梁紅宇

（廣東省茂名市質(zhì)量計(jì)量監(jiān)督檢測(cè)所，廣東茂名 525000）

燃?xì)獗硎菄?guó)家第一批重點(diǎn)管理的計(jì)量器具，并且列入《中華人民共和國(guó)依法管理的計(jì)量器具目錄》中，在燃?xì)獾墓┬桦p方的貿(mào)易結(jié)算中發(fā)揮關(guān)鍵的作用。按照普通家庭的日燃?xì)馐褂昧客扑?，一個(gè)智能燃?xì)獗砜梢允褂?5a（a 表示年）以上，明顯超出了當(dāng)前技術(shù)法規(guī)定的10a 的使用年限。對(duì)目前普遍應(yīng)用的智能燃?xì)獗恚ㄟ^(guò)Peck 模型并綜合抽樣統(tǒng)計(jì)的方式，對(duì)樣品數(shù)量進(jìn)行科學(xué)抽取，通過(guò)合理試驗(yàn)安全性能和計(jì)量性能，從而對(duì)智能燃?xì)獗淼膶?shí)際使用壽命有所掌握。通過(guò)對(duì)民用燃?xì)獗砜煽啃缘难芯?，適當(dāng)延長(zhǎng)燃?xì)獗淼氖褂媚晗蓿菄?guó)家、民眾和企業(yè)都受益的創(chuàng)新舉措。

1 Peck 試驗(yàn)?zāi)Ｐ透艣r

針對(duì)智能燃?xì)獗砜煽啃缘脑囼?yàn)，加速壽命試驗(yàn)是最有效的試驗(yàn)方式。該試驗(yàn)的關(guān)鍵作用在于推進(jìn)試驗(yàn)進(jìn)程的加快，將關(guān)鍵的可靠度依據(jù)提供給預(yù)測(cè)系統(tǒng)和相關(guān)裝置。基于Peck 加速壽命試驗(yàn)?zāi)Ｐ涂煽啃缘脑囼?yàn)手段和規(guī)模要根據(jù)試驗(yàn)對(duì)象和相關(guān)要求確定。在具體試驗(yàn)方面，設(shè)備、系統(tǒng)和元器件的方式是不一樣的，在整機(jī)試驗(yàn)上，主要是剔除某些不可靠的元器件；在機(jī)械零部件的試驗(yàn)上，主要是檢測(cè)疲勞壽命；而對(duì)于電子元器件的試驗(yàn)主要是針對(duì)壽命。針對(duì)智能燃?xì)獗淼目煽慷扔斜匾鶕?jù)最終的使用條件評(píng)價(jià)。因此，壽命的試驗(yàn)主要是遵循實(shí)際的環(huán)境條件和實(shí)際的使用條件開(kāi)展。

加速壽命試驗(yàn)不同于產(chǎn)品例行試驗(yàn)。例行試驗(yàn)通常是一般變形性能和強(qiáng)度的試驗(yàn)，其主要目的就是確保產(chǎn)品進(jìn)出廠驗(yàn)收前，各類性能參數(shù)是不是與標(biāo)準(zhǔn)相符，并沒(méi)有對(duì)被測(cè)產(chǎn)品規(guī)定時(shí)間內(nèi)的失效率進(jìn)行測(cè)定，所以難以保證產(chǎn)品的可靠性。而加速壽命試驗(yàn)的宗旨就是對(duì)產(chǎn)品在規(guī)定的使用時(shí)間內(nèi)提供可靠性的依據(jù)。同時(shí)，加速壽命試驗(yàn)也是產(chǎn)品的檢驗(yàn)和可靠性預(yù)測(cè)的前提基礎(chǔ)。從試驗(yàn)時(shí)間上看，加速壽命試驗(yàn)要長(zhǎng)于產(chǎn)品例行試驗(yàn)。因?yàn)樵诤芏痰臅r(shí)間內(nèi)不能獲得顯示可靠度水平的依據(jù)。在試驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理層面，例行試驗(yàn)因?yàn)橹皇切阅芡ㄟ^(guò)的試驗(yàn)，數(shù)據(jù)處理相對(duì)簡(jiǎn)單，而加速壽命試驗(yàn)用來(lái)推斷一批產(chǎn)品可靠性，因此，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的方式必須嚴(yán)格，讓最終的結(jié)論更可靠[1]。

