基于“寿命－应力”模型的电子式电能表加速寿命试验方法技术

基于“寿命‑应力”模型的电子式电能表加速寿命试验方法，该方法有八大步骤。步骤一：定义样本寿命特征；步骤二：定义失效判据；步骤三：最大应力组合的加速寿命试验；步骤四：其他组合的加速寿命试验，即进行包括除最大应力组合外另外的四组不同应力组合的试验；步骤五：失效数据处理，即借助威布尔分布拟合分析方法拟合各组试验样本的寿命总体的威布尔分布模型，并求出相应的寿命特征参数；步骤六：估计加速模型参数；步骤七：使用条件下温湿应力确定；步骤八：外推使用条件下样本失效分布。本发明专利技术能显著地缩短电子式电能表加速寿命试验的时间，提高试验结果的精度。它在加速寿命试验技术领域里具有较好的实用价值和广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
(一)
：本专利技术涉及一种基于“寿命-应力”模型的加速寿命试验方法，尤其涉及一种基于“寿命-应力”模型的电子式电能表加速寿命试验方法。它是一种基于威布尔寿命分布模型和Peck温湿模型的加速模型，属于加速寿命试验
(二)
技术介绍
：随着居民用电“一户一表”制度的实行和房地产业的发展，电能表的需求量出现惊人的增长。为了提高电力系统的供电可靠性，以国家电网公司为代表的电力行业提出“电能表智能化、可靠化”的发展要求，并已开始在北京等地区推广和普及“智能化、可靠化”的电子式电能表。这一方面对电子式电能表的生产厂家提出了要求，要求改进产品设计，提高产品性能；另一方面也对电能表的采购方提出了新的要求。对于采购方来说，买产品实际上就是买其可靠性，可靠性应当作为产品采购过程中评价产品优劣的一个重要组成评价标准。可靠性的优劣直接影响着电能表的维修和储备，影响着运营成本。选择可靠性高的电能表，即意味着大大减少了维修活动，减少了备件储备，提高了用户的满意度。因此，建立一套规范的完备的电能表可靠性评价方案对电子式电能表的生产与采购有着重要的意义。 近年来，随着可靠性试验技术的发展，加速寿命试验逐渐成为鉴定产品的可靠性寿命的主要手段之一。所谓加速寿命试验，即是在不引入新的失效机理的前提下，通过采用加大应力的方法促使样品在短期内失效，以预测产品在正常工作条件或储存条件下的可靠性的试验。它以实验为手段，通过记录分析高应力下试验样本的失效数据，得到该应力下的样本总体的寿命特征，再外推样本使用应力下的寿命特征。 加速寿命试验属于加速试验。加速试验一般有两种用途，其一是定性加速试验，主 要用于确认产品的失效模式和失效机理；其二是定量加速试验，亦即加速寿命试验，主要是用于预测产品在使用条件下的寿命特征(如MTBF、MTTF等)。对于前者而言，加速寿命试验无疑是十分有效的，因为在加速条件下，较高的应力能使产品的薄弱环节尽快地暴露出来，从而发现设计生产环节的缺陷；而对第二个用途而言，情况就较为复杂。因为很难建立起加速条件和使用条件下产品失效特征的对应关系，很可能在加速条件下暴露出来的故障在使用条件下根本不会发生，或是加速条件设定不当导致引入新的故障机理，从而使加速寿命试验失去加速依据。并且，没有任何一种加速寿命模型能够精确的描述产品的寿命-应力关系，每种加速模型都仅适用于一类特定的产品，因此，选择合适的加速模型是加速寿命试验成功的关键。 (三)
技术实现思路
：1、目的：本专利技术的目的是提供基于“寿命-应力”模型的电子式电能表加速寿命试验方法，它是基于威布尔分布模型和Peck温湿加速模型的一种“寿命-应力”模型，并基于此模型提供一种电子式电能表加速寿命试验方法。 2、技术方案：本专利技术是通过以下技术方案实现的： 本专利技术一种基于“寿命-应力”模型的电子式电能表加速寿命试验方法，该方法具体步骤如下： 步骤一：定义样本寿命特征。即定义被测样本的寿命特征是什么，置信度为多少。典型的寿命特性是在Y年之后有F％的失效(例如在10年后有5％的失效)。典型的置信度是50％。 步骤二：定义失效判据。是要根据具体的试验样本的失效机理和试验手段来确定故障判据。 步骤三：最大应力组合的加速寿命试验。包括定义样本能承受的最大温湿应力组合、定义样本大小、计算最小时间Dmin、进行最大应力组合试验四个部分。 