仪器仪表的可靠性分析及抗干扰设计
发表时间：2017-08-17T14:52:51.307Z 来源：《基层建设》2017年第12期作者：王卫军[导读] 摘要：仪器仪表的可靠性有利于提升其在工业生产中的运行能力，做好可靠性及防干扰设计，体现仪器仪表在可靠性方面的优势，促使其更加适应工业生产的需求。
中国石油吐哈油田分公司销售事业部新疆鄯善 838202 摘要：仪器仪表的可靠性有利于提升其在工业生产中的运行能力，做好可靠性及防干扰设计，体现仪器仪表在可靠性方面的优势，促使其更加适应工业生产的需求。可靠性逐渐成为仪器仪表的评价指标，仪器仪表需要达到可靠性的标准，才可在工业生产中发挥重要的价值，全面控制工业生产的系统，提高工业生产的效益和效率，体现仪器仪表可靠性的优势。因此，文章就仪器仪表的可靠性进行研究分
析，从而提出仪器仪表抗干扰设计的几点策略，仅供参考。
关键词：仪器仪表；可靠性分析；抗干扰设计 1仪器仪表可靠性分析
仪器仪表主要由元件、线路组成，其达到可靠性后能够提升生产系统的控制效率，保障工业生产达到规定的标准。而可靠性又是工业选择仪器仪表的主要标准，不同类型的仪器仪表均具有可靠性的特性，可靠性能越高，仪器仪表的功能越强。仪器仪表的可靠性是评价其质量好坏的重要指标之一，可靠性用概率表示时称为可靠度，就是在规定的时间和规定使用条件下，无故障地发挥运行功能的概率。我们可以从理论和实际两方面对可靠度进行分析。
1.1理论可靠度分析
由图2可看出，其特性曲线共分为三段。在仪器仪表安装运行初期即0~t1时间内，仪器仪表可靠性较差。分析可知，此时之所以出现故障，多是设计与生产工艺不当造成的。在设计时，元件的选用、逻辑电路的设计本身存在不完善、不匹配的地方。尤其是现在的仪器仪表企业，大多数都是整机厂，其电子元器件等都要外购，而其筛选和老化处理电子元器件的时间和手段相对有限，加上仪器仪表应用单位初期操作人员技术水平及新环境因素的影响，这就造成了在实际应用中，初始阶段仪器仪表可靠性较低，而不同于理论上在初期仪器仪表可靠性最高的分析。
在仪器仪表运行中间时期即t1~t2时间内，仪器仪表可靠性相对平衡，故障少，接近理论状态。这是由于在初期故障后，经过修理、维护，仪器仪表元器件都已得到老化处理和考验，机械、光学、电子部件也未受到损耗或衰老，性能趋于稳定，操作人员技术水平也得到了提高，与仪器仪表相配的周围环境也有了改善，从而使这段时间内仪器仪表出现故障少，可靠性高。这一时期偶尔出现的故障，是由于随机因素影响而造成的。但是在此阶段为了提高测量的精度，需要对测试干扰进行重点处理，以达到测量的要求。
在仪器仪表使用后期即t2时间后，仪器仪表故障增多，可靠性大幅下降。这是由于仪器仪表的部分元件经过使用期后损耗严重，已超出了寿命期限，从而造成仪器仪表的部分或全部功能失灵，无法正常工作，需要更换仪器仪表元件或整机。 2仪器仪表抗干扰设计措施
可靠性设计的主要内容 1、研究产品的故障物理和故障模型 搜集、分析与掌握该类产品在使用过程中零件材料的老化、损伤和故障失效等（均为受许多复杂随机因素影响的随机过程）的有关数据及材料的初始性能（强度、冲击韧性等）对其平均值的偏离数据，揭示影响老化、损伤这一复杂物理化学过程最本质的因素，追寻故障的真正原因。研究以时间函数形式表达的材料老化、损伤的规律，从而较确切的估计产品在使用条件下的状态和寿命。用统计分析的方法使故障（失效）机理模型化，建立计算用的可靠度模型或故障模型，为可靠性设计奠定物理数学基础，故障模型的建立，往往以可靠性试验结果为依据。 2、确定产品的可靠性指标及其等级 选取何种可靠性指标取决于产品的类型、设计要求以及习惯和方便性等。而产品可靠性指标的等级或量值，则应依据设计要求或已有的试验，使用和修理的统计数据、设计经验、产品的重要程度、技术发展趋势及市场需求等来确定。例如，对于汽车，可选用可靠度、首次故障里程、平局故障间隔里程等作为可靠性指标，对于工程机械则常采用有效度。 3、合理分配产品的可靠性指标值
将确定的产品可靠性指标的量值合理分配给零部件，以确定每个零部件的可靠性指标值，后者与该零部件的功能、重要性、复杂程度、体积、重量、设计要求与经验、已有的可靠性数据及费用等有关，这些构成对可靠性指标值的约束条件。采用优化设计方法将产品（系统、设备）的可靠性指标值分配给各个零部件，以求得最大经济效益下的各零部件可靠性指标值最合理的匹配。 4、以规定的可靠性指标值为依据对零件进行可靠性设计 即把规定的可靠性指标值直接设计到零件中去，使它们能够保证可靠性指标值的实现。
仪器仪表的可靠性分析及抗干扰设计 发表时间：2017-08-17T14:52:51.307Z 来源：《基层建设》2017年第12期作者：王卫军[导读] 摘要：仪器仪表的可靠性有利于提升其在工业生产中的运行能力，做好可靠性及防干扰设计，体现仪器仪表在可靠性方面的优势，促使其更加适应工业生产的需求。 中国石油吐哈油田分公司销售事业部新疆鄯善 838202 摘要：仪器仪表的可靠性有利于提升其在工业生产中的运行能力，做好可靠性及防干扰设计，体现仪器仪表在可靠性方面的优势，促使其更加适应工业生产的需求。可靠性逐渐成为仪器仪表的评价指标，仪器仪表需要达到可靠性的标准，才可在工业生产中发挥重要的价值，全面控制工业生产的系统，提高工业生产的效益和效率，体现仪器仪表可靠性的优势。因此，文章就仪器仪表的可靠性进行研究分 析，从而提出仪器仪表抗干扰设计的几点策略，仅供参考。 关键词：仪器仪表；可靠性分析；抗干扰设计 1仪器仪表可靠性分析 仪器仪表主要由元件、线路组成，其达到可靠性后能够提升生产系统的控制效率，保障工业生产达到规定的标准。而可靠性又是工业选择仪器仪表的主要标准，不同类型的仪器仪表均具有可靠性的特性，可靠性能越高，仪器仪表的功能越强。