История возникновения и развития теории надежности

Наука надежности начала развиваться после Второй Мировой Войны. Военные конфликты ускорили развитие техники и остро поставили проблему обеспечения безотказности и ремонтопригодности технических средств. По источникам США в 1949 году 77% всей морской РЭА находилось в состоянии ремонта. С начала НТР стали создаваться сверхсложные системы в информатике, энергетике, транспорте и т.д. Эти системы пронизывали всю инфраструктуру общества на государственном уровне. Этот период характеризуется бурным развитием методов обеспечения надежности систем на всех этапах. Требовался строгий математический расчет всех технических параметров, включая различные показатели надежности. Исторически наука надежности развивалась по двум основным направлениям. Математическое направление возникло в радиоэлектронике и связано с развитием математических методов оценки надежности. Применительно к сложным системам, с разработкой методов статистической обработки информации о надежности, разработкой структур систем, обеспечивающих высокий уровень надежности. Теоретической базой являются: теория вероятностей, математическая статистика, теория случайных процессов, теория массового обслуживания, математическое моделирование и другие разделы математики. Физическое направление возникло в машиностроении, связано с изучением физики отказов, с разработкой методов расчета на прочность, износостойкость, теплостойкость и др. Теоретической базой являются естественные науки, изучающие аспекты разрушения, старения и изменения свойств материалов, теория упругости, пластичности, ползучести, усталостной прочности, механика разрушения, трибология, физико-химическая механика материалов и другие науки.

Определение понятия надежность. Изучение любой дисциплины начинается с основных понятий, под которыми понимается терминология данной дисциплины. ГОСТ 27.002-89 «Надежность техники, основные понятия, термины и определения». Безотказность – свойство объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или наработки.

 

16.04.12 (publ.lib.ru)

 

Наработка – продолжительность (или объем) работы объекта. Размерность наработки определяется видом объекта и особенностями его применения. Наработка может определяться до отказа, между отказами, до наступления предельного состояния или до некоторого фиксированного момента времени.

Долговечность – свойство объекта сохранять работоспособное состояние до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонта. Понятие долговечность предполагает рассмотрение работоспособности объекта за весь период его эксплуатации и учитывает, что длительная работа объекта невозможна без проведения мероприятий по поддержанию и восстановлению его работоспособности, утрачиваемых в процессе эксплуатации.

Ремонтопригодность – свойство объекта, заключающееся в его приспособленности к поддержанию и восстановлению работоспособного состояния путем технического обслуживания и ремонта.

Сохраняемость – свойство объекта сохранять в заданных пределах значения параметров, характеризующих способность объекта выполнять требуемые функции в течение и после хранения и транспортирования.

Безопасность – свойство объекта при изготовлении и эксплуатации и в случае нарушения работоспособного состояния не создавать угрозу для жизни и здоровья людей, а также окружающей среды.

 

Основные состояния объекта

 

С позиции надежности объект может находиться в следующих состояниях: исправное, неисправное, работоспособное, неработоспособное, предельное.

Критерии предельного состояния: 1) отказ одной или нескольких составных частей, восстановление или замена которых на месте эксплуатации не предусмотрены эксплуатационной документацией 2) механический износ ответственных деталей (узлов) или снижение физических (химических) свойств материалов до предельно допустимого уровня 3) снижение наработки на отказ ниже (выше) допустимого уровня 4) повышение уровня текущих затрат на техническое обслуживание и ремонт.

Понятия дефекта, неисправности, повреждения, отказа как событий, приводящих к нарушению исправного состояния объекта. Переход объекта из одного состояния в другое происходит в следствие некоторого события.

Повреждение – событие, заключающееся в нарушении исправного состояния объекта при сохранении работоспособного состояния.

Отказ – событие, заключающееся в нарушении работоспособного состояния объекта. Типичные критерии отказов. Признак или совокупность признаков неработоспособного состояния объекта, установленных нормативно-технической или конструкторской документацией. 1) Прекращение выполнения объектом заданных функций, снижение качества функционирования по одному или нескольким параметрам 2) Искажение информации на выходе объекта из-за сбоев 3) Внешнее проявление, связанное с наступлением неработоспособного состояния (шум, вибрации, перегрев).