计算最小时间Dmin的公式为： D min = MAX ( Y AF max [ ln ( 1 - UCL 1 ) ln ( 1 - C * F ) ] 1 β min , Y AF max [ ln ( 1 - UCL 1 ) ln ( 1 - C * F ) ] 1 β max ) - - - ( 1 ) ]]>其中： UCL1代表在置信度CL下第一个故障不可靠度的预估值， 这里TTF1指的是首次故障时间；典型地，CL为50％，初始样本量为30。 Y表示年数； F表示不可靠度； C表示在Y年中累积不可靠度F中的贡献比，一般只考虑那些占累积故障大于15％的独立故障； AF表示加速因子或加速系数。 Dmin的取值受样本大小影响，其与样本量的关系如附图3所示。 步骤四：其他组合的加速寿命试验。即进行包括除最大应力组合外另外的四组不同应力组合的试验。这4组应力组合分别为：TmaxRHmed，TmaxRHmin，TmedRHmax，Tm本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于“寿命‑应力”模型的电子式电能表加速寿命试验方法，其特征在于：该方法具体步骤如下：步骤一：定义样本寿命特征即定义被测样本的寿命特征是什么，置信度为多少；步骤二：定义失效判据要根据具体的试验样本的失效机理和试验手段来确定故障判据；步骤三：最大应力组合的加速寿命试验包括定义样本能承受的最大温湿应力组合、定义样本大小、计算最小时间Dmin、进行最大应力组合试验四个部分；步骤四：其他组合的加速寿命试验即进行包括除最大应力组合外另外的四组不同应力组合的试验；这4组应力组合分别为：TmaxRHmed，TmaxRHmin，TmedRHmax，TminRHmax，其中med表示“中间”，min表示“最小”，则上述四组试验组合按次序即最大温度和中等湿度组合，最大温度和最小湿度组合，中等温度和最大湿度组合，最小温度和最大湿度组合；步骤五：失效数据处理即借助威布尔分布拟合分析方法拟合各组试验样本的寿命总体的威布尔分布模型，并求出相应的寿命特征参数；即将失效数据作为输入，对于每一个独立故障模式，在威布尔图上画出失效前时间的数据和相应的不可靠度估计，然后通过回归方法拟合威布尔分布模型，进而求的样本在该组应力下的寿命分布；相关计算公式如下：其中xi，yi是失效数据线性化后的值，表示威布尔图上的一个点，且回归方程为：xi=ln(TTFi)yi=ln(-ln(1-F(TTFi)))---(1)]]>其中xi，yi是失效数据线性化后的值，表示威布尔图上的一个点，且回归方程为：yi＝Axi+B    (2)A，B为两个回归参数，B的估计值为：B=Σi=1pxiyi-Σi=1NxiΣi=1NyipΣi=1pxi2-(Σi=1pxi)2p---(3)]]>A的估计值为：A=1pΣi=1pyi-BpΣi=1pxi---(4)]]>相关系数R2为：R2=(Σi=1pxiyi-Σi=1NxiΣi=1Nyip)Σi=1pxi2-(Σi=1pxi)2p---(5)]]>这里，N是一次试验的样本总量，p是故障个数，可得威布尔分布参数如下：β=B,η=e-AB---(6)]]>根据上述过程分别求得五组应力下的威布尔分布参数，代入下一步计算求加速因子参数Ea和n；步骤六：估计加速模型参数经过步骤五对失效数据的威布尔拟合，可得到五组应力条件下各个独立故障模式的威布尔分布参数β和η，对于每一种应力组合的每一个独立的故障模式，观察到的失效都用由其系数β、η和γ决定的威布尔分布来表示；原始输入的用来计算模型参数n和Ea的数据将会是五个η参数，它们可以记为：ηTmaxRHmax，ηTmaxRHmed，ηTmaxRHmin，ηTmedRHmax，ηTminRHmax，按次序即最大温度和最大湿度组合、最大温度和中等湿度组合、最大温度和最小湿度组合、中等温度和最大湿度组合、最小温度和最大湿度组合分别对应的寿命特征参数；由此可得“寿命‑应力”的两个参数Ea和n的估计值分别为：n^=Σi=14XiZi-BΣi=14XiYiΣi=14Xi2---(8)]]>将上述参数代入下式可求得加速试验的加速因子：AF=(RHuRHs)-neEak(1Tu-1Ts)---