T/CITS 0101-2024 科学仪器设备电控系统定量加速试验方法

ICS19.080

CCSN00

CITS

中国检验检测学会团体标准

T/CITS0101—2024

科学仪器设备电控系统定量加速试验方法

Quantitativeacceleratedtestingmethodforcontrollersystemsofscientific

instrumentsandequipment

2024-04-17发布2024-04-17实施

中国检验检测学会  发布

T/CITS0101—2024

目次

前言..................................................................................II

引言.................................................................................III

1范围.................................................................................1

2规范性引用文件.......................................................................1

3术语和定义...........................................................................1

4通用要求.............................................................................3

受试样机.........................................................................3

试验设备、测试仪器要求...........................................................4

试验条件及允差...................................................................4

加速模型及其因子.................................................................4

试验准备工作要求.................................................................6

故障判定与后果分类...............................................................7

有效验证时间统计原则.............................................................7

5试验方法.............................................................................7

试验分类.........................................................................7

试验应力.........................................................................7

加速因子确定与计算...............................................................8

加速试验流程和步骤...............................................................8

6试验报告要求........................................................................11

附录A（规范性）可靠性指标加速试验设计.................................................13

附录B（规范性）寿命指标加速试验设计...................................................16

附录C（规范性）应力大小设定...........................................................18

附录D（资料性）加速试验建模与加速因子计算（示例）.....................................19

附录E（规范性）加速试验记录表格.......................................................23

参考文献..............................................................................28

