沈陽(yáng)儀表科學(xué)研究院有限公司 徐丹輝 李鴻儒 鄭 楠

杭州電子科技大學(xué) 白 茹

沈陽(yáng)儀表科學(xué)研究院有限公司 梁永勝 徐海寧 祁 靜 金志東

高性能寬量程電流傳感器件在儀器儀表、汽車電子等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。因此研究出一套高穩(wěn)定寬量程電流傳感器的測(cè)試方法，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品規(guī)?；a(chǎn)，對(duì)提高產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)中的批量檢測(cè)和定標(biāo)能力有極大的幫助。

1 工作量程評(píng)測(cè)方法

傳感器工作量程是指在規(guī)定的輸入信號(hào)情況下，傳感器的輸出能夠準(zhǔn)確反映輸入的變化，并符合規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)，這時(shí)的輸入信號(hào)范圍即為傳感器的工作量程。

評(píng)測(cè)方法：傳感器按圖1的方式接線，高低溫試驗(yàn)箱設(shè)定在常溫工作溫度，對(duì)傳感器輸入規(guī)定的滿量程被測(cè)信號(hào)，待測(cè)表各量程的滿量程應(yīng)處于電流源輸出值20%～80%。同時(shí)檢測(cè)傳感器的相應(yīng)輸出，傳感器的輸出值應(yīng)該符合規(guī)定的數(shù)值。

2 帶寬評(píng)測(cè)方法

傳感器帶寬是指?jìng)鞲衅髡９ぷ鞯念l率范圍。目前國(guó)際以及國(guó)內(nèi)沒有公認(rèn)的帶寬檢測(cè)方法，需要采用自制設(shè)備自主試驗(yàn)。

圖1 電流傳感器性能評(píng)測(cè)方案接線圖

圖2 電流傳感器帶寬評(píng)測(cè)接線圖

如圖2所示，通過控制信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生不同頻率的源信號(hào)，測(cè)量并采集相應(yīng)頻率信號(hào)條件下的傳感器輸出幅度和頻率，隨著輸入信號(hào)頻率的增加，輸出信號(hào)的頻率也隨之增加，而傳感器輸出的幅度不變，當(dāng)輸入信號(hào)的頻率增加到傳感器的輸出幅度降低到標(biāo)準(zhǔn)輸出的90%的情況下，這時(shí)所測(cè)量到的輸入信號(hào)頻率即為傳感器的工作帶寬。

3 分辨力評(píng)測(cè)方法

傳感器分辨力的定義是當(dāng)傳感器的輸入從非零值緩慢增加時(shí)，在超過某一增量后輸出發(fā)生可觀測(cè)的變化，這個(gè)輸入增量稱傳感器的分辨力，即最小輸入增量。可以采取高精度電流表進(jìn)行觀測(cè)。在圖1所示的評(píng)測(cè)系統(tǒng)中，通過在零狀態(tài)下逐漸增加輸入電流幅度，同時(shí)記錄相應(yīng)傳感器輸出信號(hào)的有效值，根據(jù)分辨力的定義，通過分析輸入輸出數(shù)據(jù)，并結(jié)合傳感器的靈敏度信息，可以確定傳感器的分辨力。

4 線性度評(píng)測(cè)方法

線性度指?jìng)鞲衅鬏敵隽颗c輸入量之間的實(shí)際關(guān)系曲線偏離參比工作直線的程度。定義為在全量程范圍內(nèi)實(shí)際特性曲線與參比工作直線之間的最大偏差值與滿量程輸出值之比。在圖1所示的評(píng)測(cè)系統(tǒng)中，測(cè)量并采集相應(yīng)幅度信號(hào)條件下的傳感器輸出幅度，可以得到傳感器的輸入輸出曲線。

傳感器的端基線性度誤差δL按以下公式計(jì)算：

式中：

δL——傳感器的端基線性度誤差；

ΔLmax——同一校準(zhǔn)點(diǎn)上正反行程多次測(cè)量的輸出信號(hào)值的算術(shù)平均值與參比直線上相應(yīng)點(diǎn)的最大差值的絕對(duì)值；

YFS——表示滿量程輸出。

5 溫度系數(shù)評(píng)測(cè)方法

傳感器的溫度漂移為環(huán)境溫度變化而引起的零點(diǎn)或靈敏度的漂移程度。一般以溫度變化1℃輸出最大偏差與滿量程的百分比表示。在圖1所示的評(píng)測(cè)系統(tǒng)中，將被測(cè)傳感器接上輔助電源標(biāo)稱值，放入溫度試驗(yàn)箱，分別在參比溫度、下限工作溫度和上限工作溫度，至少各保溫2h，使傳感器的溫度恒定。讀取上述溫度下傳感器的滿量程輸出值。