Восстановление – как событие, приводящее к переходу из неисправного состояния в исправное в результате устранения отказа путем перестройки структуры, ремонта или замены отказавших частей.

Классификация отказов. Постепенные отказы – возникают в результате постепенного протекания того или иного процесса повреждения, ухудшающего выходные параметры объекта: процессы изнашивания, коррозии, усталости, ползучести материалов. Внезапные отказы – возникают в результате сочетания неблагоприятных факторов и случайных внешних воздействий, превышающих возможности объекта к их восприятию. Полные отказы – отказы, после которых использование объекта по назначению невозможно. Частичные отказы – отказы, после которых объект может быть использован по назначению, но с меньшей эффективностью.

Связь между отказами. Независимый отказ – отказ, не обусловленный другими отказами или повреждениями объекта. Зависимый отказ – отказ, обусловленный другими отказами или повреждениями объекта. Устойчивый отказ – отказ, который можно устранить только путем восстановления (ремонта). Самоустраняющиеся отказы – отказы, устраняемые без операции восстановления путем регулирования или саморегулирования. Сбой – самоустраняющийся отказ или однократный отказ, устраняемый оператором. Перемежающийся отказ – многократно возникающий и самоустраняющийся отказ одного и того же характера.

Для того чтобы количественно оценить надежность, используют различные виды оценки. Состояние надежности оценивается различными количественными критериями: а) вероятностью исправной работы б) средним временем исправной работы в) сроком службы г) техническим ресурсом д) интенсивностью (опасностью) отказа е) частотой отказов ж) коэффициентом профилактики з) коэффициентом вынужденного простоя и) коэффициентом использования изделия к) коэффициентом отказов и т.д.

Чтобы сравнить различные типы или экземпляры изделий одного и того же типа необходимо иметь количественные характеристики надежности. Одной из таких характеристик является вероятность безотказной работы изделия в течение заданного интервала времени. Вероятность безотказной работы показывает, какая часть изделий будет работать исправно в течение заданного времени. Пусть работает количество изделий а одного типа в течение времени Tр. К концу наблюдения b изделий работают исправно. Тогда (a-b) вышли из строя. Вероятность безотказной работы будет равняться P(Tp)~b/a. Для большинства РЭ-устройств вероятность безотказной работы кроме физических свойств зависит от времени Тр, в течение которого изделие должно работать безотказно. . Другой характеристикой является среднее время наработки до отказа. Допустим, что какое-то количество изделий одного и того же типа эксплуатируется заданное время в определенных условиях. При этом регистрируется суммарное количество часов, которое проработали все изделия, и число отказов. Тср~t/n Мерой надежности является средняя наработка до отказа, полученная при проверке большого количества изделий. Чем выше Тср, тем выше надежность изделия. Величину, обратную наработке до отказа, называют интенсивностью отказов (1/час).

 

23.04.12

 

Вероятность безотказной работы P(t) и средняя наработка на отказ достаточно полно характеризуют надежность невосстанавливаемых изделий. Но однако большинство изделий конструируют так, чтобы при выходе из строя из можно было ремонтировать. Для них фактическая надежность зависит не только от того, как часто происходит отказ, но и от того, как много времени затрачивается на отыскание и устранение неисправностей. Надежность таких изделий характеризуют средним временем восстановления (Tв). Если регистрировать время, затрачиваемое на отыскание и исправление каждой неисправности, а затем найти суммарное время восстановления t_в, то среднее время восстановления Тв~t_в/n. Следует иметь ввиду, что время, затрачиваемое на отыскание и исправление конкретной неисправности может быть больше или меньше Тв. Интенсивность отказов изделия, состоящего из n элементов определяется по формуле , где - интенсивность отказов n-ного элемента с учетом всех воздействующих факторов.Интенсивность отказов показывает, какая доля всех изделий или элементов данного типа в среднем выходит из строя за один час работы. Например, если = 10^-5, то это означает, что за один час работы из строя выйдет 1/100000 доля элемента. Соответственно, за тысячу часов работы можно ожидать выхода из строя одной сотой доли всех элементов данного типа. Если в устройстве имеется сто элементов, то в среднем за каждую тысячу часов работы будет выходить из строя один элемент.

