使用可靠性

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1、第一讲,可靠性概念,可靠性是指产品在规定的时间内和规定的条件下，完成规定功能的能力。 规定的时间：产品经过老化后，有一个较长的稳定使用期，以后随着时间的延长可靠性下降，时间越长，可靠性越低。 规定条件：是指使用时的应力条件（电气的和机械的）、工作环境和维护条件、贮存条件等。规定条件不同，产品的可靠性也不同。 规定的功能：是指完成规定的所有功能，而不是其中一部分。,可靠度（不失效率）,可靠度指产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的概率。 (t)= 式中 试验样品数； n 规定试验时间t内故障数。,故障率,故障率是指产品在规定条件下和规定时间内，失去规定功能的概率。 故障率与可靠度是对立事件

2、。 （t）+ （t）= 1 （t）= n/N100%,平均寿命,平均寿命对不可修复的产品，它是指产品失效前的工作或储存的平均时间。 MTTF= 对可修复的产品而言，平均寿命是指相邻两次故障间隔的工作时间的平均值，即平均无故障工作时间。 MTBF= 式中 总运行时间； ti 第i个产品无故障工作时间。,失效率（瞬时失效率）,失效率是指产品工作到t时刻后的一个单位时间（t到t+1）内的失效数与在t时刻尚能正常工作的产品数之比。 (t)= 式中 试验样品数； n(t)到时刻t 时的失效数； n(t+t)t时刻后，在t时间间隔内失效数。,失效密度（故障频率）,失效密度是单位时间内失效产品数与受试验产品

3、的起始数（总数）之比。 f(t)= 式中 n(t)在t时间内，失效的产品数； 试验样品数。,平均修复时间,该项指标反映了产品的可维修度，是指平均一次故障所需的修复时间。 MTTR= 式中 n故障次数； R修复时间总和。,可靠性分类,一、固有可靠性 二、使用可靠性 三、环境适应性,固有可靠性,固有可靠性是指产品在设计、制造时内在的可靠性。 影响固有可靠性的因素主要有产品的复杂程度，电路和元器件的选择与应用，元器件的工作参数及其可靠程度，机械结构和制造工艺等。 产品的固有可靠性在很大程度上依赖于元器件的可靠性。 产品越复杂所用的元器件越多，则产品的固有可靠性越低。,使用可靠性,使用可靠性是指使用和

4、维护人员对产品可靠性的影响，它包括使用与维护的程序及产品使用操作方法正确性以及其他人为的因素。 使用可靠性在很大程度上依赖于使用产品的人。 熟练而正确的操作，及时的维护和保养，都能显著提高使用的可靠性。,环境适应性,环境适应性是指产品所处的环境条件对可靠性的影响。 包括环境温度、湿度、气压、振动、冲击、霉菌、烟雾、以及贮存和运输条件的影响。 提高产品的环境适应性，主要是对产品采取各种有效的防护措施。,第二讲,电子产品的防护 措施,1 气候因素的防护 2 电子产品的散热及防护 3 减振与缓冲,一 、气候因素的防护,1 潮湿的防护 潮湿将导致电子产品的表面电阻率下降，绝缘强度降低，甚至发生漏电、短

5、路和损坏。潮湿还会引起材料腐蚀、霉烂和金属生锈。 物体的吸湿是由于物体周围空气中水蒸汽的分子运动，一部分水分子会被吸附在物体表面上，形成一层水膜，并随着空气相对湿度的增高，水膜厚度也增大。这层水膜再通过扩散、吸收、吸附、凝露形式进入物体内部。,物体的吸湿形式： （1）扩散。在高湿环境中，由于物体内部和周围环境的水汽压力差较大，水分子在压力差的作用下，向物体内部扩散，使水分子进入物体内部。扩散随着温度升高而加剧。 （2）吸收。有些材料本身具有缝隙和毛细孔，如高分子塑料的分子间，均存在一定的空隙，纤维材料则有众多的毛细孔，当这种材料处于潮湿空气中时，材料表面的水膜分子由于毛细作用，进入材料内部。

6、（3）吸附。由于物体表面的分子对水分子具有吸引力。当物体处于潮湿空气中时，水分子就会吸附到物体表面上，形成一层水膜。含有碱及碱土金属离子、非金属化合物离子以及离子晶体化的固体材料，对水分子有较大的吸附能力。 （4）凝露。当物体表面温度低于周围空气的露点时，空气中的水蒸汽便会在物体表面上凝结成水珠，在物体表面上形成一层很厚的水膜。在高温、低温交变循环下，可能造成材料内部的内凝露，严重时会使材料内部积水。,水分子以扩散和吸收的形式进入物质内部的程度，可以用吸湿性（吸水性）和透湿性等指标表示。 吸湿性它以材料在温度为20C和相对湿度为100%（或97%100%）的空气中经过24小时后所增加重量的百分

