儀器儀表的可靠性分析策略研究

吳 迪

（上海優科環境工程技術有限公司，中國 上海200949）

儀器儀表的可靠性關系到其在工業生產中的控制能力，提高儀器儀表的可靠性，才能提升其在生產中的控制水平。儀器儀表設計中，不僅要落實可靠性的設計，還要制定防干擾的策略，確保儀器儀表的設計效益。儀器儀表是工業生產控制的主要部件，提出可靠性的設計策略，規避儀器儀表應用中的干擾風險，推進儀器儀表的應用與發展。

1 儀器儀表可靠性設計的重要性

儀器儀表技術代表現代工業生產的控制水平，工業企業在生產系統的控制方面采用儀器儀表，必須達到規范的可靠性，體現儀器儀表可靠性設計的重要性。

儀器儀表基本是由元件、線路組成的，其達到可靠性后能夠提升生產系統的控制效率，保障工業生產達到規定的標準。可靠性是工業企業選擇儀器儀表的主要標準，不同類型的儀器儀表均具有可靠性的特性，可靠性能越高，儀器儀表的功能越強。目前，工業生產系統的效率較高，對儀器儀表的可靠性提出新的要求，促使儀器儀表可靠性設計朝向個性化的方向發展，用于滿足工業生產系統的多項功能，所以可靠性成為儀器儀表設計的重要指標，直接決定了儀器儀表在工業生產中的應用效率，儀器儀表更新的速度非常快，主要是依靠可靠性穩定應用在工業生產系統內，提供優質的控制途徑[1]。儀器儀表設計已經將可靠性作為一項評價特性，重點提升儀器儀表的可靠性，體現設計策略的重要價值，進而提升儀器儀表在工業生產中的使用水平。

2 儀器儀表可靠性設計的策略

儀器儀表可靠性設計的過程中，以LJ6010標準源為例，分析可靠性設計的策略，如下：

2.1 可靠性依據

儀表儀器是工業生產中的重要部件，決定了工業生產系統的控制水平。儀器儀表在可靠性分析上，需要以兩項內容為主，第一是保障儀器儀表內部組成元件的性能，促使其達到可靠性的標準。第二優化儀器儀表的結構設計，在保障儀器儀表準確應用的基礎上實現可靠性。儀器儀表在朝向可靠性方向發展的過程中，逐漸簡化了內部的系統結構，但是儀器儀表的控制性能仍舊保持規范狀態。

儀器儀表可靠性的依據，是根據其在工業生產中的應用提出的，用于控制儀器儀表可靠性設計的整個過程，尤其是儀器儀表內部元件、部件的安裝設計，有利于排除不穩定因素的影響，保障儀器儀表在工業生產中的可靠性。分析儀器儀表可靠性的依據，如：（1）儀器儀表需要以工業生產的需求為主，設計可靠性的功能，達到工業生產的根本標準；（2）獲取不利數值，根據儀器儀表的可靠性設計，計算出偏離可靠性的數據，以此來做為一項設計標準，優化儀器儀表的設計數據；（3）注重儀器儀表的系統配合，按照儀器儀表在工業生產中的具體功能，完善儀器儀器之間的配合關系。

2.2 設計策略

儀器儀表的設計，需要在相關模型的基礎上完成可靠性設計，按照LJ6010的模塊要求，分析儀器儀表的設計策略。

首先，儀器儀表可靠性設計中，各項組成元件均具有自身的特點和標準，需要利用數學計算的方法，規范儀器儀表可靠性設計的標準。儀器儀表內各項元件需遵循以失效率為主的預計方式，其計算公式為：

式中，λGs=元件模塊的失效率，單位10-6/h、λGi=儀器儀表內第i個元件在整個系統內的通用失效率，單位10-6/h、πQi=儀器儀表內第i個元件在整個系統內的通用系數、Ni=i類元件的組成數量、n=儀器儀表內元件的數量。由公式確定出儀器儀表所需元件的性質，同時根據公式計算數據，比對GJB/Z299B-217F，得出單項元件的可靠性，即可大致設計出儀器儀表的可靠性。

