傳感信號(hào)器可靠性試論證

唐文斌

摘? 要：可靠性對(duì)于傳感信號(hào)器的正常使用具有決定性作用。可靠性的高低直接決定裝備的使用效果，所以對(duì)傳感信號(hào)器的可靠性進(jìn)行分析論證具有十分重要的意義。文章主要是通過對(duì)某型油箱傳感器進(jìn)行可靠性分析，試論證其可靠性性能。

關(guān)鍵詞：傳感信號(hào)器;可靠性;論證

中圖分類號(hào)：V241.9? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2019）36-0068-02

Abstract： Reliability plays a decisive role in the normal use of sensor signals. The reliability directly determines the use effect of the equipment， so it is of great significance to analyze and demonstrate the reliability of the sensor signal. This paper mainly demonstrates the reliability performance of a certain type of fuel tank sensor through the reliability analysis of a certain type of fuel tank sensor.

Keywords： sensor signal; reliability; demonstration

可靠性是指產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力，可靠性性能的高低直接決定了裝備性能的發(fā)揮與使用。通過對(duì)裝備的可靠性進(jìn)行分析，能有效地提高裝備的可靠性、維修性性能，從而大大的提高裝備的完好性和出勤率。

傳統(tǒng)的可靠性論證需要做大量的試驗(yàn)，成本高風(fēng)險(xiǎn)大，本文試通過以對(duì)某油量傳感信號(hào)器進(jìn)行可靠性預(yù)計(jì)、可靠性類比的方式，試論證傳感信號(hào)器的可靠性，以期打開可靠性論證的新思路。

1 油量傳感信號(hào)器原理簡(jiǎn)介

油量傳感信號(hào)器由電容式油量傳感器和告警信號(hào)器兩部分組成。

第一部分為電容式油量傳感器。燃油測(cè)量系統(tǒng)油量的測(cè)量是利用裝在油箱中的油量傳感信號(hào)器變介電常數(shù)電容式傳感器電容的變化來感受飛機(jī)油箱燃油液面的高度變化，再根據(jù)油箱的高度容積曲線計(jì)算出燃油油量。油量傳感器部分為線性傳感器，其外形圖如圖1。

油量傳感器原理如圖2所示，其原理是基于圓柱型電容器的電容值與油面高度之間的函數(shù)關(guān)系，當(dāng)圓柱型傳感器高度（H）遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于傳感器的最大半徑時(shí)，傳感器真空中的電容可以近似表達(dá)為：

式中：？著0-真空的介電常數(shù);H-傳感器長(zhǎng)度;r1，r2-傳感器的內(nèi)外管半徑。

當(dāng)油量傳感器放入油箱中時(shí)，傳感器上部介質(zhì)為空氣，下部介質(zhì)為燃油，傳感器的電容可以看作兩個(gè)并聯(lián)電容器的電容量之和：

C傳=C油+C氣

由上式可以看出，傳感器的總?cè)萘繛閭鞲衅鞯目諝庵械碾娙菁由蟼鞲衅鞯慕碗娙荩碗娙菖c傳感器的浸油高度成正比函數(shù)關(guān)系。

第二部分為告警信號(hào)器部分。信號(hào)器部分的核心部件為磁控繼電器（又稱干簧管），干簧管由簧片和玻璃管組

成，干簧管是由兩根既導(dǎo)電又導(dǎo)磁的合金絲制成的簧片，

按一定的相對(duì)位置，封結(jié)在充有保護(hù)氣體的玻璃管中而構(gòu)成的自動(dòng)控制用元件。告警信號(hào)器部分其結(jié)構(gòu)圖見圖3。

其工作時(shí)，干簧管外部浮子產(chǎn)生外磁場(chǎng)，簧片在外磁場(chǎng)的作用下被磁化。當(dāng)外磁場(chǎng)足夠大時(shí)，產(chǎn)生的磁力會(huì)使簧片能夠克服自身復(fù)原力矩而吸合，該指標(biāo)就是干簧管的吸和安匝數(shù);當(dāng)外磁場(chǎng)足夠小時(shí)，簧片又會(huì)在自身復(fù)原力矩的作用下分開。這樣干簧管在實(shí)際應(yīng)用的電路中便起到了磁控開關(guān)的作用。由于它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、靈敏度高、吸合功率小等突出優(yōu)點(diǎn)，因此成為控制中的重要元件，尤其在航空航天等領(lǐng)域被廣泛采用。

2 可靠性論證

2.1 可靠性設(shè)計(jì)

油量傳感信號(hào)器從以下幾個(gè)方面進(jìn)行可靠性設(shè)計(jì)，以滿足可靠性指標(biāo)MTBF的要求：

2.1.1 簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)

油量傳感信號(hào)器設(shè)計(jì)采用經(jīng)過多種機(jī)型驗(yàn)證的通用成熟技術(shù)，提高傳感信號(hào)器三化程度，滿足簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)要求。

