Надежность датчика

Надежность - способность датчика выполнять требуемые функции при соблюдении определенных условий в течение заданного промежутка времени. В статистических терминах - это вероятность того, что устройство будет функционировать без поломок в течение указанного интервала времени или заданного количества циклов. Не является характеристикой дрейфа или шума и отражает время до выхода устройства из строя (отказа), либо временного, либо постоянного при соблюдении регламентированных условий эксплуатации. Несмотря на важность редко указывается производителями датчиков. Возможно из-за отсутствия общепринятых способов ее измерения.

В США для многих электронных приборов в качестве способа определения эксплуатационной надежности применяется процедура вычисления среднего времени между отказами (СВМО), описанная в стандарте MIL-HDBK-2I7. Эта процедура основана на определении СВМО всего устройства после вычисления СВМО его отдельных элементов, при этом необходимо учитывать влияние внешних факторов: температуры, давления, механических напряжений, степени экранирования и т.д. К сожалению, процедура нахождения СВМО не позволяет оценить надежность напрямую, и такую характеристику трудно применять на практике. Поэтому часто для определения надежности датчиков их подвергают квалификационным испытаниям, которые проводятся в наихудших условиях. Например, датчики заставляют непрерывно работать при максимальной рабочей температуре в течение 1000 часов (эта методика описана в стандарте MIL-STD-883). Но этот метод не учитывает ситуации резких изменений внешних условий, например, быстрого повышения температуры. Он имитирует работу датчика в модели реального окружения, но при этом стремится сжать годы в недели.

Перед такими квалификационными испытаниями стоят три задачи:

1. оценка СВМО,
2. определение самого уязвимого места конструкции (места первой поломки) для последующего усовершенствования датчика
3. нахождение эксплуатационного срока жизни всей системы.

Другим возможным способом «ускоренного старения» является использование той же самой совокупности параметров, что и в реальных режимах эксплуатации, включая максимальную нагрузку и циклы включения/выключения, но проверку системы проводить в расширенных диапазонах окружающих условий (по сравнению с регламентированными в паспортных данных). При этом допускается, чтобы рабочие характеристики датчиков выходили за пределы, указанные в их описаниях, но в нормальных условиях эксплуатации они должны возвращаться к требуемым значениям. Например, если в документации говорится, что датчик должен работать при температуре, не превышающей 50°С, и наибольшей относительной влажности 85% при максимальном рабочем напряжении + 15 В, его следует тестировать в цикличном режиме при температуре 100°С, относительной влажности 99% и напряжении +18 В. Для оценки количества циклов (л) может применяться следующая эмпирическая формула, предложенная в Sandstrand Aerospace, (Rockford, IL) и Interpoint Corp. (Redmond, WA) [1]:

где N — приблизительное количество циклов за весь эксплуатационный период,
?Ттах — максимально возможная флуктуация температуры,
?Ttest - максимальная флуктуация температуры, зафиксированная во время тестирования.

Например, пусть нормальная рабочая температура датчика равна 25°С, максимальная рабочая температура, указанная в описании, составляет 50°С, тестирование проводилось при температуре 100°С. Также было оценено, что датчик за период своей эксплуатации (допустим, 10 лет) подвергается 20000 рабочим циклам, тогда количество тестовых циклов, определенное по формуле составит:

Это значит, что для тестирования, моделирующего весь срок эксплуатации, проведенного при вышеуказанных условиях, потребуется 1300 циклов вместо 20000. Следует отметить, что коэффициент 2.5 получен для мест соединения припоем, поскольку именно эти элементы наиболее подвержены выходу из строя. Но некоторые датчики не имеют паянных соединений, а элементы других устройств обладают более высоким коэффициентом, чем 2.5 (например, соединения при помощи электропроводных эпоксидных смол), поэтому на практике этот коэффициент может либо слегка снижаться, либо слегка увеличиваться.

В результате тестирования на «ускоренное старение», надежность выражается через вероятность отказов. Например, если при проведении тестирования 100 датчиков два из них вышли из строя (при оцененном сроке службы 10 лет), можно утверждать, что надежность данного типа устройств составляет 98% в течение первых 10 лет их эксплуатации.
Датчик, в зависимости от области применения, может подвергаться воздействию и других факторов окружающей среды, которые потенциально могут менять его рабочие характеристики или помогать обнаруживать скрытые дефекты.

Поэтому иногда применяются следующие виды дополнительных испытаний:

Поиск по сайту: