民用智能燃气表可靠性试验研究

2022-06-24侯凤林周厚昌张琼娜

煤气与热力 2022年6期

1 概述

可靠性是指产品在规定的条件和时间区间内完成规定功能的能力，其特征量通常规定为平均寿命。

民用智能燃气表由普通膜式表和附加装置组成，具有燃气计量、信息存储及处理、实时监测、自动控制、信息远程交互等功能。JJG 577—2012《膜式燃气表》规定其寿命一般为10 a，普通膜式表已有上百年的使用历史，其可靠性已通过实际应用得到了验证。但是目前主流的基于LoRa或NB-IoT通信的民用智能燃气表推出时间还不足10年，其可靠性还未得到验证。

对于高可靠性的民用智能燃气表而言，单纯通过实际使用、运行监测或传统的常规应力可靠性试验方法获得寿命分布，周期较长且时效性不高，不能满足生产和应用的需要。因此，亟需探索一种能在较短时间内完成民用智能燃气表寿命评价及性能变化评价且具有良好的经济性、实用性的试验方法。

近年来，探讨通过加速寿命试验的方法开展产品可靠性研究的案例越来越多。在电力领域，许多研究者已经使用了多应力加速寿命试验来评估智能电能表的可靠性。试验方法得到了行业的认可

，形成了国家、行业标准，诸如GB/T 17215.9311—2017《电测量设备可信性第311部分：温度和湿度加速可靠性试验》等。民用智能燃气表与智能电能表使用环境相近，电力领域通过加速寿命试验的方法开展智能电能表可靠性研究的经验，为开展民用智能燃气表可靠性实验研究提供了重要参考。

基于此，对民用智能燃气表加速寿命试验模型的确定和试验的开展进行深入探讨和研究，评估4个厂家民用智能燃气表的可靠性。

电动汽车充电模式可以分为及集中充电模式和离散型充电模式，我国当前家庭电动汽车充电桩较少，且充电时间较长，无法满足车主着急用车的需求，大部分车主选择公共充电桩进行充电或采用集中型充电模式，本文主要是对采取集中型充电方式的电动汽车建立一天之内电动汽车充电负荷的数学模型，进行滚动预测。

2 加速寿命试验基本原理

2.1 定义

加速寿命试验是在保持产品失效机理不变的前提下，通过加大试验应力来缩短试验时间的一种寿命试验方法。加速寿命试验采用加速应力进行产品的寿命试验，可缩短试验时间，提高试验效率，降低试验成本

。

2.2 加速寿命试验模型的选择

加速寿命试验的基本思路是利用高应力下的寿命去推算正常使用应力下的寿命。实现这个试验思路的关键在于建立寿命特征与应力之间的关系，这种关系称为加速模型。常用的加速模型有以下几种

。

① Arrhenius模型

——常数

(1)

式中

——寿命特征

——常数

——激活能，eV

殊不知地平类降压药有明显的扩血管作用，长期服用可使人体微循环动脉和静脉压力差升高，久而久之，多余的液体被“挤压”到组织间隙中，特别是人体低垂部位（脚踝等）而形成外周水肿。这类水肿会出现“早轻晚重”的特点。为此，我给刘大姐调了降压药，减少了钙拮抗作用的降压药的剂量，加上了沙坦类药物，很快她的水肿就明显减轻了。

——玻尔兹曼常数，eV/K，取8.617×10

eV/K

——试验截尾时间的倍数

——热力学温度，K

② Eyring模型

此模型适用于温度、电压作为加速应力的试验,描述寿命特征对温度、电压的依赖关系，其表达式为：

(2)

式中

——常数

2.1 两组AECOPD患者血气检查结果两组AECOPD 患者血气值比较，Pa02、PaCO2、pH 均有统计学差异，且患者病情与Pa02呈负相关，与PaCO2、PH 呈正相关，见表 1。