仪器仪表的可靠性是评价其质量好坏的重要指标之一，可靠性用概率表示时称为可靠度，就是在规定的时间和规定使用条件下，无故障地发挥运行功能的概率。我们可以从理论和实际两方面对可靠度进行分析。 1.1理论可靠度分析 由图2可看出，其特性曲线共分为三段。在仪器仪表安装运行初期即0~t1时间内，仪器仪表可靠性较差。分析可知，此时之所以出现故障，多是设计与生产工艺不当造成的。在设计时，元件的选用、逻辑电路的设计本身存在不完善、不匹配的地方。尤其是现在的仪器仪表企业，大多数都是整机厂，其电子元器件等都要外购，而其筛选和老化处理电子元器件的时间和手段相对有限，加上仪器仪表应用单位初期操作人员技术水平及新环境因素的影响，这就造成了在实际应用中，初始阶段仪器仪表可靠性较低，而不同于理论上在初期仪器仪表可靠性最高的分析。 在仪器仪表运行中间时期即t1~t2时间内，仪器仪表可靠性相对平衡，故障少，接近理论状态。这是由于在初期故障后，经过修理、维护，仪器仪表元器件都已得到老化处理和考验，机械、光学、电子部件也未受到损耗或衰老，性能趋于稳定，操作人员技术水平也得到了提高，与仪器仪表相配的周围环境也有了改善，从而使这段时间内仪器仪表出现故障少，可靠性高。这一时期偶尔出现的故障，是由于随机因素影响而造成的。但是在此阶段为了提高测量的精度，需要对测试干扰进行重点处理，以达到测量的要求。 在仪器仪表使用后期即t2时间后，仪器仪表故障增多，可靠性大幅下降。这是由于仪器仪表的部分元件经过使用期后损耗严重，已超出了寿命期限，从而造成仪器仪表的部分或全部功能失灵，无法正常工作，需要更换仪器仪表元件或整机。 2仪器仪表抗干扰设计措施
通用的可靠性设计分析方法 1.识别任务剖面、寿命剖面和环境剖面 在明确产品的可靠性定性定量要求以前，首先要识别产品的任务剖面、寿命剖面和环境剖面。 （1）任务剖面“剖面”一词是英语profile的直译，其含义是对所发生的事件、过程、状态、功能及所处环境的描述。显然，事件、状态、功能及所处环境都与时间有关，因此，这种描述事实上是一种时序的描述。 任务剖面的定义为：产品在完成规定任务这段时间内所经历的事件和环境的时序描述。它包括任务成功或致命故障的判断准则。 对于完成一种或多种任务的产品，均应制定一种或多种任务剖面。任务剖面一般应包括：1）产品的工作状态； 2）维修方案； 3）产品工作的时间与程序； 4）产品所处环境（外加有诱发的）时间与程序。 任务剖面在产品指标论证时就应提出，它是设计人员能设计出满足使用要求的产品的最基本的信息。任务剖面必须建立在有效的数据的基础上。 图1表示了一个典型的任务剖面。 （2）寿命剖面寿命剖面的定义为：产品从制造到寿命终结或退出使用这段时间内所经历的全部事件和环境的时序描述。寿命剖面包括任务剖面。 寿命剖面说明产品在整个寿命期经历的事件，如：装卸、运输、储存、检修、维修、任务剖面等以及每个事件的持续时间、顺序、环境和工作方式。 寿命剖面同样是建立产品技术要求不可缺少的信息。 图2表示了寿命剖面所经历的事件。
（3）环境剖面环境剖面是任务剖面的一个组成部分。它是对产品的使用或生存有影响的环境特性，如温度、湿度、压力、盐雾、辐射、砂尘以及振动冲击、噪声、电磁干扰等及其强度的时序说明。 产品的工作时间与程序所对应的环境时间与程序不尽相同。环境剖面也是寿命剖面和任务剖面的一个组成部分。 2.明确可靠性定性定量要求 明确产品的可靠性要求是新产品开发过程中首先要做的一件事。产品的可靠性要求是进行可靠性设计分析的最重要的依据。 可靠性要求可以分为两大类：第一类是定性要求，即用一种非量化的形式来设计、分析以评估和保证产品的可靠性；第二类是定量要求，即规定产品的可靠性指标和相应的验证方法。 可靠性定性要求通常以要求开展的一系列定性设计分析工作项目表达。常用的可靠性定性设计工作项目见表1。
自动化仪表可靠性的相关问题分析 随着经济建设的快速发展，自动化仪表在工业生产中得到了广泛的应用，在提高生产效率，保证生产质量方面起到了重要的作用。自动化仪表在运行的过程中，其可靠性对于生产具有重要的影响。自动化仪表的选型、运行环境、日常维护等因素都会对可靠性有所影响，所以要根据运行的具体环境而具体分析。文章对于自动化仪表可靠性的相关问题进行了分析，对于提高自动化仪表运行的可靠性具有重要的意义。 标签：自动化仪表；可靠性；评价指标 引言 自动化仪表是科学技术进步的体现，在人们的日常生活以及工业生产中得到了广泛的应用。随着工业生产的进步，自动化仪表逐渐向智能化和精细化的方面发展，在可靠性方面也逐渐提升。由于受到各种因素的限制会影响到测量的可靠性，所以要对影响原因进行分析，从而不断的改善，提高测量的可靠性。根据自动化仪表运行的环境不同，要有针对性的分析影响因素，进而制定出解决的策略。 1自动化仪表产品可靠性的概念 1.1 自动化仪表可靠性概述 在工业生产中，需要对生产的产品进行性能检测，以保证产品的质量符合规定的标准要求。而自动化仪表是人们进行科学实验以及对生产过程的参数进行检测的重要工具，通过自动化仪表的测量，可以检测到产品的各项性能参数，从而确定产品质量是否符合标准。关于产品的质量问题，一是其性能是否能够满足工业生产的基本功能，二是在连续生产应用的过程中，是否能够满足持续性功能，也就是说在连续运行的过程中，能够持续稳定的运转，这就是可靠性特征。产品的技术性能与运行的可靠性是密切相关的，二者互相影响。 1.2 仪表可靠性研究的必要性 随着工业生产的快速发展，企业的生产规模逐渐扩大，对于生产水平的要求不断提升。而工业生产是一个复杂而系统的过程，一个产品的成型需要历经多道工序才可以完成，而在生产的过程中，为了保证产品的生产质量，需要自动化仪表对其生产过程进行监控。在每道生产程序中都需要布控仪表，对产品的工艺参数进行测量，从而保证生产的质量。在整个生产工艺的过程中，所布控的自动化仪表数量非常多，如果仪表出现故障的几率较高，致使仪表的可靠性降低，将会直接影响到生产过程的安全性和产品的质量。所以为了保证产品的生产质量和工业生产的稳定性，要不断的完善自动化仪表的可靠性。 2 自动化仪表可靠性分析
