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压力传感器性能试验项目及方法

2022-02-18 0 编辑：平博·(pinnacle)官方网站 | 市场部

压力传感器性能试验项目包括：外观检查、尺寸和重量的检查、电气性能试验、静态性能试验、零点漂移、超负荷（过载）、稳定性试验、动态性能试验、影响量试验及寿命试验等 10 项内容，各项目对应的试验方法如下：

1、外观检查

1.1 检查项目

检查项目包括：

a）标志；

b）材料；

c）表面加工质量；

d）焊接件牢固性，电连接器接触可靠性。

1.2 检查方法

除详细规范有要求外，应使用下列方法之一进行外观检查：

a）用目测检查：

操编辑应具备正常视力和颜色分辨力，并选择在有利的观察距离和适当的照度下进行。

b）用放大镜检查：

如传感器详细规范中有规定时，可使用放大镜进行检查。

1.3 检查细节的规定

被试传感器外观检查的有关细节，应由传感器的详细规范规定。其中包括：

a）检查的特征参数；

b）检查的细节；

c）放大镜倍数（如果有规定）；

d）特征参数的规定值及判据；

e）与本标准试验方法的不同之处。

2、尺寸和重量的检查

2.1 检查项目

检查项目包括：

a）外形尺寸；

b）机械接口形式与尺寸；

c）重量。

2.2 检查方法

应使用下述适当量仪进行传感器的外形尺寸和重量检查：

a）卡尺、千分尺及千分表；

b）标准规、标准量仪；

c）具有适当线性放大倍数的投影仪；

d）测量显微镜、三坐标测量仪或精度与其相当的测量仪器；

e）天平。

2.3 检查细节的规定

被试传感器检查的有关细节，应由传感器的详细规范规定。其中包括：

a）检查的特征参数；

b）标准规、标准量仪细节（如适用）；

c）测量设备的型号及放大倍数；

d）特征参数的规定值及判据；

e）与本标准试验方法的不同之处。

3、电气性能试验

3.1 试验项目

试验项目包括：

a）输入阻抗；

b）输出阻抗；

c）负载阻抗；

d）绝缘电阻；

e）绝缘强度。

3.2 试验方法

用下述的适当量仪进行传感器的输入阻抗、输出阻抗、负载阻抗、绝缘电阻和绝缘强度的试验：

a）输入阻抗：

对于无源电路的传感器，在传感器输出端开路情况下，用数字万用表或相应仪表测量其输入端的阻抗。

b）输出阻抗：

传感器电路为无源电路时，在传感器输入端短路的情况下，用数字万用表或相应仪表测量其输出端的阻抗。

传感器电路为有源电路时，保持输入的压力值不变，分别测量传感器在输出端开路和接有 10kΩ 负载电阻下的输出电压，按式（1）计算输出阻抗值：

式中：

R₀———输出阻抗值，单位为千欧姆（kΩ）；

Y_KL———传感器输出端开路空载时，输出电压值，单位为伏特（V）；

Y_FL———传感器输出端接有 10kΩ 负载电阻时，输出电压值，单位为伏特（V）。

c）负载阻抗：

在被试传感器输入端施加激励电源、输出端接可变电阻器的情况下，逐步减小可变电阻器的阻值，直到传感器的输出值超过详细规范规定值时，可变电阻器指示的阻值即为传感器的负载阻抗。

d）绝缘电阻：

在被试传感器不施加激励电源条件下，用绝缘电阻测试仪或相应仪表给传感器施加规定的直流电压，测出传感器引出端与壳体之间的绝缘电阻（包括插头座和引出线）。

e）绝缘强度：

在被试传感器不施加激励电源条件下，用绝缘强度试验仪或相应仪表给传感器引出端与壳体之间施加 50Hz 的规定交流电压，在规定的时间内应无击穿或飞弧现象。

3.3 试验细节的规定

被试传感器试验的有关细节，应由传感器的详细规范规定。其中包括：

a）试验的特征参数；

b）试验用的仪器设备；

c）试验的环境条件；

d）特征参数的规定值及判据；

e）与本标准试验方法的不同之处。

4、静态性能试验

4.1 试验项目

试验项目包括：

a）零点输出；

b）满量程输出；

c）非线性；

d）迟滞；

e）重复性；

f）准确度；

g）灵敏度。

4.2 试验方法

4.2.1 试验原则

被试传感器在符合 4.1~4.7 规定条件下，给传感器施加不少于 3 次的预压，使被试传感器压力升到测量上限值，待压力稳定后降压，返回零点。然后在包括传感器测量上、下限的全量程范围内选择均匀分布的 6 个~11 个试验点进行，测量与输入压力点对应的传感器输出，并且重复 3 次或 3 次以上的升、降压校准循环。

