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時(shí)間:2023-10-23 10:42:44
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中圖分類號(hào):V260 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1672-3791(2015)04(c)-0123-01
伴隨航空工業(yè)技術(shù)日新月異的發(fā)展,對(duì)單一航空型號(hào)電子元器件的使用越來越廣泛,使用數(shù)量越來越多,所以對(duì)于電子元器件的質(zhì)量來說,對(duì)航空事業(yè)的發(fā)展起到一定的作用。航空電子元器件在使用的過程中不斷進(jìn)行改造與更新,在設(shè)計(jì)、選材、工藝及生產(chǎn)制造方面都展現(xiàn)出一定的優(yōu)勢(shì),使電子元器件的質(zhì)量有所提高。但為了更好的適應(yīng)航空航天的型號(hào),電子元器件的質(zhì)量與安全可靠性還應(yīng)進(jìn)行科學(xué)合理的改造與提高。因此,在航空電子元器件的選擇、采購及檢測的過程中,應(yīng)加強(qiáng)對(duì)其質(zhì)量的控制,使其能夠在航空工業(yè)中得到充分的運(yùn)用。
1 電子元器件質(zhì)量保證的意義
電子元器件是所有電子設(shè)備的重要組成部分,它的質(zhì)量對(duì)電子設(shè)備的正常運(yùn)行具有重要作用。近年來,隨著我國國防科技的發(fā)展,逐漸將電子元器件應(yīng)用于航空工業(yè)中,使其走向智能化、電子化。電子元器件的大量使用,使其品種逐漸增多,適用于各個(gè)領(lǐng)域。現(xiàn)階段,電子元器件的質(zhì)量問題是其生產(chǎn)制造工作的重中之重,其作用在當(dāng)下社會(huì)也日益突顯。電子元器件作為航空產(chǎn)品中重要的組成部分,其性能與質(zhì)量需要有一定的技術(shù)基礎(chǔ)。電子元器件的質(zhì)量分為固有質(zhì)量和使用質(zhì)量兩種。固有質(zhì)量是由生產(chǎn)部門決定的,包括其設(shè)計(jì)、選材及工藝等。使用質(zhì)量則是由電子元器件的使用者對(duì)其進(jìn)行選擇、采購及檢測等,最終對(duì)其質(zhì)量進(jìn)行控制。電子元器件的質(zhì)量保證是為保證電子元器件的質(zhì)量而進(jìn)行的相關(guān)活動(dòng),對(duì)其生產(chǎn)部門與使用者進(jìn)行質(zhì)量的控制工作。航空電子元器件的質(zhì)量是保證航空型號(hào)電子元器件使用過程中是否可靠的重要條件,也是確保航空產(chǎn)品及工作順利進(jìn)行的重要基礎(chǔ)。
2 航空電子元器件特點(diǎn)
近年來,我國高新技術(shù)不斷發(fā)展,現(xiàn)代武器設(shè)備都逐漸應(yīng)用電子化與自動(dòng)化的技術(shù),使其更加智能。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示,在設(shè)備系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的前提下,對(duì)其零件與元件的質(zhì)量可靠性越高。而航空工業(yè)中對(duì)電子元器件的使用日漸增多,所以,為保證其系統(tǒng)的穩(wěn)定與可靠,就應(yīng)保證電子元器件的質(zhì)量達(dá)到一定的標(biāo)準(zhǔn)。
航空電子元器件的特點(diǎn)有四個(gè):可靠性強(qiáng),壽命長,體積輕便且功耗低,環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)。
2.1 可靠性強(qiáng)
為適應(yīng)航空型號(hào),電子元器件在壽命、質(zhì)量及可靠性方面應(yīng)積極展現(xiàn)其自身的優(yōu)勢(shì)。航空電子元器件的可靠性表現(xiàn)在多方面,首先,對(duì)于電子元器件的性能來說,應(yīng)以滿足航空專業(yè)的穩(wěn)定可靠為主,在一定的時(shí)間內(nèi)應(yīng)保證不影響航空產(chǎn)品的性能。除此之外,電子元器件對(duì)于不同的環(huán)境條件應(yīng)具有一定的適應(yīng)能力,不會(huì)因?yàn)橹車h(huán)境的影響使其自身的功能削弱,而影響航空產(chǎn)品的整體使用效果。航空電子元器件在生產(chǎn)制造的過程中應(yīng)根據(jù)相應(yīng)的生產(chǎn)規(guī)范進(jìn)行生產(chǎn),并制定相關(guān)的制度與規(guī)范,進(jìn)而確保不同等級(jí)的電子元器件能夠具有一定的可靠性,在實(shí)際的應(yīng)用中發(fā)揮自身的作用。
2.2 壽命長
電子元器件的壽命與其較強(qiáng)的可靠性具有一定的密切聯(lián)系,只有電子元器件的使用壽命延長,才能保證其較高的可靠性。針對(duì)工作周期不長的航空產(chǎn)品來說,可以采用壽命較短的電子元器件,但由于航空產(chǎn)品具有相當(dāng)?shù)闹匾?,所以在電子元器件的選擇上仍以壽命長的元器件為主。
2.3 體積輕便且功耗低
航空產(chǎn)品中元器件的功耗、體積的有效降低對(duì)航空產(chǎn)品的整體功耗及體積來說具有一定的減輕作用。降低電子元器件的重量與體積不僅要對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)的改造,同時(shí)也應(yīng)對(duì)裝聯(lián)工藝進(jìn)行相應(yīng)的改造。在航空電子元器件功能不改變的前提下,對(duì)其質(zhì)量與體積進(jìn)行相應(yīng)的改造,并減少其功耗,進(jìn)而促進(jìn)航空電子元器件質(zhì)量的提高。
2.4 環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)
航空產(chǎn)品主要用于環(huán)境較為惡劣的條件下,所以其電子元器件也應(yīng)具有一定的環(huán)境適應(yīng)能力,在各種環(huán)境下都不會(huì)影響其自身功能的發(fā)揮,有效的促進(jìn)航空產(chǎn)品的高效使用。
3 航空電子元器件質(zhì)量保證體系
3.1 技術(shù)隊(duì)伍的建設(shè)
針對(duì)航空電子元器件的質(zhì)量與可靠性的研究設(shè)立了相關(guān)的崗位,并根據(jù)相關(guān)的研究情況對(duì)其進(jìn)行有效的改造。針對(duì)設(shè)立的不同崗位,其工作內(nèi)容與職務(wù)各不相同,但都為航空事業(yè)及電子元器件的改造工作共同努力。航空技術(shù)隊(duì)伍的建設(shè),一定程度上對(duì)航空電子元器件的質(zhì)量控制工作做出了相應(yīng)的貢獻(xiàn)。
3.2 航空電子元器件質(zhì)量保證對(duì)策
3.2.1 電子元器件生產(chǎn)單位實(shí)行質(zhì)量認(rèn)證
加強(qiáng)對(duì)電子元器件生產(chǎn)單位的質(zhì)量認(rèn)證工作,在航空產(chǎn)品的電子元器件的選擇方面,應(yīng)盡量選擇質(zhì)量好且生產(chǎn)情況穩(wěn)定的元器件供應(yīng)商。這對(duì)于航空產(chǎn)品的穩(wěn)定性與可靠性具有積極的意義。
3.2.2 建立健全航空電子元器件標(biāo)準(zhǔn)體系
航空電子元器件標(biāo)準(zhǔn)體系的建立是對(duì)其設(shè)計(jì)的規(guī)范,同時(shí)對(duì)于強(qiáng)化元器件的質(zhì)量控制具有重要意義?,F(xiàn)階段,我國僅參考國外先進(jìn)的電子元器件標(biāo)準(zhǔn)體系進(jìn)行我國標(biāo)準(zhǔn)體系的建設(shè)。但由于我國的工業(yè)基礎(chǔ)較落后,所以對(duì)于既有的標(biāo)準(zhǔn)無法進(jìn)行實(shí)際有效的運(yùn)行。因此,我國應(yīng)以自身的實(shí)際情況為基礎(chǔ),建立符合我國國情的航空電子元器件標(biāo)準(zhǔn)體系。
3.2.3 重視電子元器件目錄的編制工作
對(duì)于電子元器件目錄的編制工作應(yīng)予以一定的重視,因?yàn)椴煌吞?hào)元器件的有效記錄對(duì)于元器件型號(hào)的選用時(shí)具有一定的輔助作用,能夠有效的對(duì)其進(jìn)行采購管理,同時(shí)也能夠保證元器件型號(hào)的穩(wěn)定性。
3.2.4 建立電子元器件信息管理平臺(tái)
為加強(qiáng)航空電子元器件的質(zhì)量控制工作,對(duì)電子元器件的信息管理工作十分重要。通過對(duì)相關(guān)信息的有效管理,實(shí)現(xiàn)元器件使用部門與生產(chǎn)部門的有效溝通與連接。
4 結(jié)語
綜上所述,伴隨我國航空事業(yè)的飛速發(fā)展,對(duì)航空產(chǎn)品起到至關(guān)重要作用的航空電子元器件越來越得到眾多的關(guān)注。文章通過對(duì)航空電子元器件質(zhì)量控制工作的意義及其特點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)的分析,探究出航空電子元器件質(zhì)量控制工作的具體策略與建議。通過對(duì)電子元器件自身特點(diǎn)的分析,找出有效提高其質(zhì)量控制的方法。航空工業(yè)的發(fā)展一定程度上帶動(dòng)了我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,同時(shí)也提高了我國航空事業(yè)在國際中的地位。所以,對(duì)于航空電子元器件質(zhì)量的控制工作應(yīng)予以一定的重視,對(duì)于航空事業(yè)的發(fā)展具有一定的推動(dòng)作用。
參考文獻(xiàn)
電子元件主要包括電阻器、電容器、電感器、變壓器、波器、天線等是一大類重要的電子信息產(chǎn)品。電子元件與電子器件共構(gòu)成電路的核心部分,是各類電子信息產(chǎn)品基礎(chǔ)。電子元器件屬于電子信息產(chǎn)業(yè)的中間產(chǎn)品,介于電子整機(jī)行業(yè)和原材料行業(yè)之間,其發(fā)展的快慢、所達(dá)到的技術(shù)水平和生產(chǎn)規(guī)模,不僅直接影響著整個(gè)電子信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,而且對(duì)發(fā)展信息技術(shù),改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè),提高現(xiàn)代化裝備水平,促進(jìn)科技進(jìn)步都具有重要意義。未來5年~10年,我國的電子元件市場將出現(xiàn)高速增長。
一、我國電子元件產(chǎn)品市場現(xiàn)狀
隨著世界電子制造業(yè)向中國大規(guī)模轉(zhuǎn)移,我國的電子元件市場以近年來每年都20%的增長率增長。粗略測算目前我國電子元件市場容量約在350億美元左右,在不久的將來,我國可望成為全球最大的電子元件消費(fèi)市場。
1.多層陶瓷電容器(MLCC)多層陶瓷電容器目前國際上用量最大、發(fā)展最快的片式元件之一。MLCC主要應(yīng)用于各類軍用、民用整機(jī)的震蕩、禍合、濾波、旁路電路中,應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)拓展到自動(dòng)控制儀表、計(jì)算機(jī)、手機(jī)、數(shù)字家電、汽車等行業(yè)。全球市場的需求量從1998年的3070億只,增至2007年11000億只。年增長速度近20%。市場需求巨大,產(chǎn)業(yè)化市場前景非常廣闊。
2.片式電感類元件主要應(yīng)用領(lǐng)域包括移動(dòng)通信、計(jì)算機(jī)、音像產(chǎn)品、家電、辦公自動(dòng)化等。預(yù)計(jì)在今后若干年中,隨著第三代移動(dòng)通信技術(shù)、數(shù)字電視、高速計(jì)算機(jī)、藍(lán)牙產(chǎn)品等新一代數(shù)字化電子產(chǎn)品的推出,片式電感器的需求量將急劇上升,市場前景將十分看好。
3.片式敏感元件在程控交換機(jī)、計(jì)算機(jī)、便攜式手提電腦、高清晰度彩電、便攜式移動(dòng)電話、車載電臺(tái)、汽車電子、復(fù)印機(jī)、軍用電子產(chǎn)品等方面都具有廣闊的應(yīng)用市場。用片式化生產(chǎn)技術(shù)制備的新型高性能超低阻、高耐壓熱敏材料還可用于通信及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)過電流保護(hù)、系統(tǒng)防雷、大屏幕大電流自動(dòng)消磁、汽車用直流電機(jī)、低壓電器、變壓器及家用電器等過熱過載保護(hù)等,國內(nèi)年需求量估計(jì)可達(dá)10億只左右。
4.多層壓電元件具有能量轉(zhuǎn)換效率高、體積小、厚度薄、升壓比高、無電磁干擾、無燃燒短路隱患、適合表面安裝、安全可靠性高等顯著特點(diǎn),由于液晶顯示器背光電源市場需求快速增長,MPT及其背光電源極具應(yīng)用價(jià)值與發(fā)展前景。它的推廣應(yīng)用將有力的推動(dòng)智能化電子信息產(chǎn)品向小型集成化方向發(fā)展,在筆記本電腦、PDA、液晶PC、液晶屏手機(jī)、液晶Tv、可視電話、GPS、傳真機(jī)等領(lǐng)域具有十分廣闊的市場前景。
二、電子元件產(chǎn)品市場發(fā)展趨勢(shì)
1.我國電子元件產(chǎn)品的類型。
(1)片式化、小型化。以多層陶瓷電容器(MLCC)為例,目前的主流產(chǎn)品尺寸正在從0603型向0402型過渡,而更受市場歡迎的高端產(chǎn)品是0201型。
(2)多功能化。隨著電子新型產(chǎn)品功能的不斷增加,對(duì)片式元件功能的要求也越來越多樣化。
(3)集成模塊化。近年來,由于低溫共燒陶瓷(LTCC)等技術(shù)的突破,才使無源集成技術(shù)進(jìn)入了實(shí)用化和產(chǎn)業(yè)化階段,并成為備受關(guān)注的技術(shù)制高點(diǎn)。
(4)微波、高頻化和寬帶化。目前電子整機(jī)向微波、毫米波、高頻寬帶方向發(fā)展的趨勢(shì)十分強(qiáng)勁。此外,高速數(shù)字電路產(chǎn)品越來越多,光通信的傳輸速度已從2.5Gbps發(fā)展到10Gbps。這些都對(duì)電子元器件的高頻和寬頻化提出了更高的要求。
2.電子元件產(chǎn)品有良好的市場前景
