称重传感器的可靠性与故障

　　一、概述

　　国际标准化组织 (ISO8402) 对于可靠性的定义为：“单元在给定环境及运行条件下和在给定的时间内，完成规定功能的能力”。这里“单元”一词是讲作为一个整体来考虑的对象，它可以是一个元件，一个子系统，一个系统。单独考虑称重传感器它就是一个元件，与称重系统一起考虑它就是子系统或系统中的重要环节。“时间”应从广义角度去理解，就称重传感器而言，它是受应力循环的次数。“需要”按定义可包括性能、可用性、可信性、可靠性等，这里的“性能”是需要的一个方面，是中心考虑的问题。而可靠性就是产品在规定条件下和规定时间内完成规定功能的能力。根据上述定义，把不能完成规定功能的状态称为故障或失效。可靠性的核心是故障，即可靠性是由产品的故障引发出来的。

　　称重传感器的可靠性定义为：在规定的使用条件下和一定的时间内，保持各项技术性能并稳定工作的能力，多以无故障工作时间或可靠寿命来度量。各国专家一致认为称重传感器属于半永久性器件，其无故障工作时间或可靠寿命，对于IP67、IP68 防护密封等级的称重传感器应能稳定的工作 10 年以上。称重传感器的可靠性理论就是研究分析各种影响称重传感器可靠性的系统性和随机性因素，科学合理的提出可靠性的定性和定量要求，例如故障模式及影响分析，无故障工作时间等。

　　按传统的可靠性分析方法，称重传感器的失效率遵循浴盆曲线。即早期失效期是递减的，故障率较高;偶然时效期是水平的接近一个常数，故障率低;损耗失效期是递增的，故障率开始增加，与称重传感器稳定性规律相吻合。其故障率曲线如图 1 所示。

　　二、减少故障提高可靠性的途径

　　由可靠性定义不难得出，称重传感器的可靠性就是无故障工作时间超过任务时间 (由电子秤的种类和工作环境决定) 的概率，超过程度越大，故障率越低，可靠性越高。因此称重传感器的设计与制造实际上是无故障工作时间裕度的设计与制造，当然这种裕度并不是无限的，它是在克服和协调各种限制的条件下，力争最长的无故障工作时间。

　　把比较复杂系统的可靠性设计方法引入称重传感器设计，即不现实，也无必要。根据称重传感器的工作原理、制造工艺和应用情况，从残余应力影响，元器件和密封材料老化，应变计疲劳积累等方面分析，一个合乎逻辑的处理就是按其功能，将各组成部分独立出来分别研究其可靠性。即弹性元件的结构、材料及热处理工艺，电阻应变计及应变胶粘剂，补偿原材料、元器件，防护密封材料与工艺等。哪一个环节的故障率高，都对可靠性产生较大影响，因此必须作好可靠性的基础设计。