Record Details

Method for calculating gamma-percentile time to failure and failure rate of resistive position sensors of control systems

Dependability

View Archive Info
 
 
Field Value
 
Title Method for calculating gamma-percentile time to failure and failure rate of resistive position sensors of control systems
Методика расчета гамма-процентной наработки и интенсивности отказов резистивных датчиков положения управляющих систем
 
Creator A. Ishkov S.; Radio Technology and Radioelectronic Systems Department
A. Tsygankov I.; JSC NII elektronno-mekhanicheskikh priborov (NIIEMP)
А. Ишков С.; Пензенский государственный университет
А. Цыганков И.; ОАО «НИИ электронно-механических приборов» (НИИЭМП)
 
Subject resistive potentiometers; short-term reliability testing; forecasting; gamma-percentile time to failure
резистивные потенциометры;испытания на кратковременную безотказность;прогнозирование;гамма-процентная наработка до отказа
 
Description Aim. Traditionally, the dependability indicators of resistive position sensors based on wire-wound potentiometers used in various control systems are confirmed by means of appropriate dependability tests or tests of comparable products. For cases of non-availability of comparable products test data or significant changes in the product’s design and materials, a method for short-term dependability testing and dependability indicators forecasting is required. Calculations of dependability indicators are to be based on statistical information on the variations of properties and parameters over the course of dependability testing along with research findings regarding the physical patterns, descriptions of process kinetics that cause such variations.Methods. The analysis of physical processes that cause catastrophic changes in resistive position sensors has shown that under electrical loads thermal and electrical fields form that cause electrokinetic, thermoelectric, thermo-diffusion effects. In all cases the rates of physical and chemical processes are functions of material temperature, have temperature dependence and are described with the Arrhenius equation. The conducted research allowed establishing that variations of the position sensors’ impedance are largely defined by the processes occurring in the resistive element. The temporal dependence of impedance can be described with a logarithmic, exponential or polynomial dependence.Results. Mathematical models that describe physical and chemical processes occurring in resistive position sensors in operation allowed developing a scientifically grounded calculation and experimental method for short-term reliability testing. The method includes the description of thermal and electrical modes, durability testing conditions and timing. It is shown that the results of such tests are used in subsequent statistical processing for the purpose of forecasting dependability values. Gamma-percentile time to failure and failure rate are evaluated by means of forecasting the degradation of the acceptance criterion values. The dependence of acceptance criteria values acquired in the course of the tests is approximated by a straight line, exponential curve or a polynomial equation. The form of the approximating line for forecasting the value of gammapercentile time to failure and failure rate is defined analytically based on the adopted model that describes the physical and chemical processes occurring in potentiometers in operation. The value of acceptability criteria of gamma-percentile time to failure required by the performance specifications and technical regulations is identified through extrapolation of the approximating line as a continuation of the chosen approximating curve (straight line).Conclusions. The provided test data for short and long-term reliability corresponds to the calculated values of dependability indicators, which confirms the applicability of the developed calculation method. The application of the proposed method allows reducing the scope and duration of costly dependability tests.
Цель. Традиционно показатели надежности резистивных датчиков положения на основе проволочных потенциометров, применяемые в различных управляющих системах, подтверждаются путем проведения соответствующих испытаний на надежность или на основе испытаний изделий-аналогов. При отсутствии результатов испытаний изделий-аналогов или из-за существенных изменений в конструкции изделия и используемых материалов необходима методика проведения испытаний на кратковременную безотказность и прогнозирования значений их показателей надежности. Расчет показателей надежности должен основываться на использовании статистической информации об изменении свойства и параметров изделий в процессе испытаний на надежность совместно с применением результатов изучения физических закономерностей, описания кинетики процессов, вызывающих эти изменения.Методы. Анализ физических процессов, вызывающих катастрофические измерения в резистивных датчиках положения показал, что под влиянием электрической нагрузки образуются тепловые и электрические поля, вызывающие электрокинетические, термоэлектрические, термодиффузионные эффекты. Причем во всех случаях скорость протекания физических и химических процессов является функцией температуры материала и имеет температурную зависимость, определяемую законом Аррениуса. Проведенные исследования позволили установить, что изменение полного сопротивления датчиков положения в значительной степени определяется процессами, происходящими в резистивном элементе. Зависимость изменения сопротивления от времени может быть описана логарифмическим, экспоненциальным или полиномиальным законом.Результаты. Применение математических моделей, описывающих физико-химических процессы, происходящие в резистивных датчиках положения в процессе их эксплуатации, позволило разработать научно обоснованную расчетно-экспериментальную методику испытаний на кратковременную безотказность. Методика включает описание температурных и электрических режимов, условий проведения испытаний на износоустойчивость, а также времени их проведения. Показано, что результаты таких испытаний используются для дальнейшей статистической обработки с целью прогнозирования значений критериев надежности, причем оценка гамма-процентной наработки до отказа и интенсивности отказов проводится путем прогнозирования деградации значений параметров критериев годности. Зависимость значений параметров-критериев годности, полученных в ходе испытаний, аппроксимируется прямой, экспонентой или полиномиальным уравнением. Вид аппроксимирующей линии для прогнозирования значения гамма-процентной наработки до отказа, а также интенсивности отказов определяются аналитическим способом на основе рассмотрения принятой модели, описывающей физико-химические процессы, протекающие в потенциометрах при их эксплуатации. Определение значения параметров-критериев годности для значения гамма-процентной наработки до отказа, требуемого в техническом задании, технических условиях, производится путем экстраполяции аппроксимирующей линии, как продолжения выбранной аппроксимирующей кривой (прямой).Выводы. Приведенные в статье результаты испытаний на кратковременную и длительную безотказность соответствуют расчетным значениям показателей надежности, что подтверждает возможность применения разработанной методики расчета. Применение предложенной методики позволяет сократить объем и продолжительность дорогостоящих испытаний на надежность.
 