電子元器件正進(jìn)入以新型電子元器件為主體的新一代元器件時(shí)代,它將基本上取代傳統(tǒng)元器件,電子元器件由原來只為適應(yīng)整機(jī)的小型化及其新工藝要求為主的改進(jìn),變成以滿足數(shù)字技術(shù)、微電子技術(shù)發(fā)展所提出的特性要求為主,而且是成套滿足的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展階段。新型電子元器件體現(xiàn)了當(dāng)代和今后電子元器件向高頻化、片式化、微型化、薄型化,低功耗,響應(yīng)速率快、高分辨率、高精度、高功率、多功能、組件化、復(fù)合化、模塊化和智能化等的發(fā)展趨勢(shì)。同時(shí),產(chǎn)品的安全性和綠色化也是影響其發(fā)展前途和市場的重要因素。良好的市場前景,為電子元器件提供了巨大的國內(nèi)市場機(jī)會(huì)。無論是全球市場還是國內(nèi)市場電子信息產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展給上游電子元器件產(chǎn)業(yè)帶來了廣闊的市場應(yīng)用前景,新產(chǎn)品的推出曾出不窮,這些都為元器件開拓了新的應(yīng)用市場。
汽車電子、PDA、互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用產(chǎn)品、機(jī)頂盒等產(chǎn)品的迅速啟動(dòng)及飛速發(fā)展,將極大地帶動(dòng)中國電子元器件市場的發(fā)展。在通訊類產(chǎn)品中,不僅僅是蜂窩電話,還有更多的產(chǎn)品如移動(dòng)通信、光通信網(wǎng)絡(luò),普通電話等都需要大量的元器件。另外,計(jì)算機(jī)及相關(guān)產(chǎn)品、消費(fèi)電子產(chǎn)品雖然沒有以前發(fā)展那么快,但需求依然強(qiáng)勁,這些都將成為中國元器件市場發(fā)展的動(dòng)力。
三、結(jié)束語
預(yù)計(jì)到2010年全球電子信息制造業(yè)市場將達(dá)到19055億美元,其中,電子元器件市場將達(dá)到2800億美元,占14.7%。蜂窩電話、移動(dòng)通信、光通信網(wǎng)絡(luò),普通電話等都需要大量的元器件。另外,計(jì)算機(jī)及相關(guān)產(chǎn)品、消費(fèi)電子產(chǎn)品雖然沒有以前發(fā)展那么快,但需求依然強(qiáng)勁,這些都將成為中國電子元器件市場發(fā)展的動(dòng)力。全球電子元器件市場規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)大,國內(nèi)電子信息產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展,將為電子元器件產(chǎn)業(yè)帶來廣闊的發(fā)展前景。
參考文獻(xiàn):
隨著納米技術(shù)的廣泛運(yùn)用,已經(jīng)延伸到社會(huì)中的各個(gè)領(lǐng)域。目前已經(jīng)研究出的納米電子技術(shù)產(chǎn)品多種多樣,這些納米技術(shù)的產(chǎn)品不但性能優(yōu)良,最主要的是功能奇特。但是值得注意的是科學(xué)家對(duì)于納米電子技術(shù)的研究還不夠深入,那么以后的還需要從新型電子元器件以及碳納米管等方向入手進(jìn)一步研發(fā)。
1 納米電子技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀
1.1 納米電子材料的應(yīng)用
現(xiàn)階段納米材料主要有納米半導(dǎo)體材料、納米硅薄膜以及納米硅材料等類型。在這些納米電子材料中,可以說納米硅材料最有發(fā)展前景,同時(shí)還符合當(dāng)前社會(huì)對(duì)于電子技術(shù)的實(shí)際需求。通過對(duì)納米硅材料與其他納米電子材料進(jìn)行比較后,可以看出納米硅材料具有以下特點(diǎn):首先,納米硅材料在不斷研發(fā)的背景下其成本處于逐漸降低的趨勢(shì),其次,該材料還具有能耗低、準(zhǔn)確性高以及不易受外界影響的特點(diǎn)。最后,由于納米硅材料中分子與分子所存在的距離較小,因此可以一定程度的提升納米電子材料的反映速度,最終達(dá)到提升工作效率的目標(biāo)。
1.2 納米電子元件的應(yīng)用
可以說納米電子元件是以集成元件以及超大規(guī)模集成元件為基礎(chǔ)的。其具體研發(fā)歷程是在上個(gè)世紀(jì)50年代美國研究者對(duì)集成電路進(jìn)行研發(fā)之后而開始的,然后經(jīng)過多年的發(fā)展后逐漸從中型、大型轉(zhuǎn)變?yōu)槌笮偷募呻娐泛吞卮箢愋偷募呻娐贰T诖吮尘跋?,其納米電子元件的尺寸越來越小,現(xiàn)階段的電子元件尺寸在0.1到100nm范圍之內(nèi)。
1.3 應(yīng)用于現(xiàn)代醫(yī)學(xué)領(lǐng)域
特別是在納米技術(shù)的不斷發(fā)展過程中,其納米電子技術(shù)逐漸應(yīng)用到醫(yī)學(xué)的領(lǐng)域。可以說在醫(yī)學(xué)治療的過程中,可以利用納米電子技術(shù)的特點(diǎn)在細(xì)微部分的檢測與觀察方面。在普通顯微鏡無法觀測的物品可以通過納米電子技術(shù)進(jìn)一步剖析。與此同時(shí),還可以將電化學(xué)的信息檢測流程中融入納米傳感器的方式對(duì)生化反應(yīng)進(jìn)行診斷。同時(shí),在納米電子技術(shù)不斷發(fā)展的背景下,產(chǎn)生了很多方面的高科技醫(yī)學(xué)產(chǎn)品,例如伽馬刀、螺旋CT以及MRI等。可以說生物醫(yī)學(xué)以及電子學(xué)的融合對(duì)于納米電子技術(shù)的發(fā)展具有重要的意義,納米電子技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)的電子設(shè)備集成化具有很大的發(fā)展空間,在未來的發(fā)展中,可以將納米電子元件的尺寸控制在分子與原子的大小之間,進(jìn)而就會(huì)將微小生物體的研究帶到一個(gè)新的領(lǐng)域。
2 納米電子技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)
通過對(duì)納米電子技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行分析后可以看出納米電子技術(shù)在未來發(fā)展具有很大的空間,對(duì)此主要可以從新型電子元器件、石墨烯以及碳納米管等方向入手。
2.1 新型電子元器件
對(duì)納米電子技術(shù)的當(dāng)前模式分析后,可以斷定在未來十年內(nèi)必然會(huì)經(jīng)過飛速發(fā)展的歷程。特別是當(dāng)前市場對(duì)于新型電子元器件的需求逐漸增多的背景下,還需要根據(jù)實(shí)際需求來對(duì)新型電子元器件進(jìn)行擴(kuò)展與完善。對(duì)此,可以從單電子器件、共振隧穿電子器件、納米場效應(yīng)晶體管、納米尺度MOS器件、分子電子器件、自旋量子器件、單原子開關(guān)等新型信息器件的方向入手,在保證了納米電子技術(shù)朝著良好的方向發(fā)展的同時(shí),還可以延續(xù)摩爾定律以及CMOS的研究成果。
2.2 碳納米管
可以說碳納米管是納米電子技術(shù)的發(fā)展重要方式,碳納米管的本質(zhì)是一種一維的納米材料,其最大的特點(diǎn)是具有重量輕以及完美六邊形的結(jié)構(gòu)。因此在實(shí)際的運(yùn)用中,碳納米管具有良好的傳熱性能、光學(xué)性能、導(dǎo)電性能、力學(xué)性能以及儲(chǔ)氫性能等。與此同時(shí),碳納米管在納米電子方面具有重要的作用,并作為現(xiàn)階段晶體管中主要的材料,對(duì)此有效的碳納米管可以對(duì)集成電路的效率進(jìn)行提升。
2.3 憶阻器
所謂憶阻器就是就是經(jīng)過了繼電阻器、電容器以及電感元件發(fā)展之后而發(fā)展的一種模式。并且憶阻器是模擬信號(hào)的方式來對(duì)非線性動(dòng)態(tài)納米元件而組成的具有交叉開關(guān)模式的納米電子技術(shù)。憶阻器的屬性不但與CMOS類似,更主要的是其具有功率低、體積小以及不受外界因素影響的特點(diǎn),進(jìn)而在未來的發(fā)展中可以有效的代替硅芯片等材料。
2.4 石墨烯
同時(shí),石墨烯作為新型的納米材料來說,不但具有超薄的特征,最主要的是其質(zhì)地還是非常堅(jiān)硬的。并且在正常狀態(tài)下石墨烯電子的傳輸速度要比其他類型的納米電子材料快,正是由于多方面的因素使得對(duì)于石墨烯的研究具有重要的意義。石墨烯和其他導(dǎo)體具有很大的區(qū)別,進(jìn)而在碰撞的過程中其能量不會(huì)有損失。在對(duì)石墨烯的未來進(jìn)行研究與設(shè)想后,根據(jù)專家預(yù)計(jì)在10年后可成功研制性能優(yōu)異的石墨烯類型的導(dǎo)體材料與晶體管。
2.5 納米生物電子
最后,納米電子技術(shù)還可以與生物技術(shù)進(jìn)行有效的融合,也可以認(rèn)為納米生物電子是以多個(gè)領(lǐng)域?yàn)楹诵墓餐ㄔO(shè)的。在對(duì)納米電子技術(shù)帶入生物領(lǐng)域的過程中,利用納米電子技術(shù)的自身特點(diǎn)可以制造出關(guān)于納米機(jī)器以及附屬的納米生物醫(yī)用的材料產(chǎn)品等,進(jìn)而可以在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中取得一定的成果,最終達(dá)到為人類健康做出巨大貢獻(xiàn)的目標(biāo)。
3 結(jié)束語
總之,在電子科學(xué)不斷發(fā)展的背景下,其納米電子技術(shù)的發(fā)展越來越受到國際的重視。通過對(duì)納米電子技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行分析后,可以發(fā)現(xiàn)其應(yīng)用的領(lǐng)域越來越廣泛,也就是說納米電子技術(shù)完全融入到我們?nèi)粘I町?dāng)中指日可待。通過采用納米電子技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)一種高效、科學(xué)而環(huán)保的生物材料、電子晶體管以及醫(yī)學(xué)設(shè)備等,最終達(dá)到改善人們的生活現(xiàn)狀的目標(biāo),讓人們切切實(shí)實(shí)地體驗(yàn)納米時(shí)代。
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實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為模擬電子技術(shù)實(shí)踐教學(xué)的基礎(chǔ)部分,對(duì)學(xué)生基本實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)有著至關(guān)重要的作用.處于附屬地位的實(shí)驗(yàn)教學(xué)基本用來驗(yàn)證理論知識(shí)點(diǎn),其雖然加深了學(xué)生對(duì)理論知識(shí)點(diǎn)的掌握深度,但一定程度上卻削弱了實(shí)驗(yàn)教學(xué)在學(xué)生應(yīng)用型能力培養(yǎng)中的作用.理論知識(shí)點(diǎn)的驗(yàn)證固然重要,但作為一門實(shí)踐課程,結(jié)合實(shí)際,培養(yǎng)實(shí)際能力尤為重要.結(jié)合課程培養(yǎng)應(yīng)用型能力,應(yīng)對(duì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目做調(diào)整,增加其他項(xiàng)目的比重.然而考慮到理論知識(shí)點(diǎn)驗(yàn)證、實(shí)際的需要以及課時(shí)的限制等,增加適當(dāng)課時(shí)的同時(shí),減少驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目用于其他實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目.
1.1.1元器件識(shí)別、檢測和應(yīng)用
模擬電子技術(shù)介紹的主要內(nèi)容是以半導(dǎo)體器件為核心元件的各種電子電路,其中的半導(dǎo)體器件包括半導(dǎo)體二極管、雙極性晶體管和場效應(yīng)管等.模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)的所有內(nèi)容均和它們有關(guān).根據(jù)新建應(yīng)用型本科院校模擬電子技術(shù)實(shí)踐教學(xué)大綱,開設(shè)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目內(nèi)容有常用電子儀器的使用,驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,對(duì)半導(dǎo)體器件以及其它常用電子元器件的單獨(dú)介紹很少,僅在部分實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中會(huì)涉及極少的該方面知識(shí).元器件的識(shí)別、檢測和應(yīng)用知識(shí)的忽略得益于教具產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,模塊化的電路雖然節(jié)省了學(xué)校的不少開支,減少了耗材支出,但卻剝奪了學(xué)生搭建電路過程中設(shè)計(jì)的元器件識(shí)別、檢測和應(yīng)用知識(shí)的學(xué)習(xí).根據(jù)實(shí)際教學(xué)經(jīng)驗(yàn),修完整個(gè)實(shí)驗(yàn)課程后,僅部分同學(xué)對(duì)電子元器件知識(shí)有一定了解,大部分學(xué)生對(duì)元器件的識(shí)別和檢測和應(yīng)用等知識(shí)了解幾乎為零.然而對(duì)于電類應(yīng)用型人才培養(yǎng)和實(shí)際需要,該部分知識(shí)卻顯得十分重要,應(yīng)從多個(gè)角度提升學(xué)生對(duì)元器件識(shí)別、檢測和應(yīng)用知識(shí)的掌握.
(1)安排二到四個(gè)左右課時(shí)進(jìn)行電子元器件識(shí)別、檢測和應(yīng)用知識(shí)的介紹,特別是常用的電子元器件如電阻、電容、二極管和三極管等識(shí)別和檢測等知識(shí)的介紹,并就其中部分內(nèi)容設(shè)計(jì)相應(yīng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,強(qiáng)化學(xué)生對(duì)該部分知識(shí)的掌握.由于課時(shí)的局限,不可能方方面面都可作出介紹,僅需對(duì)常用的基本知識(shí)點(diǎn)做詳細(xì)說明.