通过上述试验获得的数据，按附录A的计算方法可确定下列静态性能指标。

4.2.2 零点输出（Y₀）

所加被测量为零时传感器的输出值为零点输出。

4.2.3 满量程输出（YF·S）

传感器测量上限输出值与测量下限输出值之差的绝对值（以理论特性直线的计算值为依据）为满量程输出值，按式（A.11）计算。

对于定点使用的非线性传感器，为传感器测量上、下限示值的平均值之差的绝对值，按式（A.12）计算。

对于非定点使用的非线性传感器及带刻度方程的线性传感器，为刻度方程上的上、下点输出值之差的绝对值，按式（A.13）计算。

4.2.4 非线性（ξ_L）

校准曲线与某一规定直线偏离的程度为非线性。

线性传感器的非线性（ξL），按式（A.14）计算。

非线性传感器，不计算非线性指标；对于已给刻度方程的传感器，要在数据处理后按式（A.14）计算拟合误差。对于非定点使用的非线性传感器，按式（A.15）计算刻度误差（ξK）。刻度误差的指标要求与非线性要求相同。

4.2.5 迟滞（ξ_H）

在规定的范围内，在同一试验点，用被测量值增加和减少时输出的差值绝对值计算的值为该测量点的迟滞，用所有测量点中最大的迟滞描述传感器的迟滞（ξH），按式（A.16）计算。

4.2.6 重复性（ξ_R）

在所有下述条件（相同测量方法、相同观测者、相同测量仪器、相同地点、相同使用条件和在短时期内的重复）下，对同一被测量进行多次连续测量所得结果之间的一致性为重复性（ξR），按式（A.17）~式（A.20）计算。

4.2.7 准确度（ξ）

被试传感器的测量结果与（约定）真值间的一致程度为准确度（ξ）。它取决于系统误差带与随机误差带的大小。准确度（ξ）按式（A.21）~式（A.28）计算。

4.2.8 灵敏度（s）

传感器输出量的增量与相应的输入量增量之比为灵敏度，按式（A.29）~式（A.31）计算。

对于非线性传感器则描述为平均灵敏度，为传感器满量程输出与量程上限和量程下限的差之比。

5、零点漂移（d_z）

5.1 试验方法

在规定的时间间隔及参比大气条件下，零点输出的变化为零点漂移。

传感器通电预热到规定时间（min）后，读取零点输出值；然后每隔规定时间（min）记录一次零点示值，从开始记录起连续进行的时间不应少于 2h。零点漂移按式（A.32）计算。

5.2 试验细节的规定

被试传感器试验的有关细节，应由传感器的详细规范规定。其中包括：

a）试验的特征参数；

b）试验设备及量仪型号；

c）试验的环境条件；

d）特征参数的规定值及判据；

e）与本标准试验方法的不同之处。

6、超负荷（过载）

6.1 试验方法

在规定允差范围内，能够加在传感器上不致引起性能永久性变化的压力的最大值为超负荷。

对传感器施加规定的测量上限（%）的超负荷压力信号，保持规定时间（min）后卸载，按规定时间（min）予以恢复；然后按 4 的规定进行静态性能试验。传感器的性能指标值应符合静态性能各项指标的规定值。