——电压，V

——常数

此模型适用于温度作为加速应力的试验，描述寿命特征对温度的依赖关系，其表达式为：

体验式学习重视学生的主体地位，强调学生应积极参与到学习中，去体验、感知、思考并实现知识的建构。这样的学习过程就是学生体验知识、体验情感，从而领悟、建构知识，熟练掌握教学基本能力，并将教学基本理论与教学实践相结合，不断提高、内化，最终实现自身教学素养和教学能力发展的过程。教育实践的过程就是学生不断体察、感悟、思考、探究的过程，在潜移默化和循序渐进中去学会知识、掌握技能、提升专业素养。

③ Peck模型

该实验模型反映了温度、相对湿度作为加速应力的试验，描述寿命特征对温度、相对湿度的依赖关系，其表达式为：

1) 天麻种子萌发。天麻种籽只有胚，没有胚乳，自身无营养供给生长，必须给天麻种籽供生萌发菌相结合才能发芽生长，人工种植利用天麻种籽共生萌发菌的特点，人为让种籽和萌发菌混在一起，促使萌发形成源球茎，长成营养繁殖茎完成发芽的过程。

(3)

③ 抄表性能测试

——相对湿度

——常数

温度、相对湿度对民用智能燃气表的作用机理为：温度过高会使组成民用智能燃气表的电子元器件的结构发生变化，导致电子元器件的性能下降、电特性变化、绝缘失效、焊点熔化、结构失效、机械应力增大等。相对湿度过大对电子元器件的主要影响为电化学腐蚀或金属氧化，电性能参数漂移，电子元器件、接插件、印制板形成电泄漏路径，降低介电强度和绝缘，造成短路、开路

。

结合民用智能燃气表实际使用环境、温度和相对湿度的作用机理、智能电能表等与民用智能燃气表使用环境相近的电子产品加速寿命试验经验，确定温度、相对湿度是导致民用智能燃气表持续老化的应力类型，选取Peck模型作为民用智能燃气表加速寿命试验模型。

2.3 加速因子计算与试验应力水平的确定

根据上文选取的加速模型，推导计算加速寿命试验的加速因子，确定试验应力水平。假设燃气表的正常工作应力条件下的温度为

、相对湿度为

，此时对应的产品寿命特征为

；燃气表的加速寿命试验应力条件下的温度为

、相对湿度为

，此时对应的产品寿命特征为

。加速因子为

与

的比值。由此，根据GB/T 17215.9311—2017的附录C，得加速因子

与温度、相对湿度的关系，见式(4)：

(4)

式中

——加速因子

——加速寿命试验应力条件下的相对湿度

——正常工作应力条件下的相对湿度

——正常工作应力条件下的温度，K

临床药师参与儿童泌尿系统感染的药学会诊实践与分析…………………………………………………… 何翠瑶等（6）：852

——加速寿命试验应力条件下的温度，K

根据民用智能燃气表产品特点，Δ

取0.6 eV，参考智能电能表的测试经验，

在本试验中取2。

根据式(4)，需要确定的试验条件为温度和相对湿度。GB/T 6968—2019《膜式燃气表》规定燃气表的储存温度范围为-20～60 ℃，JJG 577—2012《膜式燃气表》规定燃气表的检定相对湿度为0.45～0.75。因此本文加速寿命试验的温度应大于60 ℃，相对湿度应大于0.75。智能燃气表的正常使用环境条件取温度20 ℃，相对湿度0.60。计算得到不同试验条件下的加速因子。

根据智能电能表等电子产品积累的加速寿命试验经验，当加速寿命试验的加速因子为40左右时，产品短时间的失效机理和正常应力水平下的失效机理较为接近。结合试验设备现状，本文选定的试验应力水平为温度65 ℃、相对湿度0.8，相应的加速因子为41.94。

2.4 试验时间的计算

联轴器完成疲劳试验后，需要在打滑扭矩标定试验台上进行打滑扭矩试验。在打滑扭矩标定试验台上，使联轴器打滑100次，记录每次的打滑扭矩值，要求打滑扭矩波动范围不超过设定打滑扭矩(15 kN·m)的5%。

(5)

