压力传感器测试经过的可靠性概念概述[图].docx

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1、压力传感器测试经过的可靠性概念概述图1引言可靠性是指产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的才能。可靠性是对一种产品投入使用时无故障工作才能的度量。产品可靠性的上下是表示产品在规定条件下、规定时间内，完成规定功能可能性的大小。可靠性通常采用可靠度、失效率及MTBF来表示，等元器件可靠性程度的上下通常用失效率来表示，而设备可靠性多用可靠度、MTBF、有效度等指标来表示。压力是消费经过和科学实验中进展测量和控制的最根本参数之一，而对压力进展测量的并能把压力通过一定的规律转换成电信号的压力传感器就成为测量这一信号的重要元器件，它被广泛地应用在工业、石油、化工、生物医学、航海、航天、航空等领域的消

2、费和科研当中。传感器的可靠性是特别重要的，它直接关系着使用该的系统的性能，影响着消费和建立的质量和进展速度，甚至会带来严重的人身平安问题。在传感器的使用经过中，其可靠性概念可以作为无故障性，即作为保证按技术条件所要求的极限的使用指标的性能总合性。当变换详细物理量的传感器失效时，就可明白破坏其元件机械完好性以及输出测量参数偏向而导致整个安装此传感器的产品不能完成任务的组成事件。而在传感器的消费经过中，为了保证压力传感器对压力信号的测量、传递的准确性、稳定性及一致性，就必须对压力传感器的测试经过的可靠性进展分析。2压力传感器测试原理压力传感器包括利用压阻效应制造出来的压阻式压力传感器，利用压电效应

3、制造出来的压电式压力传感器、利用应变效应制造的应变式压力传感器等，本文仅以压阻式压力传感器为例，讲明其测试原理。压阻式压力传感器芯体如图1，R1，R2，R3，R4是4片电阻片，当受外力作用时，电阻片R1，R3亦受拉伸作用电阻增大，R2，R4电阻减小，这样外力F的作用使4个电阻片电阻值发生变化。传感器上的电阻R1，R2，B3，R4接成图2所示的直流桥路。cd两端接稳压电源E，ab两端为电桥电压输出端，输出电压为U0，如图2。式2就是电桥平衡条件。在传感器上贴的电阻片是一样的4片电阻片，在理想状态下，设其电阻值一样，即有R1=R2=R3=R4=R3所以传感器不受外力作用时，电桥知足平衡条件，a，b

4、两端输出的电压U0=0。当梁受到载荷F的作用，如图3所示，电桥不平衡，那么有从式6可知电桥输出的不平衡电压U0是和电阻的变化R成正比的，这就是不平衡电桥的工作原理。显然测量出的U0的大小可反映外力F的大小。此外由式6还可知，假设要获得较大的输出电压U0，可以采用较高的电源电压E，同时亦讲明电源电压不稳定将给测量结果带来误差。在实际的消费测试经过中，桥臂的4个电阻是不可能完全一样的，测试时所加的环境条件同样也会对传感器的输生产生影响。这样，在环境条件发生变化时，它们的增量R也是不完全一样的，最终导致测试的结果和理想的结果产生偏向。3压力传感器测试经过压力传感器的测试主要是指温度输出特性测试和压力

5、输出特性测试。温度输出特性测试主要是指压力传感器在不同的温度条件下对传感器输出的影响，主要是指零点温漂和灵敏度温漂；压力输出特性是指压力在传感器的同一环境条件下对不同压力所反映的输出特性，它主要是测量传感器的静态特性指标。压力传感器测量系统主要同由压力源、被测试压力传感器、测量电路和显示记录四局部组成，它们的关系如图4所示。待测的压力传感器在一定的环境条件上下温环境试验箱提供下，并由电源供电后，对压力源活塞式压力计或者数字压力控制器产生的信号进展测量，测量后产生的信号通过测量电路多通道数据收集器最终传输到显示设备计算机进展显示和记录。4压力传感器测试设备在测试经过中影响可靠性的因素压力传感器测

6、试经过的可靠性指标是随着设计的修改、使用条件的不同，以及工作经过中的性能退化而不断变化的。因此必须从多方面进展考虑。4.1规定使用的条件任何产品研制的时候都是根据规定的使用条件进展的。这个使用条件包括工作条件如功能形式、操纵方式、负载条件、工作能源、维护条件等和环境条件如温度、湿度、气压、振动等。同一种产品在不同的工作条件和环境条件下其可靠性是不同的。对压力传感器进展测试的设备也不例外。影响测试经过可靠性产生影响的环境条件一般包括以下几个：气候环境条件、机械环境条件、生物条件、化学条件、电与电磁条件、辐射条件、系统连接条件和人的因素等。这里主要考虑气候环境条件、化学条件和系统连接条件。其中气候

