Решение. Практическое занятие № 5

Практическое занятие № 5

Уточненный расчет надежности электронной лечебной аппаратуры
(2 часа)

Уточненный расчет выполняется при следующих дополнительных допущениях: электрический режим и условия эксплуатации элементов учитываются более точно, чем при ориентировочном расчете, и, кроме того, принимаются во внимание конструктивные элементы устройства (шасси, корпус провода и т.п.).

Пример уточненного расчета показателей безотказности и ремонтопригодности каскада ЭЛА, рассмотренного в практическом занятии № 4. Параметры элементов: R1, R9 = 6,4 кОм±10%; R2, R7 = 470 Ом±10%; R3, R8 = 16 кОм±10%; R4, R6 = 4,1 Ом±10%, R5 = 20 Ом±10%; С1, C4 = 7500 пФ±20%, С2, C3 = 5600 пФ±20%.

Для сборки каскада использован печатный монтаж в металлизированные отверстия. Тип выбранных резисторов С2-23 с номинальной мощностью рассеивания Рном = 0,125 Вт и допуском на сопротивление ±10%. Тип выбранного конденсатора К10-17 с напряжением Uном = 40 В. Тип транзисторов VT1, VT6 –КТ520А, VT2, VT3 – КТ521А, VT3, VT5 – КТ969А. В качестве выходной вилки Х1 используется оригинальное изделие с двумя контактными группами. Напряжение источника питания Uпит = 200 В±10%. Каскад используется в составе ЭЛА, для которого характерны следующие условия эксплуатации:

- диапазон рабочих температур –10 +45°С;

- относительная влажность воздуха до 80% при температуре +25°С;

- атмосферное давление 930±13 кПа.

Предварительный расчет теплового режима аппарата, в котором используются выходной каскад, показал, что перегрев в нагретой зоне составляет не более 23°С, а средний перегрев воздуха в устройстве – примерно 12°С.

1. Определяется коэффициент электрической нагрузки и рабочая температура всех элементов выходного каскада электромиостимулятора (см. табл. 5.1…5.4) по проведенным электрическим расчетам.

Определение значений коэффициентов электрической нагрузки и рабочей температуры для выбранных элементов выходного каскада в учебных целях допускается проводить методом экспертных оценок при расчете схемы электрической принципиальной и выборе элементной базы.

Таблица 5.1 –Параметры транзисторов VT2,VT5

Обозначение

Марка

Поляр- ность

Рк max, Вт

Uкб max, В

Uкэ max, В

Uэб max, В

Iк max, мА

h21е

Uкэ нас, В

Iкбо, мкА

fгр, МГц

Корпус Диапазон раб.темпер

VT2

КТ521А

PNP

0,625

>40

0,5

КТ-26* -60ч85°С

VT5

KT969A

NPN

6,0

5,0

50÷250

1,0

0,05

КТ-27 -45ч85°С

Таблица 5.2 – Параметры транзисторов VT1

Обозначение

Марка

Поляр- ность

Рк max, Вт

Uкб max, В

Uкэ max, В

Uэб max, В

Iк max, мА

h21е

Uкэ нас, В

Iкбо, мкА

fгр, МГц

Корпус Диапазон раб.темпер

VT1

КТ520А

NPN

0,625

>40

0,5

КТ-26* -60ч85°С

Таблица 5.3 – Выбор резисторов схемы

Поз.	Тип	Расчетный параметр, Ррасчёт, Вт	Выбранный параметр, Рном , Вт	Коэффициент нагрузки, Кн
R1	С2-23	0,00058	0,125	<0,1
R2	С2-23	0,59	0,5	1,18
R3	С2-23	2,3		1,15
R4	С2-23	0,0059	0,125	<0,1
R5	С2-23	1,64		<0.82

Таблица 5.4 – Выбор конденсаторов схемы

Поз.	Тип	Расчетный параметр, Uрасчёт, В	Выбранный параметр, Uном , В	Коэффициент нагрузки, Кн
C1	К10-17	4,5		0,11
C2	К10-17	5,52		0,138

Значения коэффициентов электрической нагрузки и температура элементов внесены в табл. 5.5.

