儀器儀表的可靠性分析策略研究

吳 迪

（上海優(yōu)科環(huán)境工程技術(shù)有限公司，中國(guó) 上海200949）

儀器儀表的可靠性關(guān)系到其在工業(yè)生產(chǎn)中的控制能力，提高儀器儀表的可靠性，才能提升其在生產(chǎn)中的控制水平。儀器儀表設(shè)計(jì)中，不僅要落實(shí)可靠性的設(shè)計(jì)，還要制定防干擾的策略，確保儀器儀表的設(shè)計(jì)效益。儀器儀表是工業(yè)生產(chǎn)控制的主要部件，提出可靠性的設(shè)計(jì)策略，規(guī)避儀器儀表應(yīng)用中的干擾風(fēng)險(xiǎn)，推進(jìn)儀器儀表的應(yīng)用與發(fā)展。

1 儀器儀表可靠性設(shè)計(jì)的重要性

儀器儀表技術(shù)代表現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的控制水平，工業(yè)企業(yè)在生產(chǎn)系統(tǒng)的控制方面采用儀器儀表，必須達(dá)到規(guī)范的可靠性，體現(xiàn)儀器儀表可靠性設(shè)計(jì)的重要性。

儀器儀表基本是由元件、線路組成的，其達(dá)到可靠性后能夠提升生產(chǎn)系統(tǒng)的控制效率，保障工業(yè)生產(chǎn)達(dá)到規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)?？煽啃允枪I(yè)企業(yè)選擇儀器儀表的主要標(biāo)準(zhǔn)，不同類型的儀器儀表均具有可靠性的特性，可靠性能越高，儀器儀表的功能越強(qiáng)。目前，工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的效率較高，對(duì)儀器儀表的可靠性提出新的要求，促使儀器儀表可靠性設(shè)計(jì)朝向個(gè)性化的方向發(fā)展，用于滿足工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的多項(xiàng)功能，所以可靠性成為儀器儀表設(shè)計(jì)的重要指標(biāo)，直接決定了儀器儀表在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用效率，儀器儀表更新的速度非?？?，主要是依靠可靠性穩(wěn)定應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)內(nèi)，提供優(yōu)質(zhì)的控制途徑[1]。儀器儀表設(shè)計(jì)已經(jīng)將可靠性作為一項(xiàng)評(píng)價(jià)特性，重點(diǎn)提升儀器儀表的可靠性，體現(xiàn)設(shè)計(jì)策略的重要價(jià)值，進(jìn)而提升儀器儀表在工業(yè)生產(chǎn)中的使用水平。

2 儀器儀表可靠性設(shè)計(jì)的策略

儀器儀表可靠性設(shè)計(jì)的過(guò)程中，以LJ6010標(biāo)準(zhǔn)源為例，分析可靠性設(shè)計(jì)的策略，如下：

2.1 可靠性依據(jù)

儀表儀器是工業(yè)生產(chǎn)中的重要部件，決定了工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的控制水平。儀器儀表在可靠性分析上，需要以兩項(xiàng)內(nèi)容為主，第一是保障儀器儀表內(nèi)部組成元件的性能，促使其達(dá)到可靠性的標(biāo)準(zhǔn)。第二優(yōu)化儀器儀表的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在保障儀器儀表準(zhǔn)確應(yīng)用的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)可靠性。儀器儀表在朝向可靠性方向發(fā)展的過(guò)程中，逐漸簡(jiǎn)化了內(nèi)部的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，但是儀器儀表的控制性能仍舊保持規(guī)范狀態(tài)。

儀器儀表可靠性的依據(jù)，是根據(jù)其在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用提出的，用于控制儀器儀表可靠性設(shè)計(jì)的整個(gè)過(guò)程，尤其是儀器儀表內(nèi)部元件、部件的安裝設(shè)計(jì)，有利于排除不穩(wěn)定因素的影響，保障儀器儀表在工業(yè)生產(chǎn)中的可靠性。分析儀器儀表可靠性的依據(jù)，如：（1）儀器儀表需要以工業(yè)生產(chǎn)的需求為主，設(shè)計(jì)可靠性的功能，達(dá)到工業(yè)生產(chǎn)的根本標(biāo)準(zhǔn)；（2）獲取不利數(shù)值，根據(jù)儀器儀表的可靠性設(shè)計(jì)，計(jì)算出偏離可靠性的數(shù)據(jù)，以此來(lái)做為一項(xiàng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，優(yōu)化儀器儀表的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)；（3）注重儀器儀表的系統(tǒng)配合，按照儀器儀表在工業(yè)生產(chǎn)中的具體功能，完善儀器儀器之間的配合關(guān)系。

2.2 設(shè)計(jì)策略

儀器儀表的設(shè)計(jì)，需要在相關(guān)模型的基礎(chǔ)上完成可靠性設(shè)計(jì)，按照LJ6010的模塊要求，分析儀器儀表的設(shè)計(jì)策略。

首先，儀器儀表可靠性設(shè)計(jì)中，各項(xiàng)組成元件均具有自身的特點(diǎn)和標(biāo)準(zhǔn)，需要利用數(shù)學(xué)計(jì)算的方法，規(guī)范儀器儀表可靠性設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)。儀器儀表內(nèi)各項(xiàng)元件需遵循以失效率為主的預(yù)計(jì)方式，其計(jì)算公式為：

式中，λGs=元件模塊的失效率，單位10-6/h、λGi=儀器儀表內(nèi)第i個(gè)元件在整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)的通用失效率，單位10-6/h、πQi=儀器儀表內(nèi)第i個(gè)元件在整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)的通用系數(shù)、Ni=i類元件的組成數(shù)量、n=儀器儀表內(nèi)元件的數(shù)量。由公式確定出儀器儀表所需元件的性質(zhì)，同時(shí)根據(jù)公式計(jì)算數(shù)據(jù)，比對(duì)GJB/Z299B-217F，得出單項(xiàng)元件的可靠性，即可大致設(shè)計(jì)出儀器儀表的可靠性。

