传感器可靠性:传感器可靠性测试方法有哪些

2021/11/07 10:05 · 传感器知识资讯 ·  · 传感器可靠性:传感器可靠性测试方法有哪些已关闭评论
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传感器可靠性:传感器可靠性测试方法有哪些原标题:传感器可靠性测试方法有哪些传感器的寿命与可靠性由于受电极结构、电解质材料及生产工艺的影响,电化学式传感器的可靠性偏低,满足不了使用要求,为客观反映电化学式传感器保持其性能指标的能力,分析和评价电化学式传感器的可靠性,建立传感器可靠度随时间变化规律模型及特征参数间关系就具有重要意义。做

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传感器可靠性:传感器可靠性测试方法有哪些

原标题:传感器可靠性测试方法有哪些

传感器的寿命与可靠性

由于受电极结构、电解质材料及生产工艺的影响,电化学式传感器的可靠性偏低,满足不了使用要求,为客观反映电化学式传感器保持其性能指标的能力,分析和评价电化学式传感器的可靠性,建立传感器可靠度随时间变化规律模型及特征参数间关系就具有重要意义。

做法之一就是从同批产品中随机抽样,先进行使用寿命试验,再根据试验数据进行寿命分布模型统计推断和失效分析。失效分析的主要指标是灵敏度、测量范围和测量精度。按企业标准规定,传感器测量精度<±百分之1时,灵敏度变化及测量范围的变化都能由测量精度反映出来。所以寿命试验中的检测参数确定为测量精度,若传感器的测量精度超出±百分之1,即判为该传感器失效。 传感器的可靠性是指元器件、装置在规定的时间内,规定的条件下,具有规定功能的概率。可靠性的经典定义着重强调四个方面: .概率:元器件、装置特性变化具有随机性,只能根据大量实验和实际应用进行统计分析。 (概率表示一个事件发生的可能性) .性能要求:即指技术判据。性能变化是绝对的,关键是允许变化范围大小。 .使用条件:包括环境条件(如温度、湿度、振动、冲击等)和工作状态(如负载的轻重) 时间:器件在一小时内保持规定性能当然比在10年内保持同样性能容易改变的多。其它条件不变,时间愈长则可靠性越低。返回搜狐,查看更多 责任编辑:

传感器可靠性:传感器闲谈(传感器性能)