熱滿量程輸出漂移δFSt按以下公式計(jì)算：

式中：

δFSt——熱滿量程輸出漂移（取絕對(duì)值較大值）；

t1——參比溫度；

t2——下限或上限工作溫度；

yFSt1——參比溫度時(shí)傳感器的實(shí)際滿量程輸出值；

yFSt2——下限或上限工作溫度時(shí)傳感器的實(shí)際滿量程輸出值。

傳感器準(zhǔn)確度測(cè)量方法，可以參考機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《JB/T7490-2007霍爾電流傳感器》中所規(guī)定的相關(guān)測(cè)試和計(jì)算方法。

6 準(zhǔn)確度評(píng)測(cè)方法

傳感器在規(guī)定的參比條件下，接上輔助電源，預(yù)熱30min后，在記錄觀察值之前，傳感器應(yīng)在滿量程范圍內(nèi)進(jìn)行三次標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷循環(huán)，每次標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷循環(huán)輸入從最小逐漸增加到最大，然后再逐漸減少到最小，并在上、下限處各保持10s。

在包括傳感器測(cè)量上、下限的全量程范圍內(nèi)選擇均勻分布的6～11個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)，其中應(yīng)包括上、下限的點(diǎn)。作三次或三次以上的標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)，觀察并記錄對(duì)應(yīng)每個(gè)輸入值的輸出值。然后根據(jù)三次測(cè)量值分別計(jì)算出傳感器的零點(diǎn)輸出誤差、基本誤差、線性度誤差、回差、重復(fù)性誤差。

傳感器準(zhǔn)確度測(cè)量方法，可以參考機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《JB/T7490-2007霍爾電流傳感器》中所規(guī)定的相關(guān)測(cè)試和計(jì)算方法。

7 可靠性評(píng)測(cè)方法

可靠性評(píng)測(cè)方法分為正常生產(chǎn)過程的評(píng)測(cè)和周期性檢驗(yàn)評(píng)測(cè)?？梢圆扇±匣囼?yàn)檢測(cè)平均故障間隔時(shí)間，也可第三方委托檢測(cè)?？煽啃栽u(píng)測(cè)主要包括：

7.1 篩選試驗(yàn)

產(chǎn)品在功能調(diào)試完成后，進(jìn)行篩選試驗(yàn)：

（1）常溫通電老化24h，剔除早期失效產(chǎn)品；

（2）不帶電情況下高低溫循環(huán)2次，剔除焊接中的虛焊隱患；

（3）高低溫時(shí)的零點(diǎn)和輸出測(cè)試，剔除溫度漂移大的產(chǎn)品。

7.2 環(huán)境試驗(yàn)

（1）產(chǎn)品灌封后不帶電情況下進(jìn)行高低溫2次循環(huán)老化，消除灌封膠的應(yīng)力影響；

（2）對(duì)每批次產(chǎn)品按詳細(xì)規(guī)范的抽樣要求進(jìn)行高低溫貯存和高低溫工作的性能試驗(yàn)；

（3）在周期性檢驗(yàn)中，進(jìn)行沖擊、振動(dòng)、鹽霧的環(huán)境試驗(yàn)。

7.3 壽命試驗(yàn)

根據(jù)對(duì)傳感器產(chǎn)品部件壽命的分析，影響傳感器整機(jī)壽命的關(guān)鍵在于電子元器件的壽命以及焊接過程中的過程缺陷。根據(jù)電子產(chǎn)品的工作特點(diǎn)采取高溫、滿量程加速測(cè)試的方法來判定產(chǎn)品的使用壽命。將3只傳感器置于極限工作溫度，傳感器輸入滿量程的被測(cè)信號(hào)，在此條件下，以傳感器連續(xù)工作96h來檢驗(yàn)是否滿足無故障工作時(shí)間大于10000h的指標(biāo)。

7.4 可靠性試驗(yàn)評(píng)估

產(chǎn)品生產(chǎn)中，對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)和產(chǎn)品成品率情況統(tǒng)計(jì)，驗(yàn)證影響產(chǎn)品可靠性的因素。根據(jù)以往的設(shè)計(jì)制造經(jīng)驗(yàn)，影響傳感器可靠性的主要因素包括：

（1）電子元器件的偶然失效；

（2）線路板焊接中的缺陷隱患；

（3）工藝過程中的不精心操作。

7.5 提高產(chǎn)品可靠性的措施主要有

（1）選用高質(zhì)量的元器件，降低產(chǎn)品的偶然失效率；

（2）保證產(chǎn)品生產(chǎn)中所有工序的按工藝嚴(yán)格操作，提高產(chǎn)品成品率；

（3）嚴(yán)格老化和篩選，剔除早期失效產(chǎn)品和有質(zhì)量缺陷的產(chǎn)品。

結(jié)束語：通過對(duì)高穩(wěn)定寬量程電流傳感器測(cè)試方案的不斷研究，會(huì)逐步提升電流傳感器的質(zhì)量及產(chǎn)品的穩(wěn)定性，對(duì)推動(dòng)我國(guó)電力電子、航空航天、新能源汽車及高性能儀器儀表行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步、產(chǎn)業(yè)升級(jí)將會(huì)有一定的促進(jìn)作用。