(2)鼓勵(lì)有興趣的學(xué)生在業(yè)余時(shí)間通過其他方式加深和擴(kuò)展對(duì)元器件識(shí)別、檢測和應(yīng)用知識(shí)的掌握.可指引他們參閱相關(guān)書籍或通過網(wǎng)絡(luò)查閱各種元器件的識(shí)別、檢測和應(yīng)用的資料或進(jìn)入各種購物網(wǎng)站或到實(shí)體店了解元器件,一定程度上還可激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣.
1.1.2電路仿真軟件的應(yīng)用
隨著計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的發(fā)展,企業(yè)在電子電路產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程中為了提高效率,首先會(huì)進(jìn)行仿真設(shè)計(jì),一定程度上檢測所設(shè)計(jì)電路的功能以及各項(xiàng)指標(biāo)是否滿足要求,具有參考價(jià)值.為了滿足行業(yè)要求,培養(yǎng)實(shí)際能力,應(yīng)在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中增加相應(yīng)仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,電子電路的仿真平臺(tái)有很多,電子類專業(yè)在本科階段課本上常見的有SPICE、(EWB的高級(jí)版本)和Proteus等.三種仿真設(shè)計(jì)平臺(tái)基本都可進(jìn)行模擬電子技術(shù)中模擬電子電路的仿真設(shè)計(jì),然而其實(shí)它們各有自己的應(yīng)用場合.Proteus常用來在單片機(jī)原理與應(yīng)用等課程中結(jié)合編譯軟件進(jìn)行電路仿真,仿真結(jié)果直觀,生動(dòng).SPICE則較多的應(yīng)用在模擬電路的仿真中,但仿真結(jié)果相對(duì)不太直觀.Miltisim作為課本中介紹的一款電路設(shè)計(jì)仿真平臺(tái),應(yīng)用在電子技術(shù)課程等的電路設(shè)計(jì)仿真.它的功能強(qiáng)大,基本涵蓋了電路設(shè)計(jì)所需要的所有類型電子元器件,它具備各種實(shí)際電路測試中所有的虛擬儀器儀表,提供多種電路分析工具和方法,可對(duì)模擬電子技術(shù)中所有理論知識(shí)進(jìn)行仿真驗(yàn)證,同時(shí)可以進(jìn)行其它電路設(shè)計(jì)和仿真,加深學(xué)生理論知識(shí)點(diǎn)的理解和運(yùn)用,可培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立提出、分析和解決問題的能力.Miltisim電路仿真設(shè)計(jì)平臺(tái)的精通運(yùn)用往往不是幾節(jié)課就可以做到的,其實(shí)任何課程的學(xué)習(xí)都一樣,需要教師的引導(dǎo)和輔助結(jié)合學(xué)生自主學(xué)習(xí)和思考才能達(dá)到較好的效果.模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)需增加相應(yīng)仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,但課時(shí)不必過多,可安排4到6個(gè)課時(shí),也即2到3次實(shí)驗(yàn),主要演示軟件常用的使用方法并進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和常用的分析方法,鼓勵(lì)學(xué)生在業(yè)余時(shí)間進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證課本知識(shí),掌握各種分析方法,并進(jìn)行一些小設(shè)計(jì),激起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣.
1.2注重課程設(shè)計(jì),培養(yǎng)應(yīng)用能力
課程設(shè)計(jì)作為模擬電子技術(shù)實(shí)踐環(huán)節(jié)的另外一個(gè)方面,它應(yīng)該是實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的升華,作為一次學(xué)生獨(dú)立思考,分析和解決問題的實(shí)踐機(jī)會(huì),對(duì)創(chuàng)新能力的培養(yǎng)具有至關(guān)重要的作用.網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的到來,方便了人們生活的方方面面,可以很輕易的從網(wǎng)絡(luò)獲得各種信息.課程設(shè)計(jì)也不例外,各種大小論壇,文庫共享了大量的電路設(shè)計(jì)報(bào)告,信息的共享可以提供知識(shí)交流和學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì),加快社會(huì)的發(fā)展,然而對(duì)于新建應(yīng)用型本科高校,學(xué)校對(duì)課程設(shè)計(jì)的重視程度不大和學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性不高等眾多因素決定了課程設(shè)計(jì)的完成僅僅是CTRL+C和CTRL+V,使得課程設(shè)計(jì)在應(yīng)用型能力培養(yǎng)中的作用甚微.切實(shí)的培養(yǎng)應(yīng)用型人才,還需注重課程設(shè)計(jì).它作為一次實(shí)踐和創(chuàng)新能力培養(yǎng)的機(jī)會(huì),不僅對(duì)模擬電子技術(shù)課程,而且對(duì)后續(xù)課程應(yīng)用能力的培養(yǎng)均有影響,導(dǎo)致學(xué)生壞學(xué)習(xí)習(xí)慣和思維的養(yǎng)成.當(dāng)然課程設(shè)計(jì)的有效實(shí)施和多種因素有關(guān),可以試著從以下方面入手:(1)院部應(yīng)強(qiáng)調(diào)對(duì)課程設(shè)計(jì)的重視,不能只當(dāng)成一次實(shí)驗(yàn)來看待.(2)指導(dǎo)教師應(yīng)指引學(xué)生切實(shí)自主的完成課程設(shè)計(jì)項(xiàng)目,嚴(yán)格要求,杜絕粘貼和復(fù)制,草草了事.(3)鼓勵(lì)學(xué)生自主提出設(shè)計(jì)方案,進(jìn)行設(shè)計(jì)驗(yàn)證,在過程中自主發(fā)現(xiàn)和解決問題,培養(yǎng)自學(xué)和創(chuàng)新能力.
二、強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新,提升實(shí)踐實(shí)效
2.1提高設(shè)計(jì)自由度,培養(yǎng)創(chuàng)新能力
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,為了滿足人們不斷提高的需求,生活的方方面面都在向著便捷化、人性化的方向發(fā)展.人性化和便捷化的發(fā)展方向在很多場合體現(xiàn)了其優(yōu)勢(shì),然而在有些方面反而適得其反.高校擴(kuò)招的不斷增加,規(guī)模的不斷擴(kuò)大,導(dǎo)致對(duì)教學(xué)儀器的需求,教學(xué)儀器產(chǎn)業(yè)在近些年得到了很大的發(fā)展,產(chǎn)品不斷的人性化,方便操作,與此同時(shí)也帶來很多問題.對(duì)于模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)課程,教學(xué)儀器生產(chǎn)公司提供的完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的電路均是模塊化成品.模塊化產(chǎn)品確實(shí)帶來了諸多好處.教學(xué)儀器公司根據(jù)課程內(nèi)容設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,方便了教師的教學(xué)活動(dòng),另外也節(jié)約了大量耗材.然而事物大多具有兩面性,模塊化產(chǎn)品給學(xué)校的主體卻帶來了諸多不便.應(yīng)用型人才需要學(xué)生培養(yǎng)動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力,事先設(shè)定好的模塊化產(chǎn)品在在項(xiàng)目實(shí)施時(shí)的設(shè)計(jì)自由度大打折扣,實(shí)驗(yàn)內(nèi)容完全由模塊確定,學(xué)生自由發(fā)揮的自由度很小,同時(shí)模塊化的電路各電路參數(shù)均是事先設(shè)計(jì)好的,僅僅為完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,除了事先設(shè)計(jì)好的問題外,不會(huì)出現(xiàn)其他問題,減少了學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題,思考問題和解決問題的機(jī)會(huì),不利于培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用型能力.模塊化實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目也有其應(yīng)用場合,隨著新建本科院校應(yīng)用型專業(yè)的培養(yǎng)方案的重新制定,實(shí)踐教學(xué)教學(xué)環(huán)節(jié)課時(shí)有所提高,然而課時(shí)畢竟有限,模塊化實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目可以節(jié)約實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目時(shí)間,同時(shí)由于模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目大部分為驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,可適當(dāng)部分使用模塊化電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn),部分采用自己搭建或焊接電路的方式進(jìn)行,帶來的問題特別是耗材問題可從如下方式解決:(1)教師科學(xué)化管理,預(yù)先準(zhǔn)備每組所需元器件,并在實(shí)驗(yàn)后按組核對(duì)并收回;(2)有條件的情況下,教師可自制實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目所需元件的元件箱,并引出端口;(3)培養(yǎng)學(xué)生合理正確使用的元器件的方法,減少元器件的燒毀;
2.2全民參與,提高創(chuàng)新能力
專業(yè)競賽是創(chuàng)新能力培養(yǎng)的有力方式.電子類專業(yè)有很多專業(yè)類的競賽,教育部積極倡導(dǎo)的有全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽,飛思卡爾汽車賽和單片機(jī)程序設(shè)計(jì)大賽等,作為電類專業(yè)基礎(chǔ)課程的模擬電子技術(shù)實(shí)踐教學(xué),其實(shí)踐性極強(qiáng),它幾乎是所有專業(yè)類競賽必須具備的基礎(chǔ)知識(shí),通過模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)課程可以使學(xué)生掌握分析和解決和調(diào)試簡單電路問題的基本方法,并對(duì)理論知識(shí)點(diǎn)做實(shí)踐驗(yàn)證,同時(shí)了解各種電路的功能以及應(yīng)用場合.參加各類專業(yè)比賽的學(xué)生大部分集中在二年級(jí)和三年級(jí),基本都已修過模擬電子技術(shù)實(shí)踐課程.對(duì)學(xué)生而言,首先參加專業(yè)競賽可以對(duì)模擬電子技術(shù)實(shí)踐課程的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行檢驗(yàn),另外可以利用該課程學(xué)習(xí)所擁有的電路分析、設(shè)計(jì)和調(diào)試等能力結(jié)合到專業(yè)競賽中,更好的參加比賽,通過基本電路的分析方法和調(diào)試方法等來分析各種大型電路的工作原理,特點(diǎn)等,加深對(duì)模擬電路的掌握和理解深度,并掌握其使用場合,實(shí)實(shí)在在的學(xué)到實(shí)用的和社會(huì)聯(lián)系更加緊密的知識(shí),為之后從事本專業(yè)工作奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ),從而切實(shí)的培養(yǎng)了應(yīng)用型人才.指導(dǎo)專業(yè)競賽對(duì)指導(dǎo)教師也是一種鍛煉,大部分在高校工作的專業(yè)教師,特別是新建應(yīng)用型本科高校教師,大部分都是畢業(yè)后直接進(jìn)入高校工作,然而傳統(tǒng)的教育方法并沒有過多的理論聯(lián)系實(shí)踐的機(jī)會(huì).對(duì)他們來說,這是一次重新學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì),該類知識(shí)也是從零開始,極大的拓展了教師對(duì)各種規(guī)模較大電路的理解和掌握,通過實(shí)際電路調(diào)試中問題出現(xiàn),分析和解決的過程,教師的業(yè)務(wù)素質(zhì)得到了極大的提高,一方面為與相關(guān)企業(yè)進(jìn)行產(chǎn)學(xué)研合作向項(xiàng)目,解決企業(yè)實(shí)際難題,服務(wù)地方做準(zhǔn)備,另一方面可以應(yīng)用到模擬電子技術(shù)實(shí)踐教學(xué)中,結(jié)合實(shí)際進(jìn)行模擬電子技術(shù)實(shí)踐教學(xué),激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,同時(shí)可以更詳細(xì)生動(dòng)的介紹各種電路,拓展學(xué)生的知識(shí)面,以便更好的培養(yǎng)應(yīng)用型人才.雖然專業(yè)競賽具有諸多優(yōu)點(diǎn),但競賽的參與往往是少數(shù)人的活動(dòng),能力的培養(yǎng)也僅僅涉及到少部分人.為了培養(yǎng)應(yīng)用型人才,從大眾入手,應(yīng)提倡全民參與競賽培訓(xùn)的方式,鼓勵(lì)大部分學(xué)生利用業(yè)余時(shí)間參與競賽的培訓(xùn),培養(yǎng)應(yīng)用型能力,并最終從競賽培訓(xùn)人員中好中選優(yōu),參加競賽,一方面可在模擬電子技術(shù)實(shí)踐環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)上培養(yǎng)大部分學(xué)生的應(yīng)用能力,加強(qiáng)模擬電子技術(shù)實(shí)踐環(huán)節(jié)指導(dǎo)作用;另一方面,全民培訓(xùn)必然需要眾多教師的參與,可最大程度上鍛煉指導(dǎo)教師,并反饋到模擬電子技術(shù)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)上.
