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影響長期穩(wěn)定性的因素

諸如溫度和機(jī)械應(yīng)力等因素對(duì)壓力傳感器的長期穩(wěn)定性有負(fù)面影響。而生產(chǎn)過程中的不斷測(cè)試則會(huì)將影響降低。

生產(chǎn)廠家通常會(huì)在產(chǎn)品資料里強(qiáng)調(diào)他們的壓力傳感器的長期穩(wěn)定性能。這些產(chǎn)品資料中所給出的值是在實(shí)驗(yàn)室條件下得出的，例如，小于滿量程0.1%的長期穩(wěn)定性指的是壓力傳感器在一年的使用周期里總誤差下降不超過量程的百分之0.1。壓力傳感器通常需要一段時(shí)間才會(huì)“穩(wěn)定”。正如前面提到的，零點(diǎn)和靈敏度(輸出信號(hào))是這里的主要因素。用戶通常會(huì)注意到零點(diǎn)的漂移，因?yàn)樗鼈兒苋菀鬃R(shí)別并進(jìn)行調(diào)整。

如何優(yōu)化長期穩(wěn)定性

為達(dá)到較好的長期穩(wěn)定性，這意味著在產(chǎn)品生命周期中只能出現(xiàn)小的漂移，核心元件必須是準(zhǔn)確的:傳感器芯片。高質(zhì)的壓力傳感器是長期穩(wěn)定性能保證。以壓阻式壓力傳感器為例，是使用基于惠斯頓電橋的硅芯片實(shí)現(xiàn)的。穩(wěn)定的壓力傳感器需要在生產(chǎn)過程一開始就打下好的基礎(chǔ)。因此，硅芯片對(duì)性能長期穩(wěn)定的壓力傳感器的生產(chǎn)至關(guān)重要。

傳感器的組裝也是起到?jīng)Q定性作用的。硅芯片被灌膠到殼體里。由于溫度和其他因素的影響，浸入膠體的芯片可能會(huì)移動(dòng)，因此也會(huì)影響硅芯片上的機(jī)械應(yīng)力。因此測(cè)量結(jié)果越來越不準(zhǔn)確。實(shí)踐證明，新的傳感器需要一段時(shí)間才能真正穩(wěn)定——特別是在首年。用的越久傳感器越穩(wěn)定。為了擯除不良發(fā)展的趨勢(shì)，并且能夠好地評(píng)估傳感器，通常在離廠前進(jìn)行一些老化和其他測(cè)試。

為使新的壓力傳感器穩(wěn)定，STS 在一周內(nèi)對(duì)它們進(jìn)行熱處理。這種所謂的“變動(dòng)”通常會(huì)出現(xiàn)在首年，因此在很大程度上是可以預(yù)見的。因此熱處理是人工老化的一種形式。

傳感器會(huì)進(jìn)行進(jìn)一步的測(cè)試以確定它的特性。這包括評(píng)估在不同溫度下的單只傳感器的運(yùn)行以及設(shè)備長期處于超壓狀態(tài)下的加壓處理。這些測(cè)量用來確定每只傳感器的特性。這是為了在不同的環(huán)境溫度下（溫度補(bǔ)償）對(duì)測(cè)量儀器的運(yùn)行做出可靠的記錄。因此，長期穩(wěn)定性很大程度上取決于產(chǎn)品質(zhì)量。當(dāng)然，定期的校準(zhǔn)和調(diào)試可以幫助糾正任何漂移。然而，在大多數(shù)應(yīng)用中這都不是必需的:合格的傳感器長期內(nèi)都會(huì)保持穩(wěn)定的性能。

長期穩(wěn)定的重要性

長期穩(wěn)定性的關(guān)聯(lián)取決于應(yīng)用。然而，它在低壓力范圍內(nèi)當(dāng)然是更重要的。一方面，這是由于外部因素對(duì)信號(hào)有很大的影響。芯片機(jī)械應(yīng)力的細(xì)微變化對(duì)測(cè)量結(jié)果的精度有更大的影響。此外，低壓力應(yīng)用的壓力傳感器通常都是基于硅芯片的，這種芯片的膜片厚度通常小于10μm。盡管如此，長期的穩(wěn)定性的同時(shí)保持精度在物理上是不可能的。諸如壓力滯后和溫度滯后現(xiàn)象是不能完全消除的。也可以說它們是傳感器的特性。對(duì)于高精度應(yīng)用行業(yè)，壓力和溫度滯后不應(yīng)該超出總量程的0.02%。

還應(yīng)該提到的是物理定律對(duì)傳感器的長期穩(wěn)定性有一定的限制。在特別苛刻的諸如多變、高溫的應(yīng)用中，損耗是很正常的。持續(xù)高溫超過150 °C的工況終會(huì)損壞傳感器：與惠斯通電橋電阻連接的金屬層，會(huì)融入到硅材料中，終將消耗殆盡。

在這種情況下使用壓力測(cè)量或要求高精準(zhǔn)度的用戶需要提前跟 制造商討論各種可行解決方案。