1 引言
可靠性是指產(chǎn)品在規(guī)定條件下和規(guī)定時(shí)間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力。可靠性是對(duì)一種產(chǎn)品投入使用時(shí)無(wú)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(shí)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(lái)表示，傳感器等元器件可靠性水平的高低通常用失效率來(lái)表示，而設(shè)備可靠性多用可靠度、MTBF、有效度等指標(biāo)來(lái)表示。
壓力是生產(chǎn)過(guò)程和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行測(cè)量和控制的最基本參數(shù)之一，而對(duì)壓力進(jìn)行測(cè)量的并能把壓力通過(guò)一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的壓力傳感器就成為測(cè)量這一信號(hào)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)?lái)嚴(yán)重的人身安全問(wèn)題。在傳感器的使用過(guò)程中，其可靠性概念可以作為無(wú)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(shí)，就可明白破壞其元件機(jī)械完整性以及輸出測(cè)量參數(shù)偏差而導(dǎo)致整個(gè)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(guò)程中，為了保證壓力傳感器對(duì)壓力信號(hào)的測(cè)量、傳遞的精確性、穩(wěn)定性及一致性，就必須對(duì)壓力傳感器的測(cè)試過(guò)程的可靠性進(jìn)行分析。
2 壓力傳感器測(cè)試原理
壓力傳感器包括利用壓阻效應(yīng)制造出來(lái)的壓阻式壓力傳感器，利用壓電效應(yīng)制造出來(lái)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(shuō)明其測(cè)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(shí)，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(gè)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(shí)，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(cè)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(shí)亦說(shuō)明電源電壓不穩(wěn)定將給測(cè)量結(jié)果帶來(lái)誤差。在實(shí)際的生產(chǎn)測(cè)試過(guò)程中，橋臂的4個(gè)電阻是不可能完全相同的，測(cè)試時(shí)所加的環(huán)境條件同樣也會(huì)對(duì)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(shí)，它們的增量△R也是不完全相同的，最終導(dǎo)致測(cè)試的結(jié)果和理想的結(jié)果產(chǎn)生偏差。
3 壓力傳感器測(cè)試過(guò)程
壓力傳感器的測(cè)試主要是指溫度輸出特性測(cè)試和壓力輸出特性測(cè)試。溫度輸出特性測(cè)試主要是指壓力傳感器在不同的溫度條件下對(duì)傳感器輸出的影響，主要是指零點(diǎn)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(duì)不同壓力所反映的輸出特性，它主要是測(cè)量傳感器的靜態(tài)特性指標(biāo)。
壓力傳感器測(cè)量系統(tǒng)主要同由壓力源、被測(cè)試壓力傳感器、測(cè)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(cè)的壓力傳感器在一定的環(huán)境條件(高低溫環(huán)境試驗(yàn)箱提供)下，并由電源供電后，對(duì)壓力源(活塞式壓力計(jì)或數(shù)字壓力控制器)產(chǎn)生的信號(hào)進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量后產(chǎn)生的信號(hào)通過(guò)測(cè)量電路(多通道數(shù)據(jù)采集器)最終傳輸?shù)斤@示設(shè)備(計(jì)算機(jī))進(jìn)行顯示和記錄。
