|
| |
 |
Главная » Мануалы 1 ... 40 41 42 43 44 45 46 ... 48 Таблица Элементы датчика Функциональное назначение Последствия отказа Вид нагрузки н ее максимальное значение Условия р аботоспособн ости Значение вероятности неразрушения По результатам СФА Резьбовое соединение корпуса с посадочным местом Мембрана Соединение мембраны с корпусом Керамическая прокладка Размещение элементов датчика, и защита их от внешних воздействий Установка датчика в посадочном месте и предотвращение попадания измеряемой среды в окрунсающее пространство Передача измеряемого давления на чувствительный элемент. Разделение измеряемой среды и внутренней полости датчика Соединение мембраны с корпусом и герметизация внутренней полости датчика Электроизоляция н передача усилия на чувствительный элемент Потеря информации и возникновение аварийной ситуации Потеря информации и возникновение аварийной ситуации Потеря информации. Воздействие измеряемой среды на Внутреннюю полость датчика Потери информации. Воздействие измеряемой среды на внутреннюю полость датчика Потеря информации, разрушение мембраны Рст= 420-10 Па ДР= 35-10 Па Мз= 80 Н-м Рст= 420-10* Па АР= 35-106 Па Мз= 80 Н-м .Рст= 420-10* Па ДР= 35-10 Па Не нагружено Рст= 420-10 Па ДР = 35-10 Па Оэ1ш < [о! Тшах < [Тср] Осм < [Осм] Ттах < [Тср[ Осж < [о] Прздолокение табл. 16.1
продолжение табл. 16.Т Элементы датчика Функциональное назначение Последствия отказа Вид нагрузки и ее максимальное значение Условия работоспособности Значение вероятности неразрушения по результатам СФА Втулка оконечная Резьбовое соединение втулки оконечной с корпусом Сварной шов втулки оконечной с корпусом Сварной шов втулки оконечной с кабелем Удержаниесборки, закрепление кабеля Установка втулки в корпусе и предотвращение выброса измеряемой среды в окруж ющее пространство в случае прорыва мембраны Герметизация внутренней полости датчика и предотвращение отвинчивания втулки оконечной Для передачи сигнала с датчика на преобразователь Герметизация внутренней полости датчика и предотвращение перемещения кабеля внутри втулки оконечной Потеря информации, увеличение вероятности разрушения мембраны Потеря информации, выброс измеряемой среды в окружающее пространство в случае прорыва мембраны Разгерметизация внутренней полости датчика со стороны внешней среды Потеря информации Разгерметизация внутренней полости датчика со стороны внешней среды Не нагружен Л1з = 5 Н-м Рст= 420-10* Па ДР= 35-10* Па Не нагружен Не нагружен р„ = 420-10 Па Тщах < [Тср] Сем < [Осм] Тер С [Тср] 0,99125 0,99 [25- Рис. 16.2. Структурно-функциональная схема надежности датчика Элемент СФС, обладающий вероятностью неразрушения Р^, состоит как бы из двух параллельно соединенных элементов с значениями вероятности неразрушения и Po, Рю = Р-го = = 1 - 11 - Pg = 0,9825. Аналогично проведем расчет вероятности неразрушения остальных элементов конструкции: 10 = Рц 12 Pis Р == Pjg = Pjg = Pi4 = P,g = == Yl\ = 0,9964; .i=Ps2=l-У 1-5 = 0,94; P , :---Pgi P, 21 - 32 ~ = = 0,99125. Таким образом, получены значения вероятности неразрушения каждого элемента конструкции, необходимые для обеспечения заданных требований надежности. Таблица 16.2 Результаты расчета вероятностей неразрушеиия
По вычисленным значениям вероятности неразрушения каждого элемента конструкции датчика с помощью формул (16.1) и (16.2) определим соответствующие коэффициенты запаса. Для того чтобы упорядочить расчет, сведем значения вероятности неразрушения Pi, соответствующие им значения гауссовского уровня надежности у,-, определенные по таблицам нормализованной функции Лапласа, и коэффициенты запаса /С/ несущей способности элементов конструкции датчика в табл. 16.2. Полученные значения коэффициента запаса являются ориентировочными при проектировании датчика. Истинные значения коэффициентов запаса несущей способности элементов конструкции должны быть не ниже полученных значений. В этом случае конструкция будет удовлетворять требованиям к механической надежности датчика. 