Контрольная работа

«Расчет показателей надежности, состава ЗИП, погрешности электронных средств»

Павловский М.И.

1. Расчет показателей надежности

Для расчета показателей надежности выбрана схема зарядного устройства на силовом инверторе из журнала «Радиолюбитель» №08 за 2009 год.

Таблица 1 - Определение величины интенсивности отказов

Наименование элемента	Обозначение по схеме	Количество nj	Номинальная интенсивность отказов лj0, 10-6 ч-1	Режим работы		Поправочный коэффициент бj	Значение nj*лj0*бj
				t	kн
Аккумулятор	GB1	1	0,01	45	1	2,4	0,024
Амперметр	PA1	1	0,01	45	0,5	0,2	0,002
Аналоговый таймер	DA1	1	0,075	45	1	2,4	0,18
Выключатель	SA1	1	0,07	45	0,8	1,8	0,126
Выпрямитель	VD6	1	0,2	45	0,9	0,91	0,182
Диоды	VD1-VD5	5	0,2	45	0,7	0,76	0,76
Дроссель	T2	1	0,02	45	0,9	2,4	0,048
Конденсаторы	C1, C7	2	0,035	45	0,5	0,64	0,044
Конденсаторы	C2, C3	2	0,035	45	0,4	0,9	0,063
Конденсаторы

	C4, C5	2	0,035	45	0,6	0,9	0,063
Конденсаторы	C6, C8-C13	7	0,035	45	0,7	1,24	0,303
Оптопара	DA2	1	0,075	45	1	2,4	0,18
Предохранители	FU1, FU2	2	0,5	45	0,6	0,76	0,76
Резисторы	R15	1	0,071	45	0,4	0,51	0,036
Резисторы	R3, R5, R6	3	0,071	45	0,2	0,33	0,07
Резисторы	R2, R8, R12, R13	4	0,071	45	0,5	0,6	0,17
Резисторы	R1, R4, R7, R9-R11, R14, R16	8	0,071	45	0,3	0,42	0,238
Светодиод	HL1	1	0,2	45	0,7	0,76	0,152
Стабилизатор напряжения	DA3	1	1	45	1	2,4	2,4
Терморезисторы	RK1, RK2	2	0,2	45	0,4	0,51	0,204
Транзисторы	VT1, VT2	2	0,5	45	0,8	1,22	1,22
Трансформатор	T1	1	1,09	45	0,9	2,4	2,616

Выберем поправочные коэффициенты в зависимости от условий эксплуатации устройства (рис. 1).

k1=1, k2=2.5, k3=1;

Рис. 1

Интенсивность отказов изделия:

λ=2.461*10^-5 ч^-1;

Определяем среднее время безотказной работы T_m:

T_m = 40633.64 ч.

Построим график вероятности безотказной работы P(t) = exp(-λt) рис. 2.

Рис. 2

P(T_m) = 0.37;

2. Расчет комплекса одиночного ЗИП

Таблица 2 - Определение состава комплекта ЗИП

Наименование элемента	Обозначение по схеме	Кол-во nj	Номинальная интенсивность отказов лj0, 10-6 ч-1	Среднее число отказов mi	Необходимое число ЗИП	Фактическая вероятность необеспечения ЗИП гi
Аккумулятор	GB1	1	0,01	0,0004	0	0,0006
Амперметр	PA1	1	0,01	0,0004	0	0,0006
Аналоговый таймер	DA1	1	0,075	0,0030	1	0,0006
Выключатель	SA1	1	0,07	0,0028	1	0,0006
Выпрямитель	VD6	1	0,2	0,0081	1	0,0006
Диоды	VD1-VD5	5	0,2	0,0406	1	0,0006
Дроссель	T2	1	0,02	0,0008	1	0,0006
Конденсатор	C1	1	0,035	0,0014	1	0,0006
Конденсатор	C10	1	0,035	0,0014	1	0,0006
Конденсатор	C11	1	0,035	0,0014	1	0,0006
Конденсатор	C12	1	0,035	0,0014	1	0,0006
Конденсатор	C13	1	0,035	0,0014

1

0,0006

Конденсатор

C2

1

0,035

0,0014

1

0,0006

Конденсатор

C3

1

0,035

0,0014

1

0,0006

Конденсатор

C6

1

0,035

0,0014

1

0,0006

Конденсатор

C7

1

0,035

0,0014

1

0,0006

Конденсаторы

C4, C5

2

0,035

0,0028

1

0,0006

Конденсаторы

C8, C9

2

0,035

0,0028

1

0,0006

Оптопара

DA2

1

0,075

0,0030

1

0,0006

Предохранитель

FU1

1

0,5

0,0203

1

0,0006

Предохранитель

FU2

1

0,5

0,0203

1

0,0006

Резистор

R1

1

0,071

0,0029

1

0,0006

Резистор

R11

1

0,071

0,0029

1

0,0006

Резистор

R15

1

0,071

0,0029

1

0,0006

Резистор

R16

1

0,071

0,0029

1

0,0006

Резистор

R3

1

0,071

0,0029

1

0,0006

Резисторы

R12, R13

2

0,071

0,0058

1

0,0006

Резисторы

R2, R8

2

0,071

0,0058

1

0,0006

Резисторы

R5, R6

2

0,071

0,0058

	1	0,0006
Резисторы	R7, R14	2	0,071	0,0058	1	0,0006
Резисторы	R4, R9, R10	3	0,071	0,0087	1	0,0006
Светодиод	HL1	1	0,2	0,0081	1	0,0006
Стабилизатор напряжения	DA3	1	1	0,0406	1	0,0006
Терморезистор	RK1	1	0,2	0,0081	1	0,0006
Терморезистор	RK2	1	0,2	0,0081	1	0,0006
Транзисторы	VT1, VT2	2	0,5	0,0406	1	0,0006
Трансформатор	T1	1	1,09	0,0443	1	0,0006