在前面几篇闲谈中,我们讨论了传感器发展的历史以及借助《鬼吹灯》的摸金小组初步讨论了传感器与工作最终效果的关系。那么我们这一节就来系统的介绍一下传感器的性能。
歪歪小白:传感器闲谈(传感器的历史)歪歪小白:传感器闲谈(传感器基础)歪歪小白:透过《鬼吹灯》看传感器性能
“横看成岭侧成峰,远近高低各不同”,传感器作为一个小小的元器件,也有很多不同的特性需要描述,这些特性可以归为三大类:
传感器的性能基本性能
传感器的基本性能包括:量程、精度、可靠性和稳定性等。
1)量程
量程,也叫测量范围,是传感器可以测量的有效范围,一般是一个具有上、下界的区间。传感器在量程内可以按照给定的性能指标正常工作。如果输入量超过了这个范围或者不足这个范围,传感器的输出就可能出现异常。
例:体温计的量程一般在35~42摄氏度,体重秤的量程一般在0~100kg等。
2)精度
精度是反应实际测量结果与本测量真实值之间的接近程度的综合性技术指标。精度,也称精确度,包括精密度(precision)和准确定(accuracy)两个方面的含义,反映随机误差与系统误差对测量结果的综合影响程度。
精度的测量和标定是传感器和检测仪器最终的指标之一,如何对误差进行标定是传感器和检测系统设计中的一项重要工作,我们后面也会进行针对性的介绍。
精密度和准确度的示意图
3)可靠性和稳定性
稳定性是值砸死规定工作条件下,在规定时间内测量装置的性能保持不变的能力。如某种传感器的稳定性可表示为,0.25mV/24h, 指的是在保持输入不变的情况下24小时的输出变化不超过0.25mV。
可靠性是值在保持使用环境和运行指标不超过极限的情况下,传感器性能不变的能力。电子元器件在出厂时都会标注工作条件,如工作温度、湿度、大气压力等,在满足这些条件的前提下无故障工作的平均时间或次数可分别用MTBF(Mean time between failure)和故障率来表示。在一些特殊的应用场景下,可靠性和稳定性是需要特别注意的指标。比如发射卫星通常花费颇高,而且卫星上面的传感器也不易维护,所以这里面的传感器的可靠性特别重要。这时,除了要提高单体元器件的可靠性外,还需要采用冗余设计方法。
静态性能
传感器的静态特性指的是对静态输入信号,传感器的输出量和输入量的关系。因为不考虑响应时间,所以可以用一个不含时间t的方程表示,这种方程我们称为传感器的静态模型。在讨论静态性能时,我们可以假设被测量是稳定的、不变的,比如测量体温时,我们可以假设体温是不变的。当然,实际情况是一切都在变化中,如果我们需要测量快速变化的量,就需要传感器的动态响应快,所以传感器除了考虑静态性能外还需要考虑动态性能。
1)静态模型
传感器的输入-输出关系可以多项式方程表示,如:
(1)
其中,x为被测量输入量,y为传感器的输出量,C为常量。实际情况下,式(1)中的高次项参数往往不为0,也就意味着传感器的输入-输出是非线性的。(可增加实例)
但是,在现实使用中,我们往往希望传感器的输入-输出是成线性关系的,也就是:
(2)
其中,C0有被称为零点,代表着输入x为0的时候,传感器的输出值,有的场合也被称为偏移量。一般可以通过一些调零或迁移的方法去除零点的影响。比如,我们在买蔬菜水果的时候仔细观察,那些数字秤上有个“去壳”或“调零”的设置,那就是为了去除偏移量的影响。
除了零点外,传感器的静态性能主要有线性度、灵敏度、分辨力和迟滞等。下面我们来逐个介绍:
2)灵敏度sensitivity
式(2)中,C1有时也被记为K,代表着这条直线的斜率。在表示传感器性能时,K又被称为灵敏度。我们知道k越大,x的变化将引起更大的y变化,也就是传感器对输入的变化更敏感。在x,y同量纲时,k也可以被称为放大倍数。很多传感器的后续电路中都含有放大器部分,这些放大器的作用就是不仅将输入量y放大到更有利于处理的电压水平,也有利于提高整个系统的测量灵敏度。
不同灵敏度的输入-输出情况。显然,灵敏度高的检测系统(红线)对被测量的变化更敏感,但是也要注意更高的灵敏度也意味着更容易被噪声所干扰。
3)分辨力resolution
分辨力是表征传感器在工作量程内能够有效分辨的最小被测量或者可以估计或输出的最小系细分数,有的地方也有分辨率来表示。分辨率一般为仪器仪表最小分度值的 。比如:
常见的文具直尺,最小刻度为1mm,但是我们在度数时可以根据被测物体更接近那个刻度线来估计读出0.5mm的估计量。所以这个尺子的分辨力为0.5mm。一种简单的游标卡尺,最小刻度为0.05mm,但是我们同样可以估计读出刻度的一半,所以其分辨力为0.025mm。
在带有数字显示的系统中,其分辨率时指当显示的最小有效数字增加一个数字时,对应输入被测量的变化值。所以,一般来说,数字仪表能够稳定显示的位数越多,他的分辨率也就越高。
在这里一定要注意和灵敏度以及精度之间的区别。三者的区别可以简单归纳为:
精度:真实值和测量值之间的区别,是测量过程中的多种方面造成的。灵敏度:又可以理解为放大倍数,是单位输入量变化时,对应输出量变化的幅度。分辨力:是能够检测出的输入量的最小的变化值。
4)迟滞
又称回差(Hysteresis),是表征在相同工作条件下,传感器的正向和反向行程间输入-输出特性不一致的程度。迟滞出现的主要原因包括传感器机械部分存在的缺陷,如轴承摩擦、间隙、紧固件松动等。
迟滞现象
迟滞的大小可以用百分比来表示:

