Исследование надежности устройства(датчик дыма)

 

РЕФЕРАТ

 

Пояснительная записка: 48 с., 15 рис., 14 табл., 2 приложения (схема электрическая принципиальная, перечень элементов), 3 ссылки.

Объект исследования –  датчик обнаружения дыма.

Цель работы – исследование надежности схемы устройства.

Методы исследования –  анализ объекта и условия его  эксплуатации, распределение норм надежности по составным частям изделия, ориентировочный  расчет надежности, уточненный расчет надежности, расчет поля допуска на определяющий параметр, расчет параметрической  надежности. произведен уточненный расчет надежности функционального узла (для каждого элемента узла определили уточненные значения интенсивности отказов), а также был произведен параметрический расчет надежности. В ходе выполнения работы были построены необходимые графики. Также данная курсовая работа содержит  принципиальную схему анализируемого устройства.

ИНТЕНСИВНОСТЬ ОТКАЗОВ, ВЕРОЯТНОСТЬ  БЕЗОТКАЗНОЙ РАБОТЫ, НАДЕЖНОСТЬ, НАРАБОТКА, фУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ, ВРЕМЯ БЕЗОТКАЗНОЙ РАБОТЫ, БЕЗОТКАЗНОСТЬ. 

РЕФЕРАТ

 

Пояснювальна записка: 48 с., 15 рис., 14 табл., 2 додатки (схема електрична принципова, перелік елементів), 3 посилання.

Об'єкт дослідження - датчик виявлення диму.

Мета роботи - дослідження  надійності схеми пристрою.

Методи дослідження - аналіз об'єкта і умови його експлуатації, розподіл норм надійності по складових  частинах вироби, орієнтовний розрахунок надійності, уточнений розрахунок надійності, розрахунок поля допуску на визначальний параметр, розрахунок параметричної  надійності. проведений уточнений розрахунок надійності функціонального вузла (для кожного елемента вузла визначили  уточнені значення інтенсивності відмов), а також був проведений параметричний  розрахунок надійності. В ході виконання роботи були побудовані необхідні графіки. Також дана курсова робота містить принципову схему аналізованого пристрою.

Інтенсивність відмов, ймовірність безвідмовної роботи, НАДІЙНІСТЬ, напрацювання, функціональний елемент, час безвідмовної роботи, безвідмовність.

 

ABSTRACT

 

Explanatory note: 48., 15 fig., 14 tab., 2 applications (electrical schematic diagram, a list of items), 3 references.

The object of study - smoke detection sensor.

Purpose - to study the reliability of the circuit device.

Methods of study - an analysis of the object and the conditions of its use, distribution reliability standards for a product component, an indicative calculation of the reliability, the reliability of an updated calculation, the calculation for determining the tolerance parameter, parameter estimation of reliability. Produced an updated calculation of the reliability of the functional unit (for each element of the node determined accurate values of the failure rate), and was produced by a parametric estimation of reliability. Entering the job were built the necessary graphics. Also, this course work has analyzed the concept of the unit.

The failure rate, the probability of failure, reliability, service life, functional components, uptime, reliability.

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

Перечень условных сокращений 8

Введение 9

1 Анализ объекта и условия  его эксплуатации 10

1.1 Назначене, состав и структура структура объекта 10

1.2 Климатические и механические воздействия 12

2 Разработка требований  надежности объекта 13

2.1 Выбор номенклатуры и задаваемые значения показателей надежности 13

2.2 Критерии отказов и предельных состояний 13

3 Распределение требований к надежности по функциональным узлам 15

3.1 Расчет показателей безотказности 15

3.2 Ориентировочный расчет надежности 18

3.3 Расчет показателей ремонтопригодности и сравнение их с заданными 23

4 Уточненный расчет надежности узла схемы 27

4.1 Уточненный расчет надежности по внезапным отказам 27

4.2 Уточненный расчет надежности по деградационным отказам 30

5 Расчет поля допуска на определяющий параметр ФУ 35

6 Расчет параметрической надежности ФУ 38

7 Анализ надежности ФУ  41

Выводы 45

Перечень ссылок 46

Приложение А 47

Приложение Б 48

 

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ СОКРАЩЕНИЙ

 

РЭУ – радиоэлектронное устройство;

ТО – техническое обслуживание;

ФУ – функциональный узел;

ЭРЭ – электрорадиоэлементы.