2 模型選擇

通過(guò)高應(yīng)力下的壽命去推算正常應(yīng)用應(yīng)力下的壽命，是加速壽命試驗(yàn)的基本手段。實(shí)現(xiàn)該試驗(yàn)思路的重要節(jié)點(diǎn)是進(jìn)行應(yīng)力與壽命特征之間關(guān)系的構(gòu)建，而加速模型就是這種關(guān)系的表現(xiàn)，主要分為以下幾個(gè)類型。

2.1 Arrhenius 模型

Arrhenius 模型加速應(yīng)力試驗(yàn)的載體是溫度，過(guò)程是對(duì)壽命特征依賴溫度的關(guān)系的描述，表達(dá)公式如下：

式（1）中，t代表壽命特征；ΔE表示激活能，單位eV；A 代表常數(shù)；而玻爾茲曼常數(shù)設(shè)定為k，eV/K，取8.617×10-5eV/K；T代表熱力學(xué)溫度，單位K。

2.2 Eyring 模型

此模型通過(guò)電壓、溫度作為載體進(jìn)行加速應(yīng)力試驗(yàn)，其過(guò)程是對(duì)壽命特征對(duì)電壓和溫度依賴關(guān)系的描述，表達(dá)公式如下：

式（2）中，G、C、D分別代表常數(shù)；U表示電壓，單位V。

2.3 Peck 模型

Peck 模型加速應(yīng)力試驗(yàn)的載體是溫度、相對(duì)濕度的反應(yīng)，其過(guò)程是對(duì)壽命特征依賴相對(duì)濕度、溫度的描述，其表達(dá)公式如下：

式（3）中，B、n分別代表常數(shù)；相對(duì)濕度設(shè)定為φ。

溫度、相對(duì)濕度影響智能燃?xì)獗淼谋憩F(xiàn)如下：溫度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致焊點(diǎn)熔化、改變表內(nèi)電子元器件的結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)失效、元器件性能降低、電特性改變、增大機(jī)械應(yīng)力、絕緣失效等；相對(duì)濕度過(guò)大會(huì)導(dǎo)致金屬氧化或者電化學(xué)腐蝕，降低介電強(qiáng)度和絕緣，電性能參數(shù)漂移，電子元器件、印制板、接插件產(chǎn)生電泄漏路徑，形成短路和開(kāi)路。本試驗(yàn)的表具加速壽命的試驗(yàn)采用Peck 模型[2]。

3 智能燃?xì)獗砑铀賶勖囼?yàn)

3.1 抽樣方案

本研究試驗(yàn)表具的抽樣對(duì)象都是某地區(qū)居民普遍應(yīng)用的各類燃?xì)獗?，?jīng)過(guò)嚴(yán)格論證篩選，一共收集35 臺(tái)智能燃?xì)獗磉M(jìn)行試驗(yàn)。制定本抽樣方案的主要影響因素分為5 個(gè)方面：