仪器仪表的可靠性及抗干扰设计 Reliability and Anti-jamming Design of Instruments and Meters HE Tao1 CHEN Jianmin2 ZHU Huiyu3 （1.Henan Relations Co.，Ltd.，Zhengzhou Henan *****；2. Henan Hongchang Electronics Co.，Ltd.，Xuchang Henan *****； 3. Henan Province Productivity Promotion Center ，Zhengzhou Henan *****） Abstract：The reliability and anti-interference of instruments directly affect the effect and quality of industrial production. Therefore，technicians in the process of instrument design must fully analyze its reliability and disturbance factors，ensure the operation quality of the instrument，reduce the problems in the operation process. Based on this，this paper analyzed the reliability and anti-interference design of the instrument，hoping to provide guidance and reference for the design and management of the instrument. Keywords：instrumentation；reliability；anti-interference 随着科技的进步，仪器仪表的使用频率越来越高。在仪器仪表使用过程中，仪器仪表的可靠性及抗干扰性直接影响工业生产的效率和质量。因此，为了有效提高工业生产效率和质量，必须加强对仪器仪表的可靠性和抗干扰性的设计和研究，通过对仪器仪表的可靠性和抗干扰因素进行研究，提高元件可靠性和抗干扰能力，从而为工业生产保驾护航。在现代化的工业生产中，仪器仪表技术直接关乎生产水平和能力，所以工业生产对仪器仪表的可靠性和稳定性要求比较高。选择仪器仪表的主要标准就是其可靠性，不同仪表均具有可靠性特性。 实验室所用仪器仪表会定期按照计量标准进行校准，从而对其可靠性进行检测，确保设备数据可靠。但是，对于高频率使用的仪器仪表而言，其容易损坏，且稳定性差，使用过程中由于操作方法和使用
中华人民共和国国家计量技术规范 J J F1024—2006 测量仪器可靠性分析 R e l i a b i l i t y A n a l y s i s f o rM e a s u r i n g I n s t r u m e n t s 2006-09-06发布2007-03-06实施国家质量监督检验检疫总局发布
测量仪器可靠性分析R e l i a b i l i t y A n a l y s i s f o r M e a s u r i n g ?????????????? ?????? ???????????? ? ? ? ? ? ? ?? ?? I n s t r u m e n t s J J F1024 2006代替J J F1024 1991 本规范经国家质量监督检验检疫总局于2006年9月6日批准,并自2007年3月6日起施行三 归口单位:全国法制计量管理计量技术委员会 起草单位:信息产业部电子第五研究所 江西省计量测试研究院 中国计量科学研究院 本规范由全国法制计量管理计量技术委员会负责解释
本规范起草人: 谢少锋(信息产业部电子第五研究所) 虞惠霞(江西省计量测试研究院) 陈大舟(中国计量科学研究院) 张增照(信息产业部电子第五研究所) 古文刚(信息产业部电子第五研究所) 施昌彦(全国法制计量管理计量技术委员会)
目 录 1 范围(1)…………………………………………………………………………………… 2 引用文献(1)……………………………………………………………………………… 3 术语(1)…………………………………………………………………………………… 4 可靠性分析程序和方法(2)………………………………………………………………4.1 可靠性指标的分析和确定(2)…………………………………………………………4.2 建立可靠性模型(3)……………………………………………………………………4.3 可靠性指标的分配(5)…………………………………………………………………4.4 可靠性预计(7)…………………………………………………………………………4. 5 故障模式与影响分析(10)………………………………………………………………4. 6 故障树分析(10)…………………………………………………………………………4. 7 容差和漂移分析(11)……………………………………………………………………5 可靠性评估(11)……………………………………………………………………………5.1 寿命试验(12)……………………………………………………………………………5.2 环境试验(14)……………………………………………………………………………5.3 检修期分析(15)…………………………………………………………………………6 可靠性工作项目应用时机(15)……………………………………………………………附录A 测量仪器可靠性寿命评价试验(16)………………………………………………附录B 全电子式电能表型式评价可靠性试验(21)………………………………………附录C 参考标准(25)………………………………………………………………………
