传感信号器可靠性试论证

唐文斌

摘  要：可靠性对于传感信号器的正常使用具有决定性作用。可靠性的高低直接决定装备的使用效果，所以对传感信号器的可靠性进行分析论证具有十分重要的意义。文章主要是通过对某型油箱传感器进行可靠性分析，试论证其可靠性性能。

关键词：传感信号器;可靠性;论证

中图分类号：V241.9        文献标志码：A         文章编号：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

可靠性是指产品在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的能力，可靠性性能的高低直接决定了装备性能的发挥与使用。通过对装备的可靠性进行分析，能有效地提高装备的可靠性、维修性性能，从而大大的提高装备的完好性和出勤率。

传统的可靠性论证需要做大量的试验，成本高风险大，本文试通过以对某油量传感信号器进行可靠性预计、可靠性类比的方式，试论证传感信号器的可靠性，以期打开可靠性论证的新思路。

1 油量传感信号器原理简介

油量传感信号器由电容式油量传感器和告警信号器两部分组成。

第一部分为电容式油量传感器。燃油测量系统油量的测量是利用装在油箱中的油量传感信号器变介电常数电容式传感器电容的变化来感受飞机油箱燃油液面的高度变化，再根据油箱的高度容积曲线计算出燃油油量。油量传感器部分为线性传感器，其外形图如图1。

油量传感器原理如图2所示，其原理是基于圆柱型电容器的电容值与油面高度之间的函数关系，当圆柱型传感器高度（H）远远大于传感器的最大半径时，传感器真空中的电容可以近似表达为：

式中：？着0-真空的介电常数;H-传感器长度;r1，r2-传感器的内外管半径。

当油量传感器放入油箱中时，传感器上部介质为空气，下部介质为燃油，传感器的电容可以看作两个并联电容器的电容量之和：

C传=C油+C气

由上式可以看出，传感器的总容量为传感器的空气中的电容加上传感器的浸油电容，浸油电容与传感器的浸油高度成正比函数关系。

第二部分为告警信号器部分。信号器部分的核心部件为磁控继电器（又称干簧管），干簧管由簧片和玻璃管组

成，干簧管是由两根既导电又导磁的合金丝制成的簧片，

按一定的相对位置，封结在充有保护气体的玻璃管中而构成的自动控制用元件。告警信号器部分其结构图见图3。

其工作时，干簧管外部浮子产生外磁场，簧片在外磁场的作用下被磁化。当外磁场足够大时，产生的磁力会使簧片能够克服自身复原力矩而吸合，该指标就是干簧管的吸和安匝数;当外磁场足够小时，簧片又会在自身复原力矩的作用下分开。这样干簧管在实际应用的电路中便起到了磁控开关的作用。由于它具有结构简单、体积小、重量轻、灵敏度高、吸合功率小等突出优点，因此成为控制中的重要元件，尤其在航空航天等领域被广泛采用。

2 可靠性论证

2.1 可靠性设计

油量傳感信号器从以下几个方面进行可靠性设计，以满足可靠性指标MTBF的要求：

2.1.1 简化设计

油量传感信号器设计采用经过多种机型验证的通用成熟技术，提高传感信号器三化程度，满足简化设计要求。

2.1.2 环境适应性设计

油量传感信号器全部采用耐油材料，对产品暴露在环境中易产生腐蚀的部位的表面采用专门的表面防护措施，产品结构综合考虑温度、湿度、振动、冲击等环境因素。

2.1.3 元器件选用

按照型号电子元器件的选用要求和GJB3404-98《电子元器件选用管理要求》的要求，开展元器件选择、采购、验收、筛选等工作，并考虑降额设计使用。

2.2 可靠性预计

可靠性预计是定量的估算建议的或实际的产品是否满足规定的可靠性要求的过程，可靠性预计方法大致可以分为5类，相似设备法、相似复杂设备法、功能预计法、元器件计数法、应力分析法。鉴于油量传感信号器的特点，由于电容式油量传感器可以近似的认为电容，所以采用元器件计数法。为便于计算，认为产品单元的寿命服从指数分布，则传感器数学模型为：

其中：λi-单元的失效率;λs-产品的失效率;MTBF-产品的平均无故障间隔时间;n-产品所包含的单元数。

油量传感信号器所使用器件有二极管、连接器、电容器、焊点、干簧管。

根据相关规定，传感器信号器中各元器件的工作失效率模型、失效率数据及计算结果如下：

二极管 λP=2×λbπEπQ=4.992（10-6/h）

连接器 λP=2×λbπEπQπPπKπC=0.7327（10-6/h）

电容器 λP=2×λbπEπQπCVπch=1.8238（10-6/h）

焊点   λP=12×λbπEπQ=0.087（10-6/h）

干簧管 λP=2×λbπEπQπC1πCYCπrπAπC=25.0245（10-6/h）

传感器的失效率λS=32.6596（10-6/h），则其平均无故障工作时间为：

以上通过元器件计数法预计法分析，油量传感信号器的平均无故障工作时间为30681h。

2.3 可靠性类比

油量传感信号器为电容式油量传感器，该油量传感信号器与已通过鉴定并且应用多年的传感信号器甲的结构相同，具体比较具有以下特点：

（1）原理：都是电容式传感器浮子信号器，原理相同。

（2）材料、元器件采用：二极管、干簧管、连接器、主要材料都是同样的产品或同类型产品。

（3）装配工艺：装配工艺规范基本相同。

（4）使用环境：两者都是用于同一种类飞机系统，使用环境基本没有差别。

油量传感信号器和油量传感信号器甲的原理、结构、器件、选材、装配工艺相同或相近，试论证的油量传感信号器配套的飞机使用环境特别是振动频率比油量传感信号器甲配套的要高很多。油量传感信号器甲已经通过鉴定试验，试验寿命大于2000h，并通过可靠性鉴定试验，试验时间720h。因此通过类比油量传感信号器可靠工作时间不会少于油量传感信号器甲的工作时间720h。

3 结论

通过可靠性预计，油量传感信号器的平均无故障工作时间为30681h;通过类比油量传感信号器甲，其可靠工作时间将不低于720h。因此该传感信号器通过了可靠性论证，同时也说明该种可靠性论证方式经济可行。

参考文献：

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