（1）本次智能燃?xì)獗懋a(chǎn)品抽樣的廠家，基本實(shí)現(xiàn)了對(duì)燃?xì)獗砉?yīng)商的有效覆蓋。

（2）本次試驗(yàn)抽取的表型主要為G2.5 燃?xì)獗?，主要為該區(qū)居民廣泛使用的燃?xì)獗怼?/p>

（3）本試驗(yàn)抽取樣表基本都是安裝8a 以上的燃?xì)獗怼?/p>

（4）本試驗(yàn)抽取的樣表的燃?xì)饬慷家呀?jīng)計(jì)量，為100 m3～4 000 m3不等。

（5）本試驗(yàn)抽取的樣表皆為居民用戶室內(nèi)的掛表，不包括企業(yè)和商鋪使用的燃?xì)獗怼?/p>

3.2 試驗(yàn)內(nèi)容與方法

3.2.1 測(cè)試方式

將所有試驗(yàn)的表具，均勻地放置在相對(duì)濕度0.8、溫度為65℃的高低溫濕熱試驗(yàn)箱內(nèi)。試驗(yàn)箱外導(dǎo)線連接的電池可以持續(xù)供電給試驗(yàn)箱內(nèi)試驗(yàn)表具，表具之間利用軟管串聯(lián)，風(fēng)機(jī)在試驗(yàn)箱外向試驗(yàn)表具輸送空氣，確保其運(yùn)轉(zhuǎn)。在試驗(yàn)箱外的固定位置安裝集中器和手持抄表器。首次燃?xì)獗硇阅軠y(cè)試后打開(kāi)試驗(yàn)箱，試驗(yàn)箱根據(jù)設(shè)置的條件運(yùn)行385 h 后暫時(shí)停止。燃?xì)獗淼牡诙涡阅軠y(cè)試必須等表具完全冷卻后。第二次燃?xì)獗硗瓿蓽y(cè)試后將試驗(yàn)箱打開(kāi)，在設(shè)定的條件下再運(yùn)行193 h 后暫停試驗(yàn)箱。等到試驗(yàn)箱內(nèi)的表具完全冷卻后，開(kāi)始第三次性能測(cè)試，第三次測(cè)試完成后再打開(kāi)試驗(yàn)箱，按照設(shè)定的程序進(jìn)行192 h 的運(yùn)行，累計(jì)達(dá)到770 h 后將試驗(yàn)箱關(guān)閉。第四次性能試驗(yàn)必須等到箱內(nèi)的燃?xì)獗硗耆鋮s后進(jìn)行。在全部試驗(yàn)過(guò)程中，被測(cè)燃?xì)獗砻扛?4 h 被抄表4 次，主動(dòng)報(bào)備進(jìn)行1 次。

3.2.2 測(cè)試項(xiàng)目

（1）檢查外觀

觀察智能燃?xì)獗硗庥^是否有變化，按鍵的靈敏度需要利用手動(dòng)進(jìn)行。

（2）測(cè)試靜態(tài)電流

第一次測(cè)試試驗(yàn)燃?xì)獗恚姳仨毘^(guò)12 h，穩(wěn)定后方可測(cè)試，燃?xì)獗盱o態(tài)電流的測(cè)試，可以利用直流電源分析儀進(jìn)行，每臺(tái)燃?xì)獗淼臏y(cè)試時(shí)間必須超過(guò)5 min，記錄平均值。

（3）抄表性能測(cè)試

通過(guò)試驗(yàn)箱外的手持機(jī)和集中器進(jìn)行抄表，每臺(tái)燃?xì)獗頌? s 抄收，每次抄收間隔1 min，同時(shí)出記錄抄表情況。

（4）閥門性能測(cè)試

測(cè)試采用手持機(jī)和抄控系統(tǒng)測(cè)試燃?xì)獗?，進(jìn)行5 次的閥門開(kāi)關(guān)指令的發(fā)布，每隔1 min 發(fā)布一次，同時(shí)對(duì)控制閥進(jìn)行記錄。

（5）顯示功能測(cè)試

仔細(xì)檢查燃?xì)獗盹@示屏，有無(wú)缺碼和信息不全等情況，并進(jìn)行詳細(xì)記錄。

（6）機(jī)電轉(zhuǎn)換功能測(cè)試

將抄取讀數(shù)和基表讀數(shù)進(jìn)行對(duì)比，如果超出1 個(gè)最小轉(zhuǎn)換分度值，則表示為不合格。

（7）機(jī)電閥到位檢測(cè)

①到位檢測(cè)裝置

在打開(kāi)機(jī)電閥的狀態(tài)下，表現(xiàn)為閥瓣開(kāi)啟狀，通過(guò)閥門進(jìn)氣口燃?xì)獾竭_(dá)機(jī)電閥內(nèi)部，通過(guò)閥門口機(jī)電閥在開(kāi)啟情況下，閥瓣呈現(xiàn)打開(kāi)狀，燃?xì)鈴拈y門進(jìn)氣口進(jìn)入機(jī)電閥內(nèi)部后，通過(guò)閥門出氣口流出。在非接觸傳感器凹槽處遮擋部件發(fā)揮作用。在機(jī)電閥門關(guān)閉的情況下，閥瓣為關(guān)閉狀，燃?xì)鈴拈y門進(jìn)氣口進(jìn)入機(jī)電閥后不能從閥門出氣口流出，切斷燃?xì)庥欣щy。開(kāi)閥狀態(tài)下的物聯(lián)網(wǎng)智能燃?xì)獗頇C(jī)電閥如圖1 所示。