6.2 试验细节的规定

被试传感器试验的有关细节，应由传感器的详细规范规定。其中包括：

a）试验的特征参数；

b）试验设备及量仪型号；

c）试验的环境条件；

d）特征参数的规定值及判据；

e）与本标准试验方法的不同之处。

7、稳定性试验

7.1 试验项目

试验项目包括：

a）零点稳定性；

b）满量程输出稳定性。

7.2 试验方法

7.2.1 试验原则

在规定的稳定性检定周期内，传感器每月至少连续通电4h一次，并进行3次或3次以上的校准循环，方可确定下述稳定性指标。

7.2.2 零点稳定性（r_z）

在规定的期间（月）内，零点输出值的最大差值对满量程输出的百分比为零点稳定性，按式（A.33）计算。

7.2.3 满量程输出稳定性（r_s）

在规定的期间（月）内，满量程输出值的最大差值对满量程输出的百分比为满量程稳定性，按式（A.34）计算。

7.3 试验细节的规定

被试传感器试验的有关细节，应由传感器的详细规范规定。其中包括：

a）试验的特征参数；

b）试验设备及量仪的型号；

c）试验的环境条件；

d）特征参数的规定值及判据；

e）与本标准试验方法的不同之处。

8、动态性能试验

8.1 试验项目

试验项目包括：

a）频率响应；

b）谐振频率；

c）自振频率（亦称振铃频率）；

d）阻尼比；

e）上升时间；

f）时间常数；

g）过冲量。

8.2 试验方法

传感器的动态性能参数应使用下列方法之一进行动态性能试验：

a）瞬态激励法：

将传感器与激波管或快速开启阀相连接，对于负压传感器可用爆破膜片发生器产生一个负的阶跃压力信号，上述阶跃压力的上升时间应是传感器上升时间的 1/3 或更短。

当激励装置产生一个阶跃压力信号时，用瞬态记录仪记录传感器的响应波形；然后对其进行分析，以确定动态特性的各参数。

b）正弦激励法：

用正弦压力发生器直接测得传感器的频率响应。如果传感器本身的谐振频率在正弦压力发生器的频率范围之内，还可得到传感器的谐振频率、阻尼比和响应时间等。

采用正弦激励法时，应在正弦压力发生器上安装标准传感器，其动态性能指标要高于被测传感器动态性能指标的5倍。

通过上述试验方法，可确定下列动态特性参数。

8.3 动态性能参数

8.3.1 频率响应

在规定的频率范围内，对加在传感器上的正弦变化的被测量来说，输出量与被测量振幅之比及输出量和被测量之间相差随频率的变化为频率响应。表示为：从零至（Hz）时，幅值误差不大于%；相位偏差不大于。对于压电类动态压力传感器，应表示为：从近零的（Hz）至（Hz）时，幅值误差不大于%；相位偏差不大于。

频率响应应以在规定的频率范围内的频率和某一规定的被测量为基准。

8.3.2 谐振频率

传感器具有最大输出幅值的被测量频率为谐振频率。表示为：（Hz 或 kHz）。

8.3.3 自振频率（亦称振铃频率）

当被测量（压力）为阶跃变化时，在传感器输出中瞬时出现的自由振荡频率为自振频率。表示为：（Hz 或 kHz）。

8.3.4 阻尼比

实际阻尼系数与临界阻尼所对应的阻尼系数之比为阻尼比。表示为：临界阻尼的（%）。

8.3.5 上升时间

由于被测量（压力）的阶跃变化，传感器输出从规定最终值一个小的百分率上升到一个大的规定百分率的时间，为上升时间。表示为：对传感器施加压力（MPa）的阶跃压力信号时输出从10%上升至90%的时间（ms 或 μs）。

8.3.6时间常数

由于被测量（压力）的阶跃变化，传感器输出由施加上阶跃压力的一刻起至上升到最终值的 63% 时所需要的时间为时间常数。对传感器施加（MPa）的阶跃压力信号，从施加上阶跃压力的一刻起至传感器输出上升到最终值的 63% 时所需要的时间表示为（ms 或 μs）。

8.3.7 过冲量

对传感器施加阶跃压力信号后，其输出超过稳定值的最大值为过冲量。

8.4 试验细节的规定

被试传感器试验的有关细节，应由传感器的详细规范规定。其中包括：

a）试验的特征参数；

b）试验设备及量仪的型号；

c）试验的环境条件；

d）特征参数的规定值及判据；

e）与本标准试验方法的不同之处。

9、影响量试验

9.1 试验项目

试验项目包括：

a）温度影响；

b）振动影响；

c）冲击影响；

d）加速度影响；

e）湿热影响；

f）外磁场影响；

g）气密性影响；

h）盐雾影响；

i）热辐射影响；

j）低气压影响；

k）低温/低气压综合影响；

l）高温/低气压综合影响；

m）低温/低气压/湿热综合影响；

n）沙尘影响；

o）噪声影响。

9.2 试验方法

9.2.1 温度影响试验

传感器的温度影响试验应按 GB/T 2423.1-2008 试验 Ab 和 GB/T 2423.2-2008 试验 Bb 的规定进行。

试验时，首先记录环境温度，在一般试验大气条件下进行3次上、下限校准循环，测其在一般试验大气条件下的零点输出平均值及满量程输出平均值；也可将传感器置于箱内温度与环境温度一致的合适的高低温试验箱内进行检测。然后，将传感器置于合适的高低温试验箱内，在一定的温度（至少是工作温区的上、下限）下经过规定时间的充分热稳定之后，记录其温度值并进行一次测量上、下限校准循环（只测一次循环），返回到开始前的同一温度值，再测一次零点输出值及满量程输出值（允许只测一次）。