可靠性设计与分析作业 学号：071130123 姓名：向正平一、指数分布的概率密度函数、分布函数、可靠度函数曲线 （1）程序语言 t=(0:0.01:20); Array m=[0.3,0.6,0.9]; linecolor=['r','b','y']; for i=1:length(m); f=m(i)*exp(-m(i)*t); F=1-exp(-m(i)*t); R=exp(-m(i)*t); color=linecolor(i); subplot(3,1,1); title('指数函数概率密度函数曲线'); plot(t,f,color); hold on subplot(3,1,2); title('指数函数分布函数函数曲线'); plot(t,F,color); hold on subplot(3,1,3); title('指数指数分布可靠度函数曲线 plot(t,R,color); hold on end （3）指数分布的分析 在可靠性理论中，指数分布是最基本、最常用的分布，适合于失效率为常数 的情况。指数分布不但在电子元器件偶然失效期普遍使用，而且在复杂系统和整 机方面以及机械技术的可靠性领域也得到使用。 有图像可以看出失效率函数密度f(t)随着时间的增加不断下降，而失效率随 着时间的增加在不断的上升，可靠度也在随着时间的增加不断地下降，从图线的 颜色可以看出，随着m的增加失效率密度函数下降越快，而可靠度的随m的增加 而不断的增加，则失效率随m的增加减小越快。 在工程运用中，如果某零件符合指数分布，那么可以适当增加m的值，使零 件的可靠度会提升，增加可靠性。 二、正态分布的概率密度函数、分布函数、可靠性函数、失效率函数曲线 （1）程序语言 t=-10:0.01:10; m=[3,6,9]; n=[1,2,3]; linecolor=['r','b','y'];
自动化仪表可靠性的相关问题分析 一、自动化仪表产品可靠性的概念 1、自动化仪表可靠性概述 在工业生产中，需要对生产的产品进行性能检测，以保证产品的质量符合规定的标准要求。而自动化仪表是人们进行科学实验以及对生产过程的参数进行检测的重要工具，通过自动化仪表的测量，可以检测到产品的各项性能参数，从而确定产品质量是否符合标准。关于产品的质量问题，一是其性能是否能够满足工业生产的基本功能，二是在连续生产应用的过程中，是否能够满足持续性功能，也就是说在连续运行的过程中，能够持续稳定的运转，这就是可靠性特征。产品的技术性能与运行的可靠性是密切相关的，二者互相影响。 2、仪表可靠性研究的必要性 随着工业生产的快速发展，企业的生产规模逐渐扩大，对于生产水平的要求不断提升。而工业生产是一个复杂而系统的过程，一个产品的成型需要历经多道工序才可以完成，而在生产的过程中，为了保证产品的生产质量，需要自动化仪表对其生产过程进行监控。在每道生产程序中都需要布控仪表，对产品的工艺参数进行测量，从而保证生产的质量。在整个生产工艺的过程中，所布控的自动化仪表数量非常多，如果仪表出现故障的几率较高，致使仪表的可靠性降低，将会直接影响到生产过程的安全性和产品的质量。所以为了保证产品的生产质量和工业生产的稳定性，要不断的完善自动化仪表的可靠性。 二、关于自动化仪表可靠性的影响因素分析 1、监管不到位 在对自动化仪表进行安装之后，如果任其发展的话，自动化仪表也不能保持良好的运行状况。随着现代管理技术的不断加强，监管工作在各行各业当中都有着重要的作用。但是现在的应用自动化仪表的企业往往不具有相应的专业知识，也缺乏相应的监管意识，这样对于
电子信息与自动化学院 《仪器与系统可靠性》 课程结课论文 姓名： 班级： 学号： 专业： 院系：电子信息与自动化学院 2015年6月
仪器系统可靠性原理及分析方法 目录 摘要 (1) 一、可靠性设计基础 (2) （一）可靠性的基本概念 (2) （二）可靠性的发展过程 (2) 1. 过程系统趋向大型化、复杂化 (3) 2.仪表使用环境条件日益严酷 (3) 3. 新材料、新工艺越来越多的采用 (3) 4. 经济效益要求 (3) （四）可靠性学科研究的基本内容与应用 (3) 二、系统可靠性的分析方法 (4) （一）可靠度 (4) （二）故障率 (5) 1.故障率概念 (5) 2.故障率函数曲线 (6) （三）平均寿命 (7) （四）维修度 (8) （五）有效度 (8) （六）重要度 (9) 结论 (9) 参考文献 (9) [摘要] 随着集成电路、微电子技术在各类仪器中的广泛运用，电子仪器的复杂程度越来越高，传统的仪器只能完成测量、显示功能，而现代的智能仪器往往具有只能诊断、智能学习能力。因此，在应用系统中，电子仪器起的作用也越来越大，电子仪器能否可靠地完成其任务，也逐渐成为人们越来越关注的问题。可靠性设计在军事、航空航天以及核工业等行业中尤为重要，在这些行业中使用的仪器，其可靠性设计必须放在首位，否则会产生非常严重的后果。对于某些应用于军事方面的电子仪器，其可靠性不仅会影响仪器的正常使用，而且有时会对战争的胜利起到关键作用；对于某些应用于航空航天的电子仪器，其可靠性非常重要。本文就仪器系统可靠性原理以及分析方法进行介绍说明。 [关键词] 可靠性仪器仪表分析方法