I

T/CITS0101—2024

前言

本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定

起草。

本文件结合了科学仪器设备电控系统的特点及应用环境，基于定量加速试验方法，对平均故障间隔

时间和寿命指标/使用期限进行评价。

本文件提供了加速试验应力、加速模型及其因子的选取和计算方法，以及较详实的定量加速试验流

程，可实现科学仪器设备电控系统可靠性或寿命指标/使用期限的快速评价。

本文件某些内容可能涉及专利，本文件发布机构不承担识别专利的责任。

本文件由中国检验检测学会提出并归口。

本文件起草单位：广东科鉴检测工程技术有限公司、北京北分瑞利分析仪器（集团）有限责任公司、

广州市浩洋电子股份有限公司、广州禾信仪器股份有限公司、辽宁省医疗器械检验检测院、上腾科技（广

州）有限公司、北方工业大学、中国计量科学研究院、安顺高新区检测中心有限公司、中国科学院高能

物理研究所、广州理工学院、东莞职业技术学院、中国科学院空天信息创新研究院、广州市明美光电技

术有限公司、中广核医疗科技（绵阳）有限公司、广东白云学院。

本文件主要起草人：文武、方子敏、周加才、蒋伟楷、黄正旭、郝素丽、张儒锋、李明、龚晓云、

江游、钱森、唐露新、丁度坤、刘雷、卢永红、熊行创、张春旺、徐歆凯、石远豪、崔钰鹏、吴佐霞、

彭颖茹、黄前程、陈晓清、张军波。

II

T/CITS0101—2024

引言

依据GB/T32847—2016，科学仪器设备分为：

——通用科学仪器设备：质谱仪器、色谱仪器、光谱仪器、波谱仪器、能谱仪器、电化学仪器、衍

射仪器、显微镜、热分析仪器、生化分析仪器、样品前处理及制备仪器、物理性能测试仪器、计量仪器

与基标准、电子/电气与通信科学仪器设备、激光器、人工实验环境设备、其他通用科学仪器设备等。

——专用科学仪器设备：空间与天文、大气探测、地球、海洋与陆地水资源、生命科学与医学医药、

环境科学、农林牧渔业、交通运输、能源与核、机械装备、工艺试验、特种检测以及其他类科学仪器设

备。

科学仪器设备中的电控系统具有控制、驱动、通讯、信号和数据处理等功能，因此电控系统设计要

求高精度和高可靠性。电控系统在其生命周期内面临温度、湿度、振动等环境条件及其组合条件，对仪

器精度和可靠性具有较为明显的影响。

在科学仪器设备可靠性方面，已发布T/CIS03001.1—2020和T/CIS03002.1—2020，且在科学仪

器设备整机及其电气系统中得到应用，可解决科学仪器设备整机平均故障间隔时间验证、电气系统快速

充分暴露缺陷问题。

对科学仪器设备电控系统高可靠或长寿命指标验证，如采用上述试验技术手段验证，则所需试验时

间长、经济代价大，工程实用性与操作性不强，或无法量化其加速效应实现可靠性或寿命指标的快速评

价。

加速试验方法是一种经济高效、操作性强的验证手段，是实现电控系统高可靠或长寿命快速验证的

有效方法。依据GB/T34986，加速试验分为：

——定性加速试验方法：试验应力相比正常条件增大，但无法量化评估其加速效应，无法对可靠性

或寿命指标进行量化评估，通常以快速充分暴露缺陷为目的。

——定量加速试验方法：试验应力相比正常条件增大，且可量化评估其加速效应，可对可靠性或寿

命指标进行量化评估，实现可靠性或寿命指标/使用期限验证。

III

T/CITS0101—2024

科学仪器设备电控系统定量加速试验方法

1范围

本文件规定了科学仪器设备电控系统（以下简称“电控系统”）开展定量加速试验（以下简称“加

速试验”）的通用要求，并描述了科学仪器设备电控系统开展加速试验的方法。

本文件适用于科学仪器设备电控系统及其电子部件、电路板组件的可靠性指标和寿命指标快速验证

与评估。

2规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，

仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本

文件。

T/CIS03001.1—2020科学仪器设备可靠性整机平均故障间隔时间验证方法

3术语和定义

下列术语和定义适用于本文件。

科学仪器设备scienceinstrumentandequipment

直接用于研究、观测、试验、检验、检测、计量等各类科技活动和教学活动的仪器和设备（含配套

附件及软件）。

注：不包括与基建配套的各种动力设备、机械设备、辅助设备，也不包括专用于生产的仪器设备、办公设备以及一

般运输工具（科学考察用交通运输工具除外）。

[来源：GB/T31075—2014，2.2.5，有修改]

