6

Вероятность безотказной работы рассчитываем исключительно для прибора по формуле:

Р(t) = e^{(-λэ общ.* t)}

где t - заданное время работы прибора.

Р(t) = e^{(-6,3566*10^-6*10)} = 0,999

Р(t) = e^{(-6,3566*10^-6*100)} = 0,999

Р(t) = e^{(-6,3566*10^-6*1000)} = 0,993

Р(t) = e^{(-6,3566*10^-6*5000)} = 0,968

Р(t) = e^{(-6,3566*10^-6*10000)} = 0,938

Р(t) = e^{(-6,3566*10^-6*20000)} = 0,880

Р(t) = e^{(-6,3566*10^-6*50000)} = 0,727

Р(t) = e^{(-6,3566*10^-6*100000)} = 0,529

Р(t) = e^{(-6,3566*10^-6*500000)} = 0,0411

Строим график вероятности безотказной работы счетчика импульсов СИ 30.

• 

Рисунок 1 - График вероятности безотказной работы счетчика импульсов