16.3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ОЦЕНКА МЕХАНИЧЕСКОЙ НАДЕЖНОСТИ ДАТЧИКА Основным методом экспериментальной оценки механической надежности датчика является метод разрушающих испытаний. По результатам разрушающих испытаний определяется несущая способность и коэффициенты запаса несущей способности датчика или элементов его конструкции по отношению к максимальным значениям нагрузки, заданным в ТЗ. Исходные данные при планировании и проведении испытаний: расчетное значение гауссовского уровня надежности датчика или его элемента Урасч. связанного с заданной вероятностью неразрушения выражением (16.1); расчетное значение коэффициента запаса несущей способности К, определяемого по формуле (16.2); закон распределения несущей способности, принимаемый априорно нормальным; априорный коэффициент вариации несущей способности V] = 0,15. Расчетный коэффициент запаса несущей способности обычно ниже его истинного значения, поскольку при конструировании, как правило, используют нижние границы различных справочных предельных прочностных характеристик. В качестве начальной нагрузки на датчик выбирают значение, равное расчетному значению несущей способности, определяемому как = SK, где S - предельная нагрузка по техническому заданию; К - расчетный коэффициент запаса. Далее нагрузку увеличивают ступенями, равными Время воздействия каждой ступени нагрузки должно быть равно времени выполнения задания или времени непрерывной работы датчика 4, в соответствии с ТЗ. В случаях, когда нагрузка не связана с временем воздействия и носит разовый или периодический характер, учитывают число нагружений за время t. Если в силу каких-либо причин не удается довести нагрузку до разрушающего значения, то испытания прекращают и фиксируют наибольшую приложенную нагрузку S ~ -\- AF. По результатам разрушающих испытаний определяют среднее опытное значение несущей способности: оп- t Ron l/n, (16.7) где Ron i - несущая способность (нагрузка разрушения) t-ro датчика; п - число датчиков, поставленных на испытания. Поскольку истинная несущая способность датчика, как правило, неизвестна, но есть достаточные основания предполагать, что она распределена по нормальному закону, то при построении доверительного интервала для опытной несущей способности используем распределение Стьюдента: в этой формуле j] (Roni -RcnV 1=] on n- 1 является опытной оценкой среднеквадратического значения несущей способности; jj - квантиль распределения Стьюдента, соответствующий заданной доверительной вероятности оценки механической надежности р при числе степеней свободы распределения Стьюдента Кс = п - i (табл. 16.3). После определения оценок параметров распределения опытных значений несущей способности находят опытное значение коэффициента запаса Kon-=RojS (16 9) и опытное значение гауссовского уровня надежности. При определении гауссовского уровня надежности берем наихудший случай, т. е. нижнюю границу доверительного интервала для Y =-- (16.10) Условие положительного исхода испытаний заключается в совместном выполнении двух неравенств: К^Коп' Ypac4<Yon. (16-11) Верхние (+р) и нижние {-fp) квантили -распределения Стьюдента Таблица 16.3
Т. е. опытные значения коэффициента запаса и гауссовского уровня надежности должны быть больше или равны соответствующим расчетным значениям. Если по результатам испытаний окажется, что К < Копт но Ypac4 > Yon. то это означаст, что уровень доверия к результатам испытаний не соответствует требуемому и испытания необходимо продолжить, используя дополнительное число датчиков. В случае, когда К > Коп^ считается, что датчики не выдержали испытаний и их механическая надежность не соответствует- требованию ТЗ. Планирование объема испытаний. Объем испытаний в основном определяется требуемым уровнем доверия, с которым должна быть подтверждена механическая надежность датчика. Уровень доверия тесно связан с опытным значением гауссовского уровня надежности, так как последний определяется с помощью доверительного интервала. Поэтому для планирования объема испытаний может быть использовано одно из условий их положительного исхода Ур. < То.-., или в развернутом виде п / оп Кои -1§ 77-- - = (16.12) Таблица 16.4 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
0,95 0,975 6,314 4,465 1,686 1,066 0,901 0,793 0,716 0,658 0,611 0,573 0,542 0.514 0.491 0.4706 0.453 0.437 0,422 0.409 0,397 12,706 8,986 2.484 1.388 1,150 0.999 0,894 0.815 0.754 0,705 0.664 0,629 0.599 0,573 0.550 0,530 0.511 0,495 0.480 0,99 31,821 22.504 4.021 1,874 1.505 1,283 1,133 1,024 0,940 0.874 0,820 0.774 0,735 0.701 0,672 0.646 0,623 0,601 0,582 0,995 63,657 45,019 5,730 2,302 1,803 1,513 1,322 1,186 1,083 1,002 0,937 0,882 0,836 0,796 0,761 0,730 0,703 0,678 0.656 Рассмотрим наихудший случай с точки зрения объема испытаний, когда датчик не может быть разрушен и испытания прекращают при нагрузке = F -\- AF. Для данного случая о^ = я выражение (16.12) примет вид В рассматриваемом случае i?o = R + Rv., формулу (16.13) можно привести к виду + 1-- (16.13) следовательно, (16.14) Из полученного выражения видно, что для вьшолнения неравенства (16.12) необходимо, чтобы УУКа<\. (16.15) Это требование может быть положено в основу планирования