式中

——试验时间，h

——可接受的平均无故障时间，h，取87 600 h

试验时间

的计算式为

：

淑芬农家乐的经营者是当地普通农户，家庭人口多、人均收入较低，是该乡的贫困家庭，主要劳动力只有2人，有4个老人需要赡养，子女还在上学，原本靠农牧业收入无法满足家庭支出。但近几年通过发展小型旅游经营实体提高了家庭收入水平。该家庭在2010年开办农家乐之前家庭总收入未达12 000元，人均年收入仅3 000元，农家乐开办后的2014年家庭总收入已增长至21 600元，人均年收入5 400元，增速快，旅游扶贫效果明显。

① 民用智能燃气表40台，厂家a、厂家b、厂家c、厂家d各10台。通信采用LoRa扩频调制，接收灵敏度优于-136 dBm，静态工作电流不大于50 μA，采用光电直读方式取样，显示屏为点阵液晶屏。支持每日主动上报表读数，支持集中器或手持抄表器实时被动抄表。带内置阀门，集中器、手持抄表器可对表具阀门进行开、关控制。支持断电关阀，支持电池欠压关阀，支持长时间通信失败关阀。具有低电量报警提示功能。

我的心一沉，就像吞下一块巨石。这时，坐在另一个桌上的无畏派成员大喊老四的名字。我转头看了一下克里斯蒂娜，她皱起眉头。

按照国家标准，智能燃气表设计使用年限为10 a，即87 600 h。GB/T 6968—2019《膜式燃气表》规定，可靠性按照GB/T 5080.7—1986《设备可靠性试验恒定失效率假设下的失效率与平均无故障时间的验证试验方案》第5章表12定时(定数)截尾试验方案5：9进行试验。根据方案5：9，

为1.84。在温度65 ℃、相对湿度0.8的应力水平下，按照Peck模型计算得到

为41.94。

按照上述参数值，计算出加速寿命试验的试验时间

为385 h，小数点向上圆整。即在温度65 ℃、相对湿度0.8的环境下进行385 h的加速寿命试验，相当于智能燃气表在正常环境下使用10 a。以此类推，进行579 h、770 h加速实验相当于智能燃气表在正常环境下使用15 a、20 a。

3 民用智能燃气表加速寿命试验

3.1 试验设备

——样品数量，参照常见高低温湿热试验箱的大小及第三方测试机构的经验，

一般为10

在少数民族连片特困乡村中进行移民搬迁是一种对旅游扶贫路径进行的大力支持的行为，主要原因在于，大部分少数民族连片特困乡村都属于生态脆弱的地区，在此进行生活的人口不能够对生态环境进行良好的保护，也就导致该地区的环境在不断地遭到破坏，而进行移民搬迁则能够促使当地的生态环境逐渐得到恢复，有利于提高该地区景色的观赏性，从而对外来游客产生吸引的作用。但是需要注意的是，进行移民搬迁之后还应给予相关人民群众妥善的安置，避免其由于生活暂时不习惯以及受安土重迁思想影响重新搬回原地。

② 高低温湿热试验箱，温度范围-40～150 ℃，温度偏差±2.0 ℃，相对湿度范围0.25～0.98，相对湿度波动度±0.03。

③ 直流电源分析仪。

④ 各厂家集中器。

⑤ 各厂家手持抄表器。

3.2 试验内容与方法

将试验表具均匀放置在高低温湿热试验箱内，设定试验箱的温度65 ℃、相对湿度0.8。箱外的电池通过导线为箱内的试验表具持续供电，试验表具用软管串联，箱外的风机向试验表具输送空气，使试验表具运转。试验过程中集中器与手持抄表器置于箱外的固定位置。先进行试验表具第1次性能测试，然后开启试验箱，试验箱在设定条件下运行385 h，暂停试验箱，待表具冷却后进行第2次性能测试。测试完成后，再次开启试验箱，试验箱在设定条件下运行194 h(累计579 h)，暂停试验箱，待表具冷却后进行第3次性能测试。测试完成后，再次开启试验箱，试验箱在设定条件下运行191 h(累计770 h)，关闭试验箱，待表具冷却后进行第4次性能测试。整个试验过程中，表具每24 h被动抄表4次，主动上报1次。