电控系统controllersystem

在仪器设备中实现控制、驱动、通讯、信号和数据处理等功能的电气、电子控制系统。

故障fault

产品不能执行规定功能的状态。

注：通常指功能故障，因预防性维修或其他计划性活动或缺乏外部资源造成不能执行规定功能的情况除外。

实际应用中，特别是对产品而言，故障与失效很难区分，故一般统称为故障；对软件而言，程序运行偏离程序

规定的需求即为故障。

关联故障relevantfailure

产品按规定的条件使用而发生的故障，或已证实由产品设计所引起的故障。

注：例如产品设计和工艺故障、零部件故障、耗损零件故障和机内测试故障等，否则为非关联故障。

责任故障chargeablefailure

关联故障或事先已规定某个特定组织提供的产品的关联故障，否则为非责任故障。

注：承制方提供的受试样机在试验中出现的关联的原发故障，或由此引起的任何诱发故障，算作一次责任故障。

平均故障间隔时间meantimebetweenfailures

MTBF

相邻两次故障之间的平均工作时间。

1

T/CITS0101—2024

注：其度量方法为：在规定的条件下和规定的期间内，产品寿命单位总数与故障总次数之比。

寿命life

在规定条件下，产品从开始使用到报废的时间单位数。

注1：寿命单位是指对产品使用持续期的度量，如工作小时、千米、次数等。

注2：寿命历程由贮存和使用两个过程构成。贮存寿命是指在规定的贮存条件下能满足规定要求的贮存期限；使用

寿命即使用期限，是指产品使用到无论从技术上还是经济上都不宜再使用，而应大修或报废的寿命单位数。

定量加速试验quantitativeacceleratedtesting

为缩短试验时间，增大施加在受试样机上的应力量值或载荷频次的试验。通常以定量、快速评价可

靠性指标要求（如平均故障间隔时间、寿命/使用期限）为目的。

受试样机testedprotrotype

用于开展定量加速试验的科学仪器设备电控系统的样机。

环境应力environmentalstress

环境因素如温度、湿度、电、振动和冲击等对仪器设备产生的单一或组合或综合的作用。

加速试验应力acceleratedteststress

为缩短试验时间而施加在受试样机上显著增大的应力。该类应力往往是受试样机正常贮存、使用、

试验的典型应力，也是实际使用中引起受试样机失效的主要（敏感）应力。

注：按照应力的种类，加速试验应力通常分为温度应力（如高温应力）、温变应力（温度循环、温度冲击）、温湿

度应力、振动应力（如正弦振动应力、随机振动应力）、电应力（如电压应力、电流应力）等。按照应力的个

数，同一加速试验应力对应不同参数，如高温应力可分为60℃、70℃、80℃三个应力。加速试验应力量值不宜

过大，否则引起受试样机失效机理变化而不合理；加速试验应力量值也不宜过小，否则难以达到增强加速试验

效果、缩短试验时间的目的。

加速模型acceleratedmodel

用于描述相关作用应力对产品可靠性特指参数影响的一种函数关系。

注：可靠性特征参数包括退化速度、失效率、累积失效概率、寿命等。

阿伦尼斯模型Arrheniusmodel

一种描述由温度应力引起失效的加速模型。

注：由阿伦尼斯（Arrhenius）提出，适用于描述产品失效机理为高温的退化过程。

哈尔伯格-佩克模型Hallbery-Peckmodel

一种描述由温度、湿度应力共同作用引起失效的加速模型。

注：由哈尔伯格-佩克（Hallbery-Peck）提出，适用于描述产品失效机理为温度、湿度共同作用的退化过程。

加速因子accelerationfactor

AF

产品在预期使用应力条件下与加速试验应力条件下的可靠性特征参数的比值。

注1：加速因子用于衡量加速试验的效果，对于有效果的加速试验，其加速因子大于1。

注2：当产品寿命符合指数分布时，加速因子指产品在使用应力下与在加速试验应力下达到相同累积失效概率的时

间的比值。

激活能activationenergy

2

T/CITS0101—2024

Ea

晶体中晶格点阵上的原子运动到另一点阵或间隙位置时所需的能量，是反映温度应力对产品寿命影

响的一种指标。

注：金属材料的激活能单位为eV；非金属材料的激活能（活化能）单位为kJ/mol。

生产方风险producerrisk

MTBF真值不小于检验上限（）时，判定MTBF真值小于检验上限（）的最大概率。

�

�0�0

使用方风险userrisk

MTBF真值小于检验下限（）时，判定MTBF真值不小于检验上限（）的最大概率。

�

�1�0

MTBF检验下限lowertestMTBF

可接收的最低MTBF值。若电控系统的MTBF的真值不大于MTBF检验下限（），则电控

1

系统�被接收的概率至多为。电控系统的检验下限取值等于电控系统的的最低可