中圖分類號(hào):TK223 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A
隨著社會(huì)的進(jìn)步,科學(xué)技術(shù)也發(fā)生了翻天覆地的變化??删幊炭刂破鳎≒LC)也越來越成為我們現(xiàn)實(shí)生活中廣泛應(yīng)用的一個(gè)具有科技含量的高技術(shù)。到了二十一世紀(jì),特別是在近幾年里,組態(tài)軟件控制技術(shù)在我國的工業(yè)控制及自動(dòng)化領(lǐng)域逐漸有了十分重要的地位,越來越多的自動(dòng)控制行業(yè)的企業(yè)和公司對(duì)此技術(shù)產(chǎn)生了濃厚的興趣,這也是我們現(xiàn)實(shí)生活中的一種新型的值得深入研究的技術(shù)。因?yàn)樵摷夹g(shù)除了電子信息方面的硬件之外,還包含計(jì)算機(jī)軟件方面的知識(shí),是一種綜合性的邊緣學(xué)科。
1 可編程控制器控制系統(tǒng)干擾源分析
大家都知道我們?nèi)祟惐旧砭蜕钤诟鞣N各樣的有干擾因素的場類,如來之地球本身的北極南極磁場、地球本身也有重力場、生活在中電源也有電磁場等等,這些干擾因素對(duì)我們鍋爐中的電磁設(shè)備本身就具有干擾。但是這些不是主要干擾源,PLC控制系統(tǒng)中的主要電磁干擾因素有這些。第一鍋爐所在場地的耗電設(shè)備由于種類繁多,其開關(guān)電源也比較頻繁,這樣就會(huì)導(dǎo)致電源出現(xiàn)浪涌電源或浪涌電流。浪涌電流或浪涌電壓對(duì)PLC電子器件損耗較大,給控制系統(tǒng)將會(huì)帶來極大的危害。同時(shí),這些浪涌電流或電壓由于是瞬間造成的突變現(xiàn)象,也會(huì)產(chǎn)生電磁場,該磁場的瞬間出現(xiàn)也會(huì)對(duì)PLC控制系統(tǒng)造成干擾。第二自然環(huán)境中的輻射因素,對(duì)PLC控制系統(tǒng)電子元器件的干擾。眾所周知我們生存的空間本身就有輻射元素,并且現(xiàn)在環(huán)境惡化嚴(yán)重,空間電磁場的污染也十分嚴(yán)重,這些空間輻射會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流,這感應(yīng)電流通過PLC器件的外殼或?qū)Ь€形成電路,使得控制器的某些部位形成感應(yīng)電流,從而會(huì)對(duì)PLC的控制系統(tǒng)形成威脅,損壞電子元器件。這種通過輻射產(chǎn)生感應(yīng)電流傷害電子元器件的現(xiàn)象在干燥的冬季很容易產(chǎn)生,為了避免PLC電子元器件收到感應(yīng)電流的破壞,一般會(huì)在鍋爐的PLC控制系統(tǒng)中采用導(dǎo)線中接地來消除感應(yīng)電流的影響。第三由于鍋爐抗干擾系統(tǒng)中有導(dǎo)線接地,這樣也會(huì)由于接地系統(tǒng)的混亂而產(chǎn)生新的干擾。PLC鍋爐控制系統(tǒng)中接地的導(dǎo)線一般有屏蔽地線、交流地線、系統(tǒng)地線和保護(hù)地線四種。這四種接地導(dǎo)線功能都不一樣,屏蔽地線主要是將電子元器件上的感應(yīng)電流屏蔽掉,交流地線一般是用于屏蔽交流電產(chǎn)生的感應(yīng)電場形成的感應(yīng)電流,系統(tǒng)地線是屏蔽系統(tǒng)上面的靜電等干擾源,保護(hù)地線一般是保護(hù)相應(yīng)電子元器件或電子控制系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的。但是由于使用人員對(duì)各種地線功能攪渾,很容易出現(xiàn)錯(cuò)誤的接地現(xiàn)象,這樣不斷沒有消除原有的干擾因素,還產(chǎn)生新的干擾信號(hào),更使得PLC控制系統(tǒng)沒有辦法順利工作下去。另外由于這四種接地線路接法的混亂,就會(huì)在接地附近產(chǎn)生地環(huán)流,從而會(huì)在地線上面產(chǎn)生不等電位分布。這樣就會(huì)導(dǎo)致鍋爐的PLC控制系統(tǒng)出現(xiàn)異常邏輯信號(hào),導(dǎo)致數(shù)據(jù)混亂或死機(jī)現(xiàn)象頻發(fā)。
2 鍋爐可編程控制器控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)
市面上有許多穩(wěn)壓器,利用穩(wěn)壓器先對(duì)PLC控制系統(tǒng)的供電端口進(jìn)行穩(wěn)壓,這樣即使鍋爐所在環(huán)境中有耗電器材頻繁起停,也能通過穩(wěn)壓器來降低浪涌電流或浪涌電壓造成的損耗,從而達(dá)到保護(hù)PLC控制系統(tǒng)的目的。因此,設(shè)計(jì)PLC鍋爐抗干擾系統(tǒng)時(shí),選用隔離性能良好的電源UPS來給PLC控制系統(tǒng)供電。
針對(duì)空間輻射所帶來的干擾因素,我們可以采用四種措施來有效的預(yù)防、消除。由于空間輻射電磁波產(chǎn)生的電磁感應(yīng)會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流,屏蔽感應(yīng)電流可以通過在PLC控制系統(tǒng)的外殼上加上屏蔽層,將此屏蔽層的某一點(diǎn)接地。因?yàn)楦袘?yīng)電流是由耦合而產(chǎn)生,那么我們將原來的普通導(dǎo)線換成具有屏蔽功能的導(dǎo)線,如采用屏蔽電纜、同軸電纜、光纜或雙絞線就可以有效的防止耦合,也就可以預(yù)防產(chǎn)生感應(yīng)電流的干擾。因?yàn)樾盘?hào)地線與機(jī)殼接地,我們可以改變這種方式而采用信號(hào)地與機(jī)殼、大地浮空的浮地方式,使得PLC控制系統(tǒng)的電路與機(jī)殼或大地之間無直流電流方面的聯(lián)系,從而加大信號(hào)地與其他物質(zhì)的阻抗,達(dá)到阻斷干擾電流的電路之目的,實(shí)現(xiàn)抗干擾優(yōu)化的設(shè)計(jì)。另外在PLC控制系統(tǒng)的信號(hào)通道中設(shè)置一些必備的濾波器,也可以通過過濾消除不穩(wěn)定因素所造成的干擾。
信號(hào)通道的抗干擾措施我們可以采用通道隔離技術(shù)、屏蔽技術(shù)來進(jìn)行處理。對(duì)于信號(hào)的系統(tǒng)通道,我們根據(jù)其測控點(diǎn)離控制中心很遠(yuǎn)的特點(diǎn),可以對(duì)數(shù)字量通道采用光電耦合器、繼電器等電子元器件進(jìn)行隔離,再輔以施密特、RC等濾波、整形電路來進(jìn)行濾波整形可以很好的消除干擾,而對(duì)于模擬量來說就采用線性光耦、隔離變壓器、隔離放大器、差動(dòng)放大電路技術(shù)消除干擾因素。當(dāng)輸入、輸出通道有感性負(fù)載時(shí),對(duì)交流負(fù)載可以在線圈兩端并聯(lián)RC吸收電路,而對(duì)于直流輸入信號(hào)可以采用并接續(xù)流二極管電路來消除因電路信號(hào)的突變而產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)的不良影響。整個(gè)PLC鍋爐抗干擾控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖1所示。
在這個(gè)PLC鍋爐抗干擾系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖中,主要使用了FX2N-48MR PCL芯片作為控制系統(tǒng)的主要處理程序核心,整個(gè)設(shè)計(jì)框架中有故障設(shè)置面板、燃燒控制面板、鍋爐的水位控制面板等部件,如果出現(xiàn)異常現(xiàn)象,系統(tǒng)設(shè)計(jì)的蜂鳴器就會(huì)發(fā)出異響,提示報(bào)警。
3 PLC抗干擾控制系統(tǒng)在鍋爐中的應(yīng)用
根據(jù)前文所分析,采用優(yōu)化抗干擾設(shè)計(jì)技術(shù),選擇有較高抗干擾能力隔離性能良好的采用浮地技術(shù)的PLC控制系統(tǒng)。根據(jù)選用我國指定的抗干擾標(biāo)準(zhǔn)(GB/T13926),選擇恰當(dāng)?shù)腜LC控制系統(tǒng)。同時(shí)在使用該控制系統(tǒng)時(shí)注意PLC的輸入、輸出方式,設(shè)計(jì)實(shí)施時(shí)采用高可靠性的電子元器件,對(duì)直流與交流型號(hào)分別采用各自的電纜,對(duì)于系統(tǒng)的輸入、輸出信號(hào)線使用屏蔽電纜,同時(shí)將屏蔽電纜在輸入、輸出一側(cè)懸空,在控制一側(cè)接地。通過優(yōu)化設(shè)計(jì)出的抗干擾PLC控制系統(tǒng)在某鍋爐廠使用具有良好的效果,性能穩(wěn)定,運(yùn)行正常,取得了良好的社會(huì)效應(yīng)。
參考文獻(xiàn)
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失效是元器件不能完成規(guī)定任務(wù)的一種狀況,即在元器件執(zhí)行任務(wù)
過程中功能終止或性能參數(shù)超出容許的權(quán)限。正是因?yàn)榇嬖谠骷?,人們提出和發(fā)展了可靠性技術(shù)??煽啃约夹g(shù)就是研究失效發(fā)生、發(fā)展的規(guī)律及糾正、控制和預(yù)防的一整套辦法。
元器件失效判據(jù)是針對(duì)某個(gè)元器件在特定應(yīng)用條件下的一種具體規(guī)定,其范圍一般寬于該元器件的合格判據(jù)。如
某電阻器的判據(jù)是阻值100Ω±20%才算失效。而在某種應(yīng)用時(shí),阻值變化超出100Ω±20%才算失效。這就是元器件可靠性與元器件質(zhì)量兩個(gè)概念的不同之處。
元器件可靠性是在元器件設(shè)計(jì)、制造過程中形成的固有特性,在一定的使用應(yīng)力作用下,工作到某個(gè)時(shí)刻發(fā)生失效,可靠性是t=T時(shí)的質(zhì)量。
2.失效模式
失效模式是失效的一種表現(xiàn)形式,如開路、短路、時(shí)好時(shí)壞、參數(shù)超出極限等等。不同元器件失效模式不盡相同。一種元器件往往有多種失效模式,每種失效模式出現(xiàn)的概率是不同的。
了解各種元器件失效及其分布對(duì)正確使用元器件很重要:以開路為主要失效模式的元器件,不宜串聯(lián)使用;以短路為主要失效模式的元器件,不宜并聯(lián)使用;以參數(shù)漂移為主要失效模式的元器件應(yīng)采取必要的補(bǔ)償或控制措施。
3.失效原因
元器件失效總是有原因的,具體原因可能多種多樣,但從應(yīng)力與強(qiáng)度關(guān)系看可分為兩大類:第一類是元器件存在本質(zhì)缺陷,強(qiáng)度太低,在正確工作應(yīng)力下失效,叫固有失效或責(zé)任失效;第二類是使用中引入過應(yīng)力導(dǎo)致的元器件失效,叫使用失效或從屬失效。
元器件固有失效按其性質(zhì)和原因又可分為系統(tǒng)性和偶然性的。系統(tǒng)性的失效是在設(shè)計(jì)或制造或試驗(yàn)過程中控制不良引入某種固有缺陷所致。而偶然失效則是隨機(jī)的,沒有一個(gè)主導(dǎo)失效原因在起作用,是設(shè)計(jì)、制造水平?jīng)Q定的。
使用中過應(yīng)力失效往往是由于選擇不當(dāng),或應(yīng)用不合理或操作失誤所致。元器件在工作過程中遇到的電、熱、機(jī)械、輻照、粒子等單項(xiàng)或綜合應(yīng)力超出了元器件所能承受的程度,就失效。
4.失效后果
元器件失效后果的嚴(yán)重程度取決于元器件在系統(tǒng)中的地位和作用。按照失效對(duì)系統(tǒng)的最終影響可分為災(zāi)難性的、關(guān)鍵的、嚴(yán)重的和一般的。
災(zāi)難性的是指造成系統(tǒng)任務(wù)失效和人員傷亡;
關(guān)鍵的是指造成系統(tǒng)任務(wù)失效;
嚴(yán)重的是指造成系統(tǒng)任務(wù)降低或暫時(shí)中斷;
輕微的是指造成現(xiàn)場使用中要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整或維修。
5.失效的規(guī)律
元器件失效引起的嚴(yán)重后果,迫使人們?nèi)パ芯渴Оl(fā)生的規(guī)律。通過大量觀測和數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析,把保險(xiǎn)界用于壽命預(yù)測的“浴盤曲線”作為元器件失效分布規(guī)律,研究分析元器件的失效時(shí)期。
元器件失效率的高低是與它工作經(jīng)歷的時(shí)間相關(guān),大體可分為三個(gè)時(shí)期,對(duì)應(yīng)三類失效。
O早期失效期-某一特定產(chǎn)品母體壽命的初期階段,此階段發(fā)生的失效是由于設(shè)計(jì)制造過程控制不良等原因引起的。早期失效可用篩選的方法剔除。
O偶然失效期-也叫使用壽命期,某特定產(chǎn)品母體壽命的第二階段,在此階段僅發(fā)生隨機(jī)失效。失效率近似為常數(shù),其高低取決于設(shè)計(jì)水平。
O耗損失效期-某特定產(chǎn)品母體壽命的第三階段,在此階段發(fā)生耗損引起的失效。對(duì)付這個(gè)階段的失效,只有進(jìn)行更換,如液體鉭電容漏液。
二、可靠性的度量
1.可靠性
可靠性是指產(chǎn)品在規(guī)定條件下,規(guī)定時(shí)間內(nèi)為完成規(guī)定任務(wù)而不失效的概率??煽啃允黔h(huán)境應(yīng)力、工作應(yīng)力、使用時(shí)間和要完成任務(wù)的復(fù)合函數(shù),是用失效發(fā)生是隨機(jī)的,失效的概率Q是0-1之間的一個(gè)數(shù)值,可靠性是不失效的概率,等于1減失效概率,即R=1-Q。
2.失效率λ
定義:已工作到t時(shí)刻的產(chǎn)品(元器件),在t時(shí)刻后單位時(shí)間內(nèi)失效的概率,也稱失效率函數(shù),簡稱失效率。
元器件的失效率是一個(gè)條件概率,即工作到t時(shí)刻未發(fā)生失效的條件,在t時(shí)刻元器件在單位時(shí)間內(nèi)失效的百分比。
用λ數(shù)值表示的元器件質(zhì)量水平:
λ=3×10-51/時(shí)亞五級(jí)
λ=1×10-51/時(shí)五級(jí)W
λ=1×10-61/時(shí)六級(jí)L
λ=1×10-71/時(shí)七級(jí)Q
λ=1×10-81/時(shí)八級(jí)B
λ=1×10-91/時(shí)九級(jí)J
λ=1×10-101/時(shí)十級(jí)S
一般情況下,電子系統(tǒng)的可靠性用平均壽命MTTF或(MTBF)來度量,而元器件的可靠性一般用λ來表示。
元器件的基本失效率λb水平即固有可靠性高低取決于元器件設(shè)計(jì)、制造水平,如結(jié)構(gòu)形式、材料和工藝水平等。工作失效率λP則于λb、使用應(yīng)用的高低和環(huán)境的惡劣程度等因素有關(guān)。
3.失效率模型
失效率模型是通過對(duì)大量失效數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析獲得的,如單片集成電路工作失效率模型為:
λP=πQ[C1πTπV+(C2+C3)πE]πL
式中:πQ——質(zhì)量倍數(shù)
πE——環(huán)境系數(shù)
πL——成熟系數(shù)
πT——溫度應(yīng)力系數(shù)
πV——電壓應(yīng)力系數(shù)
C1及C2——電路復(fù)雜度系數(shù)
C3——封裝復(fù)雜度系數(shù)
元器件可靠性的分析、計(jì)算、控制都是在其失效率模型上進(jìn)行的,對(duì)元器件失效模型有一個(gè)了解,對(duì)正確選擇與合理使用元器件是最起碼的要求。