Publisher LLC Journal Dependability
 
Contributor —
—
 
Date 2017-03-21
 
Type info:eu-repo/semantics/article
info:eu-repo/semantics/publishedVersion
—
—
 
Format application/pdf
application/pdf
 
Identifier http://www.dependability.ru/jour/article/view/194
10.21683/1729-2646-2017-17-1-22-26
 
Source Dependability; Том 17, № 1 (2017); 22-26
Надежность; Том 17, № 1 (2017); 22-26
2500-3909
1729-2646
10.21683/1729-2646-2017-17-1
 
Language rus
eng
 
Relation http://www.dependability.ru/jour/article/view/194/356
http://www.dependability.ru/jour/article/view/194/367
Ишков А.С. Методика оценки гамма-процентной наработки радиоэлектронных компонентов информационно- измерительных систем по результатам кратковременных испытаний / Ишков А.С., Зуев В.Д. // Надежность. – 2015. – № 2, с. 82 – 85.
Перроте А.И. Основы ускоренных испытаний радиоэлементов на надежность. – М. – Советское радио, 1969, 229 с.
Демидович Б.П. Краткий курс высшей математики: Учеб. пособие для вузов / Б. П. Демидович, В. А. Кудрявцев. – М.: ООО «Издательство Астрель», ООО «Издательство АСТ», 2001. – 656 с.
Хауффе К. Реакция в твердых телах и на их поверхности. – М. – Иностранная литература, 1962, 415 с.
 
Rights Authors who publish with this journal agree to the following terms:Authors retain copyright and grant the journal right of first publication with the work simultaneously licensed under a Creative Commons Attribution License that allows others to share the work with an acknowledgement of the work's authorship and initial publication in this journal.Authors are able to enter into separate, additional contractual arrangements for the non-exclusive distribution of the journal's published version of the work (e.g., post it to an institutional repository or publish it in a book), with an acknowledgement of its initial publication in this journal.Authors are permitted and encouraged to post their work online (e.g., in institutional repositories or on their website) prior to and during the submission process, as it can lead to productive exchanges, as well as earlier and greater citation of published work (See The Effect of Open Access).
Авторы, публикующие в данном журнале, соглашаются со следующим:Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и предоставляют журналу право первой публикации работы на условиях лицензии Creative Commons Attribution License, которая позволяет другим распространять данную работу с обязательным сохранением ссылок на авторов оригинальной работы и оригинальную публикацию в этом журнале.Авторы сохраняют право заключать отдельные контрактные договорённости, касающиеся не-эксклюзивного распространения версии работы в опубликованном здесь виде (например, размещение ее в институтском хранилище, публикацию в книге), со ссылкой на ее оригинальную публикацию в этом журнале.Авторы имеют право размещать их работу в сети Интернет (например в институтском хранилище или персональном сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению и большему количеству ссылок на данную работу (См. The Effect of Open Access).