объема испытаний. Связь коэффициента tV с объемом испытаний и уровнем доверия представлена в табл. 16.4. Так как всегда стремятся получить положительный результат испытаний при наименьшем их объеме, то для выполнения условия -урасч < 432 YonJipH наименьшем объеме испытаний значения коэффициента tlYKc нужно выбирать близкими к единице. В случае, когда разработчик не располагает никакой информацией, кроме расчетной, планирование объема испытаний ведется в соответствии с неравенством (16.15), т. е. объем испытаний по табл. 16.4 выбирают таким, чтобы при заданном уровне доверия коэффициент tiyK- 1. Если разработчик располагает априорными опытными данными о значении несущей способности датчика, то объем испытаний с помощью табл. 16.4 выбирают таким, чтобы при заданном уровне доверия Р оп --s R-S VKc Or °R При исходе испытаний А™. Yp.c4 > Yon. (16.16) т. е., когда уровень доверия не соответствует требуемому, дополнительный объем испытаний рассчитывают следующим образом. Прежде всего рассчитывают новые значения Ron и Соп с учетом как априорной информации, так и результатов проведенных испытаний. После чего по табл. 16,4 для заданного уровня доверия р находят значение и соответствующее ему значение п'. Дополнительный объем испытываемых датчиков будет Пд = - п' - п„, где Пи - суммарное число учитываемых априорных и проведенных испытаний к моменту получения исхода (16.16), 16.4. ОЦЕНКА МЕТРОЛОГИЧЕСКОЙ НАДЕЖНОСТИ ДАТЧИКОВ Как уже отмечалось ранее, метрологическая надежность - это вероятность непревышения реальными погрешностями заданных нормированных значений. Отсюда следует, что метрологическая надежность тесно связана со способом нормирования и законом распределения погрешностей. Для датчиков, работающих в условиях воздействия большого числа влияющих факторов, закон распределения результирующей погрешности близок к нормальному, а для оценки метрологических свойств используется среднеквадратическое значение погрешности. В этом случае, если, например, требуемая метрологическая надежность Р = = 0,95, то значит допускается 5% выходов значения погрешности за допустимые пределы, которые определяются как Удоп- Поскольку для нормального закона распределения погрешностей (при Р = 0,95) I удо., I = 2у, где у - относительная величина среднеквадратической погрешности, то требование к метрологическим характеристикам датчика определяется как у = 0,5) удо^ I- С другой стороны, если задано относительное среднеквадрати-ческое значение погрешности датчика у и метрологическая надежность Р, то это означает, что с вероятностью q = 0,05 допустимы погрешности, превышающие 2у. Такая трактовка понятия метрологической надежности позволяет сравнительно легко ввести в рассмотрение такой неотъемлемый параметр надежности, как время. Положим, что в некоторый начальный момент времени t = О для заданного комплекса внешних условий случайные погрешности датчика описываются формулой (14.21), а систематические погрешности - формулой (14.6), причем систематические погрешности скорректированы поправками, т. е. математическое ожидание погрешности результата измерения равно нулю. Тогда для заданных значений дисперсий влияющих факторов и конкретных аддитивных и мультипликативных чувствительностей датчика к влияющим факторам в любой точке его диапазона можно рассчитать относительное среднеквадратическое значение погрешности у. Затем для заданного допустимого значения погрешности удо^, считая закон распределения реальной погрешности нормальным, можно найти вероятность непревышения погрешностями заданного значения, т. е. метрологическую надежность Р-Ф(УпоЛ2\ (16.17) где Ф - функция Лапласа. Вероятность Р, найденная из (16.17), определяет метрологическую надежность лишь в начальный момент и с течением времени не остается постоянной. Дело в том, что входящие в модели систематической и случайной погрешности относительные аддитивные и мультипликативные чувствительности датчика к влияющим факторам не остаются постоянными, а постепенно меняются вследствие различного родаГнеобратимых процессов, происходящих в материалахи элементах сочленения деталей и узлов датчика. Изменение чувствительностей к влияющим факторам влечет за собой появление систематических погрешностей и изменение величин случайных погрешностей. На рис. 16.3 показана картина изменения абсолютных погрешностей результата измерения;во времени. В на-чальный'момент времени систематическая погрешность скорректирована и смещение У Рис. 16.3. Систематический сдвиг погрешностей во времени 1 ... 40 41 42 43 44 45 46 ... 48 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||