Таблица 5.5 – Уточненный расчет надежности

Группа элементов	Количество элементов в группе (n j)	Справочное значение l Oj, ´ 10^-6 1/ч	Коэффициент электрической нагрузки (К н)	Расчётная рабочая температура элемента, °С	Произведение поправочных коэффициентов (a S)	Значение l о(ν), ´ 10^-6 1/ч	Значение l о(ν) ´ n j, ´ 10^-6 1/ч
VT1, VT6		0,60*	0,67		1,3	0,78	1,56
VT2, VT4		0,60*	0,67		1,3	0,78	0,78
VT3 VT5		0,50	0,80		2,5	1,25	2,5
R2, R7		0,10	0,54		1,1	0,11	0,22
R1, R3…R6, R8, R9		0,10	<0,1		0,15	0,015	0,11
С1, С4		0,05	0,10		0,07	0,004	0,008
С2, С3		0,05	0,13		0,07	0,004	0,008
X1		0,70**	0,50		1,6	1,12	1,12
Плата печатная		0,2	–		1,0	0,2	0,2
Пайка		0,04***	–		3,0	0,12	5,52
S	—	»12,1

* – с учетом того, что транзисторы работают в ключевом режиме;

* – с учетом того, что вилке используются два штыря;

*** – с учетом того, что постоянный ток в схеме значительно превышает пульсирующий.

2. Формируем группы однотипных элементов.

При формировании групп однотипных элементов необходимо учитывать, что рассматриваемый каскад ЭЛА состоит из двух однотипных звеньев.

Резисторы R1, R3…R6, R8, R9 включаем в одну группу, так как для них К _Н < 0,1. Самостоятельные группы составляют точки паек, а также плата печатная.

3. Определяем суммарную интенсивность отказов элементов выходного каскада электромиостимулятора и результаты расчетов заносим в табл. 5.5. При этом справочные значения интенсивностей отказов элементов каждой группы находим по таблице максимальных значений интенсивностей отказов элементов (приложение А), а поправочные коэффициенты a _S, учитывающие влияние коэффициентов электрической нагрузки и температуры, определяем по номограммам (приложение Б).

Возможно вычисление поправочных коэффициентов a _S по формуле (4.3) с учетом данных приложения В.

Расчетное значение величины λ _Σ(ν) для выходного каскада электромиостимулятора составляет λ _Σ(ν)» 12,1 ´ 10^-6 1/ч.

4. Определяем наработку блока на отказ:

5. Рассчитываем вероятность безотказной работы выходного каскада электромиостимулятора за время t _З = 1000 ч. Получим

6. Определяем гамма-процентную наработку блока ЭЛА до отказа для значения g = 99%:

ч.

Таблица 5.6 – Расчет показателей ремонтопригодности

Группа элементов (j)	Количество элементов в группе (n j)	Значение l j(v), ´10 ^-6 1/ч	Значение t j, ч; табличное [приложение Е]	Произведение n j t j l j(ν) ´10^-6
VT1, VT6		0,78	0,8	1,248
VT2, VT4		0,78	0,8	1,248
VT3 VT5		1,25	0,7	1,75
R2, R7		0,11	0,5	0,11
R1, R3…R6, R8, R9		0,015	0,5	0,053
С1, С4		0,004	1,1	0,009
С2, С3		0,004	1,1	0,009
X1		1,12	0,8	0,896
Плата печатная		0,2	3,0	0,6
Пайка		0,12	0,5	2,76
S	–	» 8,68

7. Подсчитываем среднее время восстановления Т_В. Расчет величины Т_В с использованием справочных значений интенсивностей отказов элементов и табл. 5.5 сведен в табл. 5.6.

С учетом того, что 1/ч, получим

ч.

8. Подсчитываем значение вероятности восстановления блока за заданное время, например t _з = 1,0 ч:

.

Полученные результаты расчета далее необходимо сравнить с требованиями, предъявляемыми к показателям надежности проектируемого ЭЛА.

Более подробно с методикой расчета надежности и восстанавливаемости блоков ЭЛА можно ознакомиться в [1, 2] и ГОСТ 27.301-95.

Индивидуальное задание

Провести уточненный расчет надежности заданного преподавателем блока электронной лечебной аппаратуры.

Дата добавления: 2015-04-30