4．6 可靠性设计的基本概念与方法 一、结构可靠性设计概念 1．可靠性含义 可靠性是指一个产品在规定条件下和规定时间内完成规定功能的能力；而一个工业产品(包括像飞机这样的航空飞行器产品)由于内部元件中固有的不确定因素以及产品构成的复杂程度使得对所执行规定功能的完成情况及其产品的失效时间(寿命)往往具有很大的随机性，因此，可靠性的度量就具有明显的随机特征。一个产品在规定条件下和规定时间内规定功能的概率就称为该产品的可靠度。作为飞机结构的可靠性问题，从定义上讲可以理解为：“结构在规定的使用载荷／环境作用下及规定的时间内，为防止各种失效或有碍正常工作功能的损伤，应保持其必要的强刚度、抗疲劳断裂以及耐久性能力。”可靠度则应是这种能力的概率度量，当然具体的内容是相当广泛的。例如，结构元件或结构系统的静强度可靠性是指结构元件或结构系统的强度大于工作应力的概率，结构安全寿命的可靠性是指结构的裂纹形成寿命小于使用寿命的概率；结构的损伤容限可靠性则一方面指结构剩余强度大于工作应力的概率，另一方面指结构在规定的未修使用期间内，裂纹扩展小于裂纹容限的概率．可靠性的概率度量除可靠度外，还可有其他的度量方法或指标，如结构的失效概率F(c)，指结构在‘时刻之前破坏的概率；失效率^(()．指在‘时刻以前未发生破坏的条件下，在‘时刻的条件破坏概率密度；平均无故障时间MTTF(MeanTimeToFailure)，指从开始使用到发生故障的工作时间的期望值。除此而外，还有可靠性指标、可靠寿命、中位寿命，对可修复结构还有维修度与有效度等许多可靠性度量方法。 2．.结构可靠性设计的基本过程与特点 设计一个具有规定可靠性水平的结构产品，其内容是相当丰富的，应当贯穿于产品的预研、分析、设计、制造、装配试验、使用和管理等整个过程和各个方面。从研究及学科划分上可大致分为三个方面。 (1)可靠性数学。主要研究可靠性的定量描述方法。概率论、数理统计，随机过程等是它的重要基础。 (2)可靠性物理。研究元件、系统失效的机理，物理成固和物理模型。不同研究对象的失效机理不同，因此不同学科领域内可靠性物理研究的方法和理论基础也不同． (3)可靠性工程。它包含了产品的可靠性分析、预测与评估、可靠性设计、可靠性管理、可靠性生产、可靠性维修、可靠性试验、可靠性数据的收集处理和交换等．从产品的设计到产品退役的整个过程中，每一步骤都可包含于可靠性工程之中。 由此我们可以看出，结构可靠性设计仅是可靠性工程的其中一个环节，当然也是重要的环节，从内容上讲，它包括了结构可靠性分析、结构可靠性设计和结构可靠性试验三大部分。结构可靠性分析的过程大致分为三个阶段。 一是搜集与结构有关的随机变量的观测或试验资料，并对这些资料用概率统计的方法进行分析，确定其分布概率及有关统计量，以作为可靠度和失效概率计算的依据。
自动化检测仪表可靠性分析 发表时间：2019-07-16T14:29:08.360Z 来源：《电力设备》2019年第6期作者：范长民1 白新波2 廉和国3 [导读] 摘要：随着工业自动化的快速发展，现场检测仪表也与时俱进，智能化、数字化等仪表蓬勃发展。 (1、大庆油田天然气分公司油气储运一大队大庆市 163000;2、大庆油田天然气分公司油气加工六大队大庆市 163000;3、大庆油田天然气分公司油气加工五大队大庆市 163000) 摘要：随着工业自动化的快速发展，现场检测仪表也与时俱进，智能化、数字化等仪表蓬勃发展。针对仪表的基本性能，主要从多方面对压力、温度、液位、安全监测几类仪表的可靠性进行了综合分析，有利于仪表的正常运行，也为相关工作提供参考和依据。 关键词：自动化仪表、可靠性、接地、干扰 前言近几年来，随着新工艺、新技术的发展，在生产现场中采用了大量的自动化仪表，提高了企业的生产技术水平。但由于多数生产现场所处环境相对恶劣，对仪表的可靠性提出了更高的要求。因此，有必要对仪表的可靠性进行综合分析，有针对性地采取各种措施，切实保障仪表长期正常平稳运行，确保安全生产。 1、压力仪表 电容式和单晶硅谐振式智能压力变送器，主要用于生产过程中各点的压力测量，它们都具有测量准确度高，性能稳定的优点，在使用过程中故障率一直比较低，得到了广大仪表维护人员的好评。通过多年的工作总结归纳，影响其可靠性的主要因素有： 1.1安装中最常见的三种现象：①露天安装的压力变送器，防爆接头连接不紧密，导致雨天雨水渗入变送器接线腔，造成仪表故障或输出电流异常；②变送器接线腔空间狭小，信号电缆接入变送器后会留有余量，接线完毕恢复仪表接线盒盖时造成电缆挤压破损，引起短路，使仪表故障或输出电流异常；③个别变送器信号电缆未用整根电缆，留有中间接头，使用一段时间后，导致中间接头氧化、腐蚀，造成仪表无法供电或信号异常。 1.2接地部分仪表外壳未接地、接地螺钉连接不牢、接地螺钉腐蚀等，导致雷击时电荷无法快速释放，造成仪表损坏。 1.3使用最典型的就是由于频繁单边吹扫，导致差压变送器的传感器损坏。这样的案例比较多。由于在用的差压变送器多为智能变送器，设计也具备全量程的单边受压能力，使一些使用者错误地认为可以无限制的单边承压，时间一长就导致膜片损伤或变形，使仪表损坏或出现较大测量偏差。 2、温度仪表 铂热电阻配合温度变送器是温度测量的主要类型，铂热电阻价格低，稳定性好。影响其可靠性的主要因素有： 2.1安装中最常见的几种现象：①防爆接头连接不紧密或方向有误，导致雨水渗入铂电阻接线腔，导致上传电阻值变化，造成测量异常；②接线腔空间狭小，信号电缆接入铂电阻后留有余量，接线完毕恢复接线盒盖时造成电缆挤压破损，引起短路，使仪表测量异常；③输出端子接线不牢，造成测量波动。 2.2电阻插入深度偏差过大，很多铂电阻都参与天然气流量计算，根据行业标准的有关规定，一些小口径的管线达不到插入深度要求，从而造成测量偏差。 