其中 为最大的正、反行程的最大差值, 为满量程输出。
5)线性度
线性度,又称为“直线性”。上面我们提到,实际情况下,传感器的输入-输出函数是非线性的。然而,非线性不利于有效测量,而且后期的数据处理也相对复杂。所以,我们在选择传感器的制备原理时,往往选择那些输入-输出可以做到基本线性的器件。比如,基于飞行时间原理(TOF)的激光雷达测距,就是通过记录光的传播时间来测量目标物的距离,有d=v·t,v就是光速。这就从原理上保证了这种类型的测量的线性度。
但是,多数情况下,即使我们尽可能努力的去挑选输入-输出可能呈线性的元器件去进行传感,结果往往也不能尽如人意。所以,需要用线性度指标去衡量一个传感器或检测系统与拟合直线式(2)的接近程度。与线性度对应的指标有两个,分别是 (为校准直线和拟合直线的最大偏差)以及 偏差程度。两者之间的关系如下:
(式4)
那么,现在又出现了一个新的问题,小伙伴们发现了吗?
那就是标定曲线,也就是实际测量得到的曲线,我们可以通过实际测量得到,但是参考曲线怎么得到呢?随便用尺子画一条?当然不能,这条参考曲线需要科学的计算方法。很多小伙伴们可能想到了,最小二乘法!确实,最小二乘法确实可以作为一个确定方法,除了最小二乘法外,还有理论线性度及平均选点线性度等,我们在后面的标定章节会来介绍。

传感器可靠性:借助智能传感器获得更高的过程可靠性

在线分析测量系统在整个酿造过程中都极有价值,可用来监测产品质量、溶解气体含量、水到啤酒相变等。 要实现可靠操作,测量传感器必须处于良好状态,但是很难确定何时需要维护或校准。 带有内置智能功能的先进过程分析系统解决了这一问题。
智能传感器管理(ISM?)是梅特勒-托利多用于过程分析测量系统的数字技术平台。 通过ISM可以持续评估传感器的“运行状况”。 此外,传感器操作更轻松,而且可延长过程正常运行的时间。
ISM诊断工具包括:
动态使用寿命指示器——传感器可靠运行的剩余天数自适应校准计时器——距离下次校准的天数维护时间——距离下次维护的天数CIP/SIP计数器——传感器经历的CIP/SIP周期次数
通过我们的新白皮书,了解智能测量解决方案如何实现以下功能:
预测和显示自身维护时间提高生产效率确保啤酒厂设备正常运行降低传感器使用寿命成本提升过程可靠性提高产品质量确保快速简单启动传感器可靠性:传感器可靠性测试方法有哪些  第2张

传感器可靠性:压力传感器的可靠性分析

压力是生产过程和科学实验中进行测量和控制的最基本参数之一,而对压力进行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、航空等领域的生产和科研当中。压力传感器的可靠性是十分重要的,它直接关系着使用该传感器的系统的性能,影响着生产和建设的质量和进展速度,甚至会带来严重的人身安全问题。
沧正压力传感器CAZF-LY51A
在压力传感器的使用过程中,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。当变换具体物理量的传感器失效时,就可明白破坏其元件机械完整性以及输出测量参数偏差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。
而在压力传感器的生产过程中,为了保证压力传感器对压力信号的测量、传递的精确性、稳定性及一致性,就必须对压力传感器的测试过程的可靠性进行分析。
压力传感器的可靠性是指产品在规定条件下和规定时间内,完成规定功能的能力。可靠性是对一种产品投入使用时无故障工作能力的度量。产品可靠性的高低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,传感器等元器件可靠性水平的高低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。

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