4、元器件可靠性對(duì)系統(tǒng)可靠性的影響
任何一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)分解到最低層都是由元器件、零件、材料、工藝、計(jì)算機(jī)軟件和人組成的,系統(tǒng)的可靠性是各部分可靠性的連乘積:
RS=R元件•R零件•R軟件•R操作
系統(tǒng)可靠性水平低于組成系統(tǒng)任何一個(gè)部分的可靠性水平。系統(tǒng)越復(fù)雜且可靠性要求越高,對(duì)組成系統(tǒng)的各個(gè)部分的可靠性要求就更高。要全面分析,抓住關(guān)鍵少數(shù)。
假設(shè)除電子元器件外其余各部分可靠性為1,元器件失效是相互獨(dú)立的,如果要保證系統(tǒng)可靠性為0.98,則組成系統(tǒng)的元器件數(shù)量越多,對(duì)單個(gè)元器件的可靠性要求就越高。所以,系統(tǒng)越復(fù)雜,即使用的元器件品種、數(shù)量越大,使用環(huán)境越惡劣,可靠性問題越突出,對(duì)元器件可靠性要求就越高,也就是失效率λ越低。
上述數(shù)據(jù)說明電子元器件質(zhì)量狀況令人擔(dān)憂,國產(chǎn)元器件質(zhì)量問題嚴(yán)重,進(jìn)口元器件也有不少問題,使用不當(dāng)問題日益突出。
三、元器件可靠性增長工程
通過實(shí)踐和系統(tǒng)總結(jié)元器件可靠性工作經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn),加深對(duì)元器件問題和重要性的認(rèn)識(shí)。
首先,電子元器件在新產(chǎn)品中使用量越來越多,擔(dān)負(fù)的任務(wù)越來越重要。元器件雖小,作用和影響卻巨大,必須引起重視,把元器件作為型號(hào)的一個(gè)重要組成部分去抓,而且要堅(jiān)持不斷地抓。
其次,新產(chǎn)品研制、裝備周期太長,而電子元器件更新?lián)Q代在型號(hào)方案論證時(shí)選擇的元器件到型號(hào)定型時(shí)就已經(jīng)該淘汰了。這給設(shè)計(jì)選用提出了新課題,既要繼承成熟技術(shù),選用標(biāo)準(zhǔn)元器件,又要不斷采用新技術(shù),淘汰陳舊過時(shí)的元器件,在新方案論證時(shí)就要考慮定型后改進(jìn)和替代品問題。
第
三、諸如選用品種多、用量少與供應(yīng)商要上規(guī)模、增效益之間的矛盾日益突出,設(shè)計(jì)余量小與元器件參數(shù)散布大之間的矛盾,以及元器件可靠性上水平與我國工業(yè)基礎(chǔ)薄弱,材料、工藝水平不高的現(xiàn)狀之間的矛盾等等都是亟待解決而又一時(shí)難以解決的問題。
解決元器件問題要各方面協(xié)同作戰(zhàn),把軍用元器件研制費(fèi)、技術(shù)改造費(fèi)、用戶采購費(fèi)和生產(chǎn)單位產(chǎn)品開發(fā)、改進(jìn)費(fèi)捆梆起來使用,從提高元器件固有可靠性和使用可靠性兩個(gè)方面努力,以重點(diǎn)工程需求為牽引,實(shí)施元器件可靠性增長工程。從系統(tǒng)甲套的角度出發(fā),應(yīng)建立一個(gè)高可靠性元器件的“公用平臺(tái)”。這個(gè)“公用平臺(tái)”搞好了,可以覆蓋各型號(hào)用的品種的70%--80%。從提高國產(chǎn)元器件可靠性人手帶動(dòng)元器件國產(chǎn)化和新品研制問題。
1.元器件可靠性增長工程的目標(biāo)
以需求牽引,通過工程實(shí)施爭取在3-5年內(nèi)達(dá)到
1)基本消除元器件臟、斷、掉、傷、漏等常見的失效模式;
2)主要元器件失效λ降低盡效率入降低一個(gè)數(shù)量級(jí),關(guān)鍵參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)偏差б減半;
3)重點(diǎn)工程元器件裝機(jī)后批次更換為“零”;
4)制訂和形成一套高可靠元器件采購規(guī)范和質(zhì)量保證規(guī)范。
2.工程主要內(nèi)容
1)優(yōu)選壓縮品種、廠點(diǎn),重點(diǎn)抓好品種技術(shù)攻關(guān),點(diǎn)重點(diǎn)工序改造。
2)組織技術(shù)攻關(guān),重點(diǎn)解決鍵合強(qiáng)度、剪切力散布大、水氣含量高、內(nèi)部劃傷、腐蝕、多余物等問題曠
3)實(shí)施技術(shù)改造,結(jié)合技術(shù)攻關(guān)進(jìn)行關(guān)鍵設(shè)備技術(shù)改造,提高工藝裝備水平。
4)制訂可靠性增長要求和驗(yàn)收方案,成采購規(guī)范體系。
5)完善檢測、試驗(yàn)、分析手段。
6)建立信息系統(tǒng),收集、分析、評(píng)價(jià)工程進(jìn)展和效果。
3.改進(jìn)管理
實(shí)行聯(lián)合領(lǐng)導(dǎo)、多方籌措、統(tǒng)一策劃、集中管理,充分利用已有成果,充分發(fā)揮已有專業(yè)機(jī)構(gòu)的作用。做到有限目標(biāo),重點(diǎn),數(shù)據(jù)說話,科學(xué)決策。
四、改進(jìn)使用可靠性
1.加強(qiáng)設(shè)計(jì)師的責(zé)任
隨著元器件固有可靠性的提高和新型元器件的不斷采用,使用可靠性問題日益突出+—對(duì)設(shè)計(jì)師的要求也越來越高,責(zé)任越來越重。
1)必須了解元器件。設(shè)計(jì)師應(yīng)對(duì)選用的元器件特性、結(jié)構(gòu)、質(zhì)量等級(jí)、常見的失效模式、能承受的各種極限應(yīng)力、使用中應(yīng)注意的問題和必須的防護(hù)措施都應(yīng)清楚地了解。
2)必須了解使用環(huán)境。對(duì)應(yīng)用情況應(yīng)了如指掌,諸如元器件在使用中可能遇到的機(jī)電、熱和輻射環(huán)境,環(huán)境應(yīng)力水平,環(huán)境應(yīng)力在設(shè)備中的傳遞關(guān)系,持續(xù)時(shí)間,各種因素對(duì)元器件可靠性的影響等。
3)必須了解元器件與系統(tǒng)的關(guān)系。在了解對(duì)系統(tǒng)提出的可靠性要求時(shí),應(yīng)通過功能分析、失效模式分析,深刻揭示元器件在系統(tǒng)中的地位、作用和失效后果。
4)必須了解有關(guān)元器件的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。如元器件總規(guī)范、產(chǎn)品詳細(xì)規(guī)范、測試篩選方法、應(yīng)用指南、降額準(zhǔn)則、防護(hù)措施等。
5)必須了解元器件壽命周期費(fèi)用。
2.在選好、用好上狠下功夫
1)在方案論證階段,就把元器件的選擇作為一個(gè)重要問題進(jìn)行分析論證,確定好系列、品種、質(zhì)量等級(jí)和供應(yīng)單位,并經(jīng)評(píng)審確認(rèn)。
2)在初步設(shè)計(jì)階段廠要進(jìn)行應(yīng)力二強(qiáng)度分拆和失效模式分析,并進(jìn)行嚴(yán)格評(píng)審。
3)在工程研制階段,要進(jìn)行瞬態(tài)分析、容差分析和微環(huán)境分析,并進(jìn)行線路仿真,以確定極限狀態(tài)。
3.不斷提高元器件可靠性保證水平
1)要制定一整套元器件要求,包括制定選用目錄、超目錄審批程序、采購規(guī)范、驗(yàn)收和補(bǔ)充篩選方法、設(shè)計(jì)選用評(píng)審辦法、失效元器件分析,以及數(shù)據(jù)系統(tǒng)的建立要求等。
2)要落實(shí)責(zé)任,每個(gè)單位、每個(gè)型號(hào)都要有人對(duì)元器件使用可靠性負(fù)責(zé),要有研究、試驗(yàn)、分析的技術(shù)支撐單位。
3)總體部門要對(duì)各協(xié)作配套單位元器件可靠性保證工作制定統(tǒng)一要求,并監(jiān)督實(shí)施。
4)要建立能記錄到每個(gè)元器件全部工作歷史和失效歷史的數(shù)據(jù)系統(tǒng)。
4.不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn),分析數(shù)據(jù),反饋到各個(gè)部門,改進(jìn)使用可靠性并促進(jìn)固有可靠性的提高
實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的生產(chǎn)能夠在無人條件下實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化作業(yè)一直是各個(gè)行業(yè)追求的目標(biāo),而電子信息技術(shù)以及機(jī)械電子技術(shù)的發(fā)展使得電氣自動(dòng)化日益延伸到生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域,也日益實(shí)現(xiàn)著這個(gè)目標(biāo)。電氣自動(dòng)化作為一種提高生產(chǎn)效率、節(jié)省勞動(dòng)力、改善勞動(dòng)條件的重要手段,其普及程度已經(jīng)成為衡量一個(gè)行業(yè)發(fā)展水平的重要尺度。而作要提高電氣自動(dòng)化的性能,其控制設(shè)備的可靠性就是一個(gè)不得不加以重視的問題。雖然我國自上世紀(jì)以來在電氣自動(dòng)化方面取得了一定的成就,電子產(chǎn)品的可靠性得到有效提高,然而電氣自動(dòng)化控制設(shè)備的可靠性現(xiàn)狀依然有很大的進(jìn)步空間。本文就將根據(jù)電氣自動(dòng)化控制設(shè)備可靠性的現(xiàn)狀分析造成其可靠性降低的原因,并由此得出增強(qiáng)控制設(shè)備的可靠性的相關(guān)對(duì)策。
1 電氣自動(dòng)化控制設(shè)備的可靠性現(xiàn)狀
1.1 工作環(huán)境不穩(wěn)定降低了控制設(shè)備的可靠性
通常電氣設(shè)備需要面臨各種各樣的工作環(huán)境,無論是氣候、地質(zhì)、地貌等自然環(huán)境還是機(jī)械作用力、電氣干擾等物理環(huán)境都是復(fù)雜多樣的,這種不穩(wěn)定的工作環(huán)境會(huì)影響到控制設(shè)備的可靠性。氣候條件中的溫度、濕度、氣壓、污染等都會(huì)通過作用于設(shè)備的升溫、電氣性能、結(jié)構(gòu)運(yùn)作等影響控制設(shè)備的性能。而機(jī)械作用力包括電氣設(shè)備受到的沖擊、震動(dòng)等作用力使得控制設(shè)備出現(xiàn)損壞。電磁干擾也會(huì)對(duì)控制設(shè)備造成噪聲、穩(wěn)定性等方面的影響??傊?,不穩(wěn)定的工作環(huán)境提高了對(duì)電氣自動(dòng)化控制設(shè)備可靠性的要求。
1.2 操作維護(hù)不當(dāng)降低了控制設(shè)備的可靠性
不穩(wěn)定的工作環(huán)境是造成控制設(shè)備的可靠性降低的自然原因,而操作維護(hù)不當(dāng)則是降低其可靠性的人為原因。在進(jìn)行電氣化工作時(shí),一些操作人員由于素質(zhì)過低,沒有完全掌握控制設(shè)備的原理,從而無法熟練正確地進(jìn)行自動(dòng)化操作,一些不當(dāng)?shù)牟僮餍袨橐矔?huì)對(duì)控制設(shè)備的性能造成損害。而在控制設(shè)備作業(yè)后期,由于缺乏及時(shí)的維護(hù)和保養(yǎng),控制設(shè)備的性能很難得到可持續(xù)的維護(hù),也就大大降低了設(shè)備的使用壽命。
1.3 零部件質(zhì)量低下降低了控制設(shè)備的使用壽命
控制設(shè)備是由許多元器件構(gòu)成的,這些零部件的質(zhì)量直接關(guān)系到控制設(shè)備的生命力。而我國目前的零部件生產(chǎn)廠家雖多,但質(zhì)量良莠不齊,且大都規(guī)模較小,一方面由于缺乏相關(guān)質(zhì)量監(jiān)管體系,這些零部件的質(zhì)量在進(jìn)廠檢查時(shí)存在巨大漏洞;另一方面,為了生存,零部件廠家之間的壓價(jià)競爭使得廠家將成本轉(zhuǎn)移到質(zhì)量上,,這就嚴(yán)重影響了控制設(shè)備的可靠性,極大地降低了其使用壽命。
2 增強(qiáng)電氣自動(dòng)化控制設(shè)備的可靠性的策略
如前所述,設(shè)備質(zhì)量一直以來都是客戶最為關(guān)注的問題,也是確保設(shè)備使用功能與價(jià)值的重要因素,工作環(huán)境的不穩(wěn)定性、操作維護(hù)的不恰當(dāng)以及元器件質(zhì)量不合格等都是造成控制設(shè)備可靠性降低的原因,綜合來看,要增強(qiáng)電氣自動(dòng)化控制設(shè)備的可靠性,就必須從提高元器件的質(zhì)量、考慮環(huán)境因素、加強(qiáng)可靠性設(shè)計(jì)等入手。
2.1 加強(qiáng)對(duì)控制設(shè)備設(shè)計(jì)階段的重視
在生產(chǎn)電子自動(dòng)化控制設(shè)備的時(shí)候,控制設(shè)備設(shè)計(jì)是其基礎(chǔ)環(huán)節(jié)。在進(jìn)行控制設(shè)備設(shè)計(jì)的時(shí)候,一定要加強(qiáng)對(duì)控制設(shè)備各部件的技術(shù)研究,設(shè)定有關(guān)控制設(shè)備調(diào)試參數(shù),進(jìn)而確??刂圃O(shè)備的使用性能。除此之外,一定要加強(qiáng)對(duì)控制設(shè)備產(chǎn)量的控制,在確??刂圃O(shè)備可靠性的基礎(chǔ)上,逐漸增加控制設(shè)備生產(chǎn)數(shù)量,進(jìn)而以最經(jīng)濟(jì)的模式開展控制設(shè)備生產(chǎn)與維護(hù)工作,實(shí)現(xiàn)控制設(shè)備應(yīng)用性能與價(jià)值的最大化。通過對(duì)控制設(shè)備設(shè)計(jì)階段的重視,可以在確保控制設(shè)備可靠性的前提下,盡可能減少控制設(shè)備的生產(chǎn)成本,從而減少控制設(shè)備使用與維護(hù)費(fèi)用,促進(jìn)控制設(shè)備的全面推廣與應(yīng)用。
2.2 嚴(yán)格把關(guān)電子元器件質(zhì)量,提高零部件選用準(zhǔn)則
電子元器件的質(zhì)量直接關(guān)系到控制設(shè)備的性能和使用壽命,嚴(yán)格把關(guān)電子元器件質(zhì)量,提高零部件選用準(zhǔn)則是增強(qiáng)控制設(shè)備可靠性的關(guān)鍵。首先要加強(qiáng)元器件的進(jìn)廠質(zhì)量檢查,根據(jù)相關(guān)電路性能和質(zhì)量要求設(shè)定元器件的選用標(biāo)準(zhǔn),所有元器件必須經(jīng)過性能篩查才能投入到生產(chǎn)中;其次要加強(qiáng)對(duì)零部件廠家的把關(guān),選擇技術(shù)精良、價(jià)格合理、質(zhì)量保障的生產(chǎn)廠家,并按合同規(guī)定好產(chǎn)品所需的品種、規(guī)格、型號(hào)、數(shù)量等相關(guān)內(nèi)容。
2.3 加強(qiáng)控制設(shè)備的散熱、防潮等氣候防護(hù)的設(shè)計(jì)