 

ВВЕДЕНИЕ

 

В данной курсовой работе проводиться  анализ надежности и работоспособности  радиоэлектронного устройства (РЭУ) – датчика дыма. Одной из основных задач проектирования является обеспечение требуемого уровня надежности электронной аппаратуры, т. к. низкая надежность является одной из причин преждевременного снятия объектов с эксплуатации, влечение за собой катастрофических последствий, увеличения затрат на гарантийное обслуживание, снижению эффективности применения ответственной техники.

Надежность – это свойство устройства выполнять требуемые  функции в требуемых условиях эксплуатации в течение заданного  интервала времени.

Надежность техники должна охватывать все стадии жизненного цикла изделия, поэтому в данной работе проводится комплексный анализ надежности и безотказность работы устройства. Проводится ориентировочный расчет надежности всего устройства. Также для одного функционального узла, проводится уточненный расчет надежности.

Результатом работы является получение данных об уровне надежности устройства, возможность, выявить некоторые недостатки и предположить пути повышения надежности.

 

1 АНАЛИЗ ОБЪЕКТА И УСЛОВИЕ ЕГО ЭКСПЛУАТАЦИИ

1.1 Назначение, состав и структура объекта

 

В данном курсовом проекте  объектом исследования выступает устройство обнаружения дыма (см. прил. А). Это  устройство может работать как противопожарная  сигнализация, издающая громкий звуковой сигнал в случае задымления. Принцип  работы основан на ухудшении прозрачности воздуха при появлении в нем  дыма. Собственно датчик состоит изооптической  пары из сверхяркого светодиода красного цвета сечения и фоторезистора. Они расположены в одной плоскости , так , что между ними расстояние около 3-4см.

Чувствительность датчика  предварительно настраивают так, что  даже при малом ухудшении прозрачности воздуха между ними срабатывает  компаратор, который включает сирену.

Структурная схема устройства обнаружения дыма представлена на рис. 1.1.

Рисунок 1.1 – Функциональная схема датчика дыма

 

ФУ 1 основан на электролитических  конденсаторах и стабилизаторе  напряжения А1.

ФУ 2 – датчик дыма. Основой  служат оптическая пара из светодиода HL1 и фототранзистора HT1. Ток на светодиод поступает через резисторы R1 и R2. Резистор R2 – подстрочный, с его помощью можно регулировать яркость свечения HL1. Сопротивление эмиттер-коллектор фототранзистора HT1 вместе с резистором R3 образует делитель напряжения. Конденсатор С1 служит для подавления помех.

ФУ3 – схема компаратора  собрана на сдвоенном усилителе  А2. ОУ А2.1 служит непосредственно для управления сиреной F1 ,а ОУ 2.2 является вспомогательным, с его помощью можно легко настроить датчик без применения измерительных приборов. Компаратор питается стабилизированным напряжением от А1. Опорное напряжение подается на инверсные входы ОУ от делителя R4-VD1-R5. Диод VD1, как и любой другой диод, обладает некоторым прямым напряжением падения, которое стабильно в довольно широком диапазоне. Здесь этот диод создает небольшую разницу в величине опорного напряжения, поданное на инверсные входы ОУ. На А2.1 опорное напряжение немного больше чем на А1.

ФУ 4 – транзисторный ключ VT1 включенный к выходу А2.2, с индикаторным светодиодом в коллекторной цепи. Настройка заключается в подстройке R2 таким образом, чтобы загорелся HL2, но не включилась сирена. Физически, HL2 должен быть расположен так, чтобы от него свет не попадал на НТ1.

ФУ 5 – транзисторный ключ VT2-VT3 подключенный к выходу А2.1, с сиреной на выходе F1. Резисторы R11 и R12 нужны для лучшего закрывания транзисторов VT2-VT3. В случае неполного закрывания, их величины нужно уменьшить.

Теперь, если возникает задымление, и оптическая пара HL1 - HT1 оказывается в этом дыму, прозрачность воздуха между HL1 и HT1 снижается. Сила света, поступающая на НТ1 уменьшается и фототранзистор начинает прикрываться сопротивление его эмиттер –коллектор увеличивается, и соответственно, увеличивается напряжение на его коллекторе. Как только это напряжение становиться равным и выше напряжения на инверсном входе А2.1 на выходе А2.1 возникает напряжение, достаточного для открывания транзисторов VT3 и VT2. Включается сирена F1.