(9)]]>其中，RHu是使用条件下的百分比相对湿度；RHs是应力条件下的百分比相对湿度；Tu是使用条件下以K表示的温度；Ts是应力条件下以K表示的温度；Ea和n是与材料有关的参数；步骤七：使用条件下温湿应力确定要确定使用条件下的温度应力与湿度应力，首先应获取使用地区一年以上的详细气象资料，再根据下述方法求年平均温度和平均相对湿度；对于每一个确认的独立故障模式，年平均温度应该按如下步骤从年温度分布中计算出来：1)取每个月中最低和最高温度Ti(i＝1...24)相对于20℃下的加速因子ATi=eEaki(1293-1Ti)---(10)]]>利用步骤六获得的Ea值、k＝8.617×10‑5是玻尔兹曼常数和Ti，单位是K计算得到；2)对各个温度的加速因子求平均值ATaverage，即：ATarerage=124Σi=124ATi---(11)]]>3)用求得的平均加速因子计算平均温度，即使用条件下的温度应力Tu：Tu=11293-kln(ATaverage)Ea---(12)]]>其中Tu的单位是K；同样，对于每一个确认的故障模式，年平均湿度应该按如下步骤从年湿度分布中计算出来：1)取每一个月的平均相对湿度RHi(i＝1...24)，利用步骤六中获得的n值，使用公式AHi=(0.5RHi)-n---(13)]]>计算AHi；此加速因子是在湿度R...

【技术特征摘要】
1.基于“寿命-应力”模型的电子式电能表加速寿命试验方法，其特征在于：该方法具体步骤如下：步骤一：定义样本寿命特征即定义被测样本的寿命特征是什么，置信度为多少；步骤二：定义失效判据要根据具体的试验样本的失效机理和试验手段来确定故障判据；步骤三：最大应力组合的加速寿命试验包括定义样本能承受的最大温湿应力组合、定义样本大小、计算最小时间Dmin、进行最大应力组合试验四个部分；步骤四：其他组合的加速寿命试验即进行包括除最大应力组合外另外的四组不同应力组合的试验；这4组应力组合分别为：TmaxRHmed，TmaxRHmin，TmedRHmax，TminRHmax，其中med表示“中间”，min表示“最小”，则上述四组试验组合按次序即最大温度和中等湿度组合，最大温度和最小湿度组合，中等温度和最大湿度组合，最小温度和最大湿度组合；步骤五：失效数据处理即借助威布尔分布拟合分析方法拟合各组试验样本的寿命总体的威布尔分布模型，并求出相应的寿命特征参数；即将失效数据作为输入，对于每一个独立故障模式，在威布尔图上画出失效前时间的数据和相应的不可靠度估计，然后通过回归方法拟合威布尔分布模型，进而求的样本在该组应力下的寿命分布；相关计算公式如下：其中xi，yi是失效数据线性化后的值，表示威布尔图上的一个点，且回归方程为： x i = ln ( TTFi ) y i = ln ( - ln ( 1 - F ( TTF i ) ) ) - - - ( 1 ) ]]>其中xi，yi是失效数据线性化后的值，表示威布尔图上的一个点，且回归方程为：yi＝Axi+B (2)A，B为两个回归参数，B的估计值为： B = Σ i = 1 p x i y i - Σ i = 1 N x i Σ i = 1 N y i p Σ i = 1 p x i 2 - ( Σ i = 1 p x i ) 2 p - - - ( 3 ) ]]>A的估计值为： A = 1 p Σ i = 1 p y i - B p Σ i = 1 p x i - - - ( 4 ) ]]>相关系数R2为： R 2 = ( Σ i = 1 p x i y i - Σ i = 1 N x i Σ i = 1 N y i p ) Σ i = 1 p x i 2 - ( Σ i = 1 p x i ) 2 p - - - ( 5 ) ]]>这里，N是一次试验的样本总量，p是故障个数，可得威布尔分布参数如下： β = B , η = e - A B - - ...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡薇薇，祁邦彦，孙宇锋，赵广燕，丁潇雪，郑鹏洲，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11