最后按要求计算热零点漂移（α）、热满量程输出漂移（β）、热零点滞后（αH）和热满量程输出滞后（βH）。试验结果应符合传感器详细规范规定的要求。

9.2.2 振动影响试验

传感器的振动影响试验应按 GB/T 2423.10-2008 的规定进行。

试验时，将传感器安装在振动试验台上，按规定的频率和振幅（或加速度），沿规定的方向振动。记录传感器振动前和振动过程中的零点输出信号，并振动对零点的影响。振动试验后按 4 进行静态性能试验，试验结果应符合传感器详细规范规定的要求。

9.2.3 冲击影响试验

传感器的冲击影响试验应按 GB/T 2423.5-1995 的规定进行。

将传感器安装在冲击试验台上，按规定的加速度和轴向进行冲击，达到规定的冲击次数后，按 4 进行静态性能试验，试验结果应符合传感器详细规范规定的要求。

9.2.4加速度影响试验

传感器的加速度影响试验应按 GB/T 2423.15-2008 的规定进行。

将传感器安装在离心试验机上，在规定的方向上施加规定的加速度，记录传感器加速前和加速过程中的零点输出信号，并计算加速度对零点的影响。加速度试验后，按4进行静态性能试验，试验结果应符合传感器详细规范规定的要求。

9.2.5 湿热影响试验

传感器的湿热影响试验应按 GB/T 2423.3-2006 的规定进行。

将被试传感器放置在恒温恒湿试验箱内，施加规定的温度（40℃±2℃）和湿度（93%RH±3%RH），保持规定的时间（48h）后，将传感器取出放到一般试验大气条件环境中，在10min内测量传感器的绝缘电阻，并按 4 进行静态性能试验，试验结果应符合传感器详细规范规定的要求。

9.2.6 外磁场影响试验

将传感器放置在电磁场干扰试验台中，使磁场方向对准传感器第一坐标轴向（Y轴向）。首先，对传感器施加（50%~70%）量程的压力信号，记录传感器输出值，然后施加磁场强度为 400A/M（均方根）的磁场信号，调整移相器（0°~360°）观察传感器的输出变化，并计算外磁场对传感器的输出值的影响，试验结果应符合传感器详细规范规定的要求。

9.2.7 气密性影响试验

按被试传感器型式的不同，使用下列方法之一进行气密性影响试验：

a）绝压和密封参考压力传感器：

将被试传感器置于真空箱内，接上测试记录仪器。当真空度达到规定值并保持恒定时，记下传感器的零点输出。在此状态下，保持规定时间，再记下零点输出，其零点输出变化所引起的误差应符合传感器详细规范规定的要求。

b）单向和双向差压传感器：

将传感器的"高"、"低"压两端并接与标准气压表相连组合后再通过一个真空阀门与真空泵连接组成系统，并将整个系统抽空到规定的压力值，关闭真空阀门切断真空源。在规定的时间内，观察标准气压表压力示值，其变化量应不超过规定值（Pa）。亦可将真空泵和真空阀换成一正压力源，向传感器"高"、"低"压腔加压至规定值，并将传感器侵入液体介质（如水）中，在规定的时间内不应有可见的气泡逸出。

c）真空氦质谱检漏：

将传感器感压腔室与氦质谱检漏仪检测口相连，直接检测传感器感压腔的泄漏率，其值应符合传感器详细规范规定的要求。

9.2.8 盐雾影响试验

传感器的盐雾影响试验应按 GB/T 2423.17-2008 的规定进行。

经本试验后，不进行电气试验。试验后，经蒸馏水洗净并经过干燥后进行传感器外观检查（要特别注意龟裂、起皮和暴露处的麻点），传感器详细规范有要求时，还可进行相应的规定试验，以评定本试验对传感器性能的影响，试验结果应符合传感器详细规范规定的要求。

9.2.9 热辐射影响试验

传感器的热辐射影响试验应按 GB/T 2423.24-2013 的规定进行。