1 引言
可靠性是指產(chǎn)品在規(guī)定條件下和規(guī)定時間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力。可靠性是對一種產(chǎn)品投入使用時無故障工作能力的度量。產(chǎn)品可靠性的高低是表示產(chǎn)品在規(guī)定條件下、規(guī)定時間內(nèi)，完成規(guī)定功能可能性的大小。可靠性通常采用可靠度、失效率及MTBF來表示，傳感器等元器件可靠性水平的高低通常用失效率來表示，而設(shè)備可靠性多用可靠度、MTBF、有效度等指標(biāo)來表示。
壓力是生產(chǎn)過程和科學(xué)實驗中進(jìn)行測量和控制的最基本參數(shù)之一，而對壓力進(jìn)行測量的并能把壓力通過一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成電信號的壓力傳感器就成為測量這一信號的重要元器件，它被廣泛地應(yīng)用在工業(yè)、石油、化工、生物醫(yī)學(xué)、航海、航天、航空等領(lǐng)域的生產(chǎn)和科研當(dāng)中。傳感器的可靠性是十分重要的，它直接關(guān)系著使用該傳感器的系統(tǒng)的性能，影響著生產(chǎn)和建設(shè)的質(zhì)量和進(jìn)展速度，甚至?xí)韲?yán)重的人身安全問題。在傳感器的使用過程中，其可靠性概念可以作為無故障性，即作為保證按技術(shù)條件所要求的極限的使用指標(biāo)的性能總合性。當(dāng)變換具體物理量的傳感器失效時，就可明白破壞其元件機械完整性以及輸出測量參數(shù)偏差而導(dǎo)致整個安裝此傳感器的產(chǎn)品不能完成任務(wù)的組成事件。而在傳感器的生產(chǎn)過程中，為了保證壓力傳感器對壓力信號的測量、傳遞的精確性、穩(wěn)定性及一致性，就必須對壓力傳感器的測試過程的可靠性進(jìn)行分析。
2 壓力傳感器測試原理
壓力傳感器包括利用壓阻效應(yīng)制造出來的壓阻式壓力傳感器，利用壓電效應(yīng)制造出來的壓電式壓力傳感器、利用應(yīng)變效應(yīng)制造的應(yīng)變式壓力傳感器等，本文僅以壓阻式壓力傳感器為例，說明其測試原理。
壓阻式壓力傳感器芯體如圖1，R1，R2，R3，R4是4片電阻片，當(dāng)受外力作用時，電阻片R1，R3亦受拉伸作用電阻增大，R2，R4電阻減小，這樣外力F的作用使4個電阻片電阻值發(fā)生變化。傳感器上的電阻R1，R2，B3，R4接成圖2所示的直流橋路。cd兩端接穩(wěn)壓電源E，ab兩端為電橋電壓輸出端，輸出電壓為U0，如圖2。
式(2)就是電橋平衡條件。在傳感器上貼的電阻片是相同的4片電阻片，在理想狀態(tài)下，設(shè)其電阻值相同，即有
R1=R2=R3=R4=R (3)
所以傳感器不受外力作用時，電橋滿足平衡條件，a，b兩端輸出的電壓U0=0。當(dāng)梁受到載荷F的作用，如圖3所示，電橋不平衡，則有
從式(6)可知電橋輸出的不平衡電壓U0是和電阻的變化△R成正比的，這就是不平衡電橋的工作原理。顯然測量出的U0的大小可反映外力F的大小。此外由式(6)還可知，若要獲得較大的輸出電壓U0，可以采用較高的電源電壓E，同時亦說明電源電壓不穩(wěn)定將給測量結(jié)果帶來誤差。在實際的生產(chǎn)測試過程中，橋臂的4個電阻是不可能完全相同的，測試時所加的環(huán)境條件同樣也會對傳感器的輸出產(chǎn)生影響。這樣，在環(huán)境條件發(fā)生變化時，它們的增量△R也是不完全相同的，最終導(dǎo)致測試的結(jié)果和理想的結(jié)果產(chǎn)生偏差。
3 壓力傳感器測試過程
壓力傳感器的測試主要是指溫度輸出特性測試和壓力輸出特性測試。溫度輸出特性測試主要是指壓力傳感器在不同的溫度條件下對傳感器輸出的影響，主要是指零點溫漂和靈敏度溫漂;壓力輸出特性是指壓力在傳感器的同一環(huán)境條件下對不同壓力所反映的輸出特性，它主要是測量傳感器的靜態(tài)特性指標(biāo)。
壓力傳感器測量系統(tǒng)主要同由壓力源、被測試壓力傳感器、測量電路和顯示記錄四部分組成，它們的關(guān)系如圖4所示。
待測的壓力傳感器在一定的環(huán)境條件(高低溫環(huán)境試驗箱提供)下，并由電源供電后，對壓力源(活塞式壓力計或數(shù)字壓力控制器)產(chǎn)生的信號進(jìn)行測量，測量后產(chǎn)生的信號通過測量電路(多通道數(shù)據(jù)采集器)最終傳輸?shù)斤@示設(shè)備(計算機)進(jìn)行顯示和記錄。