作為影響控制設(shè)備可靠性的重要自然因素,工作環(huán)境的不穩(wěn)定并非不可控的,要提高控制設(shè)備的可靠性就要加強(qiáng)其對(duì)環(huán)境的防護(hù)設(shè)計(jì),增強(qiáng)控制設(shè)備對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性。散熱設(shè)計(jì)是控制設(shè)備的氣候防護(hù)的一個(gè)重要方面,這是因?yàn)闇囟仁怯绊戨姎庠O(shè)備工作性能的最重要因素,過度的升溫會(huì)使得設(shè)備產(chǎn)生噪聲增大、信號(hào)失真、運(yùn)作不穩(wěn)定等現(xiàn)象,做好散熱設(shè)計(jì)可以通過增大器件外殼與散熱器的接觸面積并保持接觸面的光滑,導(dǎo)熱膏的使用也會(huì)有所幫助。潮濕環(huán)境是另一個(gè)影響控制設(shè)備工作性能的重要因素,過于潮濕的環(huán)境不僅會(huì)侵蝕電氣設(shè)備,還會(huì)造成短路、漏電等現(xiàn)象,因而做好控制設(shè)備的防潮處理是十分重要的,這就需要加強(qiáng)設(shè)備的密封、灌封等工作。
2.4 提高操作人員的素質(zhì),加強(qiáng)控制設(shè)備的后期養(yǎng)護(hù)
設(shè)備能否按照要正常運(yùn)作以及是否及時(shí)維護(hù)和保養(yǎng)也是影響控制設(shè)備可靠性的重要方面,因而加強(qiáng)控制設(shè)備的后期養(yǎng)護(hù)也是十分重要的,而這就需要加強(qiáng)操作人員的隊(duì)伍建設(shè),提高設(shè)備操作人員的素質(zhì),一方面需要對(duì)操作人員進(jìn)行崗前培訓(xùn)工作,加強(qiáng)其對(duì)設(shè)備操作的熟悉程度;另一方面還要建立行之有效的工作責(zé)任制,實(shí)現(xiàn)工作績效與工作表現(xiàn)掛鉤,從而提高操作人員的責(zé)任意識(shí),減少工作事故。
3 電子自動(dòng)化控制設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)
同一些發(fā)達(dá)國家相比,我國電子自動(dòng)化控制設(shè)備的發(fā)展還不夠先進(jìn),有著一定的差距。所以,我國在對(duì)電子自動(dòng)化控制設(shè)備進(jìn)行研究的時(shí)候,一定要重視控制設(shè)備使用效率的提高,這樣就可以促進(jìn)我國工業(yè)自動(dòng)化的有序、健康、全面、可持續(xù)發(fā)展,進(jìn)而逐漸減小我國和發(fā)達(dá)國家之間的差距。在生產(chǎn)電子自動(dòng)化控制設(shè)備的時(shí)候,一定要加強(qiáng)對(duì)其規(guī)?;⑾到y(tǒng)化、規(guī)范化的研究,不斷提高設(shè)計(jì)人員的專業(yè)水平與業(yè)務(wù)能力,加強(qiáng)信息技術(shù)與自動(dòng)化技術(shù)的融合與應(yīng)用,不斷提高控制設(shè)備的自動(dòng)化與可靠性,在進(jìn)行使用的時(shí)候,可以全面、高效發(fā)揮控制設(shè)備的性能與作用,促進(jìn)社會(huì)各領(lǐng)域的快速發(fā)展,實(shí)現(xiàn)我國綜合競爭力的不斷提高。
4 總結(jié)
根據(jù)對(duì)電氣自動(dòng)化控制設(shè)備可靠性現(xiàn)狀的分析,電子元器件的質(zhì)量直接關(guān)系到控制設(shè)備的性能和使用壽命,而要提高控制設(shè)備的可靠性就要加強(qiáng)其對(duì)環(huán)境的防護(hù)設(shè)計(jì),增強(qiáng)控制設(shè)備對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性,同時(shí)設(shè)備能否按照要正常運(yùn)作以及是否及時(shí)維護(hù)和保養(yǎng)。因此,要增強(qiáng)電氣自動(dòng)化控制設(shè)備的可靠性就需要從三個(gè)方面入手:嚴(yán)格把關(guān)電子元器件質(zhì)量,提高零部件選用準(zhǔn)則、加強(qiáng)控制設(shè)備的散熱、防潮等氣候防護(hù)的設(shè)計(jì)、提高操作人員的素質(zhì),加強(qiáng)控制設(shè)備的后期養(yǎng)護(hù)。
參考文獻(xiàn)
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DOI:10.16640/ki.37-1222/t.2016.21.198
0 引言
電氣自動(dòng)化主要是指為了實(shí)現(xiàn)操作、控制或監(jiān)視等功能,使預(yù)先設(shè)定好的程序或計(jì)劃在無人的狀態(tài)下自動(dòng)運(yùn)行,近年來,隨著微電子技術(shù)、信息技術(shù)、機(jī)械電子技術(shù)的高速發(fā)展,電氣自動(dòng)化控制設(shè)備我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展中起到了重要的作用,電氣自動(dòng)化控制技術(shù)也成為了推動(dòng)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的重要?jiǎng)恿?,同時(shí)也關(guān)系著我國電子行業(yè)發(fā)展水平的高低。電氣自動(dòng)化控制設(shè)備不僅能夠提升工作效率和質(zhì)量,而且能夠改善勞動(dòng)條件,提高經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的活性。但是電氣自動(dòng)化控制設(shè)備必須具備高度的可靠性才能確保生產(chǎn)的順利運(yùn)行。所以目前提高電氣自動(dòng)化控制設(shè)備的可靠性是急需探究的重要課題。
1 我國電氣自動(dòng)化控制設(shè)備的現(xiàn)狀
1.1 工作環(huán)境多樣,操作維護(hù)不當(dāng)
行業(yè)不同,工作環(huán)境也會(huì)有所不同,有些行業(yè)的工作環(huán)境是十分艱苦的。電氣自動(dòng)化控制設(shè)備通常需要面對(duì)復(fù)雜多變的工作環(huán)境,來應(yīng)對(duì)自然環(huán)境對(duì)電氣自動(dòng)化控制設(shè)備產(chǎn)生的不利影響。這些不確定因素主要包括電磁干擾、氣候和機(jī)械作用力等。首先是電磁干擾因素,其因素為不可見因素,對(duì)電氣自動(dòng)化控制設(shè)備也會(huì)產(chǎn)生不利的影響,通常情況下,電氣自動(dòng)化控制設(shè)備工作會(huì)產(chǎn)生各種電磁波,這些電磁波在一定程度上會(huì)增加設(shè)備的輸出噪聲,致使其工作失常,嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響設(shè)備安全。其次是氣候因素,主要包括溫度、氣壓、濕度、光照、大氣污染、臭氧層等,這些不利因素會(huì)嚴(yán)重影響電氣自動(dòng)化控制設(shè)備的工作性能、運(yùn)行結(jié)構(gòu),如果溫升過高,可能還會(huì)造成設(shè)備損毀,無法正常工作。最后是機(jī)械作用力因素,主要是指電氣自動(dòng)化控制設(shè)備在運(yùn)載時(shí)所受到的各種機(jī)械作用力,如震蕩、沖擊、加速等,這些機(jī)械作用力會(huì)嚴(yán)重?fù)p害電氣自動(dòng)化控制設(shè)備的電子元件,甚至改變?cè)O(shè)備參數(shù),導(dǎo)致設(shè)備嚴(yán)重變形,斷裂。此外,人員因素的影響也不可小覷,電氣自動(dòng)化控制設(shè)備的操作技術(shù)要求較高,功能較為復(fù)雜,所以,操作人員對(duì)設(shè)備的不熟練或不正確操作都有可能導(dǎo)致失誤,甚至可能損壞設(shè)備,而且電氣自動(dòng)化控制設(shè)備的維護(hù)和保養(yǎng)也是提高其可靠性的重點(diǎn)。
1.2 設(shè)備元器件質(zhì)量不合格
電氣自動(dòng)化控制設(shè)備電子元件的生產(chǎn)廠家眾多,并且參差不齊,一般而言,生產(chǎn)設(shè)備元件的廠家規(guī)模較小,質(zhì)量管理體系不完善,元器件質(zhì)量合格率不高,此外,在社會(huì)主義市場經(jīng)濟(jì)體制下,元器件廠家之間的價(jià)格競爭變成了只重視產(chǎn)品價(jià)格,不重視產(chǎn)品質(zhì)量的惡性競爭,直接導(dǎo)致電氣自動(dòng)化控制設(shè)備的可靠性指數(shù)過低,影響了設(shè)備的正常工作。
2 提高電氣自動(dòng)化控制設(shè)備可靠性的策略
2.1 正確選擇電子元器件
在對(duì)電子元件進(jìn)行選擇時(shí),標(biāo)準(zhǔn)元件是首選,元件在選擇的過程中一定要確保嚴(yán)密和準(zhǔn)確,使用元件前,要確保元件的質(zhì)量符合要求,對(duì)元件的生產(chǎn)廠家、型號(hào)、規(guī)格等要擇優(yōu)選擇,切不可因價(jià)格便宜而選擇質(zhì)量不達(dá)標(biāo)的元器件,同時(shí),元件在使用過程中所產(chǎn)生的檢測數(shù)據(jù)一定要及時(shí)記錄在案,以便日后查詢整理。此外,要始終做好元器件散熱維護(hù)的工作,因?yàn)闇囟葘?duì)電子設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性有著直接的影響,功率大的電氣自動(dòng)化設(shè)備在工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生熱能,一旦外部溫度過高,內(nèi)部溫度就難以擴(kuò)散出去,這時(shí)便需要人力來為設(shè)備進(jìn)行散熱,而且潮濕也會(huì)對(duì)元器件產(chǎn)生影響,如果是在低溫潮濕的環(huán)境中,濕氣過重會(huì)使元器件出現(xiàn)短路故障,從而損壞元件。所以要正確選擇電子元器件。
2.2 合理選用零部件
零部件的選擇和使用應(yīng)當(dāng)根據(jù)電控設(shè)備的特點(diǎn)來進(jìn)行,采用與之對(duì)應(yīng)的方式方法,切實(shí)做好維護(hù)工作。零部件的使用參數(shù)設(shè)置應(yīng)當(dāng)結(jié)合產(chǎn)品的實(shí)際使用情況,零部件是確保設(shè)備可靠性的前提,是保證產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵,選擇穩(wěn)定性好的、質(zhì)量高的零部件不僅有利于提高整個(gè)電氣自動(dòng)化設(shè)備的可靠性,而且能夠提高設(shè)備的使用率,延長設(shè)備的使用期限。
2.3 增強(qiáng)設(shè)計(jì)的可靠性
設(shè)計(jì)階段是提高控制設(shè)備整體可靠性的關(guān)鍵階段,我們?cè)趯?duì)電氣自動(dòng)化控制設(shè)備進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí),要對(duì)設(shè)備特點(diǎn)進(jìn)行深入研究,結(jié)合實(shí)際使用方向,分析設(shè)備的設(shè)計(jì)參數(shù),確保產(chǎn)品的使用性能和條件,基于對(duì)這些情況的了解制定出切實(shí)可行的設(shè)計(jì)方案。設(shè)備的結(jié)構(gòu)形式和類型需要利用應(yīng)用空間的概念來進(jìn)行設(shè)計(jì),設(shè)備的規(guī)模直接決定產(chǎn)品的類型和生產(chǎn)批量,設(shè)備的形式和類型之間的差異也會(huì)對(duì)產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)性能帶來影響,所以,在設(shè)計(jì)過程中,要對(duì)這些方面進(jìn)行全面考慮,遺漏任何一個(gè)方面都會(huì)嚴(yán)重影響設(shè)備整體的可靠性。在滿足器件技術(shù)要求的前提下,可以運(yùn)用價(jià)值工程觀念對(duì)零部件進(jìn)行設(shè)計(jì),最大限度的降低生產(chǎn)產(chǎn)品的成本,進(jìn)而減少整個(gè)設(shè)備的制造費(fèi)用,在嚴(yán)密的邏輯思維下選擇合適的材料和元器件進(jìn)行設(shè)計(jì)不僅能夠降低生產(chǎn)成本,而且能夠提高產(chǎn)品的使用性能,從而提高整個(gè)設(shè)備的可靠性。
3 小結(jié)
綜上所述,提升電氣自動(dòng)化控制設(shè)備的可靠性意義重大,目前,我國的電氣自動(dòng)化控制設(shè)備工作環(huán)境復(fù)雜多樣,操作維護(hù)不當(dāng),設(shè)備元器件質(zhì)量也不過關(guān),所以,我們應(yīng)當(dāng)正確選擇元器件,合理選用零部件,增強(qiáng)設(shè)計(jì)的可靠性,只有這樣才能提升設(shè)備的可靠性。
參考文獻(xiàn):
[1]張群英.電氣自動(dòng)化控制設(shè)備可靠性測試研究[J].煤炭技術(shù),2012,31(04):52-54
1 引言
電子陶瓷是廣泛應(yīng)用于電子信息領(lǐng)域中的具有獨(dú)特的電學(xué)、光學(xué)、磁學(xué)等性質(zhì)的一類新型陶瓷材料,它是光電子工業(yè)、微電子及電子工業(yè)制備中的基礎(chǔ)元件,是國際上競爭激烈的高技術(shù)新材料。
電子陶瓷可分為絕緣陶瓷、導(dǎo)電陶瓷、光學(xué)陶瓷和磁性陶瓷四大類。隨著現(xiàn)代通訊、光電子、微電子、生物工程、智能制造和核技術(shù)等高科技的快速發(fā)展,對(duì)電子陶瓷元器件的要求也愈來愈高,高性能復(fù)合型電子陶瓷材料的研究越發(fā)引起了世界工業(yè)先進(jìn)國家的重視。
現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的加速發(fā)展對(duì)電子陶瓷材料提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn),也為這一領(lǐng)域的研究和發(fā)展創(chuàng)造了新的機(jī)會(huì)。在市場信息的引導(dǎo)下,傳統(tǒng)電子陶瓷材料的改性研究和新型電子陶瓷材料的研發(fā)使用受到重視,日益顯示出廣闊的市場前景和強(qiáng)大的經(jīng)濟(jì)效益。
2 電子陶瓷發(fā)展動(dòng)向
從20世紀(jì)初期開始,電子陶瓷材料的發(fā)展過程經(jīng)歷了由介電陶瓷、壓電陶瓷、半導(dǎo)體陶瓷、快離子導(dǎo)體陶瓷、高溫超導(dǎo)陶瓷到高性能復(fù)合型電子陶瓷的一個(gè)轉(zhuǎn)變。近年來,隨著厚膜、薄膜技術(shù)以及高純超微粉體技術(shù)的研究突破以及探索信息技術(shù)、微電子技術(shù)、光電子技術(shù)等高新技術(shù)的發(fā)展,人們?cè)陔娮犹沾刹牧吓c器件的一體化研究與應(yīng)用、傳統(tǒng)材料的改性等方面都開展了廣泛深入的研究,電子陶瓷已成為當(dāng)前材料研究者關(guān)注的熱點(diǎn)。
隨著電子信息技術(shù)的高速發(fā)展,電子陶瓷材料由傳統(tǒng)的消費(fèi)類電子產(chǎn)品向數(shù)字化的信息產(chǎn)品比如計(jì)算機(jī)、數(shù)字化音視頻設(shè)備和通信設(shè)備等應(yīng)用領(lǐng)域轉(zhuǎn)化。為了滿足數(shù)字技術(shù)對(duì)陶瓷元器件提出的一些特殊要求,世界各國的研究機(jī)構(gòu)及大學(xué)都在功能陶瓷新材料、新產(chǎn)品、新工藝方面投入大量資金進(jìn)行研究開發(fā)。其中新型電子陶瓷元器件及相關(guān)材料的發(fā)展趨勢(shì)和方向主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。