7、环境条件包含的因素有温度、湿度、气压、风、雨、霜冻和沙尘等。化学条件包含的因素有电源的不稳定性、传导线系统的干扰信号、来自电磁场的干扰及雷电、电晕和放电等。系统连接条件包含的因素有大系统内各功能单元之间的连接，一个系统或者一台设备与别的设备连接在一起使用。以上3个方面的因素对设备可靠性都有影响，但是各种因素对不同的设备影响的程度是不一样的。4.2使用的时间传感器测试设备的可靠性是时间的函数，随着时间的推移而不断降低，即使元器件经过挑选和整机经过老炼及维修，设备在偶尔失效区工作的情况下，这一段时间内的失效率是一个常数。但是，设备随时间的分布规律却符合图5所示的规律，即：使用的时间越长，测试设备的

8、可靠性就越低。4.3所能到达的功能所谓“功能就是产品的主要性能指标和技术要求。这是产品完成规定任务和作用的保证。所谓产品不可靠，就足性针对产品是否知足规定的性能指标和技术要求而言的。产品的性能指标和技术要求越高，允许变化的范围越小，产品要完成“规定功能的可能性就越小，那么产品的可靠性程度就越低。反之，产品的性能指标和技术要求越低，允许变化的范围越宽，产品可以完成“规定功能的可能性就越大，那么产品的可靠性程度就越高。对传感器的测试设备而言，其对传感器的测试精度要求越高，其可靠性程度相对就越低，但能过该测试设备测得的传感器的数据就越真实。反之，假如对压力传感器的测试精度要求越低，那么该设备的可靠性

9、程度就越高，但其对获得传感器的真实数据的影响就越大。还应十分指出的是，从测试设备使用的角度来看，在根本性能指标知足使用要求的前提下，设备最重要的指标是可靠性指标。假如设备不可靠，性能不稳定，经常坏，测试设备的最初性能再好也是没有实际意义的，更不用讲得到传感器的真实数据了。4.4可靠性分析假定在一定置信度值下，压力源的可靠度为R1t，环境提供设备的可靠度的为R2t，测量电路的可靠度为R3t，供电系统的可靠度为R4t，那么获得传感器真实数据的可靠度Rt必然和R1t，R2t，R3t，R4t有关，即Rt=fR1t，R2t，R3t，R4t7由式7和图4的测量系统可知Rt=K？R1t？R2t？R3t？R4

10、t8式中K为一系数，和各种设备的使用时间、使用条件亲密相关。现以使用我单位的传感器测试没备对压力传感器的测试为例：在其他测试条件一样的情况下，使用两台不同的环境设备分别对10台未补偿的压力传感器进展零点温度测试。两台烘箱的参数指标见表1，传感器的测试数据见表2。由表2数据说明，在其他条件完全一样的情况下，使用不同的温箱，所得到的测试结果是不一样的，而对我们来讲最重要是要确定哪组数据更可靠，是更接近传感器器性能的真实数据。由表1可知1#调温箱工作近两年，2#凋温箱工作已经超过十年，根据设备的可靠性随时间的分布规律，1号设备的可靠性要高于2#设备的可靠性。所以用1#设备测得的传感器数据更加可信。4

11、.5增加测试经过可靠性的措施加强对压力传感器测试设备的治理，定期检修和维护，在性能知足条件的根底上，进步设备的使用寿命。严格控制测试场所的温度、湿度、干净度等环境条件；缩短各道工序间的周转时间，进步传感器的测试效率。定期对各种检定设备进展检测和标定，保证测试设备性能知足对传感器测试的要求，进而保证所获得的测试数据的可靠性。坚持对传感器的测试数据进展汇总、计算和分析，找出测试经过中影响传感输出的因素，并加以解决，为进步传感器产品的质量打下坚实的根底。5结语本文在压力传感器可靠性的根底上，提出了压力传感器测试经过可靠性的概念，并对测试经过中影响压力传感器输出的各项因素进展了阐述，提出了增加传感器测试经过可靠性的措施，并为深化研究压力传感器提供一条新的思路。0