Надежность радиокомпонентов. Влияние внешних факторов на надежность радиокомпонентов оценивают с помощью коэффициента нагрузки. Коэффициентом нагрузки называют отношение фактического значения воздействующего фактора к его номинальному или максимально допустимому значению К_н=З_ф/З_н. Коэффициент нагрузки для транзисторов К_н=P_c/P_cmax, мощности рассеиваемые на коллекторе (фактическая и максимально допустимая). Коэффициент нагрузки для диодов К_н=I/ I_max, резисторов К_н=P/P_н, для конденсаторов К_н=U/U_н, для трансформаторов К_н=P/P_н.

При увеличении коэффициента нагрузки интенсивность отказов увеличивается, интенсивность отказов увеличивается, если компонент эксплуатируется в более жестких условиях: высокая температура, влажность, повышенные вибрации и т.д. Значения интенсивности отказов получены в справочной литературе, когда коэффициент нагрузки = 1 и температура окружающей среды = 20^оС, обозначаются ₀ . Интенсивность отказов в зависимости от температуры окружающей среды =a/ ₀ , а-коэффициент, учитывающий воздействующие факторы – температуру.

Экспериментально установлена зависимость интенсивности отказов от времени – кривая жизни изделия. Правильно понимать физическую природу и сущность отказов – важно для обоснованной оценки надежности технических устройств. В практике эксплуатации различают три характерных типа отказов: приработочные, внезапные, отказы из-за износа. Они различаются физической природой, способами предупреждения и устранения в различные периоды эксплуатации технических устройств. Отказы удобно характеризовать «кривой жизни».

 

 

 

 

 

Три ярко выраженных периода: I - приработки, II - нормальной эксплуатации, III - износа. Приработочные отказы (0,t₁) эксплуатации РЭА возникают, когда часть элементов, входящих в состав РЭА, являются бракованными или имеют скрытые дефекты. Физический смысл приработочных отказов объясняется тем, что электрические и механические нагрузки, приходящиеся на компоненты РЭА в приработочный период, превосходят их электрическую и механическую прочность. Продолжительность приработки РЭА определяется, в основном, интенсивностью отказов некачественных элементов. Продолжительность безотказной работы таких элементов низка, поэтому выявить и заменить их удается за короткое время. В зависимости от назначения РЭА период приработки может продолжаться от нескольких до сотен часов. Участок кривой жизни РЭА представляет монотонно убывающую функцию , крутизна которой и протяженность во времени тем меньше, чем совершеннее конструкция и выше качество ее изготовления и более тщательно соблюдены режимы приработки. Период приработки считается завершенным, когда интенсивность отказов РЭА приближается в _min в точке t₁, с учетом этого при изготовлении и ремонте изделий предприятиям рекомендуется проводить прогон изделий от нескольких часов до 2-5 суток по специально разработанным методикам, в которых предусматривается работа при влиянии различных дестабилизирующих факторов: цикл непрерывной работы, цикл включения/выключения.

Период нормальной эксплуатации II (t₁-t₂). Наблюдаются внезапные отказы, они возникают неожиданно, в следствие воздействия ряда случайных факторов, и предупредить их не представляется возможным. Тем более что к этому времени в РЭА остаются полноценные компоненты. Но и такие отказы подчиняются определенным закономерностям. Частота их появления в течение большого промежутка времени одинакова в однотипных классах РЭА. Физический смысл внезапных отказов может быть объяснен тем, что при быстром количественном изменении какого-либо параметра в компонентах РЭА происходят качественные изменения, в результате которых они утрачивают полностью или частично свои свойства, необходимые для нормального функционирования. (Пробой диэлектрика, КЗ, резкое повышение напряжения…) Период нормальной эксплуатации РЭА характеризуется тем, что интенсивность ее отказов ( _min )в интервале (t₁-t₂) = const. Второй период может продолжаться от часов до десятков тысяч часов и может даже превышать время морального старения РЭА.