7、数来表示。 吸水性以材料放在温度为（205）C的蒸馏水中经过24小时后所增加重量的百分数来表示。,透湿性材料能被子水蒸汽（或水分子）透过的能力。透湿性用透湿率来表示。即在单位气压（mmHg）下，材料厚度为1时，每小时透过水蒸气的微克数。其单位为g/cmhmmHg。,吸附和凝露会使材料表面形成一层水膜。这层水膜将引起材料润湿，材料被水润湿的程度可用润湿角来表征： 当润湿角90时，材料可被认为是亲水性的；当润湿角90时，材料可被认为是憎水性的。,亲水性当物体表面对水分子的吸引力大于水的表面张力时，此时润滑湿角90，角越大，表示物体憎水性越强。憎水性物体使水在其表面上收缩成不相连的小水珠，物体表面不

8、易被润湿，水分子也不易渗入物体内部。,防潮湿措施 防潮湿措施有憎水处理、浸渍、灌封、密封等方法。 憎水处理是利用憎水物质，通过一定方法，在元件、零件表面形成憎水性膜，或者使某些物质发生化学变化而使材料变成憎水性。 浸渍是将被处理的元件或材料浸入不吸湿的绝缘液中，经过一段时间，使绝缘液进入材料的小孔、毛细管、缝隙和结构间的空隙，从而提高了元件材料的防潮湿性能以及其它性能。 蘸浸是把被处理的材料或元件短时间（几秒钟）地浸在绝缘液中，使材料或元件表面形成一层薄绝缘膜，也可以用涂覆的办法在材料或元件表面上涂上一层绝缘液膜。,灌封或灌注 在元器件本身或元器件与外壳间的空间或引线孔中，注入加热熔化后的有机

9、绝缘材料，冷却后自行固化封闭。此种工艺叫灌封或灌注。 密封就是将零件、元件、部件或一些复杂的装置，甚至整机安装在不透气的密封盒中，这种方法属于机械防潮。 密封是防止潮气长时期影响的最有效方法。密封不仅可以防潮，而且还可以防水、防低气压、防盐雾、防霉、防灰尘。,各种防潮措施的适用范围 在正常气候条件下为了提高某些非金属材料、纤维材料和线圈类元器件的防潮能力、耐热能力、抗电强度以及机械强度等，可采用憎水处理、蘸渍、浸渍处理和灌封处理。对于金属材料的防潮，则多采用表面覆盖。 憎水处理和蘸渍处理多用来作为其他防潮处理后的辅助处理，以进一步加强其防潮性能。 浸渍和灌封处理应根据使用条件和要求选择适当的浸

10、渍、灌封材料 。 密封措施主要用于恶劣的气候条件 。,2 盐雾的防护 盐雾的危害性主要是对金属及各种金属镀层的强烈腐蚀。 盐雾是由于海水被海风（包括巨大的台风）吹卷及海浪对海岸冲击时飞溅的海水微滴被卷入空中，与潮湿大气结合形成带盐分的雾滴，称为盐雾。 防护方法主要是在一般电镀的基础上进行加工，即严格电镀工艺保证镀层厚度，选择适当的镀层种类。,3 霉菌的防护 霉菌属于细菌中的一个类别，它生长在土壤里，并在多种非金属材料的表面上生长。霉菌在适宜的气候环境下（温度1535、相对湿度高于70%）繁殖非常快。霉菌所分裂出来的孢子很小（1m以下），很易于随空气侵入产品。霉菌是靠自身分泌的酶在潮湿条件下分解

11、有机物而获取养料的，这个分解过程就是霉菌侵蚀与破坏材料的根本原因。 霉菌侵蚀会降低材料的机械强度甚至使材料腐烂脆裂；另外可改变材料的物理性能与电性能；侵蚀金属或金属镀层表面，使之表面被污染甚至引起腐蚀。许多有机绝缘材料霉菌侵蚀后，由于分泌出酸性物，而使绝缘电阻大幅度降低；使电子线路的频率特性发生变化。此外，霉菌还会破坏元件和设备的外观，以及给人的身体造成毒害作用。,防霉措施： 密封防霉。将产品严格密封，并加入干燥剂，使其内部空气干燥、清洁。 控制环境条件，防止霉菌滋生。如采取措施把温度降低到10以下，绝大部分霉菌就无法生长；用足够的紫外线辐射、日光照射，以及定期对无线电产品通电增温降低湿度，也