Рассчитываем усредненную вероятность необеспечения ЗИП на одну группу сменных элементов:

α=0.96;

γ ≈ 0.0011;

Исходя из полученных данных, рассчитаем значение фактической вероятности обеспечения ЗИП:

α_ф = 0.9778 > α

3. Расчет погрешности

Схема функционального узла (рис. 3):

Рис. 3

Параметры элементов:

R1, кОм	R2, кОм	R3, кОм	TKR1, оС-1	TKR2, оС-1	TKR3, оС-1	KCR1, час-1	KCR2, час-1	KCR3, час-1
15±20%	12±10%	10±10%	(5±2)10-3	(4±1)10-3	(3±1)10-3	(6±2)10-5	(4±1)10-5	(5±1)10-5

Исходя из предложенной схемы, получим уравнение зависимости модуля коэффициента передачи от схемных параметров:

Рассчитываем коэффициенты влияния всех параметров по формуле:

Значения коэффициентов влияния:

Параметр	R1	R2	R3
Коэф. влияния	2/15	2/3	1/5

Рассчитываем среднее значение производственной погрешности E_i и величину половины допуска δ_i:

E₁=0%, E₂=0%, E₃=0%;

δ₁=20%, δ₂=10%, δ₃=10%;

Рассчитаем значение середины поля рассеивания производственной погрешности:

E_y^пр =2/15*0+2/3*0+1/5*0 = 0;

Значение половины поля рассеивания l_y^пр производственной погрешности:

l_y^пр = ((2/15)²*20²+(2/3)²*10²+(1/5)²*10²)^1/2≈7.45%;

Параметр	Eyпр	lyпр
Значение	0	7,45%

Рассчитаем характеристики температурной погрешности:

E(TKR₁)=0%, E(TKR₂)=0%, E(TKR₃)=0%;

δ(TKR₁)=40%, δ(TKR₂)=25%, δ(TKR₃)=33%;

Среднее значение E(TKY) температурного коэффициента (ТК) выходного параметра и величина половины поля рассеивания l(TKY):

E(TKY) = 2/15*0+2/3*0+1/5*0 = 0%;

l(TKY) = ((2/15)²*40²+(2/3)²*25²+(1/5)²*33²)^1/2≈18.7%;

Среднее значение E_y^t и величина половины поля рассеивания l_y^t температурной погрешности выходного параметра:

E_y^t = Δt* E(TKY);

t1=-15^oC, E_y^t1 = (-15-20)*0=0;

t2=35^oC, E_y^t2 = (35-20)*0=0;

l_y^t = |Δt|* l(TKY) ;

t1=-15^oC, l_y^t1 = | (-15-20) |*18.7=35*0.187=6.545 ^oC;

t2=35^oC, l_y^t2 = | (35-20) |*18.7=15*0.187=2.805 ^oC;

Температура/Погрешности	Eyt, oC	lyt, oC
t1=-15 oC	0	6.545
t2=35 oC	0	2.805

Рассчитаем характеристики погрешности старения:

E(KСR₁)=0%, E(KСR₂)=0%, E(KСR₃)=0%;

δ(KСR₁)=33%, δ(KСR₂)=25%, δ(KСR₃)=20%;

Среднее значение E(KCY) коэффициента старения (КС) выходного параметра и величина половины поля рассеивания l(KCY) KC выходного параметра:

E(TKY) = 2/15*0+2/3*0+1/5*0 = 0%;

l(TKY) = ((2/15)²*33²+(2/3)²*25²+(1/5)²*20²)^1/2≈17.7%;

Среднее значение E_y^τ и величина половины поля рассеивания l_y^τ погрешности старения выходного параметра:

τ=2000 часов;

E_y^τ = τ* E(KCY) = 2000*0 = 0 ч.;

l_y^τ = τ* l(KCY) = 2000*0.177 = 354 ч.;

Параметр	Eyτ ч.	lyτ ч.
Значение	0

354

Определяем верхнюю и нижнюю границу поля рассеивания эксплуатационной погрешности:

Среднее значение эксплуатационной погрешности выходного параметра для температуры t и времени τ:

E_y^{t, τ} = E_y^пр + E_y^t + E_y^τ = 0+0+0 = 0;

Величина половины поля рассеивания эксплуатационной погрешности выходного параметра для температуры t и времени τ:

l_y^t1,0 = (0.0745²+6.545²+0²)^1/2=6.54;

l_y^t2,0 = (0.0745²+2.805²+0²)^1/2=2.80;

l_y^t1,Т = (0.0745²+6.545²+354²)^1/2=354.06;

l_y^t2,Т = (0.0745²+2.805²+354²)^1/2=354.01;

Итоговая верхняя и нижняя границы поля рассеивания эксплуатационной погрешности выходного параметра для температуры и времени:

l₊^t,τ = 354.06; l_-^t,τ = – 354.06;