第二，采取應力法對儀器儀表的可靠性進行預計分析，不僅能規范儀器儀表在系統內的應用過程，還能保障各項元件的準確度。應力法在可靠性設計中的應用，還要結合儀器儀表的應用環境，注重考慮儀器儀表所處系統的實際狀態，預計公式為：

λp=λb(πE×πR×πA×πS2×πC)

式中，λp=應力法失效率、λb=故障率、πE=環境系數、πR=電流因子；πA=應力因子、πS2=電壓因子、πC=配置因子。此類數據有助于降低儀器儀表使用中的故障次數，維持穩定的特性。

第三，根據儀器儀表可靠性設計中的計算公式，調整可靠性設計的系統模塊，與此同時比對可靠性設計的指標，評價儀器儀表設計是否符合指標要求[2]。儀器儀表可靠性設計并沒有達到成熟的狀態，所以在最終設計模塊內，檢查儀器儀表可靠性在工業生產中的設計效益，綜合考慮儀器儀表的不同需求，改進未達標的設計模塊，促使儀器儀表達到最穩定的設計標準。

3 儀器儀表的防干擾設計

儀器儀表的可靠性分析策略中，最容易出現干擾問題，結合儀器儀表的運行方式，分析防干擾設計，如下：

3.1 扭絞信號線設計

儀器儀表信號線占據的空間較大，按照信號線的走向采取扭絞設計，盡量縮小信號線的面積，促使信號線與干擾源保持等距的狀態，由此平均相鄰導線的電容，防止信號線扭絞時產生串模干擾，同時控制儀器儀表運行時的電磁干擾，確保儀器儀表在工業系統內能夠保持可靠性。

3.2 屏蔽干擾設計

儀器儀表的可靠性運行中，不僅存在電磁干擾，也存在靜電干擾。為防止靜電干擾的危害，儀器儀表設計中需采取屏蔽措施，以金屬網屏蔽為主，分析屏蔽干擾的具體設計。金屬網包裹在信號線的外部，而金屬網的外部利用絕緣層隔斷，切斷儀器儀表靜電干擾的途徑，還能抑制電磁干擾。儀器儀表的屏蔽干擾設計中，應該注重接地措施的應用，確保屏蔽干擾設計達到最穩定的狀態。

3.3 濾波防干擾設計

濾波設計在儀器儀表可靠性分析中，有助于提高儀器儀表防干擾的能力。儀器儀表在工業運行的過程內，容易出現緩慢變化的信號流，防止信號流的干擾，需要在儀器儀表的系統中加裝濾波裝置[3]。濾波裝置安裝在輸入系統部分，防護儀器儀表的干擾。

儀器儀表可靠性分析中，防干擾是一項不可缺少的設計內容，其在儀器儀表內具有很高的實踐性，既可以排除儀器儀表運行中的干擾，也能消除環境中潛在的干擾，為儀器儀表的可靠性運行提供條件。

4 結束語

儀器儀表的可靠性有利于提升其在工業生產中的運行能力，做好可靠性及防干擾設計，體現儀器儀表在可靠性方面的優勢，促使其更加適應工業生產的需求。可靠性逐漸成為儀器儀表的評價指標，儀器儀表需要達到可靠性的標準，才可在工業生產中發揮重要的價值，全面控制工業生產的系統，提高工業生產的效益和效率，體現儀器儀表可靠性的優勢。

［1］孟德義.儀器儀表的可靠性及抗干擾設計探究[J].科技傳播，2014，12:156-169.

［2］李春霞，賀孝珍.智能化儀器儀表可靠性技術研究及應用[J].自動化與儀器儀表，2007，05:29-31.

［3］溫文龍.密封儀器儀表的散熱研究及溫控系統設計[D].西北大學，2005.