石英谐振式称重传感器可靠性试验数据分析.pdfVIP

石英谐振式称重传感器可靠性试验数据分析 梅史华，赵福星 北京靛空工程掖术研究中。 北京审9203信箱，北京100076 wenhuamfiinsina、coIlI 摘饕：石其谐振式称霪祷惑器是一神新堑鹄数字式铸瞎器。文献t13通过对该种转感器磺稍和生产串的可 靠牲试验，找到彳传感器胡样麴系统拣薄弱琢节，并进过对佳感器的缱构进舒改进，溃除了系统性薄弱垮 节．使传感器的可靠性水平得以提高。本文根据文献[I]提供的可靠性试验数据避行分析，指出文[1]中可 模型幂粒台王程实际。 关键词：石英谐搬器，力传藤器，可靠性增长。雾台间型产品，AMSAA—BISE模型，G／B／Z77 { 石英谐缀式称羹传感器酶胃靠黻试验 石英谐振式称蓬传感器疑膏体积，j、、线毪好、滞惫低、功耗小、数字量输出易于单片” 枧处理等佐点，褥到了广泛农用。图l艨示为石英谐攘式猿重药感器豹冁理筠躅，它利用 石英的正、逆压电效应产生稳定触谐振频率，而这个谐振频率对外加力是敏感的，当选定 了谐振器骺，其频率变化量与外加力n成正比。 黼l石葵谐振武稼嚣赞躲器鞭理黼 澍i3个磊荚游振式髂黎传感嚣进行耀靠牲试验，旅掇鼢应力隽转感器瓣工律寝力。售 感器的使用应力应当是豳I中P，所承的方向。传感器能够测量的也是B。但是，在实际使 用中不可避免地出现P。。因此，在试验中选择的应力是P，和P。的合力P。在试验中，选择 P，=2kgf，P,--6kgf． 失效数与对瘟静失效时游如下表所示。 失效鼗 l 2 3 4 5 l失效时漓≤次) 40505670648072908100 对传惑器进行解葡，发现在相同韵试骏应力作鞠下，5只传感器的失效部侮均为圜i所 示韵A楚，失效模式淘袭琉为辩着与金属壳体相连接疑静细微鹃浅裂绞，说稿这种失散属 于系统性失效·势糖失散愿嚣为：骥冀懿舴爆是攥证簇冀巾心举发臻承平方囊戆位移，毽 ，·l麓l· 是当传感器受到图l所示的应力时，水平方向的应力P。会使膜片中心处的法线产生一个转 角，这样水平方向的作用力P。会以弯矩的形式传递到石英谐振器上，并且使谐振器与金属 壳体相连接的A处产生水平方向的位移，由于石英材料的抗拉强度不大，是抗压强度的 1／24，因此，在水平方向力P，的作用下，谐振器会产生微裂纹。 根据上述分析可知，只要设法减少水平方向力P。对谐振器的影响，就可以消除这一系 统性薄弱环节。采取的纠正措施是采用双膜片结构，如图2所示，这种结构具有很好的抗 水平力的能力。在水平方向力的作用下，虽然每个膜片中心的法线都可能产生转角，但是 两层膜片的中心的水平位置不会发生变化，使得连接这两个中心的法线不会产生转角，因 此谐振器与金属外壳的连接处不会产生水平方向的位移，这就使水平方向的力P。被双膜片 的作用力所抵消。从理论上讲，双膜片传感器的两层膜片间的距离越大，抵消水平方向力 的效果越明显。但是考虑到结构尺寸的限制，膜片间的距离不能太大。 图2改进结构后的石英谐振式称羹传感器 对采取改进措施后的20个传感器进行可靠性试验。试验应力如前所述，采取时间截尾， 有效的，传感器的可靠性得到了大幅度提高． 2可靠性试验数据分析 2 1对改进前称重传感器可靠性试验数据的分析 文献[1]将对改进前的称重传感器进行的可靠性试验理解为可靠性增长试验，并且试图 性增长趋势检验。文献[1]中的方法从概念上说是错误的，实际上，改进前进行的试验不是 可靠性增长试验，而是可靠性测定试验。 改进前的可靠性试验，有13台样品受试，采用失效截尾方式，第一次失效发生在4050 随后4台样品相继失效，失效时间相隔810左右，从失效时间分布趋势来看，如果不采取 失效截尾方式，由于产品存在设计缺陷，其他样品都会陆续失效。而且不难看出，失效时 间不服从指数分布规律，基本服从Weibull分布。对分布参数进行估计，得到传感器的寿 命约为10600次。 2 2对改进后称重传感器可靠性试验数据的分析 文献[1]将对改进后的称重传感器进行的可靠性试验