第二，采取應(yīng)力法對(duì)儀器儀表的可靠性進(jìn)行預(yù)計(jì)分析，不僅能規(guī)范儀器儀表在系統(tǒng)內(nèi)的應(yīng)用過(guò)程，還能保障各項(xiàng)元件的準(zhǔn)確度。應(yīng)力法在可靠性設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，還要結(jié)合儀器儀表的應(yīng)用環(huán)境，注重考慮儀器儀表所處系統(tǒng)的實(shí)際狀態(tài)，預(yù)計(jì)公式為：

λp=λb(πE×πR×πA×πS2×πC)

式中，λp=應(yīng)力法失效率、λb=故障率、πE=環(huán)境系數(shù)、πR=電流因子；πA=應(yīng)力因子、πS2=電壓因子、πC=配置因子。此類數(shù)據(jù)有助于降低儀器儀表使用中的故障次數(shù)，維持穩(wěn)定的特性。

第三，根據(jù)儀器儀表可靠性設(shè)計(jì)中的計(jì)算公式，調(diào)整可靠性設(shè)計(jì)的系統(tǒng)模塊，與此同時(shí)比對(duì)可靠性設(shè)計(jì)的指標(biāo)，評(píng)價(jià)儀器儀表設(shè)計(jì)是否符合指標(biāo)要求[2]。儀器儀表可靠性設(shè)計(jì)并沒(méi)有達(dá)到成熟的狀態(tài)，所以在最終設(shè)計(jì)模塊內(nèi)，檢查儀器儀表可靠性在工業(yè)生產(chǎn)中的設(shè)計(jì)效益，綜合考慮儀器儀表的不同需求，改進(jìn)未達(dá)標(biāo)的設(shè)計(jì)模塊，促使儀器儀表達(dá)到最穩(wěn)定的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

3 儀器儀表的防干擾設(shè)計(jì)

儀器儀表的可靠性分析策略中，最容易出現(xiàn)干擾問(wèn)題，結(jié)合儀器儀表的運(yùn)行方式，分析防干擾設(shè)計(jì)，如下：

3.1 扭絞信號(hào)線設(shè)計(jì)

儀器儀表信號(hào)線占據(jù)的空間較大，按照信號(hào)線的走向采取扭絞設(shè)計(jì)，盡量縮小信號(hào)線的面積，促使信號(hào)線與干擾源保持等距的狀態(tài)，由此平均相鄰導(dǎo)線的電容，防止信號(hào)線扭絞時(shí)產(chǎn)生串模干擾，同時(shí)控制儀器儀表運(yùn)行時(shí)的電磁干擾，確保儀器儀表在工業(yè)系統(tǒng)內(nèi)能夠保持可靠性。

3.2 屏蔽干擾設(shè)計(jì)

儀器儀表的可靠性運(yùn)行中，不僅存在電磁干擾，也存在靜電干擾。為防止靜電干擾的危害，儀器儀表設(shè)計(jì)中需采取屏蔽措施，以金屬網(wǎng)屏蔽為主，分析屏蔽干擾的具體設(shè)計(jì)。金屬網(wǎng)包裹在信號(hào)線的外部，而金屬網(wǎng)的外部利用絕緣層隔斷，切斷儀器儀表靜電干擾的途徑，還能抑制電磁干擾。儀器儀表的屏蔽干擾設(shè)計(jì)中，應(yīng)該注重接地措施的應(yīng)用，確保屏蔽干擾設(shè)計(jì)達(dá)到最穩(wěn)定的狀態(tài)。

3.3 濾波防干擾設(shè)計(jì)

濾波設(shè)計(jì)在儀器儀表可靠性分析中，有助于提高儀器儀表防干擾的能力。儀器儀表在工業(yè)運(yùn)行的過(guò)程內(nèi)，容易出現(xiàn)緩慢變化的信號(hào)流，防止信號(hào)流的干擾，需要在儀器儀表的系統(tǒng)中加裝濾波裝置[3]。濾波裝置安裝在輸入系統(tǒng)部分，防護(hù)儀器儀表的干擾。

儀器儀表可靠性分析中，防干擾是一項(xiàng)不可缺少的設(shè)計(jì)內(nèi)容，其在儀器儀表內(nèi)具有很高的實(shí)踐性，既可以排除儀器儀表運(yùn)行中的干擾，也能消除環(huán)境中潛在的干擾，為儀器儀表的可靠性運(yùn)行提供條件。

4 結(jié)束語(yǔ)

儀器儀表的可靠性有利于提升其在工業(yè)生產(chǎn)中的運(yùn)行能力，做好可靠性及防干擾設(shè)計(jì)，體現(xiàn)儀器儀表在可靠性方面的優(yōu)勢(shì)，促使其更加適應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)的需求。可靠性逐漸成為儀器儀表的評(píng)價(jià)指標(biāo)，儀器儀表需要達(dá)到可靠性的標(biāo)準(zhǔn)，才可在工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮重要的價(jià)值，全面控制工業(yè)生產(chǎn)的系統(tǒng)，提高工業(yè)生產(chǎn)的效益和效率，體現(xiàn)儀器儀表可靠性的優(yōu)勢(shì)。

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［2］李春霞，賀孝珍.智能化儀器儀表可靠性技術(shù)研究及應(yīng)用[J].自動(dòng)化與儀器儀表，2007，05:29-31.

［3］溫文龍.密封儀器儀表的散熱研究及溫控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].西北大學(xué)，2005.