2.1 技術(shù)集成化
在原有工藝的基礎(chǔ)上,電子陶瓷材料制備技術(shù)的開發(fā)也結(jié)合了現(xiàn)代新型工藝的復(fù)合工藝。其中,多種技術(shù)的集成化是電子陶瓷材料制備技術(shù)的新發(fā)展趨勢(shì),比如納米陶瓷制浼際跫澳擅準(zhǔn)短沾稍料、快速成形及燒結(jié)技術(shù)、濕化學(xué)合成技術(shù)等都為開發(fā)高性能電子陶瓷材料打下了基礎(chǔ)。隨著多功能化、高集成化、全數(shù)字化和低成本方向發(fā)展,很大程度上推動(dòng)了電子元器件的小型化、功能集成化、片式化和低成本及器件組合化的發(fā)展進(jìn)程。
2.2 功能復(fù)合化
在激烈的信息市場的競爭中,單一性能的電子陶瓷器件逐漸失去了競爭力,利用陶瓷、半導(dǎo)體及金屬結(jié)合起來的復(fù)合電子陶瓷是開發(fā)各種電子元器件的基礎(chǔ),它是發(fā)展智能材料和機(jī)敏材料的有效途徑,同時(shí)也為器件與材料的一體化提供重要的技術(shù)支持。
2.3 結(jié)構(gòu)微型化
目前,電子陶瓷材料與微觀領(lǐng)域的聯(lián)系不斷深入,其研究范圍也正在延伸?;陔娮犹沾傻奈⑿突透咝阅苷诓粩喑霈F(xiàn),比如在微型化技術(shù)和陶瓷的薄膜化的聯(lián)合運(yùn)用以生產(chǎn)用于信息控制的高效微裝置,電子陶瓷機(jī)構(gòu)和裝置尺寸減小的趨勢(shì)是得益于微型化技術(shù)發(fā)展而出現(xiàn)的。目前元器件研究開發(fā)的一個(gè)重要目標(biāo)是微型化、小型化,其市場需求也非常大;片式化功能陶瓷元器件占據(jù)了當(dāng)前電子陶瓷無元器件的主要市場;比如片式電感類器件、片式壓敏電阻、片式多層熱敏電阻、多層壓電陶瓷變壓器等。要實(shí)現(xiàn)小型化、微型化的話,從材料角度而言,在于提高陶瓷材料的性能和發(fā)展陶瓷納米技術(shù)和相關(guān)工藝,所以發(fā)展高性能功能陶瓷材料及其先進(jìn)制備技術(shù)是功能陶瓷的重要研究課題。
2.4環(huán)保無害化
近年來,隨著人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展以及環(huán)境保護(hù)的需求,發(fā)達(dá)國家致力研發(fā)的熱點(diǎn)材料之一就是新型環(huán)境友好的電子陶瓷。作為重要的功能材料,被廣泛應(yīng)用于微機(jī)電系統(tǒng)和信息領(lǐng)域的新型壓電陶瓷,比如多層壓電變壓器、多層壓電驅(qū)動(dòng)器、片式化壓電頻率器件、聲表面波(SAM)器件、薄膜體聲波濾波器等器件也不斷被研制出來。
3 電子陶瓷應(yīng)用前景
3.1電絕緣陶瓷的應(yīng)用前景
電絕緣陶瓷因具備導(dǎo)熱性良好、電導(dǎo)率低、介電常數(shù)小、介電損耗低、機(jī)械強(qiáng)度高、化學(xué)穩(wěn)定性好等特性,被廣泛應(yīng)用于金屬熔液的浴槽、熔融鹽類容器、封裝材料、集成電路基板、電解槽襯里、金屬基復(fù)合材料增強(qiáng)體、主動(dòng)裝甲材料、散熱片以及高溫爐的發(fā)熱件中。
在電子、電力工業(yè)中,絕緣陶瓷比如電力設(shè)備的絕緣子、絕緣襯套、電阻基體、線圈框架、電子管功率管的管座及集成電路基片等主要是用于電器件的安裝、保護(hù)、支撐、絕緣、連接和隔離。
由于陶瓷的絕緣性主要由晶界相決定,為了提高絕緣性,應(yīng)盡量避免堿金屬氧化物的存在,而且玻璃相應(yīng)盡量是硼玻璃、鋁硅玻璃或硅玻璃。一般來說,陶瓷內(nèi)部氣孔對(duì)絕緣性影響不大,但陶瓷表面的氣孔會(huì)因被污染或吸附水而使表面絕緣性變差,所以絕緣陶瓷應(yīng)選擇無吸水性,氣孔少的致密材料。
3.2介電陶瓷的應(yīng)用前景
2市場上模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的現(xiàn)狀
由于教學(xué)儀器和設(shè)備的生產(chǎn)廠家對(duì)高校學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況、實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程、實(shí)驗(yàn)教學(xué)需求等并不十分了解,在生產(chǎn)制造實(shí)驗(yàn)用教學(xué)平臺(tái)時(shí),只注重傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法,對(duì)近幾年的教改內(nèi)容并不十分熟悉。目前市場上各儀器設(shè)備廠家所提供的模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)不能完全滿足當(dāng)今實(shí)驗(yàn)教學(xué)的要求。并且,隨著教學(xué)改革的不斷深入,市場現(xiàn)有模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的使用率會(huì)逐年降低,花費(fèi)大量的資金購買現(xiàn)有模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)勢(shì)必會(huì)造成某種程度上的資源浪費(fèi)。市場上現(xiàn)有模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)普遍存在的問題是:以測試驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主,實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目比較固定,大多是傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。實(shí)驗(yàn)用器件比較單一,出廠前都已經(jīng)設(shè)定好,不允許學(xué)生自己做元器件的增減或替換,一塊實(shí)驗(yàn)?zāi)0鍖?duì)應(yīng)一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容單一,實(shí)驗(yàn)方式的靈活性不夠,直接導(dǎo)致某些能引起學(xué)生實(shí)驗(yàn)興趣的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目無法開設(shè)。并且市場上所能買到的模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)平臺(tái),實(shí)驗(yàn)器件大多封裝在實(shí)驗(yàn)箱里。在完成實(shí)驗(yàn)的過程中,學(xué)生看不到真正實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)功能的器件實(shí)物,造成實(shí)驗(yàn)過程與實(shí)踐訓(xùn)練脫節(jié)。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中所能看到的大多是電路符號(hào)和電路圖形,做實(shí)驗(yàn)的感覺就好像在圖紙上測試實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),學(xué)生不能真正體會(huì)到用真實(shí)的電子元器件設(shè)計(jì)、安裝實(shí)驗(yàn)電路的興奮和刺激。并且,為了能讓學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)器件有感性認(rèn)識(shí),學(xué)校還必須另外安排時(shí)間給學(xué)生做電子元器件的辨識(shí)培訓(xùn),這既占用了學(xué)生有限的學(xué)習(xí)時(shí)間,同時(shí)又因?yàn)閷W(xué)生沒有真正在實(shí)驗(yàn)過程中見過并使用過這些電子元器件,器件辨識(shí)培訓(xùn)的效果并不理想,很多學(xué)生很快就會(huì)忘掉培訓(xùn)內(nèi)容。
3開發(fā)思路和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則
在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)開始設(shè)計(jì)之初,課題組成員專門到兄弟院校做了實(shí)地考察,將各種實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行了比較,對(duì)在不同實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上的實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行了觀摩,同時(shí)和一線實(shí)驗(yàn)教師進(jìn)行了現(xiàn)場交流,重點(diǎn)討論實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中遇到的問題,一起探討了對(duì)未來實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)想,整理出第一手實(shí)驗(yàn)教學(xué)資料。課題組成員將帶回來的產(chǎn)品圖片和產(chǎn)品資料進(jìn)行了匯總,對(duì)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)樣品進(jìn)行了剖析,對(duì)比分析了各知名廠家生產(chǎn)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái),重點(diǎn)討論現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)平臺(tái)在設(shè)計(jì)中存在的缺陷。從可靠性、耐用性、可擴(kuò)展性、產(chǎn)品成本和使用效率等多個(gè)角度出發(fā),經(jīng)多次集體討論修改,最終確定了模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的研發(fā)方案。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì),必須將安全性和可靠性放在首位。為了增強(qiáng)學(xué)生對(duì)電子元器件的感性認(rèn)識(shí),課題組決定,在此次設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上,所有電子元器件都安裝在外面,保證學(xué)生在實(shí)驗(yàn)的過程中能直觀地看到自己是用哪些電子元器件完成設(shè)計(jì)任務(wù)的。這種產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案對(duì)電路設(shè)計(jì)的安全性提出了更高的要求。在設(shè)計(jì)電路時(shí),必須將安全問題滲透到每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、每個(gè)實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)。設(shè)想學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中可能出現(xiàn)的操作失誤,設(shè)想這些失誤會(huì)造成哪些過流或過壓的安全隱患,在適當(dāng)?shù)奈恢?,加上電路保護(hù)器件,這樣可以大大減少學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中所浪費(fèi)的無效實(shí)驗(yàn)時(shí)間,同時(shí)安全可靠性的提高,也簡化了實(shí)驗(yàn)教師對(duì)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的維修維護(hù)工作。在安全可靠的基礎(chǔ)上,實(shí)驗(yàn)平臺(tái)還應(yīng)具有一定的靈活性。其靈活性表現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的多樣性和實(shí)驗(yàn)器件的可替換性。此次實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)原則之一是保證每一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目可以提供多種不同的實(shí)驗(yàn)電路供學(xué)生選擇,方便學(xué)生在相同的實(shí)驗(yàn)時(shí)間里完成不同的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,這樣不僅有利于提高實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的利用率,同時(shí)也減輕了實(shí)驗(yàn)教師的課前準(zhǔn)備時(shí)間。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的多樣性,也符合層次化教學(xué)培養(yǎng)目標(biāo)的要求,改進(jìn)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法,提高了學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的效率。創(chuàng)新應(yīng)從細(xì)微處開始,在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)置上,保留了經(jīng)典的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,擴(kuò)展了設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,注重單元電路與系統(tǒng)的融合,重視各模塊之間的銜接和匹配。把實(shí)驗(yàn)過程中一些小的細(xì)節(jié)滲透到每個(gè)實(shí)驗(yàn)電路中。在經(jīng)典實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目基礎(chǔ)上,增設(shè)了設(shè)計(jì)提高性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容中,強(qiáng)化電路的原理,讓學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)電路原理設(shè)計(jì)擴(kuò)展功能和細(xì)化功能,設(shè)定除主要元器件之外其他各元件的電路參數(shù),制定符合電路要求的實(shí)驗(yàn)方法并測試。給學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中提供了更加靈活方便的實(shí)驗(yàn)條件,讓學(xué)生把時(shí)間和精力都用在電路設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)過程、實(shí)驗(yàn)方法、儀器儀表的使用、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的測試、對(duì)比和分析上,以提高學(xué)生的實(shí)踐技能。