III – период износа. В конце срока службы аппаратуры количество отказов снова начинает нарастать. Они в большинстве случаев являются закономерным следствием постепенного износа и естественного старения используемых в аппаратуре материалов и элементов. 29.04.12 Зависят они главным образом от продолжительности эксплуатации и возраста РЭА. Средний срок службы компонентов до износа – величина более определенная, чем время возникновения приработочных и внезапных отказов. Их появление можно предвидеть на основании опытных данных, полученных в результате испытаний конкретной аппаратуры. Физический смысл отказов из-за износов объясняется тем, что в результате постепенного и медленного количественного изменения некоторого параметра компонента РЭА, этот параметр выходит за пределы допуска. Полностью или частично утрачивают свои свойства, необходимые для нормального функционирования. При износе происходит частичное разрушение материалов. При старении – изменение их внутренних физико-химических свойств. К отказам в результате износа относят: потерю чувствительности, точности, механический износ деталей и т.д. Участок (t₂-t₃) представляет собой монотонно возрастающую функцию, крутизна которой тем меньше, а продолжительность во времени тем больше, чем более качественные материалы и комплектующие изделия использованы в аппаратуре. Эксплуатация аппаратуры прекращается, когда интенсивность отказов РЭА приблизится к максимально допустимой для данной конструкции.

Методы повышения надежности. Разделяются на структурные и информационные. Структурные методы абсолютной надежности технических устройств добиться принципиально невозможно. А максимально повысить показатели надежности - реально. Это достигается устранением причин, вызывающих отказы. Сведением к минимуму конструкторских, технологических и эксплуатационных ошибок. Повышение надежности РЭА достигается созданием новых элементов. Применение ИМС привело к значительно повышению надежности аппаратуры 3 и 4 поколения. Одним из путей повышения надежности РЭА является введение схемы избыточности. Повышение надежности РЭА резервированием. Резервирование – способ повышения надежности аппаратуры, заключающийся в дублировании РЭА в целом или отдельных ее модулей или элементов. Резервирование предполагает включение в схему устройства дополнительных элементов, которые позволяют скомпенсировать отказы отдельных частей устройств и обеспечить его надежную работу. Различают виды резервирования: постоянные (резервные элементы включены вместе с основными и функционируют в тех же режимах), резервирование замещением (обнаружение отказавшего элемента и замена его резервным), скользящее резервирование (любой резервный элемент может замещать любой отказавший). Схема мажоритарного резервирования (выборка 2 из 3) – картинка. Постоянное резервирование в РЭА производят по схеме. Входные сигналы поступают на n>k логических схем, где k – число логических схем в нерезервированной схеме. Выходные сигналы всех n логических схем далее подают на решающий элемент, который согласно функции решения по этим сигналам определяет значение выходных сигналов всей схемы. Функция решения правил отображения входных состояний решающего элемента на множество его выходных состояний. Наиболее распространенный вид функции решения – закон большинства (мажоритарный закон). --- Выходной сигнал элемента принимает значения равные значению которое принимает большинство входных сигналов. Широко используется мажоритарный элемент кот изображен на рис(по закону 2 из 3). В этих элементах значение выходного сигнала равно значению двух одинаковых водных сигналов. Функция, которую решает мажоритарная система при выборке 2 из 3, имеет следующее представление Z=X₁X₂+X₂X₃+X₁X₃. Резервирование замещением предполагает обнаружение отказавшего элемента или узла и подключение исправного. Замещение может происходить либо автоматически, либо вручную. Резервирование замещением имеет следующие достоинства: включение резервного оборудования не требует дополнительной регулировки выходных параметров, так как электрические режимы в схеме не меняются, резервная аппаратура до момента включения в работу обесточена, что повышает надежность системы за счет сохранения ресурса электронных устройств. Имеется возможность использования одного резервного элемента на несколько рабочих мест. Скользящее резервирование. Любой резервный элемент может замещать любой основной элемент. Для осуществления этого резервирования необходимо иметь устройство, которое автоматически находит неисправный элемент и подключает вместо него резервный. Но осуществление скользящего резервирования возможно лишь при однотипности элементов. Информационные методы повышения надежности РЭА реализуются в виде корректирующих кодов в вычислительной технике. Назначение этих кодов состоит в том, чтобы обнаруживать и исправлять ошибки РЭА без прерывания их работы. Корректирующие коды предусматривают введение в изделие некоторой избыточности. Различают временнУю и пространственную избыточность. Временная избыточность характеризуется неоднократным решением задачи, полученные результаты сравниваются, и если они совпадают, то делается вывод, что задача решена правильно. Временная избыточность в РЭА вводится программным путем. Пространственная избыточность характеризуется удлинением кодов чисел, в которые вводят дополнительно контрольные разряды. Обеспечение надежности в процессе эксплуатации. Различают следующие режимы эксплуатации, работу, транспортировку, хранение, профилактику, ремонт. Продолжительность каждого режима и соотношение продолжительности режимов определяется конструктивными особенностями изделия, надежности составляющих элементов, назначением изделия, кратностью использования, целесообразностью восстановления в случае отказа. В период эксплуатации изделие может находиться в состоянии работоспособности или неработоспособности. Состояние работоспособности делится на 2 состояния: функционирования (изделие в данный момент выполняет заданные функции в соответствии с установленными требованиями), ожидания (в данный момент изделие не выполняет рабочие функции, но соответствует всем требованиям ТУ и готова к использования в любой момент. Состояние неработоспособности появляется в результате отказа (изделие в данный момент не соответствует хотя бы одному из требований к основным параметрам), для изменения состояния необходим ремонт. (ТЕТРАДЬ ЧИСТУЮ ДЛЯ ПРАКТИЧЕСКИХ)