圖1 開(kāi)閥狀態(tài)下的物聯(lián)網(wǎng)智能燃?xì)獗頇C(jī)電閥

②到位檢測(cè)電路

通過(guò)信號(hào)接收端主控芯片反饋信號(hào)的接收，有效判斷機(jī)電閥正確與否。通過(guò)主控芯片閥瓣驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行信號(hào)接收，進(jìn)行燃?xì)獗頇C(jī)電閥是否正常的判斷。閥瓣驅(qū)動(dòng)電路通過(guò)對(duì)主控芯片閥信號(hào)的接收，有效控制包括機(jī)電閥開(kāi)與關(guān)的電動(dòng)機(jī)工作。三極管的Q1 和電阻R1 構(gòu)成到位檢測(cè)電路的組件。主芯片信號(hào)輸出端與三極管Q1 的基極進(jìn)行連接。通過(guò)3 V 的外接電源，與發(fā)光二極管連接，負(fù)極與電阻R1 連接。受光三極管的集電極連接上拉電阻R2，接地的為發(fā)射極。主控芯片信號(hào)接收端連接R2，電阻R2 與外接電源相連，主控芯片的信號(hào)輸出端有效連接三極管Q1 的基極與電阻R3 進(jìn)行連接，檢測(cè)穩(wěn)壓效果[3]。

4 試驗(yàn)結(jié)果分析

4.1 外觀分析

智能燃?xì)獗碓谠囼?yàn)385 h 后，有a、b 兩個(gè)廠家的表具出現(xiàn)兩種失效現(xiàn)象，產(chǎn)生電池蓋變形的有5 臺(tái)表具，表鍵按鍵不靈的有4 臺(tái)。

4.2 靜態(tài)電流分析

在本文的試驗(yàn)進(jìn)行之前，不同生產(chǎn)廠家產(chǎn)品靜態(tài)電流完全可以符合超過(guò)50 μA 的加速壽命，都能滿足電流低于50 μA 的標(biāo)準(zhǔn)要求，但不同廠家靜態(tài)電流的標(biāo)準(zhǔn)呈現(xiàn)很大的差異性，為（25～45）μA。一臺(tái)燃?xì)獗碓?70 h 后明顯增大靜態(tài)電流，從27.503 μA 增大到49.902 μA。

4.3 抄表性能分析

在本試驗(yàn)進(jìn)行的四次性能測(cè)試和每日抄表測(cè)試中，燃?xì)獗砭弑憩F(xiàn)穩(wěn)定的抄表性能，具備抄表準(zhǔn)確性。抄表信號(hào)強(qiáng)度下降的只有個(gè)別表具。

4.4 閥門性能分析

在本研究進(jìn)行四次試驗(yàn)前后性能測(cè)試，控閥性極其穩(wěn)定。

4.5 功能顯示

本試驗(yàn)進(jìn)行后，c 廠家的兩臺(tái)燃?xì)獗碓?79 h 后有霧狀在液晶屏發(fā)生，d 廠家的9 臺(tái)燃?xì)獗碓?79 h 后液晶屏的對(duì)比度有所下降。

4.6 機(jī)電轉(zhuǎn)換功能分析

在四次的智能燃?xì)獗硇阅茉囼?yàn)中，基表的讀數(shù)與測(cè)試數(shù)值相同，機(jī)電轉(zhuǎn)換功率完全滿足要求[4]。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，民用智能燃?xì)獗鞵eck 模型的構(gòu)建，通過(guò)對(duì)試驗(yàn)時(shí)間和試驗(yàn)應(yīng)力條件的確定，形成一套周期短、費(fèi)用低的可靠的測(cè)試模式；本研究對(duì)燃?xì)庑袠I(yè)內(nèi)的4 個(gè)廠家的35 臺(tái)產(chǎn)品進(jìn)行可靠性測(cè)試，進(jìn)行表具的試驗(yàn)后，對(duì)比分析其性能，針對(duì)可靠性研究，智能燃?xì)獗砟軌蜻_(dá)到10a 以上的使用壽命；而如果該智能燃?xì)獗碓谑褂?5a～20a 后，某些性能會(huì)嚴(yán)重退化，表現(xiàn)出不同廠家的產(chǎn)品性能指標(biāo)的薄弱性。