Методика расчета гамма-процентной наработки и интенсивности отказов резистивных датчиков положения управляющих систем

Цель. Традиционно показатели надежности резистивных датчиков положения на основе проволочных потенциометров, применяемые в различных управляющих системах, подтверждаются путем проведения соответствующих испытаний на надежность или на основе испытаний изделий-аналогов. При отсутствии результатов испытаний изделий-аналогов или из-за существенных изменений в конструкции изделия и используемых материалов необходима методика проведения испытаний на кратковременную безотказность и прогнозирования значений их показателей надежности. Расчет показателей надежности должен основываться на использовании статистической информации об изменении свойства и параметров изделий в процессе испытаний на надежность совместно с применением результатов изучения физических закономерностей, описания кинетики процессов, вызывающих эти изменения.

Методы. Анализ физических процессов, вызывающих катастрофические измерения в резистивных датчиках положения показал, что под влиянием электрической нагрузки образуются тепловые и электрические поля, вызывающие электрокинетические, термоэлектрические, термодиффузионные эффекты. Причем во всех случаях скорость протекания физических и химических процессов является функцией температуры материала и имеет температурную зависимость, определяемую законом Аррениуса. Проведенные исследования позволили установить, что изменение полного сопротивления датчиков положения в значительной степени определяется процессами, происходящими в резистивном элементе. Зависимость изменения сопротивления от времени может быть описана логарифмическим, экспоненциальным или полиномиальным законом.

Результаты. Применение математических моделей, описывающих физико-химических процессы, происходящие в резистивных датчиках положения в процессе их эксплуатации, позволило разработать научно обоснованную расчетно-экспериментальную методику испытаний на кратковременную безотказность. Методика включает описание температурных и электрических режимов, условий проведения испытаний на износоустойчивость, а также времени их проведения. Показано, что результаты таких испытаний используются для дальнейшей статистической обработки с целью прогнозирования значений критериев надежности, причем оценка гамма-процентной наработки до отказа и интенсивности отказов проводится путем прогнозирования деградации значений параметров критериев годности. Зависимость значений параметров-критериев годности, полученных в ходе испытаний, аппроксимируется прямой, экспонентой или полиномиальным уравнением. Вид аппроксимирующей линии для прогнозирования значения гамма-процентной наработки до отказа, а также интенсивности отказов определяются аналитическим способом на основе рассмотрения принятой модели, описывающей физико-химические процессы, протекающие в потенциометрах при их эксплуатации. Определение значения параметров-критериев годности для значения гамма-процентной наработки до отказа, требуемого в техническом задании, технических условиях, производится путем экстраполяции аппроксимирующей линии, как продолжения выбранной аппроксимирующей кривой (прямой).

Выводы. Приведенные в статье результаты испытаний на кратковременную и длительную безотказность соответствуют расчетным значениям показателей надежности, что подтверждает возможность применения разработанной методики расчета. Применение предложенной методики позволяет сократить объем и продолжительность дорогостоящих испытаний на надежность.

1. Ишков А.С. Методика оценки гамма-процентной наработки радиоэлектронных компонентов информационно- измерительных систем по результатам кратковременных испытаний / Ишков А.С., Зуев В.Д. // Надежность. – 2015. – № 2, с. 82 – 85.

2. Перроте А.И. Основы ускоренных испытаний радиоэлементов на надежность. – М. – Советское радио, 1969, 229 с.

3. Демидович Б.П. Краткий курс высшей математики: Учеб. пособие для вузов / Б. П. Демидович, В. А. Кудрявцев. – М.: ООО «Издательство Астрель», ООО «Издательство АСТ», 2001. – 656 с.

4. Хауффе К. Реакция в твердых телах и на их поверхности. – М. – Иностранная литература, 1962, 415 с.