 

21.05.12

Предмет и задачи метрологии. Метрология – наука об измерениях. Весь жизненный цикл РЭА (система, прибор, блок, элемент) имеет дело с измерениями. Измеряются такие величины: длина, объем, вес, время, напряжение, ток, частота и т.д. Одним из важнейших путей познания природы является измерение. Они дают количественную характеристику окружающего мира, раскрывая человеку действующие в природе закономерности. Все отрасли техники не могут существовать без развернутой системы измерений, определяющих как все технологические процессы, контроль и управление ими, так и свойства и качество выпускаемой продукции. Они служат не только основой научно-технических знаний, но и имеют первостепенное значение для учета материальных ресурсов и планирования, для внутренней и внешней торговли, для обеспечения качества продукции, взаимозаменяемости узлов и деталей и совершенствования технологии, для обеспечения безопасности труда и других видов человеческой деятельности. Большое разнообразие явлений определяет широкий круг величин, подлежащих измерению. Во всех случаях проведения измерений независимо от измеряемой величины методы и средства измерений есть общее, что составляет основу измерений. Это сравнение опытным путем данной величины с другой подобной ей, принятой за единицу. При всяком измерении мы с помощью эксперимента оцениваем физическую величину в виде некоторого числа принятых для нее единиц, то есть находим ее значение. Установлено следующее определение измерения: измерение – нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств. Наука, изучающая измерения, - метрология. Рекомендации межгосударственной стандартизации (РМГ 29-99 ГСИ). В метрологии различают три направления: теоретическое (фундаментальное), законодательное и практическое (прикладное). Метрология – наука об измерениях, методах, средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности.