4實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的研究成果
4.1電源部分
出于安全考慮,市場上所能購買到的模擬電路實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的電源電路:變壓、整流、濾波、保護(hù)、去耦等都封裝在機(jī)箱里面,學(xué)生所能看到的只有交流220V輸入電源線、直流輸出電源接口、電源指示燈和電源開關(guān)。學(xué)生對(duì)電源電路的設(shè)計(jì)沒有感性認(rèn)識(shí),甚至很多學(xué)生認(rèn)為電源電路很簡單,用電阻分壓就可以實(shí)現(xiàn)。本次教改設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)時(shí),將整個(gè)電源電路全都暴露給學(xué)生,讓學(xué)生清楚的看到自己在實(shí)驗(yàn)過程中所用的電源是怎么實(shí)現(xiàn)的,讓學(xué)生直觀地認(rèn)識(shí)到使用電源應(yīng)該注意哪些問題,幫助學(xué)生理解在設(shè)計(jì)電源電路時(shí)保護(hù)電路的重要性,同時(shí)也教會(huì)學(xué)生在使用電源的過程中,通過指示燈和表頭發(fā)現(xiàn)并判斷問題所在,幫助學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中學(xué)習(xí)維護(hù)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的基本常識(shí),從細(xì)微處學(xué)習(xí),積累實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。為了能做到電源變壓器外置,讓學(xué)生能直觀地看到整個(gè)電源電路的設(shè)計(jì),前提是必須保證學(xué)生在用電方面的安全。在設(shè)計(jì)電源電路的過程中,課題組成員花費(fèi)了大量的時(shí)間在市場上調(diào)研,最后確定選用北京新創(chuàng)四方電子有限公司生產(chǎn)的兵字牌全封閉環(huán)氧灌封板載電源變壓器,該系列電源變壓器采用絕緣灌封的方式,采用雙層絕緣,PPT外殼的絕緣電壓符合外置變壓器的用電安全要求,同時(shí)解決了電源變壓器外置和保證學(xué)生用電安全的問題。
4.2基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)部分
在市場上所能購買到的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上,基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)部分大多采用模塊化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu),即一個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)K對(duì)應(yīng)一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,模塊上的實(shí)驗(yàn)器件不可以更換,除了可以用電位器調(diào)節(jié)靜態(tài)工作點(diǎn)外,學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中可以自由選擇的實(shí)驗(yàn)器件幾乎沒有,這勢(shì)必會(huì)造成在同一次實(shí)驗(yàn)課上,所有學(xué)生使用的是一種實(shí)驗(yàn)?zāi)K,做的是相同的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,測試出來的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)也基本一樣。對(duì)學(xué)生來說,這種實(shí)驗(yàn)方式,缺乏新鮮感,更沒有挑戰(zhàn)性,很難激發(fā)出學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的熱情,更難以實(shí)現(xiàn)層次化培養(yǎng)的教學(xué)目標(biāo)。新設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái),在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的一致性方面做了重大調(diào)整。在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上,只提供給學(xué)生最基本的實(shí)驗(yàn)器件,學(xué)生需要自己補(bǔ)充選擇一部分實(shí)驗(yàn)器件才能完成實(shí)驗(yàn)。比如單管放大實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)臺(tái)上只給學(xué)生提供一個(gè)晶體管和四個(gè)固定電阻,學(xué)生需要另外選擇一個(gè)電位器才能完成最基本的基極分壓式單管放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)的設(shè)置實(shí)驗(yàn),同時(shí)還需要學(xué)生另外選擇交流器件,設(shè)計(jì)不同的交流放大通路:共發(fā)射極放大電路、共基極放大電路、共集電極放大電路,最后完成全部實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。這樣設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的好處是:在一個(gè)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)里,給學(xué)生設(shè)置了多個(gè)不同的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的多樣性。同時(shí)也保證了實(shí)驗(yàn)技能相對(duì)較好的學(xué)生可以利用剩余的實(shí)驗(yàn)時(shí)間,完成擴(kuò)展的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,以實(shí)現(xiàn)層次化培養(yǎng)的教學(xué)目標(biāo)。
4.3設(shè)計(jì)提高實(shí)驗(yàn)
本次設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái),注重采用傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上很難見到、并且學(xué)生平時(shí)也很少有機(jī)會(huì)使用的貼片封裝器件,如貼片封裝的電阻、二極管、MOS管,讓學(xué)生有機(jī)會(huì)認(rèn)識(shí)這些器件。各單元模塊都采用開放式設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu),增加接口電路,注重各模塊之間的級(jí)聯(lián)和匹配,提高設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的比重。讓學(xué)生進(jìn)到實(shí)驗(yàn)室,一下子見到很多以前沒有見過的實(shí)驗(yàn)器件,首先會(huì)異常興奮,充滿好奇心,帶著新鮮感去完成實(shí)驗(yàn)。為了能更好地貼近實(shí)際應(yīng)用,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情,在本次設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上,還增設(shè)了多個(gè)傳感器接口電路,如稱重傳感器小信號(hào)的檢測與放大,室內(nèi)光強(qiáng)變化的檢測與控制,環(huán)境溫度變化的檢測與控制,障礙物的檢測與判斷等多種模擬傳感器檢測電路,讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室里就能直觀地體驗(yàn)到在學(xué)校所學(xué)到的理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用有著緊密的聯(lián)系,以激發(fā)學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的熱情,同時(shí)幫助學(xué)生初步建立起系統(tǒng)設(shè)計(jì)的觀念。
一、溫漂與時(shí)漂的產(chǎn)生原理
現(xiàn)如今因電子天平其稱量迅速、操作簡單、故障自檢等優(yōu)勢(shì)已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于各種領(lǐng)域。但是由于計(jì)量精密,靈敏度高,時(shí)漂和溫漂成為影響電子天平計(jì)量準(zhǔn)確性的最重要因素。電子天平的溫漂是溫度變化對(duì)電子分析天平計(jì)量性能影響的外部表現(xiàn),時(shí)漂是電子分析天平長時(shí)間工作的不穩(wěn)定性的外部表現(xiàn)。產(chǎn)生溫漂的主要原因是電子分析天平內(nèi)過流元件的發(fā)熱和天平工作環(huán)境溫度的變化,產(chǎn)生時(shí)漂的主要原因是電子分析天平的永磁體磁感應(yīng)強(qiáng)度和傳感器力敏元件的內(nèi)部應(yīng)力隨時(shí)間的變化、元器件某些參數(shù)隨時(shí)間的變化以及重力加速度隨地域的變化,溫漂和時(shí)漂從表象上來看,都是天平加載不變,而測量輸出緩慢變化。因此,溫漂和時(shí)漂從表象上是難以區(qū)分的,但它們形成的機(jī)理各有不同。
溫漂產(chǎn)生的原因在于環(huán)境溫度變化、動(dòng)圈載流發(fā)熱、電路元器件的發(fā)熱等,都將引起永磁氣隙中的磁感應(yīng)強(qiáng)度B、動(dòng)圈導(dǎo)線長度L、動(dòng)圈導(dǎo)線電阻RL和線繞取樣電阻RN的變化,從而引起傳感器輸出和電子分析天平測量結(jié)果的變化。設(shè)上述參數(shù)隨溫度I 變化引起的電子分析天平的誤差分為MB、ML、MRL、MRN,則溫度I 變化引起的電子分析天平的測量結(jié)果變化mB。mB=Mb+mL+mRL+MRN
時(shí)漂產(chǎn)生的原因也是多種多樣的,重要來源是彈性材料,機(jī)械零部件,電子元件和重力加速度。對(duì)電磁力平衡傳感器中的拉簧和恒彈性片,理論上要求它們的彈性是線性和恒定的,但實(shí)際上,彈性材料內(nèi)應(yīng)力是隨時(shí)間變化的,即存在蠕變現(xiàn)象。電磁力平衡傳感器中所有的機(jī)械稱重零部件都存在隨著使用時(shí)間延續(xù)而產(chǎn)生的變形、熱伸冷縮、內(nèi)應(yīng)力蠕變等問題。這些變化對(duì)電磁力平衡傳感器輸出的影響經(jīng)后續(xù)電路放大后,都表現(xiàn)為電子分析天平的時(shí)漂。電子元器件存在噪聲與漂移,由此帶來的時(shí)漂具有隨機(jī)性。
二、時(shí)漂與溫漂的自動(dòng)補(bǔ)償
溫漂與時(shí)漂的自動(dòng)補(bǔ)償是決定電子分析天平計(jì)量性能的至關(guān)重要的設(shè)計(jì)內(nèi)容。溫漂補(bǔ)償主要包括動(dòng)圈的溫度補(bǔ)償、永磁體的溫度補(bǔ)償、取樣電阻的溫度補(bǔ)償以及環(huán)境溫度影響的自動(dòng)補(bǔ)償。時(shí)漂補(bǔ)償主要包括永磁體、恒彈性材料、機(jī)械零部件、電子元器件的老化處理,以及重力加速度的自動(dòng)校準(zhǔn)等。
1.動(dòng)圈的溫度補(bǔ)償
欲使動(dòng)圈受溫度影響減小,主要可從兩方面采取措施:一是保持動(dòng)圈電阻不隨溫度變化:二是保持動(dòng)圈溫度基本不變,從而保持動(dòng)圈導(dǎo)線的長度為恒定值。為避免溫度變化對(duì)動(dòng)圈電阻的影響,可將動(dòng)圈采用兩種線徑相等、溫度系數(shù)絕對(duì)值相等的正、負(fù)溫度系數(shù)導(dǎo)線串聯(lián)繞制,利用二者隨溫度變化伸縮相反的原理抑制動(dòng)圈電阻的溫度影響。天平的加載越大,動(dòng)圈的載流越大,發(fā)熱量越大。另一方面,環(huán)境溫度也直接影響動(dòng)圈。在這個(gè)過程中正弦電流發(fā)生器,就是為消除動(dòng)圈載流發(fā)熱以及環(huán)境溫度影響而采取的溫度自動(dòng)補(bǔ)償方法。Rl是與動(dòng)圈串聯(lián)的電阻,同熱敏電阻Rtl集成密封在一個(gè)金屬腔內(nèi)。熱敏電阻Rt2用于感知環(huán)境溫度的變化。當(dāng)天平加載,電流I 增加時(shí),Rl的發(fā)熱量增加,金屬腔內(nèi)溫度升高,使Rtl產(chǎn)生相應(yīng)的變化,此時(shí)控制電路控制正弦電流發(fā)生器的輸出幅值相應(yīng)降低,流經(jīng)動(dòng)圈的交變電流減小,交流引起的動(dòng)圈發(fā)熱量降低。環(huán)境溫度變化時(shí),熱敏電阻Rt2將環(huán)境溫度變化量送控制電路,控制正弦電流發(fā)生器的輸出。環(huán)境溫度升高,正弦電流減小,動(dòng)圈的過流發(fā)熱量相應(yīng)降低。
通過熱敏電阻Rtl、Rt2控制正弦電流發(fā)生器的輸出,可以在很大程程度上抑制動(dòng)圈載流變化和環(huán)境溫度變化對(duì)動(dòng)圈溫度的影響,使動(dòng)圈溫度基本不變。
2.永磁體的溫度補(bǔ)償
環(huán)境溫度的變化會(huì)引起永磁體磁感應(yīng)強(qiáng)度B 的變化,圖1 中的熱敏元件和測溫電路就是為抑制環(huán)境溫度對(duì)永磁體磁感應(yīng)強(qiáng)度影響而采取的補(bǔ)償方法。永磁體的溫度變化曲線存儲(chǔ)于單片機(jī)中,置于永磁體內(nèi)的半導(dǎo)體熱敏元件將永磁體的溫度測量信息經(jīng)測溫電路放大處理后,送單片機(jī)系統(tǒng),通過軟件修正因溫度變化導(dǎo)致永磁體磁感應(yīng)強(qiáng)度變化而造成的測量誤差。
3.永磁體、恒彈性材料及元器件的老化處理
永磁體、拉簧、恒彈性片、機(jī)械稱重零部件、電子元器件等在使用前,都必須進(jìn)行老化處理。金屬材料可通過熱處理,消除時(shí)漂影響;電子元器件可通過高低溫處理穩(wěn)定其工作性能。永磁體經(jīng)老化處理后,磁感應(yīng)強(qiáng)度的年漂移可控制在1ppm/ 年的變化范圍,甚至更小。
三、總結(jié)
溫漂與時(shí)漂是制約電子分析天平穩(wěn)定性與準(zhǔn)確性的重要原因,克服漂移影響是電子分析天平設(shè)計(jì)調(diào)試極其關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。本文系統(tǒng)地分析了電子天平產(chǎn)生溫漂與時(shí)漂的原因,提出了較完善的漂移自動(dòng)補(bǔ)償方法。
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