摘 要：对计量产品元器件的选择与使用、三防、电磁兼容性、安全性等可靠性方面的设计进行了探讨。
0 引言
随着科学技术的飞速发展，计量产品在国防、工业、农业、商业、科研等方面的应用越来越广泛，如果在其应用中忽略了可靠性管理，计量产品的质量就不会得到保证。可靠性是产品在规定条件下和规定时间区域（或操作聪数）内，完成规定功能的能力。所以，可靠性是产品质量的时间指标，是产品性能能否在实际使用中得到充分发挥的关键之一。计量产品的可靠性是设计出来的、生产出来的。高可靠性设计必须与计量产品的先进的技术性能指标设计同步进行。如果达不到可靠性指标的最低要求，性能指标再好也没有实际使用价值。因此，要提高产品质量，可靠性设计是关键。这里从以下几个方面对计量产品的可靠性进行简要探讨。
1元器件的选用
元器件是计量产品可靠性的基础之一，很多计量产品的失效是由于元器件的性能和质量问题造成的。例如微小颗粒可能穿过滤网，而且物理的方法解决不了水中化学成分（可溶性矿物质等）在通过过滤器后，仍在流量计的某些部件上结晶、积垢的问题。曾经发生过户用超声波热量表安置在管道中的反射器上结晶、积垢而导致堵塞的问题。由此可以看出元器件选择与使用的重要性。
1.1 元器件的选择方法
①根据产品要实现的功能要求和环境条件，选用相应种类、型号规格质量等级的元器件；②根据元器件使用时的应力情况，确定元器件的极限值，按降额设计技术选用元器件；③根据产品要求的可靠性等级，选用与其适应的并通过国家质量认证合格单位生产的元器件；④尽量选用标准的、系列化的元器件，重要的关键件应选用军用级以上的；⑤对非标准的元器件要进行严格的验证，使用时要经过批准；⑥根据国家或本单位的元器件优选手册选用。
1.2 元器件封装
环氧树脂塑封器件为非气密性结构，易受潮气、盐雾和其他腐蚀性气体的侵蚀而失效。因此，对于使用环境要求严格的产品，应当选用金属、陶瓷或低熔点玻璃封装的器件。
1.3 降额设计
为提高设备的可靠性，在设计中要将加给元器件的电、热和机械应力限制到低于它们规定的或经证明的能力水平。降额设计主要是采用对电路的仿真方法，准确分析电路中的各个器件的瞬态电应力和器件的结温，然后直接在仿真软件中设置器件的降额系数，输出器件的应力分析和降额情况。
由于电子元器件在使用或贮存过程中，总存在着某种比较缓慢的物理化学变化。这种变化发展到一定程度时，会使元器件的特性退化、功能丧失，即失效了。而这种变化的快慢，与温度和施加在元器件上的应力大小直接相关。因此，应当对元器件实行降额设计。对不同的元器件，应用在不同的场合，实行不同的降额等级：Ⅰ级降额，是最大降额，应用于最关键设备；Ⅱ级降额，是中等降额，应用于重要设备；Ⅲ级降额，是最小降额，应用于一般设备。
2三防设计
任何计量产品都是在一定的环境下工作的，而潮湿、盐雾和霉菌会降低材料的绝缘强度，引起漏电，从而导致故障。因此，必须采取防止或减少环境条件对计量产品可靠性影响的各种方法，以保证计量产品工作中的性能。例如国内某厂家生产的卡式水表，由于没有采用三防设计，在沿海和潮湿地区应用时多次发生故障，致使该厂家的维修费用高昂，几乎到了零利润的地步。由此看出采用三防设计的重要性。
2.1 防潮设计
采用吸湿性小的元器件和材料；采用喷涂、浸渍、灌封等处理；局部采用密封结构；改善整机使用环境，如采用空调、安装加热去湿装置。
2.2防霉设计
采用抗霉材料，例如无机矿物质材料；采用防霉剂进行处理；控制环境条件来抑制霉菌生长，例如采用防潮、通风、降温等措施。
2.3防盐雾设计
采用防潮和防腐能力强的材料；采用密封结构；岸上设备应当远离海岸。
3抗震设计
任何计量产品都要经过从厂家到用户的装运过程，特别是在振动场合下应用的计量产品，必须采取防止或减少振动环境条件对计量产品可靠性影响的各种方法，以保证计量产品工作中的性能。例如耐震压力表、工艺控制过程使用的电压表等。设计过程应注意以下几个方面：