Измерения
Физические величины	Виды и средства измерений	Виды и методы измерений
Единство измерений
Единицы физических величин	Стандартизация	Эталоны
Точность измерений
Погрешность результатов измерений	Погрешность средств измерений	Классы точности измерений

 

Измерение является важнейшим понятием в метрологии, это организованное действие человека, выполняемое для количественного познания свойств физического объекта с помощью определения опытным путем значения какой-либо физической величины. Измерение – процесс нахождения значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств (средств измерений).

Физическая величина – свойство в качественном отношении общее для многих физических объектов, но в количественном отношении индивидуальное для каждого объекта. Все многообразие физических величин может быть классифицировано по множеству различных признаков. Физические величины делятся на 2 группы: неэлектрические и электрические величины. Неэлектрических величин гораздо больше, чем электрических. К электрическим физическим величинам относятся, например, «лалала». Значение физической величины – количественная оценка в виде конкретного числа принятых для этой величины единиц.

Виды и средства измерений. В любом производственном или научном процессе (в быту) приходится сталкиваться с количественной оценкой физических величин. Для этого используются различные устройства: от органов чувств до сложных измерительных систем. Измерение физических величин всегда имеет определенную цель, это либо контроль измеряемой величины, либо управление этой физической величиной. Под контролем будем понимать измерение ФВ без воздействия на нее.

 

 

Структурная схема контрольно-измерительной системы.

 

Помехи

О – >(измерение величины) –> ИП –> ПП –> ЛС –> ПП –> УО,

где

О – объект,

ИП – измерительный преобразователь, на который действуют помехи,

ПП – промежуточный преобразователь,

ЛС – линия связи,

УО – устройство отображения.

 

Структурная схема управляющей контрольно-измерительной системы

 

Помехи

О – >(измерение величины) –> ИП –> ПП –> ЛС –> ПП –> УО

^ОР <– ИУ <– УМ <– ПП <– |Х <– задание

 

где

ОР – объект регулирования,

ИУ – исполнительное устройство,

УМ – усилитель мощности,

Х – сумматор.

 

 

x –> ИП –> выходная величина

Выходная величина = функция от x, y₁,…,y_n

 

Работа ИП происходит в сложных условиях, когда на ИП действует много параметров. Нас интересует один параметр, который называется измеряемой величиной, все остальные параметры – помехи. Естественной входной величиной называется величина, которую ИП лучше всего воспринимает на фоне помех. Естественная выходная величина – величина, которая больше всего изменяется в ИП. По виду естественной выходной величины измерительные преобразователи подразделяются на генераторные и параметрические. Генераторные преобразователи имеют в качестве выходной величины ток или ЭДС при постоянной величины выходного импеданса Z_вых. Параметрические преобразователи под воздействием измеряемой величины изменяют один из своих параметров: R, L или С. Средство измерений – техническое средство, используемое при измерении и имеющее нормированные метрологические характеристики. Делятся на 5 видов: меры, измерительные преобразователи, измерительные приборы, измерительные установки, измерительные системы. Мера – средство измерения (СИ), предназначенное для воспроизведения физической величины заданного размера.

ИП предназначен для выработки сигнала измерительной информации в форме удобной для последующего преобразования, передачи, обработки, хранения. ИП не имеет отсчетного устройства, результат его преобразования не может быть воспринят человеком. Измерительный прибор – средство измерения (СИ), предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме доступной для наблюдателя. Измерительная установка – совокупность функционально объединенных СИ и вспомогательных устройств, предназначенное для выработки сигналов измерительной информации в форме удобной для восприятия. Измерительная система – совокупность СИ и вспомогательных устройств, соединенных между собой каналами связи. Преобразование информации в удобной форме для автоматической обработки и использования в автоматических системах управления.

