《测控仪器设计(第2版)》课后习题答案_浦昭邦_王宝光(20)

以及系统投资建设的长期性效益。

(3) 灵活性：通过采用结构化、模块化的设计形式，满足系统及用户各种不同的需求，适应不断变化的要求。

(4) 规范性：采用的技术标准要遵循国际标准和国家标准与规范，保证系统发展的延续和可靠性。

(5) 系统性：软件的设计并不是独立于系统硬件之外的，应当在满足系统设计的总体前提下综合考虑。典型的情况，就是经常采用“以软代硬”的方法。

提高硬件可靠性的一般方法

在测控仪器系统中，如何提高硬件系统的可靠性，是整个系统设计的关键。影响测控系统可靠性的因素中，有约45%是来自系统设计。为了保证整个系统的可靠性，在对电路系统进行设计时，应按最坏的情况设计。

(1) 注意元器件的电气性能

元器件的电气性能是指元器件所能承受的电压、电流、功率等。在使用时不能超额工作。

对于电阻，除了要清楚阻值以外，还要注意误差和功率。

对于电容，在多数情况下，将电容值改变10%-100%，对电路没有严重影响（滤波器和RC和LC等电路除外）。但应注意电容的耐压值，所选用的电容的耐压值一定要高于系统中的电压值，以避免电容器击穿。另外，断开电源后，电容上积累的电荷不会马上消失。一般要在电容器的引出线与公共线或地线之间并接1KΩ左右的电阻，为电容器提供一条泄放回路。

对于CMOS数字集成电路，输入信号的幅值应处于地与电源之间，应尽量避免输入缓慢上升或下降的信号，以免产生额外的功耗，通常上升时间以15μS之内为宜。未采用的引脚输入端必须和电源或地相连，否则易于出现异常现象或发生过流损坏。输出端不许短路，尤其不能与电源和地短路。对CMOS集成电路焊接时，应先切断电源，利用余热进行焊接。

对于使用最多的TTL集成电路，电源电压不应超过5±0.25V，否则容易造成芯片损坏，或使芯片处于不正常的工作状态。输入信号的幅值应处于地与电源之间，固定的高电平应接在电源上，固定的低电平应接在地上。

(2) 设计时应考虑环境条件对硬件参数的影响

由于环境因素的影响，不少测控系统实验情况虽然良好，但在现场长期运行就频繁出现故障。具体表现为：

① 温度：元件温度过高或过低，都将增加其失效率。在进行系统设计时，应按元器件热参数的上下界，采用降限使用。同时应适当采取一定的降温或升温措施，以减少故障。

② 干扰：在测控系统中，各种电磁干扰都可能耦合到控制系统中，也可能窜入计算机中，在设计时应考虑采用各种有效的抗干扰措施。

③ 电源：由于电源本身的波动以及各种干扰经电源进入系统，对测控系统影响严重。在设计时必须采取相应的措施。系统供电电源的容量应大于负载的最大值，并应留有足够的余量。

④ 空气：在有些现场，空气质量很差。其中湿度很大，有时还有各种腐蚀气体等。这些对电路元器件以及集成电路引脚都有较大影响，必须予以足够的重视。

(3) 考虑组装工艺

在硬件设计中，组装工艺直接影响硬件系统的可靠性。有时由于工艺上的原因引起的故障很难定位排除。例如，一个焊点出现虚焊时，必将导致这个系统在工作过程中时隐时患，出现工作不正常的现象。在设计印制电路板时应引起足够的重视和考虑。

(4) 优化结构设计

结构可靠性设计，是硬件可靠性设计的后期阶段。在结构设计时，首先应注意元器件及设备的安装方式，其次是控制工作环境条件，如通风，除湿，防尘等。

(5) 冗余设计

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