 

 

 

1.2 Климатические и механические  воздействия 

 

Данное устройство относится  к бытовой радиоэлектронной аппаратуре и предположительно должна работать в жилых помещениях, относится  к категории изделия КР - 4.2. Исполнение аппаратуры – общеклиматическое  для суши. Воздействие внешней  температуры для полной работоспособности  устройства не должно превышать +45⁰С и быть не ниже +10⁰С. Предельными температурами являются, верхнее +45⁰С, нижние +1⁰С. Воздействие относительно влажности при температуре 35⁰С должно составлять не более 98%.

 

2 РАЗРАБОТКА ТРЕБОВАНИЙ  К НАДЕЖНОСТИ ОБЪЕКТА

2.1 Выбор номенклатуры  и задаваемые значения показателей  надежности

 

Данное изделие является восстанавливаемым, стареющим и изнашиваемым, ремонтируемым обезличенным способом, неконтролируемым перед применением.

Требования по надежности - совокупность количественных и (или) качественных требований к безотказности, долговечности, ремонтопригодности, сохраняемости, выполнение которых обеспечивает эксплуатацию изделий с заданными показателями эффективности, безопасности, экологичности, живучести и других составляющих качества, зависящими от надежности изделия, или возможность применения данного  изделия в качестве составной  части другого изделия с заданным уровнем надежности.

Переход в предельное состояние  заданного объекта при применении по назначению может привести к катастрофическим последствиям. Весомым процессом, определяющим переход в предельное состояние  является изнашивание элементов.

Зададимся значениями типовых  показателей надежности:

- вероятность безотказной  работы Р(t_б.р) = 0,98;

- время непрерывного сеанса  безотказной работы  t_б.р.=4000 час;

- коэффициент готовности  К_г=0,99 ;

- коэффициент технического использования К_ТИ=0,98;

  - коэффициент оперативной готовности К_ог=0,99;

- среднее время восстановления Т_в – 3 часа.

 

2.2 Возможные критерии  отказов и предельных состояний 

 

Критериями отказов для  ФУ1 являются:

- прекращение работы устройства  – отсутствие питания устройства  и отсутствие стабилизации напряжения;

Критериями отказов для  ФУ2 являются:

- прекращение выполнения  изделием заданных функций –  ухудшение чувствительности датчика  или ложное срабатывание датчика;

Критериями отказов ФУ3 являются :

- прекращение выполнения  изделием заданных функций –  отказ работы компаратора, делителя  R4,R5;

- снижение качества функционирования устройства - пробой диода VD1 после чего отсутствует разница опорных напряжений на А1.1 и А1.2;

Критериями отказов ФУ4 являются:

- прекращение выполнения  изделием заданных функций –  прекращение работы транзисторного  ключа, а значит отсутствие  настройки устройства;

Критерии отказов ФУ5 являются:

- прекращение выполнения  изделием заданных функций –  неисправность звуковой сирены, а так же выход из строя  транзисторного ключа VT2-VT3;

- неправильное функционирование  устройства – выход из строя  резисторов R11, R12.

 

3 РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ТРЕБОВАНИЙ  К НАДЕЖНОСТИ ПО

 ФУНКЦИОНАЛЬНЫМ УЗЛАМ

3.1 Расчет показателей  безотказности

 

Предполагается простейший поток отказов электрорадиоэлементов (ЭРЭ) и функциональных узлов изделия. Все элементы в устройстве равнозначные,т.е. величины интенсивностей отказов λ_i одинаковы. Все элементы в смысле надежности находятся в основном (последовательном) соединение. Процессы деградации не учитываются, а отказы отдельных элементов являются событиями независимыми.

Были определены средние  интенсивности отказов отдельных  типов элементов λ_0j (см.табл.3.1).

 

Таблица 3.1 – Средняя интенсивность  отказов отдельных типов элементов

Элемент	элем ., ч
Пленочный резистор	0,0037
Переменный резистор	0,0024
Конденсатор (керамический, общего применения)	0,0017
Конденсатор алюминиевый	0,0013
Транзистор	0,045
Фотоприемник	0,011
Микросхема	0,0017
Громкоговоритель	0,049
Диод	0,0036
Контактная пайка	0,0013
Проводящая дорожка	0,0024