2.3部分温度变送器（隔离器）热稳定性不够好，其标称准确度等级可达到0.2级，但在使用中实际达不到该指标，导致测量误差超差。 3、液位仪表 3.1浮筒式液位变送器用于生产现场测量大型储罐的介质液位，测量环境比较恶劣，而浮筒式液位计属于变浮力式液位计，介质密度和清洁程度对测量都有影响。主要因素有：介质中杂质偏多，影响了浮筒的上下移动，造成测量偏差；个别型号弹簧式浮筒液位计材质不够好，在含硫量较高的环境下造成浮筒挂钩腐蚀断裂，浮筒坠入底部，致使液位无法测量；计算中介质密度和筒体压力与实际情况有较大差别，造成测量偏差；筒体外部缺少保温措施，冬季生产中，气温过低时生成天然气水化物，导致浮筒冻堵，产生虚假液位。 3.2雷达式液位计是通过计算电磁波到达液体表面并反射回接收天线的时间来进行液位测量的。雷达液位计采用的是非接触测量的方式，影响其可靠使用的主要就是干扰电磁波发送、反射、接收环节的因素主要有：液位波动较大，引起测量波动；液面变化产生较多泡沫，电磁波产生散射或无法穿透，产生虚假液位；部分测量介质中介电常数较大的杂质附着于探针上，也会使电磁波无法穿透而返回，产生虚假液位；液位计在安装时或者使用中时，因受外力作用，其探针接触到液位计外筒体壁，产生虚假液位。 3.3差压式液位计是利用容器内的液位改变时，由液柱产生的静压也相应变化的原理而工作的，实际上就是通过液柱的压差来反映液位的。通过液柱压强计算公式可知，影响测量的最直接因素就是介质的密度和液柱的高度。在实际使用中主要表现有：实际介质密度与计算压差时的密度不一致，引起量程设置错误，最终产生测量错；液柱高度取值错误，造成量程设置错误，导致测量值错误；液位计安装位置发生变动后，未考虑零点迁移，未及时更换量程，造成测量偏差；安装有平衡阀的变送器，平衡阀关闭不严或内漏，导致测量偏差。 4、安全监测仪表 安全监测仪表用于检测生产现场环境中的可燃气体、有毒有害气体的浓度，确保生产和人员安全。影响气体检测仪表可靠使用的主要因素有：接地问题，个别可燃气体检测仪表的外壳和端子分别接地在强电和弱电的两个接地网上；安装问题，防爆接头连接不紧密，导致雨天雨水渗入仪表接线腔，造成仪表损坏；检测校验、使用维护不当。 结束语：仪表可靠性是在使用中得以实现的，它是相对和不断发展的。因此，要提高自动化仪表的可靠性，不能只关注仪表本身，而应当从设计、选型、安装、应用环境、维修维护等多个环节全面分析，从中找出影响仪表可靠使用的各种因素，并采取相应的措施加以解决，在动态过程中提高仪表的可靠性，最大限度确保安全生产。 作者简介： 范长民：男，大庆油田天然气分公司储运一大队，仪表维修技师，专长流量仪表维修维护工作。 白新波：男，大庆油田天然气分公司油气加工六大队，仪表维修技师，专长常规检测仪表维修维护作。廉和国：男，大庆油田天然气分公司维修三厂，仪表维修技师，专长常规检测仪表维修维护工作。
电力仪表的可靠性设计 发表时间：2017-08-02T11:02:34.507Z 来源：《电力设备》2017年第9期作者：李云昊 [导读] 摘要：随着电子工业的飞速发展，各种仪器仪表被广泛应用于工业控制和社会生活的各个方面，其中电力仪表尤为突出。 （辽宁大唐国际阜新煤制天然气有限责任公司辽宁省阜新市 123000） 摘要：随着电子工业的飞速发展，各种仪器仪表被广泛应用于工业控制和社会生活的各个方面，其中电力仪表尤为突出。电力仪表的可靠性要求是智能电表技术标准中的一项。标准对电力仪表的可靠性提出了平均寿命不低于10 a 的要求，因此电力仪表设计开发过程中的可靠性设计显得尤为重要。在规定的条件下、规定的时间内完成规定功能的概率称为平均无故障工作时间，也称平均故障间隔时间。平均无故障工作时间是衡量可靠性的常见指标。电力仪表的可靠性设计就是为了提高产品的平均无故障工作时间，保证产品的正常运行。 关键词：电力仪表；可靠性；设计 1前言 作为一项实际要求较高的实践性工作，电力仪表的可靠性设计有着其自身的特殊性。该项课题的研究，将会更好地提升对电力仪表的可靠性设计的分析与掌控力度，从而通过合理化的措施与途径，进一步优化该项工作的最终整体效果。 2硬件的可靠性设计 2． 1 电源的抗干扰设计 据工程统计数据分析，电力仪表系统70% 的干扰都是通过电源耦合进入系统的。因此，电源供电质量的提高对整个系统的可靠运行有着十分重要的意义。由于系统的电源一般都是由市电转换得到的，所以电源部分的抗干扰设计主要集中在电源输入端口的滤波和瞬态干扰的抑制方面。图1 是电源抗干扰的一个典型设计，其中，ＲV1 为热敏电阻，VZ1 为压敏电阻，LA1 为共模扼流圈。该电路可以有效抑制浪涌和群脉冲干扰。此外，分模块供电是电源设计的另外一个准则。这样设计的优点是: 可以有效避免强电设备工作时对系统内其他模块造成干扰，提高整个系统的可靠性。 2. 2 接地设计 ( 1) 数字地和模拟地。由于数字信号具有陡峭的边缘，造成数字电路的地电流表现出脉冲式变化，因此在电力仪表系统中模拟地和数字地应分别设计，两者仅在一点连接，并将电路板上的模拟电路与数字电路分别连接在对应的“地”上。这样可以有效避免数字电路地电流的脉冲信号通过公共地阻抗耦合进入模拟电路，形成瞬态干扰。当系统中存在高频的大信号时，这种干扰影响会很大。 ( 2) 单点和多点接地。在低频系统中，接地一般采用并联单点接地与串联单点接地结合的方式，以提高系统的性能。其中并联单点接地是指多个模块的地线汇合到一处，每个模块的地点位置与自身的电流和电阻有关。这种接地方式的优势是没有公共地线电阻的耦合干扰，劣势是地线使用太多。串联单点接地是指多个模块使用同一段地线。因为电流在地线上的等效电阻会产生压降，所以模块和地线的连接点对大地的电位有所不同，所有模块的电流变化都会对接地点的电位产生影响，使电路的输出改变，最终导致公共地线电阻耦合干扰。该方法具有布线简单等特点。