 

28.05.2012

 

Виды и методы измерений. Функция преобразования ИП – зависимость выходной величины от входной, описываемая аналитическим выражением или графиком. Для описания линейной характеристики ИП достаточно знать два параметра: а₀ – начальное значение выходной величины, S=дельта-а/дельта-х – относительный наклон характеристики, который называется чувствительностью преобразователя. Чувствительность преобразователя – размерная величина, т.к. входная и выходная величины имеют различную физическую природу. Чувствительность измерительного прибора, состоящего из последовательно соединенных нескольких ИП, равна произведению чувствительностей отдельных ИП. В паспорте приводится средняя характеристика, которая называется номинальной. Разность между номинальной и реальной характеристиками рассматривается как погрешность ИП. Погрешности имеют различный характер и определяются:

а) систематическая погрешность – не изменяется во времени, м.б. полностью устранена введением поправок, единственный способ обнаружения состоит в поверке нуля и чувствительности при аттестации прибора по образцовым мерам.

б) прогрессирующая погрешность – медленно изменяющаяся во времени (старение элементов), процесс нестационарный, можно скорректировать только в данный момент.

в) случайная погрешность – погрешность, в появлении которой не удается установить закономерность, определяется совокупностью причин, трудно поддающихся анализу, характеризуются законом распределения их вероятности и параметрами этого закона.

г) погрешность измерения – разность между результатом измерения и истинным значением измеряемой величины.

д) погрешность линейности (нелинейность) – разность между истинным и принятым значениями измеряемой величины в предположении, что величина линейна.

Разрешающая способность – минимальное изменение измеряемой величины, которая приводит к различимому изменению в показаниях прибора. Для стрелочного прибора это половина деления шкалы.

ПЧ – порог чувствительности – минимальный уровень входного сигнала, который должен быть достигнут для появления различимых изменений в показаниях прибора

ДД – диапазон измерений (динамический диапазон) – диапазон измеряемой величины, внутри которого могут быть проведены измерения.

Динамические характеристики:

Быстродействие – параметр, позволяющий оценить, как выходная величина следует во времени за изменениями измеряемой величины.

Полоса пропускания – диапазон частот, для которого чувствительность S не меньше Smax/√2.

Постоянная времени τ – промежуток времени, за который выходная величина достигает 0.63 от установившегося значения при ступенчатом изменении входного сигнала.

Датчики входных преобразователей

Генераторные датчики (активные) – преобразуют измеряемую величину в электрическую форму энергии.

Измеряемая величина	Используемый эффект	Выходная величина
Температура	Термоэлектрический эффект	Напряжение
Поток оптического излучения	Пироэлектрический эффект Внешний фотоэффект Внутренний фотоэффект в полупроводнике с p-n переходом	Заряд Ток Напряжение
Сила, давление, ускорение	Пьезоэлектрический эффект	Заряд
Скорость	Электромагнитная индукция	Напряжение
Перемещение	Эффект Холла	Напряжение

Пироэлектрический эффект – кристаллы (пироэлектрики) испытывают спонтанной поляризацией, и на обкладках образуются заряды, пропорциональные температуре, поток излучения приводит к росту температуры кристалла, а следовательно напряжения на обкладках.

Внешний фотоэффект заключается в том, что под действием светового потока электроны покидают фотокатод и образуют ток пропорциональный освещенности.

Внутренний фотоэффект в полупроводнике заключается в том, что под действием светового потока электроны и дырки, освобожденные в окрестностях освещенного p-n перехода, перемещаясь под воздействием электрического поля, вызывают изменение напряжения на границах полупроводника.

 

Параметрические датчики (пассивные)

Изменяют параметры выходного импеданса под воздействием измеряемой величины.

Измеряемая величина	Изменяющийся параметр	Материалы
Температура	Сопротивление	Металлы, полупроводники
Сверхнизкие температуры	Диэлектрическая проницаемость	Стекло, керамика
Поток оптического излучения	Сопротивление	Полупроводники
Деформация	Сопротивление	Сплавы никеля, легированные кремнием
Перемещение	Магнитная проницаемость	Ферромагнитные сплавы
Сопротивление	Магниторезистивные металлы (висмут, антимонид индия)
Влажность	Сопротивление Диэлектрическая проницаемость	Хлористый литий окись алюминия, полимеры
Уровень	Диэлектрическая проницаемость Контакты	Жидкие изоляционные материалы Разный

 

04.06.12