消防电子产品的可靠性设计

[摘要]：消防电子产品在使用过程中之间关系到人们群众的生命和财产的安全，消防电子产品的设计过程中必须要保证其可靠性，这样才能减少因为消防电子产品质量问题而造成的安全事故。

[关键词]：消防 电子产品 可靠性 设计

中图分类号：D035.36 文献标识码：A 文章编号：

一、前言

我国的消防工作贯彻预防为主、防消结合的方针。随着科学技术水平的不断进步，很多高科技的消防产品被应用到了火灾的预防中。其中以火灾自动报警产品的使用最为广泛。为保证消防电子产品稳定的发挥保护作用，对于其可靠性的设计至关重要。在进行产品设计的时候，设计人员必须对可靠性设计的理论知识和实现方法有全面的了解和掌握，并在设计中充分运用这些知识，才能有效提高产品的可靠性。

二、消防电子产品的可靠性设计时要注意的问题

1、产品的结构和电路的设计应遵循简单有效的原则。

2、要尽可能使用成熟经典的结构和电路。

3、功能组件要按照功能化、积木化、标准化的原则构建。

4、在必须使用新设计的时候，要使其标准化，并特别注意其继承性。

5、可能时尽量选择数字电路和集成电路，对于逻辑电路要先对其进行状态简化。

6、设计时应同时兼顾产品的性能指标和可靠性指标。

7、尽可能使用传统的工艺和已经固化的操作方法。

8、要不断使用新的可靠性设计技术。

三、电子元器件的选择和使用

1、元器件的选用原则

元器件的选择要符合下述原则:

（1）结合产品的设计功能以及使用环境的要求，选择与匹配的元器件。

（2）根据元器件的极限值采取降额设计的方法保证元器件使用寿命。

（3）按照产品要求选择符合国家元器件技术标准并具有检测报告的元器件。

（4）在进行产品设计时，尽量使用标准元器件，简化品种数量。特别是对大批量生产的产品，这是最重要的原则。

（5）必须使用非标元器件时，要进行严格的审查验收，并符合批准程序。

（6）制定元器件的采购技术手册，规范对元器件采购的技术要求。

2、器件封装结构和质量等级的选择

（1) 器件封装结构的选择

环氧树脂塑封器件属于非气密性结构, 容易受潮、盐雾和受到其它腐蚀性气体的腐蚀而失效。因此, 对于此类器件的使用环境有非常严格的要求。如果要求较高的环境适应性，则应当对器件采用金属、陶瓷或者是熔点低的玻璃进行封装。在环境清洁、温湿度能够有效控制并且没有腐蚀型气体的环境下，也可以使用塑料密封元器件。

（2) 质量等级的选择

元器件的质量好坏对于其失效率有直接的影响。对于不同的质量等级对应的元器件的失效率的影响程度和质量系数是各不相同的。在规定中按照分类对元器件分为A、B、C、三个质量层。每一个质量层又包含了很多质量等级。不同的等级对应这不同的质量数值。

（3）质量等级的选择原则为

①对可靠性要求比较高的产品, 要首先考虑已经通过了生产许可证并且有QPL的元器件。

②关键件、重要件、分配可靠性高、基本失效率高的元器件应当选用质量等级高的元器件;

③没有特殊要求的其它元器件可以根据生产执行标准, 参照国标中质量等级顺序选用。

四、降额设计

1、概念

所谓降额设计, 就是使元器件工作在比额定值低的状态的一种设计技术。为有效地提高元器件的使用可靠性并提高元器件的使用寿命，要降低施加在元器件上面的工作应力。对于降额的量值要通过综合测试而确定，要在保证电路正常可靠工作的同时，还要保持其所需要的性能。降额的措施可以根据元器件的不同类型不同规定具体而定。例说，电阻降额就是降低使用功率和额定功率的比值；电容降额是使工作的电压低于额定的电压；对于接触原件，则要降低张力、扭力、温度和其他特殊应用相关的限制。

电子元器件的降额，要控制在最佳的降额范围之内。在这个范围内的元器件的工作应力变化对失效效率有非常明显的影响。设计中也便于实施，不需要对设备的重量、体积和成本等方面投入过多。因此，要结合元器件的实际应用情况确定相应的降额水平。如果降额不够会使元器件失效率过大，达不到对其可靠性的设计要求。反之，如果降额过度，设备的设计会发生困难，并会在设备的重量、体积、成本等方面支付过高的成本，甚至可能造成元器件数量的增加，反而会降低设备的可靠性。

2、 降额设计要注意的问题

（1）当元器件的负荷应力不能降额或者对最大的降额有限制的时候，比如电子管的灯丝电压，不能强制进行降额设计，否则会损失元器件的使用寿命。

（2）一些元器件即使降额一定程度也不能实现预期的效果。如薄膜电阻器的功率减额到10%以下时,或者一般二极管的反向电压减额到最大反向电压的60%以下的时候, 失效率就不会再继续降低。

（3）对于一些类型的电容器降额可能发生低电平的失效。也就是说降额会使失效率升高，这显然并非降额的目的。

五、漂移补偿设计

产生漂移的原因主要是元器件的参数标准值与实际数值存在公差、环境条件变化对元器件性能产生影响或是使用在恶劣环境而导致元件性能退化等因素。

如果元器件参数值发生的漂移超出其设计参数范围, 就会使设备或系统不能完成规定的功能。漂移补偿设计是通过在设计阶段根据电路原理写出特性方程, 然后通过收集元器件的分布参数来计算它们的漂移范围，通过补偿使漂移结果处在设计范围内来保证设备正常使用的一种设计方法。

六、 热设计

1、元器件的布局

由于工作温度受设备的位置和设备内元器件安排的影响, 元器件的配置和布局应遵循下述原则:

(1) 各耗能元器件之间尽量保持较大的空间;

(2) 设备要安装在适用的最冷的环境之中;

(3) 要保证热敏元器件处于最冷区。

2、散热风扇的选择

(1) 散热风扇的功耗不应超过热负荷的10%;

(4) 散热风扇的安装应保证它的吸气通过设备, 而不是排气通过设备。

3、冷却剂流道设计

(1)不能够阻碍冷却剂流过元器件;

(2) 在流道中使转弯半径达到最大;

(3) 流道不能够突然扩张和收缩;

(4) 设计要保证自然对流辅助强迫对流;

(5) 采用自然对流冷却的设备, 要将其垂直安装电路板和散热片, 不能够水平安装

七、结束语

随着消防电子产品的应用范围不断扩大，其使用环境条件也变得多样化，因此对其设计可靠性的要求也越来越高。在消防电子产品的可靠性设计的时候，要注意设计常见问题，并从电子元器件的选择和使用方面入手，严把质量关，再重点注重降额设计、漂移补偿设计、热设计这几个方面，使消防电子产品的可靠性设计得到最大限度的保证。本文通过对消防电子产品可靠性设计的探讨，能够给设计和生产提供一定的借鉴和指导，有利于提高消防电子产品的可靠性和质量，进而增加产品的社会效益和经济效益。

参考文献：

[1]吴鹏飞，浅析消防电子产品可靠性设计措施[J]电子产品世界，2012

[2]李万达，电子产品可靠性设计的问题和解决措施[J]科技信息，2011

[3]董志刚，电子产品可靠性设计标准[M]中国机械出版社，2010

[4]李旭，浅析消防电子产品可靠性设计[J]建造工程制造，2011

[5]范文斌，可靠性设计与分析[M]国防工业出版社，2012