多点接地常被用于高频系统中，其原则是各模块的地线就近连接到地线汇流排上，优势是接地线短、阻抗小、无公共地线阻抗造成的干扰噪声。 2. 3 隔离设计 ( 1) 变压器隔离。脉冲变压器具有匝数少、绕组分布电容小( 仅几皮法) 、一二次绕组分别缠绕于磁心的两侧等特点，可作为脉冲信号的隔离器件，实现数字信号的隔离。( 2) 光电隔离。加光电耦合器可以抑制尖峰脉冲及各种噪声的干扰。采用光电隔离可以使上位机系统与电力仪表的通信口之间没有电的交互，提高系统的抗干扰性能。光电耦合器可对数字信号进行隔离，但是对模拟信号不适用。对模拟信号隔离的常用方法包括: ①转换光电隔离电路，此电路复杂; ②差分放大器，所隔离的电压较低; ③隔离放大器，性能虽好但是价格贵。( 3)继电器隔离。由于继电器的线圈与触点之间无电气关联，因此可以利用线圈接收信号，再通过其触点传送信号，这样可以有效解决强电与弱电信号彼此接触的问题，完成干扰隔离。( 4) 布线隔离。通过电路板的布局，实现隔离，主要是强电与弱电之间的隔离。 3软件的可靠性设计 3.1 数字滤波设计 目前，电力仪表已广泛应用各种计量芯片，中央处理器与计量芯片之间通过串行外设接口或通用异步收发传输器方式通信，以获得电力系统运行的参数。若在通信的过程中，总线受到干扰，或者计量芯片处于非正常状态，中央处理器将得到错误数据。因此，在软件程序中加入滤波处理，显得非常重要。对普通的电力参数可以采用均值法，在计算有效值时，采集五到六个数据，去除最大值和最小值，然后计算平均值。对于电能数据，可以根据仪表的额定运行环境，估计出单位时间内电能的动态范围。若出现电能数据异常，软件可以将此数据丢弃。除此以外，还有中值法、算术平均值法、一阶低通滤波器法等。实践证明，软件滤波的使用可以最大化保证每次读取参数的可靠性。 3. 2 数据冗余设计 为了提高系统的可靠性，对系统的设置参数及校表参数可以采用多备份设计。当一组数据出现紊乱后，可以启用另一组备份数据。为了保证数据的安全性，提高数据在错误的操作中生存的概率，应当将几组数据分散存储。 3. 3 数据校验及操作的冗余设计 中央处理器在向存储空间中写入设置参数或校表参数时，可能会受到干扰，导致错误数据写入存储空间中，但此时中央处理器是无法判断写入数据正确与否的。为了确保数据的正常写入，在设计软件程序时，对要写入的数据做“校验和”处理，并将“校验和”也一并写入储存空间中。当每次写操作完成后，再进行一次读操作，将读出的数据做“校验和”，与写入“校验和”作比较判断。若两次数据不一致，则重新进行写操作，直到数据被正确写入为止。若超出设定的重写次数，则进行写操作错误显示。 3.4 软件陷阱设计 软件陷阱是指令冗余的一种应用形式，用于程序“跑飞”的捕捉。噪声信号干扰时，系统程序会脱离正常运行的轨道。为了使“跑飞”的程序稳定下来，设计人员在程序中设计了陷阱。所谓的软件陷阱，是通过一条引导指令，强行将捕获的程序引向一个特定的地址，并对紊乱的程序进行出错处理。对于受干扰而混乱的程序而言，多字节指令是最危险的，原因是错误的指针可以“跑飞”到多个字节指令之间，从而产生更深不可测的指令。相对于多字节指令，单字节指令可以使紊乱中的指针理顺，让其按照正常的顺序运行，紊乱的现象可以得到有效抑
仪器仪表的可靠性分析策略研究 摘要：随着近些年来我国经济社会的快速发展以及科学技术的进步与发展，当前仪器仪表作为相关领域中不可或缺的重要生产设备，其质量与可靠性也直接影响和决定着相关行业的发展。本文结合当前我国仪器仪表的设计现状，就其中仪器仪表可靠性设计的重要性进行简要分析，同时对设计可靠性的优化策略进行重点分析，以期能够促进行业的进步与发展。关键词：仪表；可靠性；策略；分析 众所周知，随着社会的进步与发展，当前绝大多数工厂中都已经逐步实现了仪表化管理，甚至一些企业还通过自动化仪表进行全自动以及半自动管理，仪表的使用不但能够提升工厂的生产效率与质量稳定性，甚至可以在很大程度上降低劳动力的劳动强度、提升综合经济效益，而在这个过程中，仪器仪表的可靠性直接影响和控制着企业的进步与发展。要想进一步了解仪器仪表的可靠性设计优化策略，就必须先来了解一下仪器仪表的可靠性设计重要性体现在哪些方面。 一、仪器仪表可靠性设计重要性分析 现代工业发展过程中仪器仪表作为重要的控制元器件，其在很大程度上决定了工业生产的控制水平，而其可靠性更是直接影响和控制着企业的综合生产能力以及生产效益，这些内容都体现出了仪器仪表设计优化可靠性的重要意义。 从组成上来看，仪器仪表主要是通过元器件以及线路组成，由此可见，其可靠性也是由元器件可靠性以及线路的可靠性两个部分组成。而可靠性的界定主要是通过不同工业选择仪器仪表的实际需求出现进行标定的，特别是一些对于自动化要求较高的企业，只有仪器仪表的控制稳定性与可靠性较高才能够实现行业的稳定，而一旦仪器仪表出现大面积故障不但会影响
生产安全甚至还会造成大面积的安全事故与隐患，同时还会降低企业的综合经济效益。 当前，各行各业都已经逐步将仪器仪表设计可靠性列为一项十分重要的评价特性，通过评价仪器仪表的特性与可靠性不但能够了解行业与企业的自动化控制水平，甚至可以对其后期的稳定与发展趋势进行预期，所以仪器仪表设计可靠性在工業生产中十分重要。 二、仪器仪表可靠性设计优化策略 1.可靠性设计依据 作为工业生产中的重要零部件也是核心组成部分，仪器仪表的可靠性直接决定了工业生产全体系统的控制水平。从仪器仪表的可靠性现状上进行分析我们不难发现，其主要体现在仪器仪表内部元器件的稳定性能以及结构设计基础等方面。稳定的元器件性能不但能够显著提升仪器仪表的运行稳定性，同时也会有效降低设备的故障，降低维修成本，同时对于延长设备使用寿命也具有重要的帮助。而结构设计基础方面的内容则主要体现在设计的科学性上，如果设计不科学或者说不合理，在后续的使用过程中就有可能会受到外界环境的影响与制约，最终导致影响设备运行稳定性的情况发生。 分析仪器仪表的可靠性设计，应该以以下几个方面的内容为依据进行妥善管理： 其一，仪器仪表在设计过程中必须以实际需求为指导进行针对性设计，而不是盲目追求较高的设计性能与稳定性，这样就会影响到后期的使用甚至导致完全无法使用，造成较大的经济损失，更没有可靠性可谈了。 其二，仪器仪表的设计必须要具有较高的精准度，这一方面是由于仪器仪表的主要任务就是读数以及参数计算，如果出现读数失误或者计算误差较大那么就失去了使用仪表的意义，甚至还会由于错误的参数导致操作人员误解操作内容出现错误的操作，导致生产效率下降，所以说可靠性也必须体现在良好的精准度上。 其三，从设备的接装特点上来看，仪器仪表良好的可靠性还应该体现在设备的匹配性上，在