2.1.2 環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)

油量傳感信號(hào)器全部采用耐油材料，對(duì)產(chǎn)品暴露在環(huán)境中易產(chǎn)生腐蝕的部位的表面采用專門的表面防護(hù)措施，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)綜合考慮溫度、濕度、振動(dòng)、沖擊等環(huán)境因素。

2.1.3 元器件選用

按照型號(hào)電子元器件的選用要求和GJB3404-98《電子元器件選用管理要求》的要求，開展元器件選擇、采購、驗(yàn)收、篩選等工作，并考慮降額設(shè)計(jì)使用。

2.2 可靠性預(yù)計(jì)

可靠性預(yù)計(jì)是定量的估算建議的或?qū)嶋H的產(chǎn)品是否滿足規(guī)定的可靠性要求的過程，可靠性預(yù)計(jì)方法大致可以分為5類，相似設(shè)備法、相似復(fù)雜設(shè)備法、功能預(yù)計(jì)法、元器件計(jì)數(shù)法、應(yīng)力分析法。鑒于油量傳感信號(hào)器的特點(diǎn)，由于電容式油量傳感器可以近似的認(rèn)為電容，所以采用元器件計(jì)數(shù)法。為便于計(jì)算，認(rèn)為產(chǎn)品單元的壽命服從指數(shù)分布，則傳感器數(shù)學(xué)模型為：

其中：λi-單元的失效率;λs-產(chǎn)品的失效率;MTBF-產(chǎn)品的平均無故障間隔時(shí)間;n-產(chǎn)品所包含的單元數(shù)。

油量傳感信號(hào)器所使用器件有二極管、連接器、電容器、焊點(diǎn)、干簧管。

根據(jù)相關(guān)規(guī)定，傳感器信號(hào)器中各元器件的工作失效率模型、失效率數(shù)據(jù)及計(jì)算結(jié)果如下：

二極管 λP=2×λbπEπQ=4.992（10-6/h）

連接器 λP=2×λbπEπQπPπKπC=0.7327（10-6/h）

電容器 λP=2×λbπEπQπCVπch=1.8238（10-6/h）

焊點(diǎn)? ?λP=12×λbπEπQ=0.087（10-6/h）

干簧管 λP=2×λbπEπQπC1πCYCπrπAπC=25.0245（10-6/h）

傳感器的失效率λS=32.6596（10-6/h），則其平均無故障工作時(shí)間為：

以上通過元器件計(jì)數(shù)法預(yù)計(jì)法分析，油量傳感信號(hào)器的平均無故障工作時(shí)間為30681h。

2.3 可靠性類比

油量傳感信號(hào)器為電容式油量傳感器，該油量傳感信號(hào)器與已通過鑒定并且應(yīng)用多年的傳感信號(hào)器甲的結(jié)構(gòu)相同，具體比較具有以下特點(diǎn)：

（1）原理：都是電容式傳感器浮子信號(hào)器，原理相同。

（2）材料、元器件采用：二極管、干簧管、連接器、主要材料都是同樣的產(chǎn)品或同類型產(chǎn)品。

（3）裝配工藝：裝配工藝規(guī)范基本相同。

（4）使用環(huán)境：兩者都是用于同一種類飛機(jī)系統(tǒng)，使用環(huán)境基本沒有差別。

油量傳感信號(hào)器和油量傳感信號(hào)器甲的原理、結(jié)構(gòu)、器件、選材、裝配工藝相同或相近，試論證的油量傳感信號(hào)器配套的飛機(jī)使用環(huán)境特別是振動(dòng)頻率比油量傳感信號(hào)器甲配套的要高很多。油量傳感信號(hào)器甲已經(jīng)通過鑒定試驗(yàn)，試驗(yàn)壽命大于2000h，并通過可靠性鑒定試驗(yàn)，試驗(yàn)時(shí)間720h。因此通過類比油量傳感信號(hào)器可靠工作時(shí)間不會(huì)少于油量傳感信號(hào)器甲的工作時(shí)間720h。

3 結(jié)論

通過可靠性預(yù)計(jì)，油量傳感信號(hào)器的平均無故障工作時(shí)間為30681h;通過類比油量傳感信號(hào)器甲，其可靠工作時(shí)間將不低于720h。因此該傳感信號(hào)器通過了可靠性論證，同時(shí)也說明該種可靠性論證方式經(jīng)濟(jì)可行。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉建民，莊達(dá)民，李德剛.飛機(jī)油量測(cè)量傳感器的尋優(yōu)布置[J].飛機(jī)設(shè)計(jì)，2001（03）：42-45.

[2]周偉，王卉，王澍.飛機(jī)燃油油量傳感器優(yōu)化布局研究[J].科技信息，2012（4）：406-407.

[3]宋瓊.基于GO-Bayesian方法的城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)可靠性方法分析[D].北京交通大學(xué)，2018.