傳感信號器可靠性試論證

唐文斌

摘? 要：可靠性對于傳感信號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，所以對傳感信號器的可靠性進行分析論證具有十分重要的意義。文章主要是通過對某型油箱傳感器進行可靠性分析，試論證其可靠性性能。

關鍵詞：傳感信號器;可靠性;論證

中圖分類號：V241.9? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：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

可靠性是指產品在規定的條件下和規定的時間內完成規定功能的能力，可靠性性能的高低直接決定了裝備性能的發揮與使用。通過對裝備的可靠性進行分析，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。

傳統的可靠性論證需要做大量的試驗，成本高風險大，本文試通過以對某油量傳感信號器進行可靠性預計、可靠性類比的方式，試論證傳感信號器的可靠性，以期打開可靠性論證的新思路。

1 油量傳感信號器原理簡介

油量傳感信號器由電容式油量傳感器和告警信號器兩部分組成。

第一部分為電容式油量傳感器。燃油測量系統油量的測量是利用裝在油箱中的油量傳感信號器變介電常數電容式傳感器電容的變化來感受飛機油箱燃油液面的高度變化，再根據油箱的高度容積曲線計算出燃油油量。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關系，當圓柱型傳感器高度（H）遠遠大于傳感器的最大半徑時，傳感器真空中的電容可以近似表達為：

式中：？著0-真空的介電常數;H-傳感器長度;r1，r2-傳感器的內外管半徑。

當油量傳感器放入油箱中時，傳感器上部介質為空氣，下部介質為燃油，傳感器的電容可以看作兩個并聯電容器的電容量之和：

C傳=C油+C氣

由上式可以看出，傳感器的總容量為傳感器的空氣中的電容加上傳感器的浸油電容，浸油電容與傳感器的浸油高度成正比函數關系。

第二部分為告警信號器部分。信號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電又導磁的合金絲制成的簧片，

按一定的相對位置，封結在充有保護氣體的玻璃管中而構成的自動控制用元件。告警信號器部分其結構圖見圖3。

其工作時，干簧管外部浮子產生外磁場，簧片在外磁場的作用下被磁化。當外磁場足夠大時，產生的磁力會使簧片能夠克服自身復原力矩而吸合，該指標就是干簧管的吸和安匝數;當外磁場足夠小時，簧片又會在自身復原力矩的作用下分開。這樣干簧管在實際應用的電路中便起到了磁控開關的作用。由于它具有結構簡單、體積小、重量輕、靈敏度高、吸合功率小等突出優點，因此成為控制中的重要元件，尤其在航空航天等領域被廣泛采用。

2 可靠性論證

2.1 可靠性設計

油量傳感信號器從以下幾個方面進行可靠性設計，以滿足可靠性指標MTBF的要求：

2.1.1 簡化設計

油量傳感信號器設計采用經過多種機型驗證的通用成熟技術，提高傳感信號器三化程度，滿足簡化設計要求。

2.1.2 環境適應性設計

油量傳感信號器全部采用耐油材料，對產品暴露在環境中易產生腐蝕的部位的表面采用專門的表面防護措施，產品結構綜合考慮溫度、濕度、振動、沖擊等環境因素。

2.1.3 元器件選用

按照型號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、驗收、篩選等工作，并考慮降額設計使用。

2.2 可靠性預計

可靠性預計是定量的估算建議的或實際的產品是否滿足規定的可靠性要求的過程，可靠性預計方法大致可以分為5類，相似設備法、相似復雜設備法、功能預計法、元器件計數法、應力分析法。鑒于油量傳感信號器的特點，由于電容式油量傳感器可以近似的認為電容，所以采用元器件計數法。為便于計算，認為產品單元的壽命服從指數分布，則傳感器數學模型為：

其中：λi-單元的失效率;λs-產品的失效率;MTBF-產品的平均無故障間隔時間;n-產品所包含的單元數。

油量傳感信號器所使用器件有二極管、連接器、電容器、焊點、干簧管。

根據相關規定，傳感器信號器中各元器件的工作失效率模型、失效率數據及計算結果如下：

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? ?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間為：

以上通過元器件計數法預計法分析，油量傳感信號器的平均無故障工作時間為30681h。

2.3 可靠性類比

油量傳感信號器為電容式油量傳感器，該油量傳感信號器與已通過鑒定并且應用多年的傳感信號器甲的結構相同，具體比較具有以下特點：

（1）原理：都是電容式傳感器浮子信號器，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品或同類型產品。

（3）裝配工藝：裝配工藝規范基本相同。

（4）使用環境：兩者都是用于同一種類飛機系統，使用環境基本沒有差別。

油量傳感信號器和油量傳感信號器甲的原理、結構、器件、選材、裝配工藝相同或相近，試論證的油量傳感信號器配套的飛機使用環境特別是振動頻率比油量傳感信號器甲配套的要高很多。油量傳感信號器甲已經通過鑒定試驗，試驗壽命大于2000h，并通過可靠性鑒定試驗，試驗時間720h。因此通過類比油量傳感信號器可靠工作時間不會少于油量傳感信號器甲的工作時間720h。

3 結論

通過可靠性預計，油量傳感信號器的平均無故障工作時間為30681h;通過類比油量傳感信號器甲，其可靠工作時間將不低于720h。因此該傳感信號器通過了可靠性論證，同時也說明該種可靠性論證方式經濟可行。

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