①印制板上各元器件引脚线长应尽量短，以增加抗振动能力；②印制板应竖放并进行加固；③较重的器件应进行加固；④悬空的引线不宜拉得过紧，以防振动时断裂；⑤ 运输产品时，应当加强防震措施；⑥振动场合应用的计量产品，须采用防震措施。
4电磁兼容性设计
电磁兼容性是指电子设备在电磁环境中正常工作的能力。电磁干扰不仅影响电子设备的正常工作，甚至造成电子设备中的某些元器件损害。因此，既要使电子设备不受周围电磁干扰而能正常工作，又要使电子设备本身不对周围其他设备产生电磁骚扰，影响其他设备正常运行。
例如某一居民家中用电时经常跳闸，但仍在这种情况下勉强用电，最终导致家中电视机电路3 次被烧毁，一台电脑硬盘被损坏，另一台电脑主板损坏，造成的直接经济损失达15 000 元以上。故障原因：测试了电压，发现室内出现 150 V的低压，主要原因是电表对电源电压变化设计不足造成的。可见，电磁兼容性设计直接影响计量产品的可靠性。
电磁兼容性设计方法主要包括以下几点：
4.1 抑制骚扰源
①限制骚扰源的电压、电流变化率；②限制骚扰源的电压、电流幅度；③限制骚扰源的频率；④交流电源变压器的电磁屏蔽；⑤对感性负载的骚扰源采取相应措施；采用独立电源。
4.2 切断干扰的耦合通道
①完整的电磁屏蔽：切断空间干扰的耦合通道；②合适频谱的滤波：切断线路传导干扰的耦合通道；③适当的接地以降低地线干扰的耦合通道；④采用适当的导线：传输不同性质的信号；⑤注意元器件的布局：降低干扰耦合；⑥应用布线技术：降低干扰耦合；⑦采用电磁、光电、机械等隔离技术，切断干扰的耦合通道。
4.3提高敏感电路的抗干扰能力
①选用具有高抗干扰能力的元器件；②采用完整的电磁屏蔽；③采用合适的滤波技术；④限制电路的带宽；⑤采用合理的去耦措施；⑥采用合理的接地。
5安全性设计
安全性是保证机电设备能够可靠地完成其规定功能，同时保证操作和维护人员的人身安全的重要特性。例如国内某厂家生产的电子衡器，由于对电磁兼容性设计重视不够，在雷雨天使用，有的发生传感器输出信号不稳定，计算机显示数据时大时小；有的传感器和计算机彻底损坏，造成严重损失，其周围的计算机等电子设备便无法工作。这主要是因为缺少防雷电冲击设计所致。主要安全性设计注意以下两个方面：
5.1 防止电危险设计
①设计操作方便的电源开关，以便能及时切断电源；②全部外露金属件都要可靠接地；③设置过压、过流和漏电保护装置；④设置高压电容器自动放电装置；⑤电源和高压部位应当设置明显标志，如设置电源进出线的火“零地”，蓄电池的“正负”标志，以防误操作；⑥特别要注意高压部件的绝缘设计；⑦露天使用的计量产品应设置避雷装置；⑧多个电连接器，应有防差错设计。
5.2 防止机械危险设计
①运动部件应当加防护和限位装置以保证人身安全；②设备的边角应当采取措施以防伤人；③门、抽屉以及其他运动部件，应当加连锁装置以防意外脱落；④有危险的部位，应
当设置明显标志。
6 结束语
总之，可靠性设计技术是提高产品的可靠性并达到可靠性指标的一门技术。为了提高计量产品的可靠性和质量，增加计量产品的社会效益和经济效益，生产或设计计量产品者必须加强其产品的可靠性设计。应充分估计现有的技术水平，尽量采用成熟的、定型的、标准的原材料、元器件、电路和工艺来完成设计；准确掌握产品在运输、储存和使用中可能遇到的环境条件，采取相应的可靠性设计技术，以便使产品增强对环境的适应能力；在设计中，必须贯彻和执行可靠性设计的技术标准和规范、产品可靠性要求事项等。
参考文献
[1] 张增照，潘勇. 电子产品可靠性预计[M]. 科学出版社.
[2]张万岭. 产品可靠性能检验[M]. 中国计量出版社.
本文作者：袁淑芳