MTBFMTB1F

接受值。�

100�%

MTBF检验上限uppertestMTBF

可接收的最高MTBF值。若电控系统的MTBF真值不小于MTBF检验上限（），则电控系

0

统被�接收的概率至少为。

�0

1001−�%

鉴别比discriminationratio

d

MTBF的检验上限（）与检验下限（）的比值。

01

4通用要求��

受试样机

4.1.1技术状态

受试样机通常为研制中或改型中的样机，其功能和性能均应符合预期要求。

4.1.2受试样机数量

受试样机的数量应根据试验设备可放置（安装）样机的数量、单台样机的经济成本、可提供的样机

数量等，综合考虑确定。

当采取加速模型求取模型参数和加速因子时，单应力应开展至少3组加速试验，每增加一种应力至

少应增加1组加速试验，每组加速试验所需样机数量宜为6台～30台。

当采取加速模型和经验参数事先预估加速因子时，可仅开展1组加速试验，则所需样机数量推荐为

1台～10台。

注1：适度增加样机数量可增加加速试验结果的置信度和代表性。

注2：应准备适当数量、技术状态相同的备份样机或备件用于加速试验过程的故障处理。

4.1.3明确样机信息

在试验前，应明确受试样机的组成、功能、尺寸、重量、安装要求、供电要求及运行条件等信息。

试验前还应对受试样机进行分析，评估可能发生的失效或可能发生故障的部件、所需的连接措施和

焊接工艺等，提前准备好替代或修复方案。

3

T/CITS0101—2024

必要时承制方应提供受试样机的电路原理图和PCB图、元器件清单、制造工艺等资料。

注1：明确受试样机的安全操作事项，如供电适配、接地等影响样机或人员安全的事项。

注2：若受试样机中含易燃、易爆、强烈腐蚀性、毒性和放射性等影响安全的物品，承制方做出相关注意事项声明，

且在运输、贮存、试验前预先妥善处理。

试验设备、测试仪器要求

4.2.1试验设备要求

试验设备是用于给受试样机施加加速试验应力的设备，应满足以下要求：

a)经计量校准或检定合格，能溯源到国家最高计量标准，且预期整个试验过程中均处在有效期内；

b)试验设备能完全容纳受试样机，并使受试样机实现运行和操作；

c)试验设备能施加满足加速试验条件的应力，如温度、湿度、电、振动应力等；

d)试验设备能保持和监控试验设备施加的应力条件；

e)能防止受试样机在试验中产生与实际不符的应力传递。

4.2.2测试仪器、仪表要求

测试仪器、仪表是用于给受试样机做功能性能测试的仪器和仪表，应满足以下要求：

a)经计量校准或检定合格，能溯源到国家最高计量标准，且预期整个试验过程中均处在有效期内；

b)测试仪器和仪表的最大允许误差绝对值不超过受试样机声称最大允许误差绝对值的三分之一；

c)能适应受试样机试验、运行、测试的环境条件要求。

对个别特殊仪器仪表，无计量校准条件和方法的，可通过比对测试，证明其测试的准确性。

试验条件及允差

4.3.1基准条件

基准条件应符合受试样机的安装使用环境条件要求，包括气候环境、机械环境、电磁环境等。

基准条件一般包括以下条件：

a)温度：电控系统使用环境温度范围；

b)相对湿度：电控系统使用环境相对湿度范围；

c)电应力：电控系统额定电压/电流/功率；

d)振动：电控系统使用现场实测振动条件。

4.3.2加速试验条件允差

加速试验条件允许误差应符合以下规定：

a)温度：温度稳定后±2℃；

b)相对湿度：湿度稳定后±5%RH；

c)电应力：电应力稳定后±4%（不高于36V时）；±2%（高于36V时）；

d)振动：

1)正弦振动：幅值：±10%；加速度：±10%；

2)随机振动：500Hz以下：+3dB，-1.5dB；500Hz～2000Hz：±3dB；

3)频率：±2%（低于25Hz时，±0.5Hz）。

加速模型及其因子

4.4.1加速模型分类与选择

电控系统加速试验根据不同试验应力将加速模型分为：

——基于高温应力的阿伦尼斯模型；

——基于湿热应力的哈尔伯格-佩克模型；

——基于振动应力/电应力/温变应力的逆幂律模型；

——时间压缩加速模型；

——事件压缩加速模型。

4

T/CITS0101—2024

通常，根据施加的加速应力类型，选择对应的加速模型，如高温应力加速选择阿伦尼斯模型，温湿

度应力加速选择哈尔伯格-佩克模型，振动应力/电应力/温变应力加速选择逆幂模型等。

4.4.2阿伦尼斯模型及因子

当受试样机实际使用中主要受高温应力影响时，选择高温应力作为加速试验应力，则加速模型通常

用阿伦尼斯模型，该模型假设退化速度是绝对温度的指数函数。

阿伦尼斯模型退化速度可用公式（1）表示：

��1................................................................（1）