ji 第四章(44) 可靠性试验与设计 四、最小二乘法 用图估法在概率纸上描出[],()i i t F t 点后,凭目视作分布检验判别所作的回归直线往往因人而异，因此最好再通过数值计算求出精确的分布检验结论和求出数学拟合的回归直线。通常用相关系数作分布检验，用最小二乘法求回归直线。 相关系数由下式求得： ()() n i i X X Y Y γ--= ∑ 其中X,Y 是回归直线的横坐标和纵坐标，它随分布的不同而不同。下表是不同分布的 坐标转换 只有相关系数γ 大于临界值0γ时，才能判定所假设的分布成立。0γ临界系数可查相应的临界相关系数表，如给定显著水平0.05α=，n=10,可查表得00.576γ=。若计算的0γγ，则假设的分布成 立。 如果回归的线性方程为 Y mX B =- 则由最小二乘法得到系数为
1 1 111 221 1??1?1 ()n n i i i i n n n i i i i i i i n n i i i i Y m X B N X Y X Y N m X X N =======-+=-=-∑∑∑∑∑∑∑ 代入上表中的不同的分布，就可以得到相应分布的参数估计值。 五、最好线性无偏估计与简单线性无偏估计 1、无偏估计 不同子样有不同的参数估计值?q ，希望?q 在真值q 附近徘徊。若?()E q q =，则?q 为q 的无偏估计。如平均寿命的估计为?i t n q =? ，是否为无偏估计？ Q 1 [] ?()[]n i i i i t E t E E n n n q q q === = =? 邋 \ ?q 为q 的无偏估计 2、最好无偏估计定义 若?k q 的方差比其它无偏估计量的方差都小，即?()min ()k k D D q q =，则?k q 为最好无偏估计。 3、线性估计定义 若估计量?q 是子样的一个线性函数，即1 ?n i i i a q ==C ? ，则称?q 为线性估计。 4、最好线性无偏估计 当子样数25n ￡时，通过变换具有()F m s C -形式的寿命分布函数，其,m s 的最好线性无偏估计为： 1 ?(,,)r j i D n r j X m ==? ?(,,)j C n r j X s =? 其中(,,),(,,)D n r j C n r j 分别为,m s 的无偏估计，有了,,n r j 后，可有专门表格查无偏系数(,,),(,,)D n r j C n r j 。
仪表精确度，稳定性、重复性、可靠性，字母表示仪表含义 仪表精确度：又称准确度。精确度和误差可以说是孪生兄弟，因为有误差的存在，才有精确度这个概念。仪表精确度简言之就是仪表测量值接近真值的准确程度，通常用相对百分误差（也称相对折合误差）表示。相对百分误差公式如下：（1-1-3）式中δ-检测过程中相对百分误差；（标尺上限值-标尺下限值）--仪表测量范围；Δx-绝对误差，是被测参数测量值x1和被测参数标准值x0之差。所谓标准值是精确度比被测仪表高3~5倍的标准表测得的数值。从式（1-1-3）中可以看出,仪表精度不仅和绝对误差有关，而且和仪表的测量范围有关。绝对误差大，相对百分误差就大，仪表精确度就低。如果绝对误差相同的两台仪表，其测量范围不同，那么测量范围大的仪表相对百分误差就小，仪表精确度就高。精确度是仪表很重要的一个质量指标，常用精度等级来规范和表示。精度等级就是最大相对百分误差去掉正负号和%。按国家统一规定划分的等级0.005,0.02,0.05,0.1, 0.2,0.35,1.0,1.5, 2.5,4等，仪表精度等级一般都标志在仪表标尺或标牌上，如, ,0.5等，数字越小，说明仪表精确度越高。要提高仪表精确度，就要进行误差分析。误差通常可以分为疏忽误差、缓变误差、系统误差和随机误差。疏忽误差是指测量过程中人为造成的误差，一则可以克服，二则和仪表本身没有什么关系。缓变误差是由于仪表内部元器件老化过程引起的，它可以用更换元器件、零部件或通过不断校正加以克服和消除。系统误差是指对同一被测参数进行多次重复测量时，所出现的数值大小或符号都相同的误差，或按一定规律变化的误差，可目前尚未被人们认识的偶然因素所引起，其数值大小和性质都不固定，难以估计，但可以通过统计方法从理论上估计其对检测结果的影响。误差来源主要指系统误差和随机误差。在用误差表示精度时，是指随机误差和系统误差之和。[1]任何仪表都有一定的误差。因此，使用仪表时必须先知道该仪表的精确程度，以便估计测量结果与约定真值的差距，即估计测量值的大小。仪表的精确度通常是用允许的最大引用误差去掉百分号(%)后的数字来衡量的。模拟式仪表的精确度一般不宜用绝对误差(测量值与真实值的差)和相对误差(绝对误差与该点的真实值之比)来表示，因为前者不能体现对不同量程仪表的合理要求，后者很容易引起任何仪表都不能相信的误解。例如，对一只满量程为100mA的电流表，在测量零电流时，由于机械摩擦使表针的示数略偏离零位而得到0.2 mA的读数，若按上述相对误差的算