加速寿命试验前后性能测试项目如下。

① 外观检查

目测智能燃气表的外观是否发生变化，手动按键检查其按键性能是否灵敏。

② 静态电流测试

试验表具首次测试需通电12 h以上，待其稳定后再进行测试，用直流电源分析仪测量试验表具的静态电流，每台表具测试时间不低于5 min，记录平均值。

式中

——常数

通过试验箱外的集中器和手持机对每台表具分别进行5次抄收，每次抄收间隔1 min以上。记录抄表情况。

评标主要就是由招标人依据相关法律法规所组成的评标委员会负责的。和投标人有着一定利害关系的人员绝对不允许进入到评标委员会种，而对于已经进入的则是应该马上更换[3]。除此之外，如果评标委员会中有工作人员知道自己和某一投标人有着影响到招标活动公平公正等相关关系的时候，自己也应该主动的回避。

系统验证采用的是Xilinx VC707 FPGA开发板,PCI Express参考时钟由计算机主板提供的100 MHz,经过IP硬核中的时钟模块生成250 MHz用户时钟,用户数据宽度128 bit(X8通道),因此理论上单工带宽最大可达4 Gbyte/s。FPGA芯片采用Xilinx公司的XC7VX485T-2FFG1761。FPGA开发环境采用的是Vivado 2016.4。

④ 阀门性能测试

通过抄控平台和手持机对每台表具分别下发阀门开关指令各5次，下发的每条指令间隔时间1 min以上，记录控阀情况。

⑤ 显示功能测试

目测表具液晶显示屏是否发生缺码及表具状态信息缺少等异常并记录。

⑥ 机电转换功能测试

对比抄取读数与基表读数误差是否在1个最小转换分度值内，超出1个最小转换分度值的为不合格，统计并记录。

3.3 试验结果分析

① 外观

有2个厂家(厂家a、b)的表具在试验385 h后出现了电池盖变形(5台)、按键不灵敏(4台)2种失效现象。

② 静态电流

加速寿命试验前，各厂家表具静态电流均满足不大于50 μA的标准要求，但各厂家的静态电流差异较大(25～45 μA)。1台表具770 h后静态电流出现了增大现象，试验前后由27.503 μA增大至49.902 μA。

③ 抄表性能

在4次性能测试及每日抄表测试中，试验表具的抄表性能稳定，均能准确抄收表读数。个别表具加速寿命试验后抄表的信号强度呈下降趋势。

④ 阀门性能

在加速寿命试验前后4次性能测试中，试验表具控阀性能稳定，均能控阀成功。

⑤ 显示功能

加速寿命试验后，c厂家有2台表具579 h后出现了液晶屏有雾现象，d厂家有10台表具579 h后出现了液晶屏对比度下降现象。

⑥ 机电转换功能

在加速寿命试验前后4次性能测试中，抄取读数与基表读数一致，机电转换功能均符合要求。

4 结论

① 建立民用智能燃气表加速寿命试验模型，确定试验应力条件和试验时间，探索出一种成本低、周期短的可靠性测试方法。

哦，他说得很有道理，想求真情真爱，首先要把爱的立足点建立在对方身上，自己奉献再多，最终还离不开这个“我”字，怎么让别人无私地爱自己呢？对，人想活得比一般人更有意义，必须让自己的思想脱俗……对，对，古为今用，传统文化所包含的深刻的人生哲理，的确值得我们借鉴……想着想着，不知不觉便向老人频频点起头来。忽然又有难题涌上心头，说道：“可是，婚前的恋爱路子已经走错了，既然夫妻过不来，就得打离婚的谱。”

② 设计测试方案，对行业内4个厂家的40台表具开展可靠性测试，对比分析试验前后表具的主要性能，证明民用智能燃气表从可靠性上可达到10 a的使用寿命。

③ 发现了民用智能燃气表在使用15 a甚至20 a后，个别性能会发生明显退化，暴露了不同厂家民用智能燃气表存在的薄弱性能指标。

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