式中：−��×��

�

——在温度应力为条件下的退化速度�；=A∙�

频数因子，常量（与温度无关）；

�——�

�——激活能，通常在�0.6eV～1.2eV之间；

A波尔兹曼常数（）；

�——

�在应力水平下的温度应力，−5单位为开尔文（）。

�——K

加�速试验条件下相对于基8.6准17条4件×下10的加e速V/因K子见公式（2）：

���

�1

�×（）

−����11...............................................2

���

��×���×��−��

��1

��−×

式中：�=�=����=�

��

——在基准条件下的温度应力，单位为开尔文（K）；

在加速试验条件下的温度应力，单位为开尔文（）。

�——K

加�速试验应力条件下的失效率见公式（3）：

��

（）

��11.........................................3

式中：��×��−��

����

——在基准条件（基准λ温�度应=力λ为�）∙�下=的�失�效率×；�

——在加速试验条件（加速温度应力为）下的失效率。

���

4.4.3λ��哈尔伯格-佩克模型及因子��

当受试样机实际使用中主要受高温高湿应力影响时，选择温湿度应力作为加速试验应力，加速模型

通常用哈尔伯格-佩克模型，其退化速度表示见公式（4）：

��1.........................................................（4）

−��×��−�

式中：��=A∙�∙𝑅�

——在温度应力为(K)和相对湿度应力(%RH)条件下的退化速度；

——激活能，通常在0.6eV～1.2eV之间；

���

�频数因子；�𝑅

�——

�——波尔兹曼常数（）；

A在应力水平下的高温加速−应5力，单位为开尔文（）；

�——K

�在应力水平下8的.61湿7度4×加1速0试验eV，/K用相对湿度（）表示；

�——%RH

�幂指数，通常�取～。

�——n13

可𝑅推导出加速因子�见公式（5）：

�

F

A（）

��11.......................................................5

�−�

��×��−����

F

式中：A=�∙𝑅�

——激活能，单位为电子伏特（eV）；

波尔兹曼常数（）；

�——

�基准条件下的温度，单位为开−5尔文（）；

�——K

�——加速试验条件下的8.6温17度4，×单10位为e开V/尔K文（K）；

��

5

��

T/CITS0101—2024

——基准条件下的湿度，用相对湿度（%RH）表示；

——加速试验条件下的湿度，用相对湿度（%RH）表示；

𝑅�

——幂指数，通常在1～3之间。

𝑅�

4.4.4�逆幂律模型及因子

当受试样机实际使用中主要受振动应力或电应力或温变应力影响时，选择振动应力、电应力、温变

应力作为加速试验应力，则加速模型通常选用逆幂律模型，其退化速度表示见公式（6）：

....................................................................（6）

�

式中：��=�·��

——在应力为条件下的退化速度；

频数因子；

�——�

�——幂指数。�

可�推导出加速因子见公式（7）：

�

（）

�.........................................................7

���·�����

�

式中：AF=��=�·��=��

——基准条件下的寿命特征值（与基准条件下的实际使用应力相关的函数）；

加速试验条件下的寿命特征值（与加速试验条件下的加速试验应力相关的函数）；

�——

�基准条件下的应力值；

�——

�加速试验条件下的应力值；

�——

�——逆幂指数。

��

4.4.5�时间及事件压缩模型

时间或事件压缩加速试验，主要用于以耗损型故障模式的电控系统，应力的增加是通过延长应力施

加的持续时间或频次而不是增加其应力量值来实现的。

a)时间压缩加速试验

时间压缩加速试验是受试样机通过增加每天持续工作时间达到缩短验证时间周期的加速试验。时间

压缩加速试验忽略了非工作状态所占时间及所带来故障影响，适用于电控系统工作应力及其累积损伤明

显高于非工作状态或者备用状态的场合。

b)事件压缩加速试验

事件压缩加速试验是受试样机通过增加应力重复施加频次达到缩短验证时间的加速试验，采取了累

积损伤等效原则，特别适用于运动部件。事件压缩加速试验忽略了非事件（如不动作）状态所占时间及

所带来故障影响；同时也应注意，重复频率加快到一定程