儀器儀表的可靠性分析及抗干擾設計

閆旭

摘要：近年來，儀器儀表的可靠性及抗干擾設計問題得到了業內的廣泛關注，研究其相關課題有著重要意義。文章首先對相關內容做了概述，分析了儀器儀表的干擾的來源，在探討常見故障檢查方法以及儀器儀表可靠性分析方法的基礎上，結合相關實踐經驗，分別從扭絞信號線設計等多個角度與方面，就儀器儀表的防干擾設計問題展開了研究。

關鍵詞：儀器儀表；可靠性分析；抗干擾設計；現代工業生產；生產系統 文獻標識碼：A

中圖分類號：TH701 文章編號：1009-2374（2017）10-0025-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.10.012

作為儀器儀表應用中的重要方面，對其可靠性的分析及抗干擾的設計占據著極為關鍵位置。本課題的研究將更好地提高儀器的可靠性和抗干擾分析和控制的力度，通過合理化的途徑和措施，進一步優化其在實際應用中的最終整體效果。

1 概述

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。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。

實驗室一般對作為計量檢定/校準標準器的儀器應定期校準或校準，以確保其數量的可追溯性，并進行必要的維護和維修，以確保設備的有效性和可靠性。事實上，高頻率的儀器較容易損壞，且性能不穩定，使用一段時間后，由于操作方法、環境條件（電磁干擾、輻射、溫度、濕度、ashYong、電源、聲音、振動、移動）、樣品和試劑溶液污染等因素，并不能確保持續可靠檢定或校準狀態。各類儀器儀表直接或間接的用作檢定/校準過程的標準器，如使用過程中它們的計量性能發生改變，使用它們所做的檢定和校準，得到的結果是錯誤的或不準確的，而以這些結果做出的判定和行動很大可能是錯誤的，可能造成嚴重經濟損失甚至是有害的，所以在使用過程中的儀器儀表，必須采取一定的行動及措施對其可靠性進行控制。

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。

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

儀器儀表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。在儀器儀表可靠性分析上，需要以兩項內容為主：（1）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；（2）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，以此來作為一項設計標準，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，完善儀器儀表之間的配合關系。

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。

第一，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：

λGs=λGi（πQi×Ni×n）

式中：λGs為元件模塊的失效率，單位10-6/h；λGi為儀器儀表內第i個元件在整個系統內的通用失效率，單位10-6/h；πQi為儀器儀表內第i個元件在整個系統內的通用系數；Ni為i類元件的組成數量；n為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為應力法失效率；λb為故障率；πE為環境系數；πR為電流因子；πA為應力因子；πS2為電壓因子；πC為配置因子。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。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 儀器儀表可靠性分析的方法

3.1 確定儀器儀表的壽命分布類型

儀器儀表的壽命分布分析是對儀器儀表規律性故障進行預測的主要手段，也是確定儀器儀表日常維護制度的主要依據，威布爾分布是目前儀器儀表壽命分布的主要類型。

3.2 分布參數的估計

威布爾分布參數估計包括點估計與區間估計，分析工作中應根據實際故障情況合理調整相關參數，確保壽命分布類型與威布爾分布相吻合。點估計是指利用實際數據來進行未知參數的估計，區間估計則是對置信區間范圍進行確定。點估計與區間估計的方法眾多，圖估計是實際工作中最為常用的方法。圖估計要求使用描點、連線、作圖的方法來對確定分布類型的未知參數進行估計。以威布爾分布為例，使用圖估計可對形狀參數、位置參數、平均壽命等多種參數進行有效準確估計。

3.3 高可靠性儀器儀表的可靠性分析

高可靠性儀器儀表的可靠性分析與普通儀器儀表不同，對高可靠性儀器儀表只在壽命分布已知的情況下進行，并通過推導或特征壽命推導出儀器儀表的可靠度

下限。

3.4 儀器儀表使用效果分析

儀器儀表使用效果分析是評判儀器儀表可靠性、安全性等綜合工作能力的主要標準，也是提高儀器儀表使用水平，完善儀器儀表管理制度的重要依據。使用效率、可用度、系統能效等指標是儀器儀表使用效果分析的主要參考數據信息。

4 儀器儀表可靠性的影響因素

4.1 施工人員的素質

儀器儀表的使用效果很大程度上是由施工人員的素質決定的，其構成了施工的主體，在儀器儀表施工中發揮著不可替代的作用。但是現在的儀器儀表的施工過程中卻存在著很多的問題。有的施工人員自身的技術不過硬，缺乏相關的素質，這樣就使得儀器儀表的安裝存在著很大的問題。有一些施工人員的責任感不強，在對圖紙進行分析的時候，態度不認真，自動儀表就會出現相應的應用問題。只有提高施工人員的素質，才能在施工以及應用時保證儀器儀表的安裝質量以及應用狀況。

4.2 監管不到位

在對儀器儀表進行安裝之后，如果任其發展的話，儀器儀表也不能保持良好的運行狀況。隨著現代管理技術的不斷加強，監管工作在各行各業當中都有著重要的作用。但是現在的應用儀器儀表的企業往往不具有相應的專業知識，也缺乏相應的監管意識，這樣對于儀器儀表出現的問題就不能及時察覺，也就難以保證儀器儀表運行的可靠性。

現在的企業認為儀器儀表就是為了增加企業的運行情況，而不知道其也是需要維護和監管的，如果不對其進行監管，其功能就不能充分地發揮，這樣同樣會影響到企業的運轉。隨著現在市場經濟的發展，企業只有提高自身的管理水平，才能提高企業的經濟效益，更好地促進企業的發展，加強監管實則是企業發展的趨勢，唯有監管才能保證質量，確保功能的實現。

5 結語

總之，加強對設備的可靠性分析和抗干擾設計，對于其良好使用效果的取得具有重要意義。因此在今后的儀器儀表應用過程中，應該加強對其可靠性問題的重視程度，并通過多種措施與方法提升其可靠性，從而保證相關工作的順利進行。

參考文獻

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（責任編輯：黃銀芳）