12、能有效地阻止霉菌生长。 应用防霉剂。 使用防霉材料。,4 金属的防护 金属的腐蚀是指金属或合金跟周围接触到的介质进行化学反应而遭到破坏腐蚀的过程。当金属零件发生腐蚀后，不仅使零件表面遭到损害，而且会使零件的机械强度下降，影响电器性能，使产品不能可靠工作。 金属腐蚀可分为化学腐蚀和电化学腐蚀两类。 化学腐蚀是金属跟接触到的物质（一般是非电解质）直接发生化学反应而引起的一种腐蚀。 电化学腐蚀是当金属与电解液发生作用时产生的腐蚀。,金属的防护方法 （1）改变金属的内部组织结构。例如，把铬、镍等加入普通钢里制成的不锈钢。 （2）表面覆盖。就是在零件的表面覆盖致密的金属或非金属覆盖层。表面覆盖层按其性质

13、可分为以下三类：金属覆盖层、化学覆盖层、涂料覆盖层。 （3）电化学保护法。因金属的腐蚀主要是电化学腐蚀，所以，只要能够把引起金属电化学腐蚀的原电池反应消除，金属的腐蚀自然就可以防止了。,金属覆盖：金属覆盖层是用电镀、化学镀、喷镀和热浸等方法，在本体金属表面镀上一层有良好的化学稳定性（即抗腐蚀性）和某些物理性能（如导电性、耐磨性）的金属。 化学覆盖：化学覆盖是用化学或电化学的方法在金属表面形成一层致密而稳定的金属化合物。化学覆盖有：发蓝（黑）、氧化、钝化、阳极氧化和磷化等。 涂料覆盖：涂料覆盖是在金属表面涂油漆、矿物性油脂或覆盖搪瓷、塑料等物质。,电化学保护法可分为外加电流的阴极保护和牺牲阳极的

14、阴极保护法。 外加电流的阴极保护法是在外加直流电压的情况下，把需要保护的金属接电源的负极（阴极），而用不溶性的物质接正极（阳极），两者都放在电解质溶液里，接上外加直流电源。,通电后，大量电子被强制流向被保护的金属，使金属表面产生负电荷（电子）的积累。由于金属氧化所生成的电子流是跟外加电源的电流的方向是相反的，只要外加足够的电压，金属腐蚀而产生的原电池电流就不能被电子输送，因而腐蚀就不能发生。这样就抑制了金属发生失去电子的作用，从而防止了金属的腐蚀。 牺牲阳极的阴极保护法是在要求保护的金属上连结一种金属电位更低（也即更活泼，更易失去电子）的金属或合金，当两者处于电解质溶液中时，发生腐蚀的将是电位

15、低的金属，而电位高的（要求保护的）金属得到了保护。,第三讲,二 、电子电气设备散热及防护,电子产品的散热及防护 电子产品工作时其输出功率往往只占输入功率的一小部分，其功率损失一般都以热能的形式散发出来。实际上，电子产品内部任何具有实际电阻的载流元器件都是一个热源。当电子产品工作时，温度将升高。 电子产品工作时的温度与产品周围的环境温度有密切的联系，当环境温度较高或散热困难时，电子产品工作时所产生的热能难以散发出去，将使电子产品温升提高。 由于电子产品内的元器件都有一定的工作温度范围，若超过其极限温度，就要引起工作状态改变，寿命缩短甚至损坏。 电子产品的热设计，就是根据传热学的基本原理，采取各种

16、散热手段，使电子产品的工作温度不起过其极限温度，从而保证电子产品在预定的环境条件下稳定可靠地工作。,1 热的传导方式 传热的基本方式有三种，即传导，对流和辐射。 热传导是指通过物体内部或物体间直接接触来传播热能的过程。热传导是通过物体内部或物体接触面间的原子，分子以及自由电子的运动来实现能量传播的。 Q=t/RT 式中 Q 单位时间内热传导的热量； t热传导时的温度差（）； RT 热阻（/W）。,热阻是热流途径上的阻力大小。它包括热流通过物体内时的阻力，称为物体导热热阻Rs和热流通过两接触面时阻力，称为接触热阻Rc 。 RT =Rs+Rc 而 Rs=/（S） Rc=1/（kcS） 式中 传热路径的长度(m)； S 传导截面积(m2)； 导热系数（W/m）； kc接触传热系数（W/